Промышленные арматуры служат для регулирования, отсечки или направления потока жидкостей, газов, пара и суспензий в трубопроводных системах. Промышленные арматуры являются важнейшими компонентами нефтегазовых объектов, химических заводов, систем водоочистки, электростанций, линий по переработке пищевых продуктов, судовых систем и производственных предприятий общего профиля.

Для правильного выбора промышленного клапана недостаточно просто подобрать клапан под диаметр трубы. Инженеры должны учитывать назначение клапана, рабочую среду, рабочее давление, температуру, пропускную способность, требования к герметичности, совместимость материалов, способ привода и условия технического обслуживания.

В данном руководстве описаны основные типы промышленных арматур и области их применения, в том числе задвижки, клапаны с проходным сечением, шаровые краны, дроссельные клапаны, обратные клапаны, пробковые клапаны, мембранные клапаны, игольчатые клапаны, регулирующие клапаны и клапаны сброса давления.

Краткий обзор типов промышленных клапанов

Задвижка: Используется в основном для полного открытия или полного закрытия трубопровода с целью его изоляции.
Шаровой кран: Используется для дросселирования, регулирования расхода и перекрытия потока.
Шаровой кран: обеспечивает быстрое управление поворотом на четверть оборота и надежную изоляцию.
Дроссельная заслонка: обеспечивает компактное и экономичное управление в системах с трубопроводами большого диаметра.
Обратный клапан: предотвращает обратный поток без внешнего управления.
Клапан с поворотным затвором: использует поворотный затвор для перекрытия или переключения потока.
Мембранный клапан: Обеспечивает изоляцию технологической жидкости от рабочих элементов.
Игольчатый клапан: обеспечивает точное регулирование малых расходов.
Регулирующий клапан: автоматически регулирует расход, давление, температуру или уровень в технологическом процессе.
Предохранительный клапан: защищает оборудование от избыточного давления.

Что такое промышленный клапан?

Промышленный клапан — это механическое устройство, устанавливаемое в трубопроводе или технологической системе для управления движением жидкости. В зависимости от конструкции промышленный клапан может запускать или останавливать поток, регулировать расход, предотвращать обратный поток, снижать давление, перенаправлять жидкость или защищать оборудование от избыточного давления.

Промышленные арматурные узлы выпускаются с корпусами из различных материалов, с различными номинальными давлениями, типами присоек и конфигурациями работы. К наиболее распространенным материалам относятся чугун, высокопрочный чугун, углеродистая сталь, нержавеющая сталь, легированная сталь, бронза, латунь, дуплексная нержавеющая сталь и коррозионно-стойкие сплавы.

Промышленные клапаны могут приводиться в действие вручную с помощью рычага, маховика или редуктора. Кроме того, их работу можно автоматизировать с помощью пневматических, электрических или гидравлических приводов.

Основные функции промышленных клапанов

Типы промышленных клапанов, как правило, подбираются в зависимости от функций, необходимых в технологической системе.

Изоляция

Запуск и остановка потока

Отсечные клапаны позволяют операторам открывать или закрывать трубопровод. Для этих целей обычно используются шаровые, задвижки, пробковые и дроссельные клапаны.

Положение

Регулирование расхода

Шаровые краны, игольчатые клапаны и регулирующие клапаны изменяют площадь проходного сечения для регулирования расхода жидкости, проходящей через систему.

Защита

Предотвращение обратного потока

Обратные клапаны автоматически закрываются при изменении направления потока, обеспечивая защиту насосов, компрессоров и технологического оборудования.

Безопасность

Сброс избыточного давления

Предохранительные клапаны и клапаны сброса давления срабатывают автоматически, когда давление в системе превышает заданное значение.

1. Задвижка

Задвижка регулирует расход путем подъема или опускания запорного элемента в форме заслонки. В полностью открытом положении заслонка полностью убирается из потока, создавая относительно прямой проход с низким сопротивлением потоку.

