шаровые краны

Что такое седельный регулирующий клапан?

Седельный регулирующий клапан — это клапан с поступательно движущимся штоком, в корпусе которого рабочая среда меняет направление и проходит через регулируемое сечение между плунжером и седельным кольцом. Привод задает положение плунжера, поэтому клапан непрерывно дросселирует поток в соответствии с управляющим сигналом. В седельных клапанах высокого давления плунжер движется внутри направляющей клетки: она ограничивает его поперечные смещения и обеспечивает устойчивое регулирование при больших перепадах давления.

Рассматриваемое на этой странице семейство клапанов — однопроходное, с металлическим уплотнением и клеточным направлением; плунжер закрывает клапан при движении вниз. Семейство выпускается как с проходными, так и с угловыми корпусами. В ряде типоразмеров утолщенная стенка корпуса дает дополнительный запас по эрозии и химическому воздействию, а корпуса под приварку встык или в раструб могут применяться вплоть до промежуточных классов давления по ASME B16.34.

Седельные регулирующие клапаны выбирают для питательной воды котлов, вспомогательных систем турбин, углеводородных линий высокого давления и контуров питания реакторов — там, где одинаково важны точность регулирования и механическая прочность. Правильный выбор типа трима, расходной характеристики и класса герметичности напрямую определяет качество регулирования и межремонтные интервалы.

Как работает седельный клапан с направляющей клеткой?

В клапане с направляющей клеткой регулирование достигается изменением положения плунжера внутри клетки и, соответственно, площади проходного сечения, открываемого окнами клетки. Направление потока и тип трима определяют, для какой задачи оптимизирован клапан.

1.      Управляющий сигнал и привод: Сигнал системы управления поступает на пневматический привод через позиционер или цифровой контроллер клапана, и привод линейно перемещает шток в заданное положение плунжера.

2.      Ход плунжера в клетке: Плунжер движется в клетке из упрочненного материала. При подъеме плунжера окна клетки открываются и проходное сечение растет; геометрия окон задает линейную, равнопроцентную или модифицированную равнопроцентную характеристику.

3.      Перепад давления и дросселирование: Давление снижается при прохождении среды через окна клетки и зазор между плунжером и седлом. Жесткое направление в клетке ограничивает вибрацию плунжера при большом перепаде и снижает механический шум.

4.      Перекрытие: При движении вниз плунжер садится на металлическое седельное кольцо. Герметичность перекрытия определяется одним из классов ANSI/FCI 70-2 / IEC 60534-4 в зависимости от типа трима, диаметра прохода и уплотнительного элемента.

H3   Три концепции трима

Разгруженный высокотемпературный трим имеет разгруженный плунжер с графитовыми поршневыми кольцами; он подходит для общих задач регулирования выше 232 °C, когда не требуется особо плотное перекрытие. Разгруженный трим с плотным перекрытием обеспечивает высокую герметичность ниже 232 °C; этот предел можно расширить до 316 °C при сочетании антиэкструзионных колец из PEEK с подпружиненным уплотнением из PTFE.

Неразгруженный трим предназначен для меньших типоразмеров, где давление среды действует непосредственно на плунжер, а приоритетом является хорошее перекрытие. Разгруженные плунжеры снижают требуемое усилие привода, а неразгруженные дают более простой путь уплотнения.

H3   Специальные клетки против кавитации и шума

В жидкостных средах многоступенчатые антикавитационные клетки разбивают перепад давления на ступени, чтобы пузырьки пара не схлопывались на металлических поверхностях. Типовые пределы — 149 bar для двухступенчатой и 207 bar для трехступенчатой клетки. Для газа и пара применяются перфорированные шумоглушащие клетки, снижающие аэродинамический шум. Эти специальные клетки взаимозаменяемы со стандартными тримами.

Направление потока зависит от трима: для разгруженных тримов поток обычно направлен вниз, для неразгруженных — вверх, а у антикавитационных и шумоглушащих клеток направление потока задано типом клетки.

Ключевые особенности

·         Жесткое клеточное направление: Повышает устойчивость плунжера, снижает вибрацию и механический шум и позволяет работать при полном перепаде давления.

·         Упрочненный стандартный трим: Клетка, плунжер и другие детали трима в стандартном исполнении изготавливаются из упрочненных материалов для износостойкости.

·         Быстрая замена трима: Детали трима снимаются и устанавливаются обычным ручным инструментом, что сокращает время обслуживания.

