Что такое полнопроходной шаровой регулирующий клапан?
Полнопроходной шаровой регулирующий клапан имеет проход в шаре, близкий к внутреннему диаметру трубы, и открывается или закрывается поворотом на четверть оборота (90 градусов). В отличие от обычных отсечных шаровых кранов, он спроектирован для регулирования: шлицевые соединения шара с валом и вала с приводом, двойные втулки со стороны привода и направление шара на цапфах уменьшают люфт и улучшают динамику регулирования.
Семейство клапанов имеет три конфигурации. Исполнение с перфорированным аттенюатором для газа снижает аэродинамический шум и вибрацию трубопровода. Исполнение с аттенюатором для жидкости ограничивает кавитацию и связанный с ней шум. Полнопроходное исполнение без аттенюатора практически не создает сопротивления потоку на автоматизированных байпасных, периодических и резервных линиях, а также при аварийном отсечении.
Аттенюатор не входит в уплотнительный узел: уплотнение скользит по поверхности шара, а не по аттенюатору. Такая конструкция продлевает срок службы уплотнения и обеспечивает надежное перекрытие даже в исполнениях с аттенюатором. Поскольку корпус, шар, вал и подшипники общие для всех трех конфигураций, управление запасными частями упрощается, а одна и та же платформа клапана может решать разные задачи.
Принцип работы и конструкция аттенюатора
Клапан работает за счет поворота шара приводом на угол до 90 градусов. Положение шара определяет проходное сечение и, следовательно, расход.
1. Поворотное движение: Привод поворачивает шар через шлицевой вал. Шлицевые соединения и направление на цапфах передают на шар даже малые изменения положения без люфта.
2. Изменение проходного сечения: При повороте шара меняется проходное сечение между входом и каналом шара. Без аттенюатора характеристика модифицированная равнопроцентная, с аттенюаторами — модифицированная линейная или модифицированная равнопроцентная.
3. Рассеивание энергии: В исполнениях с аттенюатором поток делится на множество отверстий в шаре. Контролируемое распределение перепада давления снижает шум на газе и последствия кавитации на жидкости.
4. Перекрытие: В закрытом положении самоустанавливающееся уплотнение, поджимаемое давлением среды, прижимается к шару. Уплотнение удерживается в обойме из нержавеющей стали и обеспечивает перекрытие при полном номинальном перепаде давления.
Три конфигурации
Исполнение с аттенюатором для газа обеспечивает снижение шума до 20 dBA в одной ступени; предусмотрен и двухступенчатый вариант. Исполнение с аттенюатором для жидкости предлагается с одной, двумя или тремя ступенями, и в зависимости от условий эксплуатации может достигаться Kc 1,0. Аттенюатор может работать на всем угле поворота шара, либо под задачу подбирается профилированный аттенюатор.
Схема уплотнений и направление потока
Стандартное направление потока — прямое, с уплотнением на входной стороне. Исполнения с одинарным уплотнением применяются только для одностороннего потока и перекрытия. С двойными уплотнениями газовое исполнение и исполнение без аттенюатора могут работать при потоке в обоих направлениях; для двустороннего перекрытия и режима двойного запирания с дренажем требуется исполнение с двойным уплотнением. Исполнение с аттенюатором для жидкости для эффективной защиты от кавитации следует применять при одном направлении потока.
Ключевые особенности
· Встроенный перфорированный аттенюатор: Аттенюатор в шаре контролирует шум и вибрацию на жидкостях и газах с большим перепадом давления.
· Шлицевые соединения: Шлицевые соединения шара с валом и вала с приводом, а также двойные втулки со стороны привода уменьшают люфт.
· Усиленные цапфы: Цапфы шара рассчитаны на долгий срок службы и сокращение времени обслуживания.
· Уплотнение, поджимаемое давлением: Самоустанавливающееся уплотнение в обойме из нержавеющей стали; класс IV стандартно, класс VI опционально.
· Простая замена уплотнения: Уплотнение шара можно заменить без демонтажа привода.
· Общие компоненты: Корпус, шар, вал и подшипники едины для всех трех конфигураций.
· Сальник с низкой эмиссией: Помимо стандартного сальника из PTFE доступна система с пружинным поджатием и улучшенным уплотнением и направлением.
· Низкий профиль: Компактная конструкция упрощает обвязку трубопроводов.
