Шаровые клапаны с металлическим уплотнением для тяжелых условий

Что такое шаровой клапан для тяжелых условий?

Термин «тяжелые условия эксплуатации» описывает режимы, в которых стандартная арматура быстро начинает протекать или изнашиваться: высокие температура и давление, абразивные среды с твердыми частицами, частые температурные переходы и большое число циклов. Мягкие седла в таких условиях быстро разрушаются, поэтому в шаровых клапанах для тяжелых условий герметичность достигается контактом «металл по металлу».

Рассматриваемое на этой странице семейство арматуры имеет двухсоставную конструкцию с плавающим шаром. Основная уплотнительная поверхность выполнена в концевом адаптере, покрыта упрочняющим слоем и притерта к шару. Поскольку отдельной детали седла нет, исчезает один из возможных путей протечки, и кран надежнее выдерживает высокие давление и температуру.

Семейство предназначено для точек отсечения и работы «открыто–закрыто» в жестких условиях во всех отраслях. Оно включает конструктивные решения, направленные на повышение безопасности при потенциально опасных режимах эксплуатации и на снижение затрат на обслуживание арматуры. Для малых размеров распространены концы под приварку встык и в раструб, для больших — фланцевые; материалы корпуса варьируются от углеродистой стали до жаропрочных сплавов и нержавеющей стали.

Как сохраняется герметичность в жестких условиях?

Герметичность таких кранов основана на точной подгонке металлических поверхностей с покрытием, а также на пружинах и прокладках, которые сохраняют эту подгонку при изменениях температуры и давления.

1.      Притертые металлические поверхности: Шар и интегрированное седло покрываются, а затем притираются друг к другу; в закрытом положении давление в линии прижимает шар к седлу.

2.      Постоянная нагрузка на седло: Тарельчатые пружины поддерживают нагрузку в контакте шара и седла; в приварных и резьбовых исполнениях малого прохода держатель седла защищает пружину от деформации под действием обратного давления.

3.      Уплотнение корпуса: Самоуплотняющаяся металлическая прокладка корпуса помогает избежать протечки по разъему корпуса при температурных переходах.

4.      Уплотнение вала: Сальник из графита, армированного проволокой, с постоянным поджатием сохраняет усилие в компактной сальниковой камере и выдерживает перепады температуры и боковые нагрузки на вал.

Технология покрытий

Покрытия, наносимые высокоскоростным газопламенным напылением (HVOF), образуют на основе шара очень твердый и плотный слой с высокой прочностью механического сцепления. Стандартное покрытие — карбид хрома; опционально доступны карбид вольфрама и напыляемое с оплавлением покрытие никель-бор. Эти покрытия обеспечивают высокую стойкость к износу, коррозии и эрозии.

Температурные переходы и обратное давление

В тяжелых условиях арматура часто подвергается быстрым изменениям температуры. Металлическая прокладка корпуса и сальник с постоянным поджатием помогают сохранить герметичность при таких переходах. Для сред с риском обратного давления опцию двустороннего уплотнения необходимо указать при заказе; герметичность при обратном потоке в этом случае определяется как Class V, Type B по ANSI/FCI 70-2.

Элементы безопасности и долговечности

·         Вал, защищенный от выброса: Цельный вал, изготовленный механической обработкой, с поверхностным упрочнением и полировкой; поскольку он не зависит от штифтов, надежность повышается.

·         Механические упоры: Встроенная стопорная пластина на 90 градусов предотвращает перекручивание и сохраняет критически важную соосность у кранов с рукояткой.

·         Боковой кронштейн: Кронштейн, закрепленный сбоку корпуса, исключает боковую нагрузку и срез болтов на валу и сальниковой камере и обеспечивает удобный доступ к гайкам сальника.

·         Адаптер вала: У кранов с рукояткой адаптер исключает вдавливание вала в шар, которое приводит к нарушению соосности и протечке.

·         Сальник с постоянным поджатием: Сальник с тарельчатыми пружинами легко регулируется и сохраняет усилие поджатия.

·         Металлическая прокладка корпуса: Самоуплотняющаяся металлическая прокладка поддерживает герметичность при температурных переходах.

·         Интегрированное металлическое седло: Седло, выполненное в концевом адаптере, устраняет путь протечки, характерный для отдельной детали седла.

·         Твердые покрытия: HVOF-покрытия из карбида хрома (стандарт) и карбида вольфрама; вариант никель-бор с оплавлением.

Технические характеристики

В таблице приведены основные данные по исполнениям семейства шаровых кранов с металлическим уплотнением для тяжелых условий.

Нельзя превышать пределы по давлению и температуре, а также ограничения применимых стандартов. Коэффициенты пропускной способности и массы предоставляются для каждого проекта.

Основные преимущества

·         Долговременное плотное закрытие: Притертые металлические поверхности с покрытием сохраняют герметичность в жестких условиях.

·         Повышенная безопасность: Вал, защищенный от выброса, механические упоры и металлическая прокладка корпуса повышают безопасность в опасных режимах эксплуатации.

·         Меньшие затраты на обслуживание: Износостойкие покрытия и легко регулируемый сальник снижают потребность в обслуживании.

·         Работа при высоких температурах: Применение при очень высоких температурах с корпусами из легированной стали и F316H.

