Как подобрать предохранительный клапан на сосуд
Предлагаю сначала разобраться: что такое предохранительный клапан, для чего он нужен и зачем его вообще подбирать? Может, стоит взять самый красивый и установить его?
Предохранительный клапан (определение ГОСТ Р 52720) – это такая трубопроводная арматура, которая защищает (собственно, поэтому он и предохранительный) оборудование, если там вдруг повысится давление (оно, повышенное давление, нам совершенно ни к чему). Делает он это, открывшись в нужный момент (собственно, поэтому он и клапан) и выпустив то самое «ненужное» давление, а после этого сам в нужный момент закроется (давление закрытия). Как же это происходит? Тут нет никакой магии. В клапане есть пружина, которая при нормальном ходе работы (давление перед клапаном рабочее) своей силой закрывает проход (золотник плотно прижат к седлу), и ничего никуда не сбрасывается. Но если вдруг давление начинает расти, у пружинки уже не хватает сил, чтобы удержать его, и клапан открывается (давление начала открытия), давление сбрасывается.
Теперь что касается подбора клапана. Предохранительные клапаны бывают разного размера – от совсем маленьких до настоящих гигантов, в такой можно даже спрятаться (номинальный диаметр предохранительных клапанов составляет от 10 до 400 мм, в РФ же наиболее часто встречаются клапаны от 25 до 200 мм). Предохранительные клапаны делятся еще и по давлению, на котором можно их использовать (номинальное давление) – ведь у одних стенки совсем тонкие, а пружинки совсем слабенькие, а у других толстенные стены, а пружины очень жесткие. Нетрудно догадаться, что такое разнообразие неслучайно и нужно для того, чтобы обеспечить потребности самых разных объектов и производств. Вот тут-то и возникает необходимость правильно выбрать предохранительный клапан, потому что если поставить «неправильный», то в лучшем случае мы услышим шипение (не будет обеспечена необходимая герметичность), а в худшем – «БА-БАХ!» (произойдет разрушение защищаемого объекта).
Теперь пришло время узнать, как же выбирать предохранительный клапан. Хочу сразу предупредить, что «принцип арбуза» тут не подходит и стучать по клапану не следует. А следует внимательнейшим образом прочесть опросный лист (документ, содержащий технические и прочие требования на разработку и (или) поставку трубопроводной арматуры). При этом не существует какой-то идеальной формы опросного листа. На завод поступают самые разнообразные опросные листы, составленные и заполненные проектными институтами, конечными потребителями, посредниками и прочим разным людом. Нередко в таких опросных листах содержатся противоречивые требования и ошибки (к сожалению, с этим ничего не поделаешь), и приходится «расшифровывать тайные послания».
Один из главных параметров, на который стоит обратить внимание в опросном листе – это аварийный расход среды, который должен обеспечить клапан при его полном открытии, GA или, как часто говорят, пропускная способность предохранительного клапана. Вот тут самое время вспомнить о «кладезе знаний» любого инженера, то есть нормативно-технической документации: сейчас нас интересуют ГОСТ 12.2.085-2002 и ГОСТ 31294, ведь именно там прописаны формулы, по которым нужно считать – но об этом чуть позже. Именно эта величина напрямую влияет на то, какой клапан нам нужно будет выбрать.
Порядочные инженеры при этом используют размерность «килограмм в час» (кг/ч) (физический смысл этой величины – масса рабочей среды, которая способна выйти из предохранительного клапана при его полном открытии в течение часа). Тут следует еще внимательно посмотреть, о чем идет речь: о жидкости (вода, нефть и прочие журчащие среды), о газе (тут в основном народное достояние – природный газ) или о водяном паре (важно при расчетах не перепутать его с народным достоянием, ибо в «кладезях знаний» – ГОСТ 12.2.085-2002, ГОСТ 31294 – даются разные формулы и есть опасность нарваться на вариант «БА-БАХ»).