Технические характеристики
Значения отражают стандартный диапазон конфигураций семейства клапанов.
Параметр | Технические данные |
Тип клапана | Полнопроходной шаровой регулирующий клапан с направлением на цапфах; поворот до 90 градусов |
Конфигурации | Перфорированный аттенюатор для газа, перфорированный аттенюатор для жидкости, полный проход без аттенюатора |
Размеры | Номинальные размеры 6, 8, 10, 12, 16, 20 и 24 in (NPS) |
Присоединение | Фланцы CL150, CL300 или CL600 с выступающей уплотнительной поверхностью по ASME B16.5; опционально фланцы CL900 и RTJ |
Давление–температура | В соответствии с классами CL150, CL300 или CL600 по ASME B16.34 |
Макс. перепад давления при перекрытии (38 °C) | CL150: 20 bar (285 psi); CL300: 51 bar (740 psi); CL600: 103 bar (1480 psi) |
Расходная характеристика | Модифицированная линейная с аттенюатором высокой плотности; модифицированная равнопроцентная с профилированным аттенюатором или без аттенюатора |
Класс герметичности | Класс IV, опционально класс VI по ANSI/FCI 70-2 / IEC 60534-4 (одинарное и двойное уплотнение) |
Материал уплотнения / температура | Стандартно POM: от -29 до 82 °C; опционально PTFE/PEEK: от -73 до 260 °C |
Уплотнительное кольцо | Стандартно нитрил: от -45 до 100 °C; до 232 °C — оценка для каждого проекта |
Снижение шума (газ) | До 20 dBA в одной ступени; двухступенчатый вариант |
Кавитация (жидкость) | Одно-, двух- или трехступенчатый аттенюатор; Kc 1,0 в зависимости от условий |
Стандартные материалы | Корпус из углеродистой стали LF2; шар из WCC или низкотемпературной углеродистой стали; аттенюатор и вал из нержавеющей стали 17-4 |
Сальниковое уплотнение | PTFE (стандартно); сальник с низкой эмиссией и пружинным поджатием (опционально) |
Среды с сероводородом | Опциональные материалы в соответствии с NACE MR0175-2002 |
Нельзя превышать пределы давления и температуры и ограничения применимых стандартов; значения подтверждаются для каждого проекта.
Основные преимущества
· Малые потери давления: Практически свободный путь потока в полностью открытом положении снижает энергозатраты трубопровода и насосов.
· Контроль шума и кавитации: Аттенюаторы для газа или жидкости в одном и том же корпусе.
· Регулирование и перекрытие в одном клапане: Качество регулирования в сочетании с перекрытием до класса VI и возможностью двойного запирания с дренажем.
· Долгий срок службы уплотнения: Уплотнение скользит по шару, а не по аттенюатору; конструкция с поджатием давлением сохраняет герметичность со временем.
· Меньше затрат на обслуживание: Общие детали, замена уплотнения без демонтажа привода и усиленные цапфы.
Области применения
Полнопроходные шаровые регулирующие клапаны применяются там, где одновременно нужны высокая пропускная способность и возможность регулирования.
Газовые среды
Точки регулирования на газовых линиях с большим перепадом давления, где необходимо снизить шум и вибрацию трубопровода.
Байпас насосов и отборы из трубопроводов
Ограничение кавитации в точках байпаса насосов и отбора из трубопроводов с помощью исполнения с аттенюатором для жидкости.
Байпасные, периодические и резервные линии
Автоматическое регулирование с малым гидравлическим сопротивлением полнопроходного исполнения без аттенюатора.
Аварийное отсечение
Быстрое и плотное перекрытие полнопроходным шаровым клапаном в автоматизированных системах аварийного отсечения.
Критерии выбора
Правильная конфигурация зависит от фазового состояния среды, перепада давления и требований к перекрытию.
Среда и перепад давления
· Газ или жидкость; риск шума или кавитации
· Нормальный и максимальный перепад давления
· Требуемое число ступеней аттенюатора
Уплотнение и направление
· Одностороннее или двустороннее направление потока и перекрытия
· Требование двойного запирания с дренажем
· Требуемый класс герметичности (IV или VI)
Механика и материалы
· Класс давления и тип фланца
· Материал уплотнения и уплотнительного кольца для температуры процесса
· Требования для сред с сероводородом
· Сторона монтажа привода (правая/левая) и требования по эмиссиям
Стандарты и классы герметичности
Полнопроходные шаровые регулирующие клапаны конфигурируются в соответствии со следующими стандартами.
