Что такое обратный клапан?
Обратный клапан управляет направлением потока за счет энергии самой среды. Пока есть прямой поток, диск или захлопка остается открытым; когда поток прекращается или меняет направление, клапан закрывается и перекрывает обратное течение. Это предотвращает обратное вращение насосов и компрессоров, опорожнение резервуаров и смешение сред систем с разным давлением.
Обратные клапаны классифицируют по внутренней конструкции. В поворотных исполнениях захлопка на шарнире открывается потоком. В подъемных исполнениях диск поднимается вдоль вертикальной оси. Клапаны с наклонным диском спроектированы так, чтобы закрываться быстро и при этом без удара диска. Для отдельных задач предпочтительны также поршневые исполнения.
Такая арматура предлагается в нескольких семействах: исполнения с болтовой крышкой для общего назначения, криогенные — для очень низких температур и кованые исполнения высокого давления — для систем, критичных с точки зрения безопасности, например на атомных станциях. Подходящий тип выбирают с учетом одновременно монтажного положения, условий потока и характера закрытия. Особенно на нагнетании насосов скорость обратного потока после остановки насоса и время закрытия диска напрямую влияют на риск гидроудара.
Как работает обратный клапан?
Клапан работает за счет разности давлений на входе и выходе; внешний привод или источник энергии ему не нужен.
1. Прямой поток: Когда давление на входе немного превышает давление на выходе, диск или захлопка открывается, и начинается течение.
2. Полностью открытое положение: В полностью открытом положении захлопка упирается в упор внутри корпуса, и проточный канал остается открытым.
3. Прекращение потока: При уменьшении или прекращении потока диск движется к седлу под действием собственного веса, усилия пружины или обратного давления.
4. Закрытие и герметизация: Обратное давление прижимает диск к седлу, и система герметизируется сама, без внешнего привода.
Поворотные, подъемные клапаны и клапаны с наклонным диском
Поворотные исполнения применяются на горизонтальных трубопроводах и на вертикальных с восходящим потоком. Подъемные исполнения устанавливаются на горизонтальных трубопроводах или, с помощью пружины, на вертикальных; возможна поставка в быстрозакрывающемся исполнении. Клапаны с наклонным диском рассчитаны на быстрое закрытие без удара диска, что помогает ограничить риск гидроудара.
Криогенные исполнения и исполнения высокого давления
Криогенные исполнения изготавливаются из сталей для низких температур для работы при температуре до -254 °C и проходят криогенные испытания. В кованых исполнениях высокого давления для атомных станций вал не выходит наружу через корпус; все подвижные детали смонтированы на стопорном кольце, поэтому при обслуживании весь узел легко извлекается. Такая конструкция исключает внешнюю протечку через сальник вала.
Ключевые особенности
· Несколько конструкций: Поворотные, подъемные, с наклонным диском и поршневые исполнения.
· Прочный корпус: Корпуса из углеродистой, легированной и нержавеющей стали, дуплексной стали и специальных сплавов; материалы по NACE.
· Простое обслуживание: Резьбовые седельные кольца упрощают обслуживание и замену; по запросу — исполнения с прихваткой или уплотнительной сваркой.
· Гибкие присоединения: Фланцевые, под приварку встык или специальные, например хомутовые.
· Варианты внутренних элементов: Трим из 13% Cr, нержавеющей стали, с наплавкой кобальт-хром или никель-хром для абразивных, коррозионных сред и высокого давления.
· Криогенная проверка: Криогенные исполнения испытываются по соответствующему стандарту и нефтегазовым методикам криогенных испытаний.
· Исполнение для атомной энергетики: Кованый корпус без выхода вала наружу, седла с зеркальной притиркой и конструкция, прошедшая сейсмические испытания.
· Варианты крышки: Стандартно болтовая крышка; для высокого давления — вариант самоуплотняющейся крышки.
Технические характеристики
В таблице обобщен основной технический диапазон семейств обратных клапанов.
