Всё о предохранительных клапанах: принципы работы и важность

Всё о предохранительных клапанах: принципы работы и важность

Принцип действия предохранительных клапанов довольно простой. При закрытом положении клапана на чувствительный элемент влияет рабочее давление всей системы. При возникновении любых процессов, из-за которых давление среды начинает повышаться, золотник перестает прижиматься к седлу. Как только сила обнуляется, запорный элемент отделяется от седла, и клапан открывается. Через открывшееся отверстие рабочая среда начинает удаляться, пока давление не снизится, и пружина не прижмет запорный элемент обратно к седлу.

Для закрытия клапана необходимо снижение давления до отметки ниже в10–15%до нормального уровня из-за того, что для обратной герметизации запорного элемента требуется большее усилие, чем для поддержания его в закрытом положении до сброса рабочей среды.

К предохранительным клапанам предъявляются высокие требования, главные из которых — скорость и четкость срабатывания, надежность использования. Это возможно за счет:

• Оперативного открытия при достижении порогового значения срабатывания устройства.
• При открытии клапана формируется достаточная пропускная способность для удаления излишков среды.
• Четкого закрытия системы при достижении допустимого уровня давления.
• Высокой герметичности и полного отсутствия протечек при обычном напоре среды, как до так и после срабатывания предохранительного клапана.
• Длительного срока эксплуатации и безотказной работы в течение паспортного времени работы, стабильность всех характеристик.

Все клапаны должны проходить периодические испытания на работоспособность и целостность уплотнительных элементов. Предохранительную арматуру демонтируют для ее последующей отправки в поверочную лабораторию, имеющую необходимую сертификацию для поверки изделий.

В случае если предохранительные клапаны работают на сложном оборудовании с непрерывным циклом, возможна поверка на месте эксплуатации в действии.

Связанные вопросы и ответы:

Что такое предохранительные клапаны и для чего они нужны

Хотя термины «предохранительный клапан», «клапан сброса давления», «предохранительный клапан» и «предохранительный клапан» на первый взгляд кажутся синонимами, на самом деле для этих терминов существуют специальные определения, которые, как представлено ниже, адаптированы из ANSI/ASME Performance Test Code PTC-25-2008. С иерархической точки зрения может быть полезно охарактеризовать семейство продуктов, выполняющих эту функцию, как устройства сброса давления, а затем в рамках этого семейства определить конкретные типы устройств как относящиеся к одному из двух классов:

• Устройства для сброса давления без реклокинга
• устройства для сброса давления без реклокинга

Различие между этими двумя классами заключается в том, что незакрывающиеся устройства предназначены для того, чтобы оставаться открытыми после срабатывания и могут требовать ручного сброса. Устройства повторного закрытия обычно закрываются или сбрасываются после того, как избыточное или пониженное давление, вызвавшее открытие клапана, исчезнет.

Перекрытие устройств сброса давления

К устройствам сброса давления относятся:

• Клапаны сброса давления
• Предохранительные клапаны
• Предохранительные клапаны
• Предохранительные сбросные клапаны

Предохранительные клапаны (PRV) — это пружинные клапаны, которые предназначены для открытия при наличии избыточного давления и закрытия для предотвращения потока жидкости после восстановления нормальных условий эксплуатации. Обычно это быстро открывающиеся клапаны, или клапаны со срабатыванием, или они могут открываться пропорционально величине давления, превышающего давление открытия.

Предохранительные клапаны обычно представляют собой клапаны сброса давления, которые реагируют на статическое давление на входе и быстро открываются. Они обычно используются в системах со сжимаемыми жидкостями.

Перепускные клапаны — это клапаны, которые характеризуются более постепенным открытием или закрытием, что, как правило, пропорционально увеличению или уменьшению давления в системе. Эти устройства обычно используются в системах с несжимаемыми жидкостями.

