Максимальное давление для задвижки зависит от ее конструкции, материала, размера и рабочей температуры. Стандартные бытовые клапаны рассчитаны на 100-200 фунтов на квадратный дюйм, но задвижка высокого давления, предназначенная для промышленного использования, может выдерживать давление свыше 20 000 фунтов на квадратный дюйм в специализированных нефтепромысловых применениях.
Что определяет номинальное давление
Номинальное давление не является одним фиксированным числом. Оно меняется в зависимости от нескольких факторов, действующих совместно.
Температура
По мере повышения рабочей температуры прочность материала снижается, и допустимое давление падает вместе с ней.
Клапан, рассчитанный на 5000 фунтов на квадратный дюйм при 100°F, может быть безопасным только при 3000 фунтов на квадратный дюйм при 600°F.
Чтение только номинального давления окружающей среды и остановка на этом является ошибкой в спецификации, которая неоднократно встречается в промышленных закупках и полностью избегаема.
Конструкция материала
Кованая сталь производит более плотный и прочный корпус, чем литая сталь. Для работы с паром высокого давления и углеводородами кованые корпуса превосходят литые аналоги как по прочности, так и по долгосрочной надежности.
Наплавка на поверхности седла и затвора не менее важна. Такие материалы, как карбид вольфрама и стеллит 6, противостоят эрозии, вызываемой потоком высокого давления на уплотнительной поверхности. Без них износ седла ускоряется, и за этим следует утечка.
Конструкция крышки
Конструкции с болтовым креплением крышки имеют ограничения при работе с высоким давлением, поскольку крепежные элементы несут уплотнительную нагрузку.
Выше определенного порога одного натяжения болтов недостаточно.
Конструкции с уплотнением под давлением решают эту проблему, используя внутреннее давление для затягивания уплотнения. Чем сильнее давит система, тем плотнее становится уплотнение.
Конфигурация проходного отверстия
Полнопроходные задвижки поддерживают тот же внутренний диаметр, что и трубопровод. Это обеспечивает низкий перепад давления и позволяет пропускать внутритрубные поршни для очистки. Задвижки с уменьшенным проходом более компактны и легки, но более узкое отверстие увеличивает сопротивление потоку через клапан. В нефтепромысловых и трубопроводных приложениях высокого давления выбор между ними влияет как на эксплуатационную эффективность, так и на доступ для обслуживания.
Стандарты номинального давления
Промышленные задвижки соответствуют двум основным системам классификации.
Классы ASME/ANSI варьируются от Class 150 до Class 4500. Клапан Class 150 выдерживает около 285 фунтов на квадратный дюйм при температуре окружающей среды. Клапан Class 2500 выдерживает около 6250 фунтов на квадратный дюйм в тех же условиях.
Номинальные давления PN используются в европейских и международных спецификациях, варьируясь от PN10 до PN400 и представляя собой пропускную способность по давлению в барах.
Клапан, рассчитанный на высокое давление при 100°F, может иметь снижение этого показателя вдвое при 800°F. Всегда читайте полную кривую зависимости давления от температуры, а не только значение при температуре окружающей среды.
Для нефтепромысловых применений API 6A устанавливает номинальные давления 2000, 3000, 5000, 10000, 15000 и 20000 фунтов на квадратный дюйм, обычно обозначаемые как от 2M до 20M. Они охватывают устьевое и наземное оборудование при добыче нефти и газа, где условия эксплуатации являются наиболее требовательными.
Для получения дополнительной информации о том, как эти номинальные значения применяются в различных условиях эксплуатации, наше руководство по проектированию задвижек высокого давления подробно рассматривает особенности по типу применения.
Задвижки с уплотнением под давлением
Задвижка с самоуплотняющимся затвором является отраслевым стандартом для электростанций, паровых систем и нефтеперерабатывающих заводов, работающих при давлении выше 1450 фунтов на квадратный дюйм.
Уплотнение крышки затягивается по мере увеличения внутреннего давления. Производительность улучшается в тех самых условиях, в которых крышка на болтах начала бы выходить из строя.
Эти клапаны работают в диапазоне от класса 900 до класса 4500, выдерживая давление от примерно 2200 фунтов на квадратный дюйм до 10000 фунтов на квадратный дюйм и выше. Они также рассчитаны на температуры до 580°C, что позволяет использовать их в сверхкритической энергетике и высокотемпературных паровых системах.
Серебряные прокладки в конструкциях с самоуплотняющимся затвором требуют особого внимания во время тепловых переходных процессов. Прокладка, раздавленная во время быстрых изменений температуры, приводит к утечкам, которые не предусмотрены стандартными графиками технического обслуживания.
Некоторые конструкции с самоуплотняющимся затвором также используют невыдвижные штоки для уменьшения износа сальника и рабочего крутящего момента в конфигурациях с плоским затвором высокого давления. Подтвердите это при спецификации для применений, где ожидается частая эксплуатация.
Если вы специфицируете задвижки с самоуплотняющимся затвором для циклической работы, наш анализ конструкции задвижки с самоуплотняющимся затвором раскрывает детали конструкции и то, что следует контролировать в процессе эксплуатации.