Задвижки в основном предназначены для отсечки потока. Обычно их следует эксплуатировать либо в полностью открытом, либо в полностью закрытом положении. Использование задвижки для непрерывного регулирования расхода может привести к вибрации, эрозии и повреждению затвора и уплотняющих поверхностей.

Типичные области применения задвижек

Нефте- и газопроводы
Системы водоснабжения
Электростанции
Нефтехимическая переработка
Паропроводы и инженерные коммуникации
Системы противопожарной защиты

Основные преимущества

Незначительные потери давления при полном открытии
Подходит для двунаправленного потока во многих конструкциях
Подходит для эксплуатации в условиях высокого давления и высокой температуры
Хорошая способность к изоляции трубопровода

Основное ограничение

Задвижка работает относительно медленно, и обычно её не рекомендуют использовать для регулирования расхода в положении частичного открытия.

2. Шаровой кран

В шаровом клапане используется диск или заглушка, перемещающаяся по прямой, которая прижимается к неподвижному седлу. Расстояние между диском и седлом определяет доступное сечение потока.

Шаровые краны обеспечивают более эффективную регулировку расхода, чем задвижки. Их внутренний канал прохождения потока создает больший перепад давления, но при этом позволяет более стабильно регулировать расход пара, воды, газа и технологических жидкостей.

Области применения шаровых кранов

Регулирование расхода пара
Системы охлаждающей воды
Трубопроводы подачи питательной воды в котел
Системы подачи мазута
Обслуживание конденсатоотводчиков
Линии управления технологическим процессом и перепускные линии

Основные преимущества

Хорошее регулирование расхода
Подходит для частого использования
Надежное отключение при надлежащем техническом обслуживании
Доступны с ручным или автоматическим приводом

Основное ограничение

Шаровой кран обычно создает большее падение давления, чем задвижка или шаровой кран с полным проходом.

3. Шаровой кран

В шаровом кране используется вращающийся шарик с центральным отверстием. Когда отверстие совпадает с направлением потока в трубопроводе, кран открыт. При повороте шарика на 90 градусов его сплошная сторона перекрывает путь потока, и кран закрывается.

Шаровые краны широко используются благодаря быстрому срабатыванию, надёжной изоляции и относительно низкому сопротивлению потоку. Шаровые краны с полным проходом имеют внутреннее сечение, близкое к диаметру подключённого трубопровода.

Области применения шаровых кранов

Системы нефти и природного газа
Линии химических технологических процессов
Водоочистные станции
Системы сжатого воздуха
Системы подачи топлива
Системы аварийного отключения

Основные преимущества

Быстрое управление с поворотом на четверть оборота
Низкие потери давления в конструкциях с полным проходом
Хорошая способность к отключению
Подходит для автоматизации
Компактный приводной механизм

Основное ограничение

Стандартные шаровые краны в основном предназначены для отсечки. Непрерывное регулирование расхода может привести к повреждению седел, если кран не предназначен специально для регулирующих функций.

4. Поворотный клапан

В клапане «бабочка» используется круглый диск, установленный на вращающемся валу. Поворот вала на 90 градусов приводит к перемещению диска между открытым и закрытым положениями.

Дроссельные клапаны отличаются небольшим весом, компактностью и экономичностью, особенно при использовании с трубами большого диаметра. В зависимости от конструкции седла и диска их можно использовать для отсечки или регулирования потока в умеренных диапазонах.

Типичные области применения клапанов-бабочек

Очистка и распределение воды
Системы охлаждающей воды
Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха
Морские трубопроводы
Системы противопожарной защиты
Технологические трубопроводы большого диаметра

Основные преимущества

Компактные габариты в плоскости
Небольшой вес
Быстрое управление с поворотом на четверть оборота
Экономичен при использовании труб большого диаметра
Простая установка привода

Основное ограничение

Диск остается внутри канала потока даже при полностью открытом клапане, что может создавать некоторое сопротивление потоку.