Еще очень интересно то, что в опросных листах с рабочей средой «природный газ» часто указывают аварийный расход, выраженный в единицах нм³/ч (произносится как «нормальный кубический метр в час»). Нормальный кубический метр – особая единица измерения, традиционно используемая для природного газа. Физический смысл нормального кубометра – это кубический метр газа при температуре 0°C (273,15 К) и давлении 101325 Па (0,101325 МПа=1,03323 кгс/см2). Также для природного газа употребляется единица измерения стм³/ч – стандартный кубический метр в час. Физический смысл стандартного кубометра – это кубический метр газа при стандартных условиях, указанных в ГОСТ 2939-63, то есть при температуре 20°C (293,15 К) и давлении 101325 Па (0,101325 МПа=1,03323 кгс/см2).
В указанных случаях для расчета массового потребного аварийного расхода необходимо знать плотность газа при нормальных и, соответственно, при стандартных условиях. Если заказчик не приводит таких данных (а иногда и приводит), то придется предположить, что плотность газа при нормальных и при стандартных условиях – примерно 0,85 кг/м³ (по данным всемирной паутины, плотность природного газа при указанных условиях находится в «вилке» 0,72-0,85 кг/м³, порядочные инженеры всегда берут наибольшее значение плотности, дабы перестраховаться). Например, если заказчик указал потребный аварийный расход 20 000 нм³/ч, то GA=20 000*0,85=17 000 кг/ч. Ну, как-то так. После того, как эта ценнейшая цифра найдена, следует двигаться дальше, и тут пора вспомнить о формулах.
Тут надо углубиться в вопрос и поговорить еще об очень важных для нас величинах. Это:
Тут есть одна очень приятная вещь: эти данные мы уже знаем, так как они являются важными характеристиками клапанов и приведены в еще одном культовом писании (Технические условия). В общем-то, дальше все довольно просто. Нужно посчитать, достаточно ли имеющихся у нас аF (речь идет именно о произведении этих величин) для того, чтобы обеспечить уже известные G (может ли через принятое сечение седла выйти необходимое количество среды). Казалось бы, что на этом месте можно уже закончить повествование, но тут начинается самое интересное и непредсказуемое, а именно:
Что же нам рассказывает «кладезь знаний» об этих чудных соучастниках расчетов?
На первый взгляд кажется, что это «полный абзац», но при более внимательном рассмотрении получается, что тут фигурирует всего пара (о Р1 мы еще подробно поговорим) неизвестных, это:
Первый, как правило, указывают в опросниках, а второй вполне можно найти в справочнике по теплотехнике или посчитать по формуле.
И если «порядочный инженер» забьет эти формулы в тот же Excel, то расчет будет весьма прост. Ну, а если опросный лист откровенно «кривой», то на худой конец В1 можно взять и из таблиц.
Тут все совсем просто. На моей памяти ни разу не было случая, когда условие b≤bкр не выполнялось, поэтому смело принимаем В2 равным 1 и спим спокойно. Кстати, если уж говорить о беспроблемных коэффициентах, то и
B4 – определяют по таблице А.2 (для идеального газа В4=1).
Тут даже варианта с формулами нет. Примитив.
А вот тут в «кладезе знаний» произошел системный сбой, и, по моему скромному мнению, использовать эти формулы следует вот так.
Кстати, углубленное изучение не российских каталогов и стандартов это суждение подтверждает. Ну и, опять же, если есть сомнения или опросный лист совсем беспросветен, то можно взять значения из таблиц.
Что можно сказать еще? Есть еще тройка «помощников», не зная которых в лицо, общей картины не сложить.
Тут ничего не добавишь, кроме того, что частенько значение можно увидеть в опросном листе.
R – газовая постоянная
R определяют по таблице А.1
Помимо указанной таблицы, порядочный инженер может найти R еще вот так:
Все достаточно несложно.
