Предохранительная арматура

Предохранительная арматура

Предохранительная арматура является видом арматуры, используемой для автоматического выпуска избытка жидкой, паро- или газообразной среды из системы высокого давления при чрезмерном повышении давления в ней в систему низкого давления или в атмосферу и обеспечивающей безопасную эксплуатацию установок и предотвращение аварий.

Предохранительная арматура выполняется в виде предохранительных клапанов (арматура многократного использования) или разрывных устройств - мембран или колпачков (арматура одноразового использования). Разрывные устройства применяются в тех случаях, когда по условиям безопасности требуется быстрое открытие больших проходов для сброса большого количества среды. Разрывные устройства обладают минимальной инерционностью при срабатывании и способны сбросить среду при очень быстром повышении давления. Предохранительные мембраны выполняют разрывными, срезными, ломающимися, выщелкивающимися, специальными с принудительным разрушением от прокалывания или взрывной искры.

Применение разрывных устройств ограничивается тем, что при их разрушении полностью теряется продукт, находящийся в системе. Поэтому разрывные мембраны иногда устанавливают параллельно или последовательно с предохранительными клапанами. В первом случае мембрана рассчитывается на давление срабатывания несколько более высокое, чем у предохранительного клапана, чтобы обеспечить дополнительный сброс среды при экстремальных условиях. Во втором случае разрывные мембраны устанавливают перед предохранительным клапаном для защиты его от коррозии, загрязнения и исключения пропусков среды при закрытом клапане во время нормальной работы установки.

Предохранительные клапаны классифицируются следующим образом.

По принципу действия:

• клапаны прямого действия, открывающиеся непосредственно под действием давления рабочей среды;
• клапаны непрямого действия, в этом случае открытие главного предохранительного клапана осуществляется с помощью специального привода. Клапаны непрямого действия подразделяются на клапаны:
• импульсно-предохранительные, в которых импульсом для срабатывания служит та же рабочая среда, поступающая из импульсного предохранительного клапана, настроенного на заданное повышение давления;
• клапаны со вспомогательным управлением, в которых осуществляется принудительное открытие от постороннего источника энергии.

Клапаны со вспомогательным управлением комбинированные - клапаны, в которых главный клапан должен работать и как клапаном со вспомогательным управлением, и как клапан прямого действия на случай выхода из строя вспомогательного управления.

По характеру подъема замыкающего органа:

• клапаны пропорционального действия (используются на несжимаемых средах), имеющие пропорциональную характеристику подъема. В них подъем золотника происходит равномерно, пропорционально повышению давления в системе. Эти клапаны иногда называют разгрузочными, перепускными, а также регуляторами давления "до себя".
• клапаны двухпозиционного действия. В этих клапанах после небольшого повышения давления золотник рывком поднимается на заданную величину практически без изменения давления среды. Такие клапаны применяются в системах с постоянным расходом газа в аварийном режиме. Пропорциональный или двухпозиционный подъем золотника в клапанах обеспечивается их конструктивным исполнением.

По высоте подъема замыкающего органа:

• малоподъемные, в которых высота подъема золотника не более 0,05 диаметра седла. Лимитирующим сечением в клапане авляется щель, образованная уплотняющими поверхностями золотника и седла. Эти клапаны работают как клапаны пропорционального действия, установка их допускается при небольших расходах, в основном, на жидких средах.
• среднеподъемные, в которых высота подъема золотника составляет 0,05... 0,25 диаметра седла. Лимитирующим сечением для них также является щель. Эти клапаны выполняются пропорционального или двухпозиционного действия. Они применяются, как правило, для жидкостей.
• полноподъемные, в которых при срабатывании сечение в щели равно или больше самого узкого сечения седла, то есть высота подъема золотника более 0,25 диаметра седла. Лимитирующим сечением в них является самое узкое сечение в седле клапана. Эти клапаны двухпозиционного действия. Для достижения автоматического полного подъема здесь используется энергия расширения пара или газа. Для использования напора истекающей среды в клапане устраиваются специальные диски или поршни.