5. Обратный клапан

Обратный клапан, также известный как односторонний клапан, пропускает жидкость только в одном направлении и автоматически предотвращает обратный поток.

Обычно обратные клапаны не требуют маховика или внешнего привода. Они открываются, когда давление на входе превышает давление на выходе, и закрываются, когда поток прекращается или меняет направление.

Распространенные типы обратных клапанов

Обратный клапан качающегося типа
Подъемный обратный клапан
Двухдисковый обратный клапан
Односторонний клапан с пластинчатым седлом
Шаровой обратный клапан
Обратный клапан с наклонным диском
Осевой обратный клапан

Типичные области применения обратных клапанов

Насосные нагнетательные трубопроводы
Компрессорные установки
Системы водоснабжения и водоотведения
Трубопроводы подачи питательной воды в котел
Нефте- и газопроводы
Системы химической обработки

Основное ограничение

Неправильный подбор размера или типа клапана может привести к его резкому закрытию, шуму, вибрации, гидравлическому удару и преждевременному износу.

6. Клапан с пробкой

В пробковом клапане используется цилиндрическая или коническая пробка с проходным каналом. При вращении пробки проходный канал внутри корпуса клапана открывается или перекрывается.

Клапаны с пробкой обеспечивают управление с поворотом на четверть оборота и способны пропускать жидкости, содержащие взвешенные твердые частицы. Многопоршневые клапаны с пробкой также могут перенаправлять или объединять технологический поток.

Типичные области применения задвижек

Системы подачи масла и топлива
Газораспределение
Химическая обработка
Услуги по перекачке шлама
Системы очистки сточных вод
Системы отвода потока

Основные преимущества

Простое управление с поворотом на четверть оборота
Компактная внутренняя конструкция
Подходит для отвода потока
Может работать с некоторыми загрязнёнными или вязкими жидкостями

7. Мембранный клапан

Мембранный клапан регулирует расход с помощью гибкой мембраны, которая смещается к водосливу или седлу внутри корпуса клапана либо от них.

Мембрана отделяет технологическую среду от штока, крышки и рабочих элементов. Благодаря этому мембранные клапаны подходят для применения в условиях коррозионной среды, в санитарных системах или в условиях, требующих защиты от загрязнения.

Типичные области применения мембранных клапанов

Химическая обработка
Производство фармацевтической продукции
Производство продуктов питания и напитков
Очистка воды
Услуги по переработке шлама и взвешенных твердых частиц
Системы высокой чистоты

Основные преимущества

Технологическая жидкость изолирована от штока и крышки
Хорошая устойчивость к загрязнению
Подходит для коррозионных сред при использовании совместимых материалов облицовки
Может обрабатывать некоторые шламы и взвешенные твердые частицы

Основное ограничение

Предельные значения температуры и давления, допустимые для мембраны, определяются материалом мембраны и конструкцией клапана.

8. Игольчатый клапан

В игольчатом клапане используется длинная коническая игла, которая входит в небольшое отверстие седла. Постепенное изменение площади проходного сечения позволяет точно регулировать малые расходы.

Игольчатые клапаны, как правило, применяются в трубопроводах малого диаметра, системах контрольно-измерительных приборов, линиях отбора проб и соединениях манометров.

Типичные области применения игольчатых клапанов

Системы контрольно-измерительных приборов
Изоляция манометра
Линии отбора проб
Гидравлические системы
Оборудование для анализа газов
Впрыск химических веществ с низким расходом

Основное ограничение

Игольчатые клапаны, как правило, не подходят для больших расходов или технологических трубопроводов большого диаметра.

9. Промышленный регулирующий клапан

Промышленный регулирующий клапан автоматически регулирует расход в соответствии с сигналом, поступающим от контроллера технологического процесса. Контроллер может регулировать давление, температуру, расход, уровень жидкости или иную технологическую переменную.