·         Интегрированная клетка с седельным кольцом: Доступна для проходных корпусов NPS 8–24 и угловых корпусов NPS 12 — для упрощения обслуживания и более надежного перекрытия.

·         Спирально-навитые прокладки: Прокладки корпуса выполняются из сочетания никелевого сплава и графита (N06600 или N07750 с графитом).

·         Сальники с низкой эмиссией: Помимо одинарного, двойного сальника и сальника с отводом утечек доступны системы с низкой эмиссией с пружинным поджатием на основе PTFE или графита.

·         Тримы для малых расходов: Плунжеры для микрорасходов с уменьшенным проходом обеспечивают широкий диапазон регулирования и плотное перекрытие при высоком давлении и малом расходе.

·         Увеличенные присоединения: Корпус NPS 4 может поставляться с присоединениями NPS 6, а корпус NPS 6 — с присоединениями NPS 8, что позволяет обойтись без переходов на трубопроводе.

Технические характеристики

Ниже приведен общий диапазон конфигураций семейства клапанов; точные значения зависят от выбранного корпуса, трима, класса давления и типа присоединения.

Пределы давления и температуры необходимо оценивать совместно с материалом корпуса, материалом трима и ограничениями применимых стандартов. Окончательные значения подтверждаются для каждого проекта.

Основные преимущества

·         Устойчивое регулирование при высоком давлении: Плунжер с клеточным направлением обеспечивает регулирование без вибраций и с высокой повторяемостью даже в условиях CL2500 и выше.

·         Гибкость трима под задачу: В один и тот же корпус можно установить высокотемпературный трим, трим с плотным перекрытием, антикавитационный или шумоглушащий трим.

·         Долгий срок службы: Упрочненный трим и толстостенный корпус дают запас прочности против эрозии и коррозии.

·         Простое обслуживание: Быстрая замена трима и варианты с интегрированной клеткой и седельным кольцом сокращают плановые остановы.

·         Применимость в системах безопасности: Возможность SIL 3 в отдельных исполнениях позволяет использовать клапаны в приборных системах безопасности.

·         Снижение эмиссий: Сальники с пружинным поджатием помогают уменьшить потери рабочей среды и выбросы опасных веществ.

Отрасли и области применения

Седельные регулирующие клапаны высокого давления применяются в технологических отраслях с большими перепадами давления, жесткими условиями эксплуатации и высокими требованиями к точности регулирования.

Энергетика

Регулирование питательной воды котлов, работа с водой и паром высокого давления. В системах питательной воды котлов разгруженные тримы с плотным перекрытием требуют антиэкструзионных колец из PEEK.

Добыча углеводородов

Регулирование давления и расхода на газовых и жидкостных линиях высокого давления; материалы для сред, содержащих H2S.

Нефтепереработка

Регулирование на технологических линиях высокого давления и высокой температуры с упрочненным тримом, стойким к износу и коррозии.

Химическая промышленность

Корпуса из нержавеющей и дуплексной стали для агрессивных сред, контуров питания реакторов и снижения давления.

Как выбрать седельный регулирующий клапан

Подходящий седельный регулирующий клапан подбирается расчетом по полному набору технологических данных, а не только по диаметру трубопровода.

Параметры процесса

·         Минимальный, нормальный и максимальный расход; давление на входе и выходе

·         Температура процесса и фазовое состояние среды (жидкость, газ, пар, двухфазный поток)

·         Риск кавитации, вскипания и аэродинамического шума

·         Наличие абразивных частиц или агрессивных компонентов

Трим и перекрытие

·         Разгруженный высокотемпературный трим выше 232 °C, трим с плотным перекрытием — ниже

·         Требуемый класс герметичности и давление перекрытия

·         Расходная характеристика (линейная / равнопроцентная) и требуемый диапазон регулирования

·         Необходимость уменьшенного прохода или плунжера для микрорасходов при малом расходе

Присоединения и механика

·         Класс давления и потребность в промежуточном классе

·         Фланцевое присоединение, под приварку встык или в раструб

·         Материал корпуса и соответствие требованиям для сред с сероводородом

·         Температурные ограничения крышки и бугеля при высокой температуре

Привод и функциональная безопасность

·         Усилие перекрытия и положение при отказе

·         Цифровой контроллер клапана и диагностика

·         Требование SIL в составе приборной системы безопасности

·         Сальниковое уплотнение в соответствии с требованиями по эмиссиям

TLY Enerji собирает эти параметры с помощью опросного листа и выполняет расчет и выбор трима для каждого проекта.

Стандарты и соответствие

Семейство клапанов конфигурируется в соответствии со следующими стандартами на конструкцию, размеры и испытания.

