Обратные клапаны для газа: типы, критерии выбора и надежность в эксплуатации

Выбирая обратный клапан для газовой службы, покупатели и инженеры обычно попадают в одни и те же три места: неправильный тип корпуса, неправильный материал седла или номинал пружины, который никогда не соответствует линии. Сначала краткий ответ: для чистых и сухих газопроводов обычно подходит конструкция с поворотными или двойными пластинами; для устьев скважин высокого давления и нагнетания компрессоров, где важно быстрое закрытие, выигрывает подъемный (поршневой) тип; а конструкция дротика или закрылка имеет свое место только там, где пробег короткий и места мало.

Дальше все инженерные детали. Но именно эти детали решают, прослужит ли клапан десять лет или выйдет из строя при первом же скачке давления.

Что на самом деле делает газовый обратный клапан и почему газ отличается

Обратный клапан для газа представляет собой автоматический клапан: он открывается при перепаде давления, создаваемом протекающей по трубопроводу средой, и закрывается при обратном перепаде давления, без привода, подачи воздуха и внешнего сигнала.

Он легко терпит неудачу именно потому, что он прост. Газ сжимаем, и сжимаемая среда приводит диск в движение, когда поток приближается к точке закрытия. На жидкостной линии поворотный обратный клапан немного большего размера может быть только шумным. На газопроводе тот же клапан может изнашивать шарнирный штифт за считанные часы работы. Это не дефект конструкции; это среда, ведущая себя так, как всегда ведет себя сжимаемая жидкость.

Второе отличие — это заключительное мероприятие. Жидкостная магистраль мягко замедляет диск. Газа нет. Как только устанавливается обратный поток, диск почти мгновенно приземляется на седло и на длительное время вызывает измеримый скачок давления вверх по потоку. Вот почему давление срабатывания и ход диска заслуживают гораздо большего внимания применительно к газу, чем к жидкостям.

Типы обратных клапанов для газовой службы

Четыре конструкции охватывают почти все области применения газа, и первым решением при выборе является скорость закрытия, а не падение давления. Решите, насколько быстро должен садиться диск, прежде чем сравнивать что-либо еще.

Поворотные обратные клапаны

Поворотные обратные клапаны are the most widely used pattern because they offer the best flow capacity and the lowest pressure drop — the disc swings on a hinge and stays fully open as long as flow remains forward.

Их слабость — время отклика. Диск должен пройти полную дугу, прежде чем снова сядет на место, поэтому поворотный клапан — плохой выбор везде, где может возникнуть быстрый обратный поток. Эти клапаны обычно устанавливаются горизонтально, при этом стрелка потока, нанесенная на корпус, совмещена с линией.

Поворотные клапаны также дребезжат в частично открытом положении, поэтому никогда не превышайте их размер. Если линия имеет диаметр DN80, но фактический расход соответствует DN50, установите DN50 с переходниками, а не заставляйте клапан DN80 работать в режиме, который он не может удерживать открытым.

Обратный клапан поворотного типа в категории обратных клапанов Страница продукта для обратного клапана поворотного типа, актуальная при сравнении вибрации поворотного диска, предельных размеров и компромиссов по перепаду давления с конструкциями с двумя пластинами. Просмотреть продукт →

Двухпластинчатые обратные клапаны

Двухпластинчатые обратные клапаны use two spring-loaded half-discs and travel roughly half as far as a swing disc. They close considerably faster, which is why they dominate compressor discharge and gas transmission skids. The trade-off is a slightly restricted flow path and therefore a modestly higher pressure drop than a full-bore swing valve of the same size.

Подъемные и поршневые обратные клапаны

Подъемные обратные клапаны поднимают диск по вертикальной направляющей. Они быстро закрываются, плотно удерживают седло даже при высоком давлении и избегают перекоса диска, который характерен для поворотных конструкций.

Цена — более высокое давление срабатывания, обычно от 0,5 до 2 фунтов на квадратный дюйм в зависимости от установленной пружины. На газопроводе низкого давления это снижение заметно. На устье скважины или нагнетании компрессора, где быстрое закрытие и надежное седло при давлении имеют гораздо большее значение, чем доли фунта на квадратный дюйм, распространенным ответом является конструкция подъемного типа. Механизм, общий для задвижек, дроссельных и обратных клапанов в нефтяной отрасли, более подробно рассматривается в этом обзоре технологий основных клапанов в нефтяной промышленности, который стоит прочитать, если вам нужны структурные детали.