В регулирующих клапанах обычно используются корпуса типа «глобус», шаровые, дроссельные или с поворотным затвором. Полная сборка регулирующего клапана может включать привод, позиционер, воздушный фильтр-регулятор, электромагнитный клапан и устройство обратной связи по положению.

Типичные области применения регулирующих клапанов

Регулирование давления пара
Регулирование охлаждающей воды
Регулирование температуры реактора
Контроль уровня в резервуаре
Понижение давления газа
Регулирование расхода топлива

Важные факторы, определяющие выбор регулирующего клапана

Требуемый коэффициент расхода
Давление на входе и выходе
Температура процесса
Плотность и вязкость жидкости
Риск кавитации или мгновенного испарения
Требуемая характеристика расхода
Положение привода при отказе
Допустимый уровень шума

10. Клапан сброса давления и предохранительный клапан

Клапан сброса давления защищает оборудование, работающее под давлением, автоматически открываясь, когда давление в системе достигает заданного предела.

Предохранительные клапаны часто ассоциируются со сжимаемыми средами, такими как пар или газ, тогда как разгрузочные клапаны обычно используются в системах с жидкостями. Однако терминология и конструктивные требования зависят от применимых норм и отрасли.

Типичные области применения предохранительных клапанов

Котлы и паровые системы
Сосуды под давлением
Компрессоры
Насосы и гидравлические системы
Резервуары для хранения
Оборудование для химической переработки

Требования к безопасности

Размеры, настройка, испытания и техническое обслуживание устройств сброса давления должны осуществляться в соответствии с применимыми нормами проектирования и условиями технологического процесса. Запорный клапан не должен отключать устройство сброса давления от защищаемого оборудования, за исключением случаев, когда система специально спроектирована для обеспечения непрерывной защиты от избыточного давления.

Сравнение типов промышленных клапанов

Тип клапана	Основная функция	Перепад давления	Способность регулировать пропускную способность	Типичная область применения
Задвижка	Изоляция	Низкий при полном открытии	Плохо	Перекрытие главного трубопровода
Поворотный клапан	Регулирование и изоляция	Высокий	Хорошо	Управление пароснабжением и технологическими процессами
Шаровой кран	Быстрая изоляция	Низкий уровень в конструкциях с полным проходом	Ограничено, если не предусмотрено для управления	Нефтяные, газовые и химические системы
Дроссельная заслонка	Изоляция и умеренные меры контроля	Умеренный	Умеренный	Крупные водопроводные и инженерные коммуникации
Обратный клапан	Предотвращение обратного потока	Зависит от конструкции	Не применимо	Нагнетание насоса и компрессора
Клапан с заглушкой	Изоляция и отвлечение внимания	От низкого до умеренного	Ограниченный	Системы подачи топлива, газа и шлама
Мембранный клапан	Изоляция и регулирование	Умеренный	Хорошо подходит для соответствующей службы	Коррозионные и санитарные жидкости
Игольчатый клапан	Точное регулирование расхода	Высокий	Идеально подходит для небольшого расхода	Системы контрольно-измерительных приборов
Регулирующий клапан	Автоматическое управление технологическими процессами	Предназначено для регулирования	Отлично	Регулирование давления, расхода и температуры
Предохранительный клапан	Защита от избыточного давления	Не применимо в режиме нормальной работы	Не применимо	Котлы и сосуды под давлением

Применение промышленных клапанов в различных отраслях промышленности

Нефтегазовая отрасль

В нефтегазовых системах используются шаровые краны, задвижки, обратные клапаны, пробковые краны и регулирующие клапаны для устьев скважин, трубопроводов, хранилищ, нефтеперерабатывающих заводов и газоперерабатывающих предприятий.