Нам осталось обсудить всего пару величин, это:
Что тут можно сказать? Очень много, на самом деле. Потому что давление – это как раз то, от чего предохранительный клапан и защищает. Тут нужно поговорить и о рабочем давлении, и о расчетном давлении, и о том, что такое давление начала открытия (или, как его часто называют, установочное), а еще о давлении закрытия. И самое главное – о том, как они соотносятся между собой.
Продолжение вы можете найти здесь
Опубликовано в “Вестнике арматуростроителя” № 2 (30) 2016
Размещено в номере: “Вестник арматуростроителя № 2 (30) 2016
Источник
Заполните ниже приведенную форму и в результате расчёта будет подобран список предохранительных клапанов соответствующих заданным исходным данным.
Расчёт предохранительного клапана
Расчёт предохранительного клапана выполнен по алгоритму расчёта предохранительных клапанов для котлов с искусственной циркуляцией в соответствии со СНиП II-35 “Котельные установки”.
В расчёте принята высота подъёма штока равная 1/20 диаметра седла, так как большинство производителей не указывают фактическую высоту подъёма штока в технических характеристиках. Поэтому типоразмер предохранительного клапана полученный в результате расчёта может быть несколько завышен. В любом случае, подобрав клапан сравните тепловую мощность своей системы с рекомендуемой производителем максимальной мощностью для данного типоразмера указанной в техническом описании.
Предохранительный клапан предназначен для защиты систем от превышения давления выше максимально допустимого значения. Расчёт предохранительного клапана по сути должен сводиться к определению наиболее вероятных источников превышения давления и вычислению максимального прироста объёма воды в системе.
Источниками прироста объёма могут быть:
- Перегрев воды в котле или теплообменном аппарате с последующим парообразованием. В момент парообразования вода увеличивает свой объём в 461 раз, поэтому фактор парообразования, является преобладающим при выборе предохранительного клапана, именно он и учтён методикой расчёта приведенной в СНиП II-35.
- Выход из строя автоматики управления линии подпитки котельных и независимых систем отопления, может стать преобладающим фактором в системах давление источника подпитки, в которых превышает допустимое давление для подпитываемой системы.
- Нагреваясь в котле или в теплообменном аппарате вода увеличивается в объёме. Удельный прирост объёма при нагреве от 0 до 100 °C составляет всего лишь 4%, поэтому он, как правило, не является преобладающим фактором при подборе типоразмера предохранительного клапана.
Выбранный предохранительный клапан должен обеспечивать сброс рассчитанного объёма воды, по наиболее существенному из факторов прироста объёма.
Подбор предохранительного клапана
Диаметр входного патрубка выбранного предохранительного клапана должен быть больше или равен диаметру патрубка полученного в результате расчёта.
Кроме соответствия диаметра патрубка расчётному значению рекомендуется проверять предохранительный клапан на сброс рассчитанного прироста объёма воды в результате возникновения аварийной ситуации. При этом следует учесть, что чем больше разница давлений между давлением открытия предохранительного клапана и давлением в линии сброса – тем больший объём воды выйдет через клапан.
При подборе предохранительного клапана следует, также иметь в виду, что полное открытие клапана, достигается при превышении давления в системе над давлением срабатывания на 10%, а полное закрытие – при снижении давления в системе ниже давления срабатывания на 20%. В связи с этим можно рекомендовать выбирать предохранительные клапаны с давлением срабатывания на 20 – 30% больше рабочего давления системы.
Баки
расширительные
Котёл
твердотопливный
Тепловой пункт
для отопления
Пластинчатые
теплообменники
Источник
Ed Valitov
25.12.2018
Доброго дня, уважаемые читатели и гости страниц нашего блога.
В данной статье кратко обсудим как рассчитать предохранительный клапан для емкости под давлением.
Предохранительный клапан – это трубопроводная арматура, предназначенная для защиты от механического разрушения оборудования и трубопроводов избыточным давлением путём
автоматического выпуска избытка жидкой, паро- и газообразной среды из систем и сосудов с давлением сверх установленного.