·         Широкий диапазон давлений: Одно семейство от CL150 до CL4500.

Области применения

Эти краны применяются во всех отраслях в точках отсечения и работы «открыто–закрыто», где возможностей стандартной арматуры недостаточно.

Высокотемпературные линии

Отсечение на высокотемпературных технологических линиях и паропроводах с корпусами из F22, F91 и F316H.

Абразивные среды и среды с твердыми частицами

Сохранение герметичности в абразивных средах благодаря шару и седлу с твердым покрытием; вариант со скребковым седлом.

Кислые среды

Жидкие и газовые кислые среды с материалами, соответствующими NACE MR0103.

Работа с большим числом циклов

Исполнения для большого числа циклов и кронштейн с опорной втулкой для точек с частым срабатыванием.

Критерии выбора арматуры для тяжелых условий

Ошибки при выборе арматуры для тяжелых условий обходятся дорого, поэтому материал, присоединение и покрытие необходимо оценивать совместно.

Материал и температура

·         Максимальная рабочая температура и частота температурных переходов

·         Температурные пределы, зависящие от типа присоединения

·         Требования к работе в кислых средах и коррозионной стойкости

Присоединение и проход

·         Приварное, резьбовое или фланцевое присоединение

·         Полный или суженный проход, расширенный выход

·         Класс давления и диаметр прохода

Покрытие и опции

·         Карбид хрома или карбид вольфрама в зависимости от абразивности

·         Двустороннее уплотнение при риске обратного давления

·         Исполнение для большого числа циклов в зависимости от частоты срабатываний

·         Способ управления: рукоятка, привод, блокиратор

Стандарты и испытания

Семейство арматуры спроектировано и испытывается в соответствии со следующими стандартами.

Иные требования к герметичности оцениваются для каждого проекта.

Проекты арматуры для тяжелых условий с TLY Enerji

Арматура, которую приходится часто менять в точках с тяжелыми условиями эксплуатации, создает не только затраты на запасные части, но и незапланированные простои и риски для безопасности. TLY Enerji начинает такие проекты с анализа видов отказов и условий работы существующей арматуры: возникает ли протечка по седлу, разъему корпуса или сальнику, является ли износ эрозионным или коррозионным и при каких режимах проявляется отказ.

Материал корпуса, температурный предел в зависимости от типа присоединения, тип покрытия, необходимость двустороннего уплотнения и работы с большим числом циклов оцениваются совместно. Для приварной арматуры требования к сварке и термообработке включаются в проектную документацию. Альтернативные исполнения представляются с обоснованием на этапе коммерческого предложения, а монтаж, пусконаладка и поддержка на объекте координируются по плану проекта.

·         Анализ видов отказов и условий эксплуатации

·         Выбор материала и покрытия

·         Оценка присоединения и температурного предела

·         Коммерческое предложение и техническая документация

·         Координация монтажа и поддержки на объекте

Часто задаваемые вопросы

Что означают тяжелые условия эксплуатации для арматуры?

Арматура для тяжелых условий рассчитана на режимы, в которых стандартные краны быстро начали бы протекать: высокая температура, высокое давление, абразивные среды, частые температурные переходы и большое число циклов. Вместо мягких седел в ней применяются металлические седла с покрытием, сальник с постоянным поджатием, металлическая прокладка корпуса и вал, защищенный от выброса, — все это направлено на безопасность и долговечность.

Что такое покрытие HVOF?

HVOF (высокоскоростное газопламенное напыление) — это процесс термического напыления, при котором материал покрытия наносится на поверхность с очень высокой скоростью. Он образует очень твердый и плотный слой с прочным механическим сцеплением с основным металлом. Шары обычно покрывают карбидом хрома или карбидом вольфрама, что повышает стойкость к износу, коррозии и эрозии.

Какие температуры выдерживают шаровые краны с металлическим уплотнением?

Температурные пределы зависят от материала корпуса и типа присоединения. С приварными и резьбовыми концами углеродистая сталь применяется до 427 °C, F22 — до 593 °C, F91 — до 649 °C, F316 — до 538 °C и F316H — до 760 °C. Для фланцевых концов пределы ниже, например 316 °C для углеродистой стали и 538 °C для F91.

Почему важен вал, защищенный от выброса?

Выброс вала из арматуры под давлением представляет серьезную угрозу безопасности. Вал, защищенный от выброса, изготавливается цельным с упрочненной поверхностью и спроектирован так, чтобы исключить этот риск без использования штифтов. Эта особенность повышает безопасность прежде всего в средах высокого давления с опасными продуктами.

В каких исполнениях доступен класс CL4500?

CL4500 предлагается для исполнений с малым проходом 0,65; 1,15 и 1,5 in и присоединением под приварку встык или в раструб. Большие размеры выпускаются в классах CL150–CL1500 и CL2500. Подходящий класс выбирается по расчетному давлению, температуре и материалу корпуса.

Можно ли использовать шаровые краны для тяжелых условий для регулирования?

Это семейство предназначено прежде всего для отсечения и работы «открыто–закрыто» с плотным закрытием. Если в тех же жестких условиях требуется непрерывное регулирование расхода, следует рассмотреть седельные или угловые регулирующие клапаны со специальными внутренними элементами против кавитации и эрозии.