Клапаны, используемые в данной отрасли, могут требовать пожаробезопасной конструкции, антистатических свойств, материалов, устойчивых к низким температурам, соответствия требованиям к эксплуатации в средах с высоким содержанием серы, а также обеспечения контроля за неорганизованными выбросами.

Химическая и нефтехимическая промышленность

На химических заводах требуются промышленные арматурные узлы, изготовленные из материалов, устойчивых к коррозии, эрозии и воздействию химических веществ. Чаще всего используются шаровые краны, мембранные клапаны, дроссельные клапаны с фретессовой облицовкой и клапаны с сильфонным уплотнением.

Очистка воды и сточных вод

Дроссельные клапаны, задвижки, обратные клапаны, шаровые краны и мембранные клапаны широко используются в системах подачи сырой воды, очищенной воды, сточных вод, осадка и дозирования химических веществ.

Производство электроэнергии

На электростанциях в системах подачи пара, питательной воды, конденсата, охлаждающей воды и топлива используются шаровые краны, задвижки, обратные клапаны, регулирующие клапаны и предохранительные клапаны.

Пищевая и фармацевтическая промышленность

Санитарные клапаны «бабочка», мембранные клапаны и гигиенические шаровые краны применяются там, где важны простота очистки, чистота продукта и контроль загрязнения.

Морские и офшорные системы

В морских системах используются клапаны бабочкового типа, задвижки, клапаны шарового типа, шаровые краны и обратные клапаны в системах подачи морской воды, балласта, топлива, охлаждения и противопожарной защиты.

Как выбрать промышленный клапан

Правильно подобранный промышленный клапан должен соответствовать технологическим требованиям, механическим характеристикам и условиям безопасности трубопроводной системы.

Определите назначение клапана. Установите, будет ли клапан служить для отсечки, регулирования расхода, предотвращения обратного потока, переключения потока или защиты от избыточного давления.
Определите рабочую среду. Зафиксируйте состав жидкости, её концентрацию, содержание твердых частиц, коррозионную активность, токсичность и требования к чистоте.
Укажите значения давления и температуры. Укажите нормальные, минимальные, максимальные, расчетные значения, а также условия запуска и остановки.
Рассчитайте пропускную способность. Проанализируйте требуемый расход, допустимый перепад давления и условия расчета размеров регулирующих клапанов.
Выберите совместимые материалы. Уточните материалы корпуса, отделки, сиденья, уплотнений, прокладок и покрытия.
Выберите тип концевого соединения. Подберите трубопроводную систему с фланцевыми, резьбовыми, вставными, стыковыми, прокладными или штыревыми соединениями.
Выберите способ управления. Выберите рычаг, маховик, редуктор, пневматический привод, электрический привод или гидравлический привод.
Ознакомьтесь со стандартами и документацией. Уточните требования к испытаниям, проверкам, герметичности, пожарной безопасности, выбросам и сертификации материалов.

Контрольный список по выбору промышленных клапанов

Тип клапана и требуемая функция
Номинальный размер трубы
Класс давления или обозначение давления
Минимальная и максимальная температура
Технологическая жидкость и концентрация
Нормальный и максимальный расход
Материалы кузова и отделки
Материалы сидений и уплотнений
Стандарт на торцевое соединение и фланец
Требуемый уровень утечки при отключении
Ручной или автоматический режим работы
Положение «открыто при сбое», «закрыто при сбое» или «остается в исходном положении при сбое»
Требования к пожарной безопасности или к неорганизованным выбросам
Требования к проверке и сертификации

Распространенные ошибки при выборе промышленных клапанов

Выбор клапана исключительно по размеру трубы
Неучет максимальной рабочей температуры
Использование отсечного клапана для непрерывного регулирования расхода
Выбор неподходящего сиденья или упаковочных материалов
Без учета перепада давления и скорости потока
Неправильная установка распределительного клапана
Недостаточный размер привода
Неучёт твердых веществ, кристаллов или абразивных частиц
Неучёт пространства, необходимого для технического обслуживания и демонтажа
Предполагая, что все клапаны одного класса давления обладают одинаковыми характеристиками

Техническое обслуживание промышленных клапанов

Регулярное техническое обслуживание промышленных клапанов повышает их надежность, снижает утечки и предотвращает внеплановые остановки. Периодичность технического обслуживания должна зависеть от характера технологической среды, рабочих циклов, давления, температуры и степени важности оборудования.

