12.3.4 Предохранительные клапаны и устройства

Для защиты сосудов, аппаратов, емкостей, трубопроводов и другого технологического оборудования от разрушения при чрезмерном повышении давления чаще всего применяют предохранительные клапаны. Предохранительные клапаны обеспечивают безопасную эксплуатацию оборудования в условиях повышенных давлений рабочей среды. При повышении в системе давления выше допустимого предохранительный клапан автоматически открывается и сбрасывает избыток рабочей среды, тем самым предотвращая возможность аварии. После окончания сброса давление снижается до величины, меньшей давления начала срабатывания клапана, предохранительный клапан автоматически закрывается и остается закрытым до тех пор, пока в системе вновь не произойдет увеличение давления выше допустимого.

Классификация предохранительных клапанов.

Существующие конструкции предохранительных клапанов можно классифицировать по нескольким признакам: - по виду нагрузки на золотник:

1. предохранительные клапаны грузового типа с непосредственной нагрузкой на золотник. Они очень просты по конструкции, их применяют только для низких давлений из-за невозможности приложения к золотнику груза большой массы;

2. предохранительные клапаны грузового типа с непрямым нагружением золотника. К ним относятся рычажные предохранительные клапаны. Настройка на давление срабатывания может осуществляться перемещением груза на рычаге или же путем снятия или навешивания дополнительного груза. Основное преимущество этого клапана – нагрузка на золотник при его подъеме остается постоянной (это относится и к предыдущим клапанам);

3. пружинные предохранительные клапаны – в них давлению среды на золотник противодействует сила сжатия пружины . На срабатывание клапан настраивают большим или меньшим поджатием пружины. Преимущество пружинных предохранительных клапанов – относительно малые габаритные размеры при больших проходных сечениях. Недостаток – с увеличением высоты подъема золотника соответственно возрастает усилие пружины вследствие ее сжатия.

- по высоте подъема золотника, которая является одной из основных характеристик предохранительных клапанов, так как определяет его пропускную способность:

1. низкоподъемные предохранительные клапаны, у которых отношение высоты подъема золотника к диаметру сопла равно 1/20 – 1/40. К ним относятся простейшие предохранительные клапаны, которые применяют главным образом для жидкостей, когда не требуется большая пропускная способность;

2. среднеподъемные предохранительные клапаны, имеющие отношение высоты подъема золотника к диаметру сопла 1/6 – 1/10;

3. полноподъемные предохранительные клапаны, отличающиеся высокой производительностью, т.к. сечение щели при подъеме золотника равно или больше сечения сопла клапана, т. е. высота подъема золотника равна или больше 1/4 диаметра сопла.

- по связи с окружающей атмосферой:

1. предохранительные клапаны открытого типа, которые при открывании сбрасывают среду непосредственно в атмосферу;

2. предохранительные клапаны закрытого типа, пропускающие среду при открывании в трубопровод и герметичные по отношению к окружающей атмосфере.

- по влиянию противодавления (соединение линий сброса предохранительных клапанов в общий коллектор и привело к тому, что при срабатывании одного из клапанов на остальные действует противодавление, которое необходимо учитывать при их работе):

1. предохранительный клапан неуравновешенного типа. Которые не имеют устройств, устраняющих действие противодавления;

2. предохранительные клапаны уравновешенного типа, в которых противодавление практически не влияет на работу клапана.

- по способу открывания клапана:

1. предохранительные клапаны прямого действия, у которых давление среды воздействует непосредственно на золотник, поднимая его при установочном давлении;

2. предохранительные клапаны со вспомогательным устройством, срабатывающие только после срабатывания вспомогательного устройства (импульсного клапана).

- по числу сопел:

1. одинарные предохранительные клапаны имеют одно сопло и золотник (как правило, в промышленности используют именно такие клапаны);

2. двойные предохранительные клапаны – в одном корпусе расположены два сопла и два золотника (для увеличения производительности предохранительных клапанов);

3. тройные предохранительные клапаны – в одном корпусе находятся три сопла и три золотника.

Пружинные предохранительные клапаны.

Пружинные предохранительные клапаны предназначены для углеводородных жидких и газообразных некоррозионных сред. Эти клапаны как правило полноподъемные, имеют высокую пропускную способность. В некоторых конструкциях пружинных предохранительных клапанов для контрольных продувок во время эксплуатации предусмотрен рычажный механизм. На рисунке 12.13 представлен пружинный предохранительный клапан.

На нефтеперекачивающих станциях наиболее широкое применение получил специальный пружинный предохранительный клапан типа СППК4-200-16 (см. рисунок 12.13).