Предохранительные сбросные клапаны сочетают в себе характеристики как предохранительных, так и сбросных клапанов. Они способны как быстро, так и постепенно открываться и закрываться и, как правило, реагируют пропорционально изменению давления. Они могут использоваться как со сжимаемыми, так и несжимаемыми жидкостями или средами.

Неразборные устройства сброса давления

Не закрывающиеся устройства сброса давления остаются открытыми после срабатывания, что требует ручного сброса. Они не являются предохранительными клапанами как таковыми, а больше похожи на предохранители, которые необходимо заменить, если перегрузка по току привела к размыканию плавкой вставки.

Примерами незакрывающихся устройств сброса давления являются разрывные мембраны и разрывные штифты.

Типы предохранительных клапанов (PRV)

Клапаны сброса давления обычно относятся к одному из этих типов:

• PRV с ограниченным подъемом — клапан, в котором зона разгрузки определяется положением диска в клапане.
• ПРВ с полным подъемом — такой, в котором зона разгрузки не определяется положением диска в клапане.
• PRV с уменьшенным проходом — определяется как клапан, в котором площадь проходного сечения под седлом меньше, чем на входе клапана.
• Полнопроходной PRV — определяется как такой, в котором площадь отверстия равна площади потока на входе.
• PRV с прямой пружиной — клапаны, в которых для удержания диска в закрытом состоянии используется пружина.
• PRV с пилотным управлением — клапаны, в которых давление в системе используется для удержания поршня или мембраны на месте (вместо пружины), а конкретное давление удержания контролируется давлением в системе, приводящим в действие пилотный клапан.
• Обычный PRV с прямой пружиной — клапан с прямой пружиной, работа которого напрямую зависит от изменения противодавления.
• Сбалансированный прямой пружинный PRV — прямой пружинный клапан, разработанный для минимизации влияния противодавления на рабочие характеристики клапана. Также называется сбалансированным сильфонным PRV.
• PRV с внутренней пружиной — клапан с прямой пружиной, в котором пружинный механизм находится под воздействием давления в системе, когда клапан находится в закрытом состоянии.
• Предохранительный клапан температуры и давления — предохранительный клапан, который может реагировать как на условия давления, так и на условия температуры на входном отверстии клапана.
• PRV с силовым приводом — перепускной клапан, срабатывание которого осуществляется при помощи устройства с внешним приводом.
• Вакуумный предохранительный клапан — срабатывает для пропуска жидкости в систему при возникновении внутреннего вакуума, который может привести, например, к разрушению емкости для хранения.

Какие типы предохранительных клапанов существуют и в каких случаях их используют

Предохранительный клапан — это вид трубопроводной арматуры, осуществляющий автоматический выпуск избыточной среды при повышении давления в системе. Принцип его действия прост — в момент нарастания напора пружинный механизм сжимается и отодвигает затвор. Когда показатели опускаются до номинальных значений, конструкция возвращается в исходное положение и сброс веществ прекращается.

Фотография предохранительного клапана

Установка фитинга защищает трубопровод от разгерметизации, перегрева, механических повреждений и разрыва соединительных частей. Устройство удаляет излишки среды путем сбрасывания их в атмосферу или дренажную систему.

Критическое давление возникает при сбоях в работе трубопроводной линии любого назначения. Элемент своевременно срабатывает на изменение движения потока, применяется в магистралях промышленного и бытового типа.

Предохранительный клапан состоит:

• Металлический корпус из латуни или бронзы.
• Предохранительный механизм со стальной пружиной и защитной предохранительной рукояткой.
• Запирающий элемент: золотник или тарелка.
• Сильфон для герметичного соединения частей конструкции.
• Настроечный винт.

Клапаны производят в двух вариантах: с ручной регулировкой давления и с заводскими настройками. Порог срабатывания моделей первого типа задается самостоятельно, во втором случае производитель устанавливает защитную крышку, препятствующую перенастройке изделия.

Для несжимаемых сред используют изделия пропорционального действия. Подъем затвора в них происходит равномерно. Для сжимаемых веществ производят защитную арматуру двухпозиционного действия, которая резким подъемом запирает рабочую среду. В зависимости от необходимой высоты подъема золотника изделие выполняют малоподъемным, среднеподъемным и полноподъемным.

