Сегментные шаровые краны

Что такое сегментный шаровой клапан?

Сегментный шаровой клапан — тип регулирующей арматуры, сочетающий прочность седельного клапана и эффективность поворотного. Вместо полной сферы в клапане есть только сегмент шара, образующий уплотнительную поверхность. Профилированный V-образный вырез на передней кромке сегмента постепенно открывает проходное сечение при повороте шара и формирует модифицированную равнопроцентную характеристику.

При повороте шара срезающее движение между V-образным вырезом и уплотнением шара перерезает волокна и твердые частицы в среде и не дает клапану забиваться. Кроме того, уплотнение постоянно очищает поверхность шара, поэтому накипь и шлам не накапливаются. По этой причине сегментные шаровые клапаны применяются не только на чистых газах и жидкостях, но и на паре и волокнистых суспензиях.

Цельный корпус исключает пути протечки, связанные с прокладками в разъемных болтовых корпусах, и повышает целостность границы давления. Узел уплотнения заменяется со стороны входа клапана без демонтажа привода и без извлечения шара из корпуса. Одно и то же семейство клапанов сочетается со многими поворотными приводами и ручными редукторами как для дросселирования, так и для автоматических отсечных задач, что позволяет стандартизировать один тип клапана для разных точек регулирования.

Как шар с V-образным вырезом регулирует поток?

Клапаном управляет поворотный привод, соединенный через шлицевой вал; шар поворачивается на угол до 90 градусов. В стандартной установке поток набегает на выпуклую сторону шара.

1.      Движение привода: Мембранный или поршневой поворотный привод поворачивает шар через шлицевой вал. Действие привода можно перенастроить на месте между схемами «шток вниз — закрыто» и «шток вниз — открыто».

2.      Открытие V-образного выреза: При повороте шара V-образный вырез проходит линию уплотнения, и проходное сечение постепенно увеличивается от малого к большому; такая геометрия дает модифицированную равнопроцентную характеристику.

3.      Срезание и очистка: Срезающее движение между вырезом и уплотнением перерезает волокна и твердые частицы; поскольку уплотнение очищает поверхность шара, отложения не образуются.

4.      Перекрытие: В закрытом положении уплотнение прилегает к поверхности шара. В зависимости от типа уплотнения герметичность варьируется от класса VI до исполнения с проточным кольцом.

Варианты уплотнений

Композитные уплотнения обеспечивают класс VI при прямом потоке. Плоское металлическое уплотнение дает класс IV при прямом потоке на клапанах 3–12 in. Усиленное металлическое уплотнение подходит для двунаправленного потока и обеспечивает класс IV, при этом обратный поток ограничен перепадом давления 6,9 bar. Высокотемпературное усиленное уплотнение обеспечивает класс III. Исполнение с проточным кольцом предназначено для двунаправленных задач, где уплотнение не требуется и допустима протечка порядка 5 % от пропускной способности в полностью открытом положении.

Тримы для тяжелых условий

Поворотный аттенюатор снижает последствия кавитации и шума как на жидкостях, так и на газах. Антикавитационный трим применяется на клапанах 4–20 in для жидкостей с сильной кавитацией, и в экстремальных условиях может достигаться Kc 1,0. Для газа и пара шумоглушащий трим обеспечивает снижение шума до 20 dBA в зависимости от условий эксплуатации; для жидкостей этот трим не подходит.

Ключевые особенности

·         Срезающее действие без забивания: Срезающий эффект между V-образным вырезом и уплотнением обеспечивает плавную работу на волокнистых средах и средах с твердыми частицами.

·         Высокая прямоточная пропускная способность: Свободный путь потока обеспечивает высокую пропускную способность на газе, паре, жидкостях и суспензиях.

·         Цельный корпус: Нет путей протечки через прокладки болтовых разъемов корпуса; выше целостность границы давления.

·         Простое обслуживание: Узел уплотнения меняется со стороны входа клапана без демонтажа привода и шара; специальный инструмент не нужен.

·         Общий трим: Детали трима едины для фланцевой и бесфланцевой серий, что сокращает запас запасных частей.

·         Исполнение для малых расходов: Шар с малым вырезом на клапанах 1 in для точного регулирования очень малых расходов; шары из нержавеющей стали, кобальтового сплава и керамики.

·         Низкие эмиссии: Системы сальников с пружинным поджатием рассчитаны на удержание эмиссий ниже предела 100 ppm.

·         Простой монтаж: Во фланцевых корпусах нет открытых шпилек фланцев трубопровода, что сокращает время центровки и монтажа.

Технические характеристики

В таблице приведен диапазон конфигураций семейства сегментных шаровых регулирующих клапанов.

Максимальное давление перекрытия и допустимый перепад давления зависят от типа и материала уплотнения; подтверждаются для каждого проекта.

Основные преимущества

·         Надежность на сложных средах: Регулирование волокнистых сред и сред с твердыми частицами без забивания.

·         Высокая пропускная способность: Более высокая пропускная способность и более компактная конструкция, чем у седельного клапана того же диаметра.

·         Широкий выбор уплотнений: От композитных уплотнений класса VI до металлических уплотнений, работающих до 427 °C.

·         Минимальное обслуживание: Очищающее действие предотвращает отложения, а замена уплотнения выполняется быстро.

·         Адаптация к тяжелым условиям: Тримы против кавитации и шума добавляются без потери эффективности поворотного клапана.