Параметр | Технические данные |
Типы | Поворотный, подъемный, с наклонным диском, поршневой |
Общее назначение – размер | DN50–1500 и более |
Общее назначение – температура | От -60 до +650 °C |
Общее назначение – давление | ASME от 150 до 2500 |
Криогенное исполнение | DN50–600 и более; до -254 °C; ASME Class 150–900; CF8M, CF8 и стали для низких температур |
Исполнение высокого давления (для АЭС) | DN50–600 (NPS 2–24); до +450 °C; PN 160–420 / Class 900–2500; кованая углеродистая, легированная и нержавеющая сталь |
Материалы корпуса (примеры) | A216 WCB, A217 WC6, A351 CF8M; дуплексные и специальные сплавы |
Седельное кольцо | Резьбовое (стандарт), с прихваткой или с уплотнительной сваркой; выше NPS 24 стандартно с уплотнительной сваркой |
Наплавка | Сталь 17% Cr или наплавка на основе кобальта на седле и диске (для аустенитных материалов не требуется) |
Стандарты фланцев | ASME B16.5, ASME B16.47, API 605, MSS-SP 44 |
Концы под приварку | ASME B16.25 (в исполнении для АЭС — вариант DIN 2448) |
Стандарты проектирования | ASME B16.34, BS 1868; BS 6364 для криогенного исполнения |
Конструкция крышки | Болтовая крышка; самоуплотняющаяся крышка (опция в исполнении высокого давления) |
Большие размеры и классы рассматриваются для каждого проекта; значения зависят от семейства и материала.
Основные преимущества
· Защита без затрат энергии: Предотвращает обратный поток за счет энергии самой среды, без внешнего привода.
· Безопасность оборудования: Защищает насосы и компрессоры от обратного вращения и повреждений обратным потоком.
· Широкая область применения: От криогенных температур до 650 °C и от ASME 150 до 2500.
· Длительный срок службы: Внутренние элементы и наплавки, подобранные под условия работы, противостоят износу.
· Простое обслуживание: Резьбовые седельные кольца и узлы на стопорном кольце позволяют обслуживать клапан без демонтажа с трубопровода.
Области применения
Эта арматура применяется в самых разных средах, где необходимо предотвратить обратный поток.
Нефть и газ
Предотвращение обратного потока на береговых и морских объектах бурения и нефтепереработки.
Химия и нефтехимия
Защита от обратного потока на технологических линиях и нагнетании насосов.
Тепловые и атомные электростанции
Общее назначение на электростанциях; кованые исполнения высокого давления в системах подпитки первого контура АЭС с водо-водяными реакторами под давлением.
Криогенные среды
Производство, хранение и транспортировка сред с очень низкой температурой, таких как сжиженный природный газ, водород и кислород.
Критерии выбора обратного клапана
Если тип выбирается без учета условий потока и монтажного положения, возможны удары диска, вибрация или преждевременный износ.
Тип и монтаж
· Горизонтальный или вертикальный (восходящий поток) монтаж
· Необходимость быстрого закрытия и предотвращения удара диска
· Достаточны ли нормальный расход и скорость, чтобы удерживать диск полностью открытым
Давление, температура и материал
· Расчетное давление и класс ASME
· Минимальная и максимальная температура, криогенные требования
· Внутренние элементы в зависимости от абразивности или коррозионности среды
· Требование к материалам по NACE
Присоединение и обслуживание
· Фланцевое, под приварку встык или специальное присоединение
· Резьбовое или приварное седельное кольцо
· Тип крышки и необходимость обслуживания на трубопроводе
· Требования к испытаниям и сертификатам в системах, критичных для безопасности
Стандарты
Семейства арматуры соответствуют следующим стандартам проектирования, присоединения и испытаний.