В данном случае рассмотрим применение предохранительного клапана, установленного на горизонтальном (вертикальном) баке в системе пенного пожаротушения.
Методика расчета
Методика подбора предохранительных клапанов (СППК) изложена в ГОСТ 12.2.085-2002 — «Сосуды, работающие под давлением. Клапаны предохранительные. Требования безопасности» и
ГОСТ 12.2.085-2017 — «Арматура трубопроводная. Клапаны предохранительные. Выбор и расчет пропускной способности». Методика расчета строиться на давлении настройки.
В данный момент ГОСТ 12.2.085-82 заменен на ГОСТ 12.2.085-2002.
ГОСТ 12.2.085-2002 заменен на ГОСТ 12.2.085-2017, но не отменен, частично действует, применяется в ЕАЭС.
ЕАЭС -Евразийский Экономический Союз.
Как выбрать предохранительный клапан для бойлера
Необходимо учитывать определенные критерии при правильном выборе предохранительного клапана на бойлер:
- Цена устройства. На сегодняшний день рынок предохранительных элементов представлен моделями низкого уровня, которыми обычно комплектуются бойлерами, а также образцами более высокого класса с улучшенным качеством. Не стоит экономить на таком важном элементе.
- Для удобства установки, выбирайте модель, где на корпусе присутствуют метки направления воды.
- Современные предохранительные клапаны оснащены специальными носиками для подключения шланга для слива воды. Выбирайте те модели, которые будут удобными для подсоединения и фиксации сливного шланга.
- Выбирайте те клапаны, устройство которых можно разобрать и почистить. Таким образом, вы сможете устранить засорения, возникшие из-за некачественной водопроводной воды.
При покупке, обращайте внимание на вес изделия. Иногда вместо латуни, производитель удешевляет производство и выпускает предохранительный клапан из силумина. Качество такого продукта оставляет желать лучшего.
Последовательность расчета СППК
Для наглядности расчета мы начнем с «Расчета пропускной способности клапана и перейдем к выбору оборудования».
С остальными пунктами которые идут выше по списку вы можете проработать самостоятельно взяв в руки указанные ГОСТы.
Методика расчет пропускной способности клапана указана в Приложении А (обязательное) ГОСТ 12.2.085-2002.
Исходные данные для подбора:
- Давление начало открытия 1,6 МПа;
- Рабочее давление 1,4 Мпа;
- Температура подачи 5/20/25 °C;
- Расчетная температура -52/50 °C;
- Давление после редуктора (клапан снижения давления) -1,0 МПа;
- Среда -пар (вода);
Общие требования
4.1. Для защиты сосудов следует применять клапаны и их вспомогательные устройства, соответствующие требованиям ГОСТ 12.2.063, [1]. Защите предохранительными клапанами подлежат сосуды, в которых возможно превышение рабочего давления от питающего источника, химической реакции, нагрева подогревателями, солнечной радиации, в случае возникновения пожара рядом с сосудом и т.д. 4.2. Количество клапанов, их размеры и пропускная способность должны быть выбраны так, чтобы в сосуде не могло создаваться давление, превышающее расчетное давление более чем на 0,05 МПа (0,5 кг/см2) для сосудов с давлением до 0,3 МПа (3 кгс/см2), на 15 % — для сосудов с давлением свыше 0,3 до 6,0 МПа (от 3 до 60 кгс/см22) и на 10 % — для сосудов с давлением свыше 6,0 МПа (60 кгс/см2). При работающих клапанах допускается превышение давления в сосуде не более чем на 25 % расчетного при условии, что это превышение подтверждено расчетом на прочность по ГОСТ 14249, ГОСТ 25215, ГОСТ 26303, СТ СЭВ 5206, действующим нормативным документам, предусмотрено технической документацией и отражено в паспорте сосуда. 4.3. Расчет пропускной способности клапанов приведен в приложении А. 4.4. Конструкцию и материалы элементов клапанов и их вспомогательных устройств следует выбирать в зависимости от свойств и параметров рабочей среды, и они должны обеспечивать надежность функционирования клапана в рабочих условиях. 