По способу выпуска избыточной среды:

• открытые, в которых рабочая среда выпускается в атмосферу (такие клапаны работают без противодавления);
• закрытые - не сообщающиеся с атмосферой (такие клапаны выпускают рабочую среду в закрытую систему).

По виду нагрузки на золотник:

• грузовые (или рычажно-грузовые), в которых герметизация запорного органа обеспечивается с помощью груза;
• пружинные, в которых герметизация запорного органа обеспечивается усилием пружины. Эти клапаны находят наиболее широкое распространение. Они просты по конструкции, обладают высокой чувствительностью и надежностью в эксплуатации.
• рычажно-пружинные клапаны - применяются очень редко;
• магнитно-пружинные клапаны, в которых усилие магнита добавляется к усилию пружины при закрытом клапане, чем достигается высокая герметичность в затворе;
• клапаны с газовой камерой, у которых нагрузка на золотник создается сжатым газом, находящимся в герметически закрытой камере и действующим через специальную мембрану и шток на золотник клапана.

По направлению воздействия среды на золотник клапана:

• клапаны с подачей среды под золотник;
• клапаны с подачей среды на золотник. Чувствительным элементом здесь может служить поршень, сильфон или мембрана. По виду разгрузки послезолотниковой зоны:
• неразгруженные, в которых на золотник действует неуравновешенное усилие от статического и динамического противодавлении, последнее возникает из-за наличия сопротивления отводящей линии. Предназначены для установки в линиях с малым сопротивлением на сбросе и при постоянном статическом противодавлении, изменение которого не рекомендуется изменять более 10%.
• разгруженные, в которых усилие противодавления не воздействует на золотник на площади, равной площади прохода в седле. Они выполняются с разгрузочньм элементом в виде сильфона, мембраны или поршня и предназначены для работы в системах с большим и переменньм противодавлением.

К предохранительным клапанам предъявляются следующие требования:

• при достижении максимально допустимого давления клапан должен безотказно открываться до полного подъема и пропустить рабочую среду в требуемом количестве;
• в открытом состоянии клапан должен работать устойчиво без вибраций;
• клапан должен закрываться при давлении не намного ниже рабочего и при последующем возрастании давления до рабочего обеспечить требуемую степень герметичности;
• в закрытом состоянии клапан должен обеспечивать требуемую степень герметичности при рабочем давлении.

Однако нужно учитывать, что надежность полного открытия предохранительных кла-паяов при заданном давлении и обеспечение заданной пропускной способности является требованием, которому должны быть подчинены все остальные предъявляемые требования.

Наибольшее распространение получили пружинные и рычажно-грузовые предохранительные клапаны.

Рычажно-грузовые клапаны изготовляют только малоподъемньми: однорычажные клапаны - с одним седлом и двухрычажные - с двумя седлами. Эти клапаны - простой конструкции; отличаются постоянством усилия; могут быть использованы только в стационарных установках; не могут быть использованы для работы с противодавлением.

Малоподъемные клапаны используются, как правило, на несжимаемых средах. Применение их на сжимаемых средах нецелесообразно из-за невысокого значения пропускной способности, которое для сжимаемых сред может быть существенно повышено в конструкциях полноподъемных клапанов.

К преимуществам малоподъемных клапанов перед полноподъемньми относятся: пропорциональность характеристики и способность открываться так, чтобы был обеспечен фактический аварийный расход; возможность их использования для жидких и газообразных сред.

Пружинные клапаны - более совершенной конструкции, чем рычажно-грузовые; имеют меньшую инерционность, меньшую массу и габаритные размеры; преимущественно полноподъемные.

Полноподъемные клапаны характеризуются быстротой срабатывания на полный ход золотника. Они обеспечивают высокие значения пропускной способности при сравнительно малых превышениях давления в защищаемой системе. Время открытия этих клапанов -0,008...0,04 с.