Пружинный предохранительный клапан типа СППК4-200-16 закрытый, без рычага для контрольной продувки, имеет высокую пропускную способность. Конический проточный канал приемного патрубка обеспечивает плавный переход от проходного сечения фланца к соплу клапана. На выходе из конической части приемный патрубок имеет резьбовое гнездо с притертым пояском для герметичного крепления сопла. Сопло клапана имеет резьбу. Для герметизации соединения сопла с корпусом на его наружной цилиндрической поверхности предусмотрен фланец с уплотнительным пояском, обработанным до высокого класса чистоты поверхности. Запорная тарелка клапана изготовляется с коническим отбойником по периферии. Для максимального приближения точки приложения нагружающего усилия к уплотнительным поверхностям направляющий выступ тарелки имеет внутреннюю полость, и опорный конус штока садится на подушку в самой нижней точке этой полости, что способствует устойчивому положению тарелки при открытом клапане и облегчает ее перемещение при посадке на седло сопла.

1 – корпус; 2 – сопло; 3 – золотник; 4 – шток; 5 – пружина; 6 – винт

Рисунок 12.13 - Клапан предохранительный пружинный СППК4-200-16

Технологические параметры клапана регулируют кольцом, навинченным на сопло. На кольце сверху имеется узкий плоский поясок. При свинчивании кольцо приближается к торцовой плоскости тарелки. Регулируя зазор между плоскостями пояска кольца и торца тарелки, можно в широких пределах регулировать давление полного открывания клапана и давление его закрывания, т.е. величину продува. Набор пружин клапана обеспечивает плавное регулирование установочного давления в пределах 0,5 – 16 кГс/см².

Выбор предохранительных клапанов.

Предохранительные клапаны выбирают по их пропускной способности. Точное определение действительной пропускной способности предохранительных клапанов необходимо не только для обеспечения безопасной эксплуатации сосудов, установок или трубопроводов, но и для экономии, удобства обслуживания и правильной эксплуатации клапанов.

При установке на защищаемый объект предохранительного клапана с недостаточной пропускной способностью в системе может создаться аварийная ситуация. Несмотря на четкое срабатывание предохранительного клапана, давление в защищаемом объекте продолжает расти из-за превышения производительности источника давления над пропускной способностью предохранительного клапана.

Завышение условного прохода предохранительных клапанов, их пропускной способности, кроме создания громоздкой предохранительной системы, приводит к неправильной их работе и преждевременному выходу из строя, так как предохранительный клапан после срабатывания и открытия на полную высоту будет "голодать", вызывая частую пульсацию запорного органа. После падения в защищаемой системе давления такой предохранительный клапан не обеспечивает достаточную герметичность при закрытии из-за нарушения уплотнительных поверхностей седла и золотника.

Практика эксплуатации предохранительных клапанов в нефтяной промышленности подтвердила необходимость точного соответствия параметров клапанов предохраняемой системе по давлению и действительной производительности.

Для предотвращения разрушения оборудования из-за чрезмерного повышения давления необходимо не только правильно выбрать, установить и эксплуатировать предохранительные клапаны, но и правильно транспортировать их и хранить.

Основные правила эксплуатации предохранительных клапанов.

Продолжительность работы предохранительных клапанов главным образом определяется правильной эксплуатацией, а также своевременным их ремонтом.

Во время эксплуатации предохранительных клапанов особое внимание должно быть уделено срокам ревизии, которые устанавливаются исходя из особенностей производства данной отрасли промышленности.

После ревизии предохранительный клапан регулируют на заданное установочное давление и проверяют его герметичность. Затем клапан пломбируют; устанавливать неопломбированные клапаны категорически запрещается.

Наиболее общие дефекты или неисправности при неправильной эксплуатации клапанов – утечка, пульсация и задиры движущихся частей.

Причинами пропуска среды (утечка среды) могут быть: попадание на уплотнительные поверхности посторонних примесей, повреждение уплотнительных поверхностей, нарушение соосности клапана от чрезмерной нагрузки от выкидной трубы, деформация пружины, занижение установочного давления.

Пульсация, т.е. быстрое и частое открытие и закрытие предохранительного клапана. Пульсация – это обычно результат, во-первых, чрезмерно большой пропускной способности предохранительных клапанов; во-вторых, суженное сечение подводящего к приему клапана патрубка сосуда; в-третьих, неправильная установка отводящей трубы. Устранить пульсацию предохранительных клапанов можно правильным выбором пропускной способности клапана, сечения подводящего патрубка сосуда или выкидного патрубка предохранительного клапана.

Задиры движущихся деталей предохранительных клапанов происходит в результате неправильной сборки или установки клапанов вследствие перекосов. Задиры удаляют механической обработкой, а их причины – квалифицированной сборкой предохранительных клапанов.