4.5. Конструкция клапана должна обеспечивать свободное перемещение подвижных элементов клапана и исключать возможность их выброса. 4.6. Конструкция клапанов и их вспомогательных устройств должна исключать возможность произвольного изменения их регулировки. 4.7. Конструкция клапана должна исключать возможность возникновения недопустимых ударов при открывании и закрывании. 4.8. Клапаны следует размещать в местах, доступных для удобного и безопасного обслуживания и ремонта. При расположении клапана, требующего систематического обслуживания на высоте более 1,8 м, должны быть предусмотрены устройства для удобства обслуживания. 4.9. Клапаны на вертикальных сосудах следует устанавливать на верхнем днище, а на горизонтальных сосудах — на верхней образующей в зоне газовой (паровой) фазы. Клапаны следует устанавливать в местах, исключающих образование застойных зон. 4.10. Установка запорной арматуры между сосудом и клапаном, а также за клапаном не допускается, за исключением требований 4.11. 4.11. Для пожаро- и взрывоопасных веществ и веществ 1-го и 2-го классов опасности по ГОСТ 12.1.007, а также для сосудов, работающих при криогенных температурах, следует предусматривать систему клапанов, состоящую из рабочего и резервного клапанов. Рабочий и резервный клапан должны иметь равную пропускную способность, обеспечивающую полную защиту сосуда от превышения давления свыше допустимого. Для обеспечения ревизии и ремонта клапанов до и после них должна быть установлена отключающая арматура с блокирующим устройством, исключающим возможность одновременного закрытия запорной арматуры на рабочем и резервном клапанах, причем проходное сечение в узле переключения в любой ситуации должно быть не менее проходного сечения устанавливаемого клапана. 4.12. Клапаны не допускается использовать для регулирования давления в сосуде или группе сосудов. 4.13. Изготовитель обязан поставлять клапаны с паспортом и руководством по эксплуатации. В паспорте должны быть указаны коэффициенты расхода для газов и жидкостей, а также площадь сечения, к которой они отнесены.
Расчет пропускной способности клапана предохранительного по ГОСТ 12.2085—2002
На основе данных составляем таблицу для расчета:
где
Р — 1.4 МПа Давление настройки (Рабочее давление);
∝² — Коэффициент расхода, соответствующий площади F. (Применим из паспорта на клапан)
Выполним расчет пропускной способности клапана предохранительного:
G= 5,03∙ ∝²∙F∙(( P1- P2)∙ r )^0,5
G=5,03∙0,38∙78,5мм²∙((1,61МПа- 0,1 МПа)∙ 997 кг/м³ )^0,5=5821,8кг/ч
5821,8 кг/ч = 5,839 м³ /ч
5,839 м³ /ч >0,1 м³ /ч
Вывод: G > G1, условие выполняется.
Давление расчетное Р: Избыточное давление, на которое производиться расчет прочности оборудования (в нашем случае сосуд в соответствии с ГОСТ 14249)
Примечание — Расчетное давление, как правило, принимают рваным рабочему давлению или выше.
Давление рабочее Р: Наибольшее (максимальное) избыточное давление, возникающее при нормальном протекании рабочего процесса, без учета гидростатического давления среды и допустимого кратковременного повышения давления во время действия предохранительного клапана.
Как устроен предохранительный клапан, его функции
Предохранительным клапаном называют устройство, способное защитить водонагреватель от скачков давления в системе водопровода. Его второе название – обратный клапан, обусловлено тем, что в его функцию также входит препятствие вытеканию воды из емкости, в случае аварийной поломки. Таким образом, при отключении воды не нужно переживать, что сгорит нагревательный элемент прибора.
Внешне, предохранительный клапан имеет корпус покрытый латунью, внутри которого расположены 2 пружины с запорными элементами. Первая пружина находится внутри проточного канала и является обратным клапаном – она не позволяет воде проходить обратно в трубопровод, который ее подает.