Дартс и хлопушки

Обратные клапаны с дротиками и заслонками устанавливают плоский или конический диск непосредственно на седло. Они компактны, практически не требуют монтажного кожуха и быстро закрываются на газе.

Они также вызывают самый высокий перепад давления из четырех моделей, а износ концентрируется на одной уплотняющей поверхности, поэтому утечки имеют тенденцию появляться постепенно после интенсивной езды на велосипеде. Отводы приборного воздуха и полозья компрессорных станций — короткие трассы, ограниченное пространство — разумные места для заслонки. Двенадцатидюймовой главной передачи нет.

Если вы не уверены, какая модель подходит, прежде чем остановиться на типе корпуса, полезно взглянуть на класс давления и диапазон размеров, охватываемый семейством обратных клапанов.

Выбор размера и давление взлома: где делается самый плохой выбор

Размер обратного клапана определяется по скорости потока, а не по диаметру трубы: превышение размера является единственной наиболее распространенной причиной преждевременного выхода газового обратного клапана из строя.

Давление открытия — это минимальный перепад давления, необходимый для отрыва диска от седла. Для поворотных конструкций требуется минимальное давление, примерно 0,5 фунта на квадратный дюйм. Пружинному подъемнику и конструкциям с двумя пластинами требуется больше. Установите подпружиненный обратный клапан на линию, которая не может обеспечить давление срабатывания, и диск будет сидеть полуоткрытым и вибрировать, пока шарнирный штифт, направляющая втулка или поверхность седла не выйдет из строя.

Падение давления – это обратная сторона той же сделки. Увеличение размера на один размер снижает падение давления, но повышает риск вибрации. Уменьшение на один размер увеличивает скорость, что помогает удерживать диск открытым, но увеличивает падение давления. Надежный метод состоит в том, чтобы сначала рассчитать нормальный и минимальный расход, а затем сверить давление открытия с учетом случая минимального расхода, а не расчетного случая.

Подъемный обратный клапан в категории «Обратный клапан» Страница продукта для подъемного обратного клапана, полезная наряду с рекомендациями по определению размера расхода, давлению открытия, компромиссам по перепаду давления и выбору материала седла для газовых систем. Просмотреть продукт →

Материалы и уплотнения для влажного, кислого и горячего газа

Выбор материала седла в газовой сфере сводится к трем вопросам: что содержится в газе, насколько он горячий и присутствует ли сероводород. Если какой-либо из этих ответов является неблагоприятным, то сталь корпуса и материал уплотнений нуждаются в переосмыслении.

При использовании сухого природного газа стандартным сочетанием является корпус из углеродистой стали с отделкой из нержавеющей стали 13Cr или 316. Добавьте свободную воду, углекислый газ или H2S, и картина изменится: работа в кислых средах требует выбора материала в соответствии с NACE MR0175 / ISO 15156, что на практике означает нержавеющую сталь 316L или дуплексную нержавеющую сталь и эластомеры, рассчитанные на ту же среду.

Эластомерные уплотнения также ведут себя иначе в газе, чем в жидкости. Газ легче проникает в резину, а быстрая декомпрессия может привести к тому, что растворенный газ останется внутри эластомера, расширяясь, образуя пузыри или разрывая его — механизм, известный как взрывная декомпрессия. Вот почему газовая система высокого давления часто соглашается на более низкий класс уплотнения в обмен на конструкцию с полностью металлическим седлом.

Температура тоже неизбежна. Обычный нитрил заметно разлагается при температуре выше 90°C, FKM выдерживает примерно до 200°C, а за этим следует рассмотреть уплотнение из ПТФЭ или металл-металл. Сообщайте поставщику как о максимальной, так и о минимальной рабочей температуре, а не только о нормальных условиях: охрупчивание при холодном запуске вызывает такое же количество отказов в эксплуатации, как и тепловое старение.

Установка и обслуживание: сбои, которые случаются на самом деле

Ориентация установки – это то, с чего начинаются ошибки на местах. Поворотные клапаны относятся к горизонтальным, поэтому шарнирный штифт располагается на горизонтальной оси. Подъемные клапаны должны быть вертикальными, чтобы сила тяжести могла вернуть диск на место. Хлопушки и дротики являются наиболее устойчивыми к ориентации из четырех, что является одним из их немногих реальных преимуществ.