Применимые стандарты и сертификаты зависят от конфигурации и должны подтверждаться в проектной документации.

Проекты регулирующих клапанов с TLY Enerji

В регулирующем клапане высокого давления неправильно выбранный трим оборачивается кавитационными повреждениями, шумом, протечками по седлу и незапланированными остановами. Поэтому каждый проект седельного регулирующего клапана TLY Enerji начинает с детального разбора опросного листа: расчет, выбор характеристики и анализ кавитации и шума выполняются по диапазону расходов, перепаду давления, температуре и свойствам среды.

Наши инженеры оценивают сочетание материала корпуса, класса давления, типа трима, класса герметичности и привода с учетом требований проекта к регулированию и безопасности, а на этапе предложения предоставляют технические сравнения и документацию. Потребности в пусконаладке и поддержке на площадке планируются в рамках проекта.

На действующих предприятиях условия работы проблемных клапанов анализируются заново, а варианты — замена трима, модернизация клетки или изменение привода — оформляются в отчете с техническим обоснованием.

·         Расчет клапана и выбор трима по технологическим данным

·         Оценка кавитации и шума

·         Подбор привода и цифрового контроллера клапана

·         Техническая документация и сравнение предложений

·         Координация пусконаладки и поддержки на площадке

Часто задаваемые вопросы

В чем основное отличие седельного регулирующего клапана от шарового?

Седельный регулирующий клапан дросселирует поток линейно движущимся плунжером и обеспечивает точное и устойчивое регулирование при больших перепадах давления. Шаровые клапаны — поворотные, их сильные стороны — высокая пропускная способность и малые потери давления. Для задач с большим перепадом давления, риском кавитации и высокими требованиями к точности регулирования клапаны с направляющей клеткой, как правило, являются более подходящим решением.

Когда следует применять разгруженный трим?

В разгруженном триме давление по обе стороны плунжера выравнивается, поэтому приводу нужно преодолевать меньшее усилие и большими проходами можно управлять приводами меньшего размера. При высокой температуре предпочтителен разгруженный трим с графитовыми поршневыми кольцами, а ниже 232 °C — разгруженный трим с плотным перекрытием. Неразгруженный трим можно рассматривать для малых типоразмеров, где требуется очень хорошее перекрытие.

Какие классы герметичности доступны для седельных регулирующих клапанов?

Класс герметичности зависит от типа трима, диаметра прохода и уплотнительного элемента. Для этого семейства клапанов в зависимости от конфигурации доступны классы от II до V по ANSI/FCI 70-2 / IEC 60534-4. Также предлагается опциональный трим плотного перекрытия, испытанный на отсутствие протечки при отгрузке; это дополнительное заводское испытание, а не стандартный класс.

Как работает антикавитационный трим?

Кавитация возникает, когда давление жидкости падает ниже давления насыщенных паров, а затем восстанавливается, и пузырьки пара схлопываются на металлических поверхностях. Многоступенчатая антикавитационная клетка делит перепад давления на несколько ступеней, чтобы давление жидкости не опускалось ниже давления насыщенных паров. В этом семействе клапанов типовые пределы — 149 bar для двухступенчатых и 207 bar для трехступенчатых клеток.

Что такое промежуточный класс давления?

ASME B16.34 допускает для клапанов с присоединением под приварку встык и в раструб промежуточные значения давление–температура между стандартными классами. Поэтому толстостенные седельные клапаны высокого давления могут работать выше стандартных значений CL900 или CL1500, а проходные корпуса NPS 8–12 доступны в стандартном промежуточном классе CL3200. Применимые значения подтверждаются для каждого проекта в зависимости от размера и материала корпуса.

Что учитывать при работе на питательной воде котла?

Клапаны питательной воды котла работают при больших перепадах давления, частых циклах и риске кавитации. В таких условиях в разгруженном триме с плотным перекрытием обязательны антиэкструзионные кольца из PEEK, а при необходимости добавляется многоступенчатая антикавитационная клетка. Режимы минимального расхода, давление перекрытия и усилие привода следует оценивать вместе с технологическими данными.

Можно ли применять эти седельные клапаны в приборных системах безопасности?

Отдельные исполнения в диапазоне NPS 1–14 сертифицированы независимым органом как пригодные для SIL 3; для угловых корпусов эта область ограничена определенными размерами. Верификация SIL для полной комбинации корпуса, трима, привода и принадлежностей, используемой в функции безопасности, должна выполняться для каждого проекта.