Стандарт / сертификат | Область и описание |
ASME B16.34 | Проектирование арматуры и классы давления-температуры. |
BS 1868 | Стандарт проектирования и изготовления стальных обратных клапанов. |
BS 6364 | Проектирование криогенной арматуры и криогенные испытания. |
Стандарты фланцев | ASME B16.5 и B16.47; API 605; MSS-SP 44. |
ASME B16.25 | Разделка концов под приварку. |
IEEE 382 | Сейсмические испытания на вибростенде в исполнении для АЭС. |
NACE | Материалы корпуса, пригодные для кислых сред. |
Для атомных применений действуют дополнительные требования к проектированию и квалификации согласно нормам проекта.
Выбор обратных клапанов с TLY Enerji
Обратный клапан может показаться простым оборудованием, однако неверно выбранный тип или размер приводит к вибрации диска, ударам, гидроудару и преждевременному износу. TLY Enerji оценивает выбор совместно с условиями на трубопроводе, монтажным положением и поведением насосов и компрессоров.
Тип и размер подбираются по технологическим данным, а варианты внутренних элементов и наплавки определяются характером среды; для криогенных применений и высокого давления требования к материалам и испытаниям включаются в проектную документацию. На этапе коммерческого предложения альтернативы представляются с техническим обоснованием, а монтаж и поддержка на объекте планируются в соответствии с объемом проекта. Для действующих установок с проблемами ударов или вибрации также готовятся предложения по смене типа и пересмотру размера.
· Выбор типа и размера
· Оценка внутренних элементов и материалов
· Требования к криогенным испытаниям и испытаниям высокого давления
· Коммерческое предложение и документация
· Координация поддержки на объекте
Часто задаваемые вопросы
Для чего нужен обратный клапан?
Эта арматура пропускает среду только в одном направлении и автоматически закрывается при появлении обратного потока. Она защищает насосы и компрессоры от обратного вращения, предотвращает обратное опорожнение резервуаров и смешение сред систем с разным давлением. Для работы ей не нужны ни внешняя энергия, ни привод.
Можно ли установить поворотный обратный клапан на вертикальном трубопроводе?
Поворотные исполнения применяются на горизонтальных трубопроводах и на вертикальных с восходящим потоком. Подъемные исполнения устанавливаются на горизонтальных трубопроводах или, с помощью пружины, на вертикальных. Монтажное положение всегда нужно указывать на этапе выбора, а для вертикальных линий с нисходящим потоком подходящий тип оценивается отдельно.
В чем преимущество обратного клапана с наклонным диском?
Клапаны с наклонным диском спроектированы так, чтобы быстро закрываться и при этом не допускать удара диска о седло. Быстрое закрытие ограничивает нарастание скорости обратного потока, а отсутствие удара снижает ударные нагрузки на внутренние элементы клапана и трубопровод.
Какие обратные клапаны применяются в криогенных средах?
Для температур до -254 °C в криогенных исполнениях используются CF8M, CF8 или другие стали, пригодные для низких температур. Такие клапаны испытываются по соответствующим криогенным стандартам и нефтегазовым методикам криогенных испытаний. Типичные применения — производство, хранение и транспортировка сжиженного природного газа, водорода и кислорода.
Чем отличаются обратные клапаны для атомных станций?
Исполнения для атомных станций имеют кованый корпус и не имеют вала, проходящего через корпус, что исключает риск внешней протечки. Все подвижные детали закреплены на узле со стопорным кольцом, который легко извлекается для обслуживания. Поверхности седел имеют зеркальную притирку, а конструкция подтверждена сейсмическими испытаниями на вибростенде.
Какие внутренние элементы выбрать для обратного клапана?
Внутренние элементы выбирают по абразивности или коррозионности среды, давлению и температуре. Трим из 13% Cr подходит для общих абразивных или некоррозионных сред, трим из нержавеющей стали — для коррозионных, трим с наплавкой кобальт-хром — для высокого давления и слабоабразивных сред; если кобальт не допускается, есть вариант никель-хром.