Выбор подходящего типа клапана для использования в системе кислородного трубопровода является важным вопросом в различных отраслях промышленности, таких как химическая, нефтяная, нефтехимическая, горная или металлургическая. В процессе производства конечного продукта или соблюдения технологических требований, использование кислорода является неотъемлемой частью.
Для эффективного регулирования и отсечения потока кислорода необходимо использовать соответствующую запорно-регулирующую арматуру из нержавеющих сталей. Учитывая, что технологические процессы могут различаться, требуется выбрать конструкцию клапана, которая соответствует специфическим требованиям данного процесса. Каждый тип клапана (клиновая задвижка, плунжерный клапан, шаровой клапан, дисковый затвор) имеет свои особенности, которые влияют на качество и эффективность их применения, а также на процесс производства.
При выборе конструкции клапана необходимо учитывать следующие требования и параметры:
1. Цель использования клапана (запорный, регулирующий или запорно-регулирующий).
2. Надежность конструкции, обеспечивающей безопасность и исключение возможности воспламенения газообразного кислорода.
3. Функциональное качество конкретного типа клапана.
4. Технические характеристики и особенности выбранного клапана.
5. Возможность проведения ремонтных работ.
Рассмотрим каждый из упомянутых типов клапанов в контексте применения в кислородной среде с рабочей температурой.
Клиновая задвижка
Основным назначением клиновых задвижек является отсечение потока рабочей среды. Поток перекрывается с помощью клина, который управляется ручным штурвалом. При закрытии задвижки клин вертикально опускается, обеспечивая плотное прилегание уплотнений к посадочному месту. Однако, проблемой данного типа арматуры является износ клина, что может привести к возникновению задиров на поверхности посадочного места при закрытии и на самом клине при открытии. Это может привести к образованию металлической пыли, что является крайне опасным для среды с кислородом, так как даже небольшие размеры пыли могут привести к возгоранию при определенных условиях температуры.
(Рис.1 Задиры на клине)
Кроме того, в случае клиновых задвижек возможно образование искр при трении между металлическим уплотнением и посадочным местом, что может привести к возгоранию. Также, при редком открывании и закрывании задвижек, статическое электричество может возникать из-за трения. Важно отметить, что практически все производители задвижек ясно указывают, что их применение в кислородной среде недопустимо.
Для применения в среде кислорода арматура из нержавеющих сталей должна быть обезжирена при изготовлении. Клиновые задвижки имеют сложные детальные узлы, что требует тщательного процесса обезжиривания.
Также следует отметить, что клиновые задвижки не предназначены для регулирования потока. Использование задвижек в качестве регулирующих клапанов приводит к постоянному трению уплотнительной поверхности, что может привести к выходу из строя уплотнителя клина и нарушению герметичности. Кроме того, задвижки не обеспечивают плавное открытие для регулировки давления.
Таким образом, использование клиновых задвижек предпочтительно в невзрывоопасных средах и при постоянном нахождении в положении “открыто”.
Шаровой кран
Шаровые краны широко применяются при работе с кислородом и кислородосодержащими средами. При полном открытии они обеспечивают полнопроходное сечение, не оказывающее влияния на динамику потока. Однако использование шарового крана в качестве регулирующего клапана вызывает сомнения. Этот тип клапана может быть рассмотрен только при большом расходе рабочей среды. При небольшом расходе достичь качественной и плавной регулировки затруднительно. Это связано с тем, что при малом открытии шара расход рабочей среды минимален, но при дальнейшем открытии проходное сечение значительно увеличивается, что влияет на качество регулирования. При большом расходе также возможен шум, превышающий допустимый уровень, так как большинство шаровых кранов не имеют антишумовых устройств.
(Рис. 2 Механические задиры)
Еще одним недостатком шаровых кранов в качестве регулирующих клапанов является отсутствие возможности изменения пропускной способности клапана. Например, плунжерные клапаны позволяют устанавливать различные размеры седел и плунжеров внутри одного корпуса в зависимости от параметров расхода и давления. При изменении технологических параметров пользователю придется полностью заменить шаровой кран, что связано с демонтажем с трубопровода и дополнительными расходами.
