Запобіжний клапан – це запобіжний пристрій, що використовується для запобігання перевищенню допустимого значення тиску в обладнанні, що працює під тиском. Функція запобіжного клапана реалізується за допомогою наступного процесу дії: коли тиск у системі досягає максимально допустимого значення, запобіжний клапан може точно відкритися та швидко досягти номінальної висоти відкриття, а також скинути номінальну кількість робочого середовища; запобіжний клапан знаходиться у відкритому стані. Випуск має бути стабільним; коли тиск у системі падає до певного значення, запобіжний клапан повинен своєчасно закритися, а в закритому стані він повинен бути герметичним. Нижче описано основні вимоги до експлуатаційних характеристик запобіжних клапанів.
1. Відкривайте точно
Запобіжний клапан повинен надійно відкриватися до заданої висоти відкриття під заданим тиском та досягати заданої пропускної здатності. Це основна вимога до запобіжного клапана. Тобто, коли вхідний тиск запобіжного клапана досягає заданого встановленого тиску, запобіжний клапан повинен відкриватися точно та швидко досягати заданої висоти відкриття.
Коли тиск у системі досягає максимально допустимого рівня, нечутлива реакція запобіжного клапана на підвищення тиску призведе до небезпечних ситуацій, таких як розрив та пошкодження котлів, резервуарів під тиском та трубопроводів. Особливо для стисливих газових середовищ небезпека вища.
Встановлений тиск запобіжного клапана не повинен бути більшим за розрахункове значення тиску котла, резервуара під тиском та трубопроводу.
Відхилення позитивного тиску запобіжного клапана чітко визначено у відповідних нормах та стандартах. Під час регулювання запобіжного клапана на заданий тиск його відхилення слід суворо контролювати в межах заданого діапазону.
2. Стабільні викиди
Після досягнення запобіжним клапаном заданої висоти відкриття він підтримує стабільний стан нагнітання та може випускати номінальну кількість робочого середовища. Під час процесу випускання середовища повинні бути хороші механічні властивості (відсутність стрибків частоти, вібрації тощо). Ця вимога є дуже важливою.
Запобіжний клапан повинен мати продуману конструкцію та пружину з достатньою жорсткістю для підтримки добрих механічних характеристик та стабільної пропускної здатності. Розмір проточного отвору запобіжного клапана повинен відповідати необхідним параметрам для розрахунку. Якщо площа поперечного перерізу проточного отвору занадто мала, то після відкриття запобіжного клапана надлишковий тиск середовища не може бути скинутий вчасно, і тиск у системі продовжує зростати, що дуже небезпечно. І навпаки, якщо площа поперечного перерізу проточного отвору занадто велика, то після відкриття запобіжного клапана тиск різко впаде нижче робочого, і диск запобіжного клапана закриється, що спричинить сильний удар по сідлу клапана; однак, оскільки коефіцієнт підвищення тиску в системі не усунуто, диск знову відкриється, утворюючи стрибок частоти, і в результаті сідло клапана та ущільнювальна поверхня диска будуть пошкоджені через багаторазові удари. Коли запобіжні клапани використовуються для нестисливих рідин, стрибки частоти також можуть спричинити гідравлічний удар у системі.
Вхідний тиск запобіжного клапана, коли він досягає номінальної висоти відкриття, називається тиском нагнітання. Він використовується в різних середовищах або в тих самих середовищах за різних робочих умов, а його номінальний тиск нагнітання різний, що чітко зазначено у відповідних нормах та стандартах. Зазвичай він виражається у відсотках від перевищення встановленого тиску. Конструктивне рішення запобіжного клапана повинно забезпечувати суворий контроль номінального тиску нагнітання в межах заданого діапазону.
3. Близький час
Коли тиск середовища під час розряду запобіжного клапана знижується до певного значення, заслінка клапана торкається ущільнювальної поверхні сідла клапана та знову досягає закритого стану. Запобіжний клапан може своєчасно та ефективно закриватися, що є важливим показником належної роботи.
Дія запобіжного клапана не обов'язково вимагає зупинки обладнання чи системи або їх ремонту. Іноді дію запобіжного клапана спричиняють випадкові фактори, такі як неправильна робота системи. У цьому випадку небажано, щоб зворотний тиск запобіжного клапана був занадто нижчим за робочий тиск. Занадто низький зворотний тиск означає надмірну втрату енергії та середовища, що порушує нормальну роботу всієї системи. Навпаки, тиск у задній частині клапана не повинен бути занадто високим. Якщо зворотний тиск близький до тиску відкриття, запобіжний клапан легко може знову відкритися, що призведе до частих стрибків запобіжного клапана, і це не сприятиме відновленню герметичності після закриття. Крім того, якщо запобіжний клапан не може бути надійно закритий, оскільки середовище між ущільнювальними поверхнями не повністю перекрите, неможливо відновити герметичність за нормального робочого тиску системи.
Конструкція запобіжного клапана повинна забезпечувати його швидке та ефективне закриття. Швидке та потужне повернення сідла більше сприяє встановленню герметичності, ніж поступове та повільне повернення сідла.
Характеристики повернення сідла запобіжного клапана відносно вимірюються значенням тиску відкриття, яке зазвичай визначається різницею тиску відкриття та закриття. Запобіжні клапани, що використовуються для різних середовищ, мають різну різницю тиску відкриття та закриття, що чітко визначено у відповідних нормах та стандартах.
4. Надійне ущільнення
Коли захищена система перебуває під нормальним робочим тиском, закритий запобіжний клапан має хороші та надійні герметичні властивості. Через протікання запобіжного клапана відбувається втрата робочого середовища (іноді дуже дорогого або небезпечного), збільшується споживання енергії, а навколишнє середовище та атмосфера забруднюються робочим середовищем. Надмірне протікання може навіть вплинути на нормальну роботу обладнання або системи та навіть змусити пристрій зупинитися. Постійне протікання також може призвести до корозії ущільнювальної поверхні запобіжного клапана, що призведе до його повного виходу з ладу.
Відновлення герметичності після спрацювання запобіжного клапана є складнішим, ніж підтримка початкового стану герметичності. Оскільки запобіжний клапан закритий, тиск середовища діє на більшу площу диска клапана, але перед відкриттям він діє лише на меншу площу, обмежену поверхнею ущільнення. Тому герметичність запобіжного клапана, ймовірно, знизиться після спрацювання, і, таким чином, буде втрачена. Зокрема, складніше вирішити проблему ущільнення заднього сідла запобіжного клапана прямої дії навантаження. У запобіжних клапанах з допоміжними робочими механізмами ця проблема вирішується за допомогою примусового герметизування.
Вимагати герметичності запобіжних клапанів складніше, ніж клапанів, які зазвичай використовуються для запірних клапанів. Оскільки між ущільненнями не прикладається велика сила, диск запобіжного клапана чіпляється за сідло клапана, створюючи лише невеликий тиск ущільнення. Тиск ущільнення визначається різницею між тиском налаштування запобіжного клапана та робочим тиском обладнання, зазвичай невеликим значенням (зазвичай 10% від тиску налаштування), тому розмір та шорсткість поверхні ущільнювальної поверхні запобіжного клапана є дуже суворими.
Вимоги до герметичності запобіжного клапана різняться залежно від середовища або робочих умов. Загалом, важко досягти того, щоб запобіжний клапан з ущільнювальною поверхнею метал-метал був без витоків. Запобіжний клапан з м'якою ущільнювальною структурою метал-неметал має набагато кращі герметичні властивості.
Час публікації: 02 вересня 2021 р.