Два первых типа используют в трубопроводах с небольшой пропускной способностью, а полноподъемные элементы в магистралях, требующих высокой производительности.

По типу нагрузки на золотник клапаны бывают:

• Пружинные. Давлению среды противодействует пружина.
• Рычажно-грузовые. Сработка устройства происходит за счет перемещения груза, закрепленного на рычаге. Применяются только при фланцевом соединении.
• Магнито-пружинные. При нарастании давления электромагнит по сигналу от датчиков прижимает золотник к седлу. Конструкция представляет собой арматуру непрямого действия.

При длительном нахождении элемента в нерабочем состоянии, фитинг засоряется, что приводит к разгерметизации системы и постоянным утечкам. В таком случае изделие необходимо регулярно прочищать.

Как работают предохранительные клапаны

Предохранительный клапан  —, предназначенная для защиты от механического разрушения оборудования иизбыточнымпутёмвыпуска избытка,- исреды из систем ис давлением сверх установленного. Клапан также должен обеспечивать прекращение сброса среды при восстановлении рабочего давления. Предохранительный клапан является арматурой прямого действия , работающей непосредственно от рабочей среды, наряду с большинством конструкцийи.

Опасное избыточное давление может возникнуть в системе как в результате сторонних факторов (неправильная работа, передачаот сторонних источников, неправильно собранная тепломеханическая схема и т. д.), так и в результате внутренних, обусловленных неким исходным событием, не предусмотренным нормальной эксплуатацией. Предохранительные клапаны устанавливаются везде, где может это произойти, то есть практически на любом оборудовании, но в особенности они важны в сфере эксплуатациии бытовых.

Существуют и другие виды, но клапаны используются наиболее широко вследствие простоты своей, лёгкости настройки, разнообразия видов, размеров и конструктивных исполнений.

На поясняющем рисунке справа —типичного пружинного клапана прямого действия. На его примере рассмотрим типичную конструкцию. Обязательными компонентами конструкции предохранительного клапана прямого действия являются запорный орган и задатчик, обеспечивающий силовое воздействие на чувствительный элемент, связанный с запорным органом клапана. Запорный орган состоит из и . Если рассматривать поясняющий рисунок, то в этом простейшем случае затвором является золотник, а задатчиком выступает. С помощью задатчика клапан настраивается таким образом, чтобы усилие на обеспечивало его прижатие к запорного органа и препятствовало пропуску рабочей среды, в данном случае настройку производят специальным.

Когда предохранительный клапан закрыт, на его чувствительный элемент воздействуетот в защищаемой системе, стремящаяся открыть клапан и сила от задатчика, препятствующая открытию. С возникновением в системе возмущений, вызывающих повышение давления свыше рабочего, уменьшается величина силы прижатия золотника к седлу. В тот момент, когда эта сила станет равной нулю, наступаетактивных сил от воздействия давления в системе и задатчика на чувствительный элемент клапана. Запорный орган начинает открываться, если давление в системе не перестанет возрастать, происходит сброс рабочей среды через клапан.

С понижением давления в защищаемой системе, вызываемом сбросом среды, исчезают возмущающие воздействия. Запорный орган клапана под действием усилия от задатчика закрывается.

Давление закрытия в ряде случаев оказывается на 10-15 % ниже рабочего давления, это связано с тем, что для создания герметичности запорного органа после срабатывания требуется усилие, значительно большее, чем, то, которого было достаточно для поддержания герметичности клапана перед открытием. Это объясняется необходимостью преодолеть при посадке силу сцеплениясреды, проходящей через щель между уплотнительными поверхностями золотника и седла, вытеснить эту среду. Также понижению давления способствует запаздывание закрытия запорного органа, связанное с воздействием на негоусилий от проходящего потока среды, и наличие сил, требующих дополнительного усилия для его полного закрытия.