Стандарт / сертификат | Область и описание |
ASME B16.34 | Классы давление–температура (CL150, CL300, CL600). |
ASME B16.5 | Совместимость фланцевых присоединений с выступающей уплотнительной поверхностью. |
ANSI/FCI 70-2 / IEC 60534-4 | Классификация герметичности перекрытия: класс IV, опционально класс VI. |
NACE MR0175-2002 | Опциональные материалы для сред с сероводородом и сернистой нефти. |
Доступность опций необходимо подтверждать для конкретного размера и класса давления.
Подход TLY Enerji к решениям
Выбор регулирующего клапана для трубопроводов большого диаметра — это поиск баланса между пропускной способностью и точностью регулирования. Получив запрос на полнопроходной шаровой регулирующий клапан, TLY Enerji сначала определяет профиль шума и кавитации в данных условиях, а затем выбирает тип и число ступеней аттенюатора, схему уплотнений и класс давления.
Для байпасов насосов, отборов из трубопроводов и аварийного отсечения также прорабатывается совместимость с системой управления и логикой безопасности. Расчет привода, сторона монтажа, выбор сальника и стратегия запасных частей уточняются на этапе предложения, а пусконаладка и поддержка на площадке включаются в план проекта. Если на действующих линиях возникают шум или вибрация, техническая возможность перехода на исполнение с аттенюатором оформляется отдельным отчетом.
· Оценка шума и кавитации
· Выбор аттенюатора и схемы уплотнений
· Расчет привода
· Планирование запасных частей
· Координация пусконаладки
Часто задаваемые вопросы
Чем полнопроходной шаровой регулирующий клапан отличается от отсечного шарового крана?
Отсечные шаровые краны, как правило, рассчитаны на работу в полностью открытом или полностью закрытом положении. В полнопроходном шаровом регулирующем клапане шлицевые соединения вала, двойные втулки со стороны привода и направление на цапфах уменьшают люфт, поэтому возможно точное и повторяемое регулирование в промежуточных положениях. Аттенюаторы дополнительно ограничивают шум и кавитацию при дросселировании.
Что такое аттенюатор и для чего он нужен?
Аттенюатор — это перфорированная структура, встроенная в шар. Он делит поток на множество малых каналов и контролируемо распределяет перепад давления. На газе он может снизить аэродинамический шум до 20 dBA в одной ступени; на жидкости — ограничивает кавитацию и вызываемую ею вибрацию. При необходимости применяются двух- или трехступенчатые аттенюаторы.
Когда необходимо исполнение с двойным уплотнением?
Исполнения с одинарным уплотнением подходят только для одностороннего потока и перекрытия. Если требуется двустороннее перекрытие или двойное запирание с дренажем, нужно выбирать исполнение с двойным уплотнением. Газовое исполнение и исполнение без аттенюатора с двойными уплотнениями могут работать при потоке в обоих направлениях, а исполнение с аттенюатором для жидкости для защиты от кавитации должно работать в одном направлении.
Какие классы герметичности доступны?
Конструкции с одинарным и двойным композитным уплотнением обеспечивают класс IV стандартно и класс VI опционально по ANSI/FCI 70-2 / IEC 60534-4. Класс перекрытия следует оценивать вместе с материалом уплотнения, температурой процесса и перепадом давления при перекрытии.
Каков максимальный перепад давления при перекрытии?
При 38 °C максимально допустимый перепад давления при перекрытии для исполнений с одинарным и двойным уплотнением составляет 20 bar для CL150, 51 bar для CL300 и 103 bar для CL600. Эти значения могут дополнительно ограничиваться классом давление–температура корпуса, а при более высоких температурах необходимо учитывать ограничения материалов корпуса и уплотнения.
Как выбирается материал уплотнения?
Стандартное уплотнение из POM применяется в диапазоне от -29 до 82 °C. Для более широкого диапазона температур уплотнение из PTFE/PEEK работает от -73 до 260 °C. Стандартные нитриловые уплотнительные кольца подходят для диапазона от -45 до 100 °C; для более высоких температур требуется оценка для конкретного проекта.