Как размер клапана влияет на максимальное давление
Размер и давление движутся в противоположных направлениях.
По мере увеличения диаметра клапана сила, действующая на затвор, возрастает. Клапаны большего размера требуют более прочной конструкции для поддержания того же давления, что и клапаны меньшего размера.
6-дюймовая задвижка, изготовленная по стандартам API 6A, может выдерживать от 10 000 до 15 000 фунтов на квадратный дюйм в условиях высокого давления на нефтяных месторождениях.
8-дюймовая задвижка того же класса требует более массивного корпуса, потому что большая площадь проходного отверстия увеличивает силу, которую должен выдерживать затвор.
Для применений с малым диаметром API 602 охватывает кованые стальные задвижки от 1/4 дюйма до 2 дюймов, рассчитанные на давление до 10 000 фунтов на квадратный дюйм. Это компактные, высокопрочные конструкции, используемые там, где пространство ограничено, а требования к давлению высоки.
Задвижки большого диаметра, работающие под высоким давлением, часто требуют установки байпасных систем. Без них перепад давления на затворе делает клапан невозможным для работы и повреждает седло при открытии.
Параллельные задвижки в условиях высокого давления пара
Параллельная задвижка использует два параллельных диска вместо клина для уплотнения с седлом.
Это устраняет эффект заклинивания, который возникает у клиновых задвижек в высокотемпературных паровых системах, где тепловое расширение блокирует клин против седла.
Параллельные задвижки хорошо подходят для котельных систем и паропроводов высокого давления, работающих с частыми термическими циклами. Они работают в диапазоне классов ASME от 150 до 2500 и требуют меньшего рабочего крутящего момента, чем клиновые задвижки в тех же условиях.
Водопроводные и низконапорные применения
Не каждое применение требует промышленных номинальных давлений.
Задвижка Kennedy предназначена для систем водоснабжения и водоотведения, рассчитана на 200–250 фунтов на квадратный дюйм для стандартных конструкций с упругим клином и до 350 фунтов на квадратный дюйм для серий противопожарной защиты.
Задвижка MJ, конструкция с механическим соединением, используемая в подземных водопроводных установках, работает при рабочем давлении 250 фунтов на квадратный дюйм.
Обе надежны для своего предполагаемого применения. Проблемы начинаются, когда клапан, рассчитанный на водопроводные сети, оказывается в промышленном применении с более высоким давлением, потому что размер трубы не соответствует. Класс давления и размер трубы — это отдельные спецификации, и к ним нужно относиться соответствующим образом.
Замена задвижки высокого давления: что проверить
Замена задвижки высокого давления не так проста, как подбор диаметра трубы. Вот как следует действовать при ее проверке.
Повторно проверьте кривую "давление-температура"
Не полагайтесь только на номинальное давление окружающей среды. Повторно проверьте максимальное давление и температуру системы вместе, прежде чем выбирать замену.
Сопоставьте материал, тип крышки и концевые соединения
Замена кованой стали A105 литой альтернативой в паровых системах высокого давления создает риск отказа.
Переход от конструкции с болтовым креплением крышки к конструкции с герметичным уплотнением изменяет габариты клапана и влияет на расположение трубопроводов вокруг него.
Концевые соединения также должны точно совпадать. Замена приварного соединения на фланцевую альтернативу на линии высокого давления требует модификаций трубопровода, которые редко учитываются на этапе закупки.
Для работы под высоким давлением, требующей кованого корпуса, наша кованая клиновая задвижка охватывает требовательные классы давления в кованой стальной конструкции. Там, где условия эксплуатации допускают литую конструкцию, литая клиновая задвижка является экономически эффективной альтернативой.
Состояние седла, уплотнение и поставка
Проверьте состояние седла на клапанах с металлическим седлом, прежде чем заменять весь узел. Возобновляемые металлические седла часто можно восстановить, а не полностью заменять.
Для температур выше 232°C требуется графитовое уплотнение. Фторопласт (PTFE) выходит из строя при таких температурах и не должен использоваться выше этого порога.
Гидростатические испытания на клапанах высокого давления проводятся при 1,5-кратном значении MAWP. Клапан на 10 000 фунтов на квадратный дюйм (PSI) испытывается при 15 000 фунтов на квадратный дюйм (PSI). Убедитесь, что любая замена сопровождается документацией, подтверждающей ее испытания по этому стандарту.
При поиске замен каталог задвижек Powell перечисляет конструкции с уплотнением под давлением API 600 для классов от 600 до 4500, включая клиновые и параллельные конфигурации для тяжелых промышленных условий.
Заключение
Создайте идеальный клапан для вашего проекта! Получите предложение и изучите наши индивидуальные возможности.
Клапан, который выглядит правильным на бумаге, но не соответствует фактической кривой давления-температуры системы, прослужит недолго. В условиях высокого давления такой отказ редко ограничивается самим клапаном.
Если вы работаете над спецификацией задвижки и нуждаетесь в рекомендациях по правильной конструкции для вашего применения, свяжитесь с нашей командой и мы поможем вам найти подходящее решение.