По характеру подъёма замыкающего органа:

По высоте подъёма замыкающего органа:

По виду нагрузки на золотник:

Как выбрать подходящий предохранительный клапан для своего оборудования

1.1. Настоящая Инструкция распространяется на предохранительные устройства (ПУ), установленные на сосудах, аппаратах и трубопроводах ТЭС, работающих на паре и воде.

1.2. Инструкция не распространяется на те ПУ паровых и водогрейных котлов, на которые распространяются требованияи.

1.3. Инструкция содержит основные требования к установке ПУ и определяет порядок их регулировки, эксплуатации и технического обслуживания.

В приложениях-Инструкции изложены основные требования, предъявляемые к ПУ энергоустановок, содержащиеся в ПравилахиГосгортехнадзора России и ГОСТ 12.2.085-82 и ГОСТ 24570-81 , приведены технические характеристики клапанов, применяемых для защиты оборудования энергоустановок ТЭС от повышения давления сверх допустимого значения, методика расчета пропускной способности предохранительных клапанов (ПК) и ряд других материалов, представляющих практический интерес для эксплуатационного персонала электростанций.

Инструкция направлена на повышение безопасности эксплуатации оборудования энергоустановок.

1.4. С выходом настоящей Инструкции утрачивает силу "Инструкция по эксплуатации, порядку и срокам проверки предохранительных устройств сосудов, аппаратов и трубопроводов тепловых электростанций" (М: СПО Союзтехэнерго, 1981).

Какие правила установки и обслуживания предохранительных клапанов существуют

Причинами утечки жидкости через предохранительный клапан чаще всего становятся:

1. Брак производителя. Он выражается в использовании некачественного сырья, установке слабых пружин, плохой обработке поверхностей, отсутствии герметичности соединений и корпуса.
2. Засор от накипи, ржавчины или примесей. В этом случае можно прочистить места приложения пластин и витки пружин для восстановления работоспособности узла.
3. Повышенное давление в водопроводе. Потребуется установка оборудования для его выравнивания.
4. Износ деталей. Нужна замена клапана.

При включенном бойлере

Во время работы медленное скопление воды на водостоке считается нормальным явлением. Однако усиленные потери жидкости возникают в результате таких явлений:

1. Повышенный расход кипятка. В таком случае объем горячей воды быстро уменьшается и замещается холодной. При нагреве жидкость расширяется, излишки сливаются в канализацию через затвор. Чем больше выливается из бойлера, тем чаще повторяется этот цикл и интенсивнее водоток в дренажной трубке.
2. Небольшой, растянутый по времени водоразбор при мытье посуды или приготовлении пищи. Такая ситуация предполагает небольшое подкапывание из предохранительного затвора. Постоянный даже небольшой поток является признаком неисправности.

При включенном бойлере медленное скопление воды считается нормой.

Иногда жидкость из дренажного отверстия вытекает при отсоединенном от сети питающем кабеле. Чаще всего такая ситуация возникает по нескольким причинам:

1. Повышение давления в системе на 1-2 атмосферы выше предельного. В этом случае происходит автоматическое срабатывание клапана и утечка воды в канализацию.
2. Износ тарелки или места ее прилегания внутри корпуса.
3. Ослабление пружины.
4. Попадание под запорный механизм грязи.

В результате вода стекает по трубке непрерывным потоком. Некоторые владельцы бойлеров в таком случае демонтируют клапан и ставят на его место пробку.

Такой способ ремонта недопустим, т.к. эксплуатация водонагревателя без предохранительного клапана запрещена.