Пункты планового осмотра

Внешняя утечка в местах соединения штока, крышки и корпуса
Тип соединения: фланцевое, резьбовое или сварное
Изменения рабочего крутящего момента
Неполное открытие или закрытие
Утечка в сиденье
Коррозия, эрозия и повреждение покрытия
Состояние пневматического, электрического или гидравлического привода
Необычные шумы, вибрация или температура

Перед началом технического обслуживания изолируйте промышленный клапан, сбросьте давление, слейте жидкость и убедитесь, что система находится в безопасном состоянии. Ни в коем случае не ослабляйте детали, находящиеся под давлением, пока клапан находится под давлением.

Часто задаваемые вопросы о промышленных клапанах

Что такое промышленный клапан?

Промышленный клапан — это механическое устройство, используемое для запуска, остановки, регулирования, изменения направления или предотвращения обратного потока жидкостей, газов, пара и суспензий в трубопроводной системе.

Каковы наиболее распространенные типы промышленных клапанов?

К распространенным типам промышленных арматур относятся задвижки, клапаны с проходным седелом, шаровые краны, дроссельные клапаны, обратные клапаны, пробковые клапаны, мембранные клапаны, игольчатые клапаны, регулирующие клапаны и клапаны сброса давления.

Какой промышленный клапан лучше всего подходит для отсечки?

Для отсечки часто используются шаровые краны, задвижки, клапаны-бабочки и пробковые краны. Выбор оптимального варианта зависит от давления, температуры, размера трубы, рабочей среды и допустимого перепада давления.

Какой клапан лучше всего подходит для регулирования расхода?

Для регулирования расхода обычно используются шаровые краны и промышленные регулирующие клапаны. Игольчатые клапаны подходят для точного регулирования небольших расходов.

Какой промышленный клапан характеризуется наименьшим перепадом давления?

Шаровые краны с полным проходом и полностью открытые задвижки, как правило, характеризуются низким сопротивлением потоку. Фактительная потеря давления зависит от размера арматуры, внутренней геометрии и скорости потока.

Для чего нужен обратный клапан?

Обратный клапан автоматически предотвращает обратный поток и способствует защите насосов, компрессоров и технологического оборудования.

What materials are used for industrial valves?

Common materials include cast iron, ductile iron, carbon steel, stainless steel, alloy steel, bronze, duplex stainless steel and special corrosion-resistant alloys.

How do I choose an industrial valve?

Confirm the valve function, fluid, pressure, temperature, flow rate, material compatibility, end connection, leakage requirement, actuation method and applicable standards before selection.

Can one industrial valve be used for every application?

No. Different valve designs provide different flow, shutoff, pressure, temperature and material capabilities. The valve must be selected according to the actual process conditions.

How often should industrial valves be maintained?

Maintenance frequency depends on operating conditions, valve cycles, process severity and service criticality. Critical valves should be included in a documented inspection and testing program.

Заключение

Industrial valves perform several essential functions, including isolation, throttling, reverse-flow prevention, flow diversion and overpressure protection. Each industrial valve type has a different internal design and operating characteristic.

Gate valves and ball valves are commonly used for isolation, globe valves and control valves regulate flow, check valves prevent reverse flow, and safety valves protect equipment from excessive pressure.

Correct industrial valve selection depends on the process fluid, operating pressure, temperature, flow requirement, material compatibility, actuation method and applicable engineering standards. Evaluating these conditions before purchase can improve safety, reduce maintenance costs and extend valve service life.

Получить расценки