Сбои, которые фактически проявляются в сервисном кластере, делятся на четыре группы:

• Вибрация диска — слишком большой размер клапана или давление срабатывания слишком высокое для линии, в результате чего диск вибрирует частично открытым.
• Повреждение волной давления — обратный поток в газопроводе захлопывает диск, а выступающий вверх по потоку шип деформирует седло или корпус.
• Утечка через седло — твердые частицы или прокатная окалина, застрявшие на посадочной поверхности, или эластомер, затвердевший с возрастом.
• Износ шарниров и направляющих — чаще всего на нагнетательных линиях компрессора, где пульсация постоянная.

Заслонка обратного клапана в категории обратных клапанов Страница продукта для обратного клапана заслонки, подходящая для просмотра и планирования технического обслуживания с учетом интервалов проверки, изнашиваемых элементов и запасных частей, соответствующих модели. Просмотреть продукт →

Планирование технического обслуживания может оставаться простым: относитесь к обратному клапану как к изнашиваемому элементу, а не как к постоянному приспособлению. Интервалы проверок соответствуют режиму работы: обслуживание компрессора и устья скважины обычно проводится раз в шесть месяцев, тогда как чистая линия электропередачи может прослужить от одного до двух лет. Сохранение седел, эластомеров и пружин в качестве запасных частей, соответствующих модели, обходится дешевле, чем замена клапанов целиком.

И последнее: очистите и промойте каждую новую линию перед вводом в эксплуатацию. Сварочный шлак и ржавчина являются наиболее частой причиной протечек седла газовых обратных клапанов, причем сам клапан редко виноват.

Часто задаваемые вопросы

В чем разница между подъемным обратным клапаном и поворотным обратным клапаном для газа?

Подъемный обратный клапан поднимает диск по вертикальной направляющей, что обеспечивает короткий ход, быстрое закрытие и надежную посадку при высоком давлении за счет более высокого давления открытия и падения давления. Поворотный обратный клапан вращает диск на шарнире, что обеспечивает лучшую пропускную способность и меньший перепад давления, но более медленное закрытие и большую склонность к вибрации при превышении размера. Типы лифтов доминируют над нагнетанием компрессоров и устьевыми функциями; поворотные типы подходят для длинных линий электропередачи.

Обязательно ли устанавливать газовые обратные клапаны горизонтально?

Нет. Поворотные клапаны лучше всего устанавливать горизонтально, чтобы шарнирный штифт оставался на горизонтальной оси. Подъемные клапаны должны быть вертикальными, чтобы сила тяжести могла вернуть диск на место. Конструкции с двумя пластинами и заслонками допускают большинство ориентаций, но стрелка потока всегда должна соответствовать фактическому направлению потока газа.

Какое давление открытия следует ожидать от подпружиненного обратного клапана?

Примерно от 0,5 до 2 фунтов на квадратный дюйм для обычных моделей размером от полдюйма до двух дюймов. Большие размеры обычно создают более высокое давление срабатывания той же пружины. Если ваш минимальный расход создает перепад всего 0,2 фунта на квадратный дюйм, подпружиненный клапан никогда не откроется полностью — либо выберите более мягкую пружину, либо перейдите к конструкции поворотного типа.

Можно ли использовать один и тот же обратный клапан для природного газа и сжатого воздуха?

Конструктивно обычно да, но требования к материалам и сертификации различаются. Сернистый природный газ требует выбора материала NACE MR0175, в то время как приборный воздух обычно удовлетворяется углеродистой сталью с нитриловыми уплотнениями. Если тот же клапан также предназначен для устьевых трубопроводов, он должен соответствовать соответствующим требованиям API 6A или API 6D.

Как часто следует проверять газовые обратные клапаны?

Шесть месяцев — разумный интервал для положений нагнетания компрессора и устья скважины, где пульсация непрерывна; от одного до двух лет вполне оправдано для чистых и сухих линий электропередачи. Два сигнала оправдывают раннюю проверку: ненормальный шум клапана и регулярные колебания давления на входе.

Выбор обратного клапана для газа – это действительно вопрос порядка. Сначала определите требуемую скорость закрытия, затем давление срабатывания и размер, и только потом материал. Прочитайте эту последовательность в обратном порядке, и вы обычно узнаете об этом через несколько недель после ввода в эксплуатацию — с диском, который вибрирует, и клапаном, который никогда не был неисправен.