Области применения

Сегментные шаровые регулирующие клапаны применяются в технологических отраслях для дросселирования или отсечения на самых разных средах.

Волокнистые суспензии

Регулирование волокнистых суспензий и суспензий с твердыми частицами без забивания благодаря срезающему действию и прямому пути потока.

Пар и газ

Линии регулирования пара и газа; в точках с критичным уровнем шума — с шумоглушащим тримом.

Жидкостные технологические линии

Общее регулирование жидкостей; на линиях с высоким риском кавитации — с антикавитационным тримом.

Среды с сероводородом

Применение на сернистых жидкостях и газах с материалами, отвечающими требованиям NACE MR0175 и MR0103.

Критерии выбора сегментного шарового клапана

Характеристики сегментного шарового клапана в значительной степени зависят от выбора уплотнения и трима.

Среда и уплотнение

·         Композитное или металлическое уплотнение в зависимости от температуры процесса

·         Требуемый класс герметичности

·         Необходимость обратного потока и двустороннего перекрытия

·         Содержание абразивных частиц

Корпус и присоединение

·         Класс давления (CL150 / CL300 / CL600) и стандарт фланцев

·         Фланцевый или бесфланцевый корпус

·         Строительная длина (ISA или короткая ASME)

·         Материал корпуса и требования для сред с сероводородом

Регулирование и трим

·         Диапазон расходов и требуемый диапазон регулирования

·         Необходимость шара с малым вырезом при очень малых расходах

·         Риск кавитации или шума

·         Необходимость износостойких покрытий

Привод

·         Монтаж привода и направление закрытия

·         Положение при отказе

·         Цифровой контроллер клапана и диагностика

·         Сальник в соответствии с требованиями по эмиссиям

Стандарты и соответствие

Сегментные шаровые регулирующие клапаны конфигурируются в соответствии со следующими стандартами.

Эмиссионные характеристики сальника определяются исходя из предела 100 ppm

Выбор поворотных регулирующих клапанов с TLY Enerji

При правильно подобранных уплотнении и триме сегментный шаровой клапан служит долговечным решением во многих задачах, тогда как неподходящее уплотнение быстро приводит к протечкам и ухудшению характеристик. При выборе TLY Enerji совместно оценивает температуру процесса, направление потока, содержание твердых частиц и волокон и требования к перекрытию.

В точках с риском кавитации или шума анализируется необходимость тримов для тяжелых условий, а выбор привода, цифрового контроллера клапана и сальника согласуется с требованиями проекта. Для действующих точек регулирования, страдающих от забивания или износа, предлагаются альтернативные конфигурации с техническим обоснованием. Пределы температуры и давления выбранного сочетания уплотнения, трима и сальника четко указываются в проектной документации на этапе предложения.

·         Выбор уплотнения и трима

·         Оценка кавитации и шума

·         Подбор привода и контроллера

·         Предложения по улучшению для существующих клапанов

·         Предложение и техническая документация

Часто задаваемые вопросы

Почему сегментный шаровой клапан не забивается?

При повороте шара между V-образным вырезом и уплотнением возникает срезающее движение. Оно перерезает волокна и твердые частицы в среде и не дает им накапливаться в клапане. Кроме того, уплотнение постоянно очищает поверхность шара, поэтому слой накипи или шлама не образуется. Прямоточный путь потока уменьшает застойные зоны, где могли бы скапливаться твердые частицы.

Какой класс герметичности обеспечивает сегментный шаровой клапан?

Класс герметичности зависит от типа уплотнения. Композитные уплотнения дают класс VI при прямом потоке, плоское металлическое уплотнение — класс IV, усиленное металлическое уплотнение — класс IV при двунаправленном потоке, а высокотемпературное усиленное уплотнение — класс III. Исполнение с проточным кольцом не предназначено для плотного перекрытия.

Можно ли применять сегментный шаровой клапан при обратном потоке?

В стандартной установке поток набегает на выпуклую сторону шара. Для задач с потоком в обоих направлениях применяются усиленное металлическое уплотнение или исполнение с проточным кольцом. С усиленным металлическим уплотнением обратный поток ограничен перепадом давления 6,9 bar.

Что такое шар с малым вырезом?

Шар с малым вырезом применяется на клапанах 1 in для точного регулирования очень малых расходов. Доступны шары из хромированной нержавеющей стали, из цельного кобальтового сплава и из керамики. Керамическое исполнение ограничено температурой 93 °C, а для остальных материалов действуют пределы стандартной конструкции.

Можно ли применять сегментные клапаны на линиях с кавитацией или высоким шумом?

Да. На жидкостях можно установить поворотный аттенюатор, а при сильной кавитации — антикавитационный трим; на газе и паре применяется шумоглушащий трим. Антикавитационный трим предлагается для клапанов 4–20 in, шумоглушащий — для клапанов 4–12 in. Шумоглушащий трим нельзя использовать на жидкостях.

Как выбрать между фланцевым и бесфланцевым корпусом?

Во фланцевых корпусах нет открытых шпилек фланцев трубопровода, что упрощает монтаж и центровку. Бесфланцевые корпуса зажимаются между фланцами трубопровода и более компактны; серия CL600 доступна в бесфланцевом исполнении во всех размерах и во фланцевом — для 2–8 in. Выбор следует делать с учетом класса давления, стандарта трубопровода и доступа для обслуживания.