Как только напор воды увеличивается, пружина отходит и элемент, запирающий отверстие, позволяет воде попасть в емкость. Как только бак наполнится, давление с двух сторон становится равномерным, и запорные элементы закрывают отверстие. Если произойдет так, что воду отключат или напор ее уменьшится, бойлер все равно будет заполненным, поскольку обратный клапан не даст ей вылиться.
Вторая же пружинка расположена на отводе и ее функцией является сброс воды в случае повышения давления. Это действие происходит так: давление, которое возникает в трубах, преодолевает жесткость пружины, она сжимается, и запорный элемент открывает отверстие для прохода жидкости к сбросу. Предельное значение давления, при котором сжимается пружина, устанавливается во время изготовления клапана и водонагревателя.
По сути, это устройство содержит в себе 2 элемента: предохранитель и обратный клапан. Его основными функциями являются:
- защита бака от разрыва;
- не допустить попадание нагретой в бойлере воды в водопровод;
- сгладить прыжки давления холодной воды при поступлении ее в нагревательную емкость;
- сброс воды из бака в момент превышения критического давления и температуры;
- слив воды из емкости бойлера во время обслуживания водонагревателя или его починки.
Кроме того, в комплект предохранительного клапана могут входить манометры и вентили. Это зависит от производителя.
Устройство предохранительного клапана
Основной корпус клапана изготавливается из латуни методом горячей штамповки. Конструкция этого устройства относительно проста и состоит из нижеперечисленных составных частей:
- Корпус;
- Регулирующий вентиль (ручной регулятор);
- Мембрана запирающая;
- Центральный рабочий шток;
- Пружина.
Принцип функционирования клапана заключается в работе центральной пружины и мембраны, которая при сверхнормативных показателях давления сжимается и обеспечивает выход излишков пароводяной смеси через специальное отверстие для сброса. При нормальных же показателях уровня давления запирающая мембрана, выполненная из эластичных полимерных материалов, плотно прилегает к соединительному отверстию с подающим трубопроводом. Регулятор, расположенный в верхней части устройства, позволяет точно устанавливать необходимые показатели работы клапана. В некотором смысле принцип работы клапана схож с функциональностью расширительного бака. Наличие подтеков воды в районе установки предохранительного клапана свидетельствуют о его срабатывании.
Выбор
Осуществляя выбор предохранительного клапана, следует учитывать некоторые параметры:
- диапазон значений, при которых происходит срабатывание клапана (важно учесть параметры вашей системы отопления и исходя из них подобрать устройство);
- разновидность клапана — открытый/закрытый (если речь идет об открытом, то здесь теплоноситель будет выводиться в атмосферу, при использовании закрытого — в обратный трубопровод);
- допустимая высота, на которую поднимается тарелка ( этот показатель подбирается исходя из пропускной способности).
Прежде чем приобретать и устанавливать предохранительный клапан, следует учесть технические составляющие вашей системы отопления: мощность котла и максимально допустимое давление среды в трубопроводе.
Схема и особенности установки
Правила монтажа, подбор и необходимый расчет характеристик предохранительных клапанов содержатся в технических нормативных документах.
Основными требованиями, которые следует учитывать при монтаже этих устройств, являются:
- Установка в подающем контуре в непосредственной близости от отопительного котла и узла подпитки. В определенных случаях при массивной разводке должны быть предусмотрены несколько таких устройств для поддержания допустимого уровня давления;
- В промежутке между местами монтажа предохранительных клапанов недопустима установка регуляторов, расширительного бака, запорных элементов, узлов подпитки или других устройств. Кроме того, нельзя допускать сужения труб, диаметр которых будет меньше диаметра самого клапана.
Расчет и монтаж сбросных механизмов должен предусматривать наличие дополнительного трубопровода, который обеспечивал бы соединение клапана и, например, сточного канала.
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Источник