Какие факторы могут привести к повреждению предохранительного клапана

Установленная на технологических трубопроводах предохранительная арматура должна подвергаться испытаниям, в первую очередь, по определению и настройке на давление срабатывания на всем протяжении ее службы в трубопроводе. Данная процедура обеспечивает безопасную эксплуатацию оборудования и предотвращает его порчу в следствие внештатных ситуаций. Таким образом регламентированные испытания предохранительной арматуры являются объектом обеспечения бесперебойной эксплуатацией как трубопроводов, так и технологических машин, аппаратов и механизмов.
Испытания трубопроводной арматуры являются неотъемлемой частью системы контроля и позволяют получить достоверную информацию о состоянии испытываемого образца и соответствии заявленным эксплуатационным характеристикам и значениям, для последующего сравнения с нормативными.
Предохранительный клапан — это трубопроводная арматура, предназначенная для аварийного сброса среды при превышении давления в трубопроводе выше заданного. Предохранительный клапан после сброса избыточного давления должен герметично закрыться, прекратив тем самым дальнейший сброс среды.
В настоящей инструкции применяются 2 определения:
1. Давление настройки (Рн) – это наибольшее избыточное давление на входе в клапан при котором клапан закрыт и герметичен. При превышении Рн клапан открывается на величину, чтобы обеспечить требуемый расход среды для снижения давления в сосуде или системе трубопроводов.
2. Давление начала открытия (Рн. о.) – это давление, при котором происходит срабатывание предохранительного клапана «акустический хлопок», золотник клапана открывается, для сброса части давления и потом возвращается в исходное положение. «Хлопок» ясно различим на газовых средах, на жидких средах это понятие определяется с большим трудом.

Как часто нужно проводить проверку предохранительных клапанов

Предохранительный клапан — это , своего рода , страховка для вашей системы отопления ️. Он словно бдительный охранник , который не дремлет и готов в любой момент среагировать на опасность , связанную с переизбытком давления. Представьте себе , что в вашей системе отопления , будь то котел на газу или электрический , давление начинает расти и превышает допустимые значения. В этот момент срабатывает предохранительный клапан , словно волшебная палочка , открывается и сбрасывает лишнюю воду в канализацию , предотвращая тем самым возможные аварии и поломки. Обычно срабатывание происходит при давлении выше 3 бар , но эта величина может варьироваться в зависимости от модели котла и системы отопления.

Почему срабатывает предохранительный клапан на котле?
Предохранительный клапан – это важнейший элемент системы отопления, призванный защитить котел и всю систему от разрушения в случае критического повышения давления. Он работает как своеобразный «клапан безопасности», сбрасывая излишки теплоносителя в канализацию, если давление превышает допустимые значения (обычно 3 бар).
Основные причины срабатывания предохранительного клапана:
✅ Неисправность расширительного бака. Расширительный бак – это емкость, которая компенсирует расширение воды при нагревании. Если он неисправен или его объем недостаточен, давление в системе может резко возрастать.
✅ Засорение системы отопления. Накипь, ржавчина и другие отложения могут сужать просвет труб, что затрудняет циркуляцию теплоносителя и приводит к повышению давления.
✅ Неправильная работа циркуляционного насоса. Неисправный или неправильно настроенный циркуляционный насос может нарушить баланс системы, вызывая перегрев и повышение давления.
✅ Перегрев котла. Если котел перегревается из-за неисправности датчиков, автоматики или неправильной настройки, давление в системе резко возрастает.
✅ Закрыт кран на обратке. Если кран на обратной магистрали отопления закрыт, это может привести к повышению давления в системе.
✅ Поломка котла. В случае неисправности котла (например, выход из строя насоса или заклинивание клапана) может возникнуть повышенное давление. ⚠️
Что делать, если сработал предохранительный клапан?
Если предохранительный клапан сработал, необходимо:
1. Определить причину срабатывания. Проверьте все вышеперечисленные возможные факторы.
2. Устранить причину. Вызовите специалиста для диагностики и ремонта системы отопления. ‍
3. Проверить клапан на исправность. Убедитесь, что клапан не заклинил и свободно закрывается.
Важно помнить: Срабатывание предохранительного клапана – это сигнал о проблеме в системе отопления, который нельзя игнорировать. Регулярное обслуживание и своевременный ремонт помогут избежать серьезных поломок и обеспечат безопасность вашей системы отопления.