Также обслуживание шаровых кранов неудобно. Они обычно имеют сложную конструкцию с двумя или тремя частями или являются цельносварными. Это означает, что при проведении ревизии или ремонта внутренних частей клапана его необходимо демонтировать с трубопровода. Также затруднительно провести частичное обезжиривание элементов шарового клапана после ремонта, и часто это не предоставляется возможным.
Наиболее распространенным применением шаровых клапанов является их использование в качестве “отсекателя” потока, когда требуется полное открытие или закрытие потока, без необходимости регулирования.
Седельный (плунжерный) клапан
Седельные (плунжерные) клапаны являются наиболее эффективным решением для регулирования работы с различными средами, включая кислород.
(Рис. 3 Кислородная арматура перед отгрузкой)
Они обладают следующими преимуществами:
1. Качественное регулирование: седельные клапаны обеспечивают точное и надежное регулирование на всех режимах работы. Это достигается благодаря универсальности конструкции, вариативности размеров седел и возможности замены основных деталей на разных размерах клапанов.
2. Эксплуатация в тяжелых условиях: седельные клапаны могут работать при высоких перепадах давления, больших расходах газовых сред и насыщенных паров рабочей среды. Они также оснащены антишумовыми вставками, которые снижают уровень шума до допустимых значений.
3. Простота обслуживания: клапаны можно ремонтировать, заменять седла и уплотнения без снятия их с трубопровода. Также их можно легко обезжирить.
4. Быстрое открытие и закрытие: седельные клапаны с плунжерами обеспечивают быстрое и плавное открытие и закрытие. Они не создают трения между металлическими частями, что минимизирует риск появления металлической пыли.
5. Высокоцикличная работа: седельные клапаны способны выдерживать колоссальные нагрузки и частые открытия/закрытия при сложных технологических процессах. Правильный выбор материалов и конструкции обеспечивает надежность работы даже при экстремальных условиях.
(Рис. 4 Седельный клапан на нитке кислородно-распределительного пункта)
6. Широкий выбор материалов: для седельных клапанов доступно большое количество материалов, включая специальные сплавы на основе никеля, которые предназначены для работы с кислородом и агрессивными средами.
Седельные клапаны являются надежным и эффективным решением для регулирования работы с различными средами, особенно при работе с кислородом и в сложных условиях эксплуатации.
Дисковый затвор с тройным эксцентриситетом
Дисковый затвор с тройным эксцентриситетом имеет следующие характеристики благодаря уменьшению трения между диском и седлом:
1. Высокая производительность;
2. Малое усилие при открытии/закрытии затвора;
3. Равномерное уплотнение между диском и седлом;
4. Отсутствие металлической пыли от трения.
Дисковые затворы с тройным эксцентриситетом хорошо себя зарекомендовали при работе с кислородом. Они обеспечивают надежную и долговременную работу благодаря отсутствию большого перемещающего усилия затвора.
(Рис. 5 Высокопроизводительные дисковые затворы с тройным эксцентриситетом)
По сравнению с шаровыми кранами, дисковые затворы такого же диаметра имеют меньшую металлоемкость и габаритные размеры, что позволяет устанавливать их в условиях с ограниченными монтажными размерами.
Малое усилие при открытии и закрытии не оказывает механического воздействия на уплотнение диска и седловое уплотнение корпуса. В случае выхода из строя уплотнений, достаточно заменить только уплотнение, без замены диска или корпуса.
Конструкция отдельного уплотнительного кольца корпуса позволяет регулировать его прижатие к корпусу, обеспечивая надежное перекрытие затвора.
Цельный шток затвора и надежное крепление диска обеспечивают жесткость конструкции, позволяя использовать его в качестве регулирующего клапана с высокой точностью регулирования.
Отсутствие трения между уплотнением диска и седловым уплотнением минимизирует возможность образования металлической пыли, которая может быть опасной при взаимодействии с кислородом.
В итоге, седельные клапаны и дисковые затворы с тройным эксцентриситетом являются предпочтительными для использования в качестве регулирующих и отсекающих клапанов при работе с газообразным кислородом.
