Выбор химического клапана требует особого рассмотрения научной природы материала клапана. Обычно существует заблуждение, что нержавеющая сталь является «универсальным материалом», независимо от того, в каких средах и условиях окружающей среды используются клапаны из нержавеющей стали, что неверно. В следующих разделах мы проанализируем выбор материалов для обычных химических сред и других факторов, позволяющих подобрать клапан для химической обработки.
Выбор материала клапана
Клапан для серной кислоты
Являясь одной из сильных агрессивных сред, серная кислота представляет собой очень широкий спектр важного промышленного сырья. Различные концентрации и температуры серной кислоты по-разному влияют на коррозию материалов. Для концентраций выше 80% температура концентрированной серной кислоты составляет менее 80 ℃, это высокоскоростной поток серной кислоты, углеродистая сталь и чугун не подходят в качестве материалов клапана, обычная нержавеющая сталь, например 304 (0Cr18Ni9). , 316 (0Cr18Ni12Mo2Ti) на коррозионной стойкости серной кислоты также очень ограничена. Поэтому промышленные клапаны для подачи серной кислоты обычно изготавливаются из высококремнистого чугуна (но литье и обработка очень сложны) и высоколегированной нержавеющей стали (сплав № 20). Наиболее надежным является выбор клапанов, футерованных фторсодержащим материалом., поскольку фторопласт обладает лучшей устойчивостью к серной кислоте и по сравнению с высоколегированной нержавеющей сталью, клапаны с фторсодержащим покрытием являются более экономичным выбором.
Клапан для соляной кислоты
Большинство металлических материалов не устойчивы к коррозии соляной кислотой (включая различные материалы из нержавеющей стали), а железо с высоким содержанием кремния, содержащее молибден, можно использовать только при температуре 50 ℃, что на 30% ниже соляной кислоты. В отличие от металлических материалов, большинство неметаллических материалов обладают хорошей коррозионной стойкостью к соляной кислоте, поэтому клапаны с резиновой футеровкой и пластиковые клапаны (например, полипропилен, фторопласт и т. д.) являются лучшим выбором для транспортировки соляной кислоты.
Клапан для азотной кислоты
Общие металлические материалы в азотной кислоте быстро подвергаются коррозии и разрушению, нержавеющая сталь из устойчивых к азотной кислоте материалов имеет широкий спектр применения. В различных концентрациях азотной кислоты при комнатной температуре нержавеющая сталь обладает хорошей коррозионной стойкостью. Обратите внимание, что коррозионная стойкость молибденсодержащих нержавеющих сталей (таких как 316, 316L) к азотной кислоте не только хуже, чем у обычных нержавеющих сталей (таких как 304, 321), но и даже уступает характеристикам нержавеющих сталей. стали без молибдена, такие как 304. А для высокотемпературной азотной кислоты материалы из титана и титановых сплавов обычно требуются.
Клапан для уксусной кислоты
Уксусная кислота является одним из коррозионных веществ органических кислот, обычная сталь в различных концентрациях и температурах уксусной кислоты будет вызывать серьезную коррозию, нержавеющая сталь является отличным материалом, устойчивым к уксусной кислоте, молибденсодержащую нержавеющую сталь 316 также можно применять при высоких температурах и разбавленные пары уксусной кислоты. Для высоких температур и высококонцентрированной уксусной кислоты или содержания других агрессивных сред и других жестких требований. клапаны из высоколегированной нержавеющей стали или клапаны из фторопласта может быть использован.
Химические процессы требуют арматура для выполнения различных функций, связанных с различными жидкостями и газами, таких как открытие или закрытие потока, контроль скорости потока, предотвращение обратного потока или обратного потока, а также регулирование давления или сброс давления.
Клапаны также можно разделить на линейные или поворотные в зависимости от движения закрывающих компонентов, например, шаровые краны (линейные) и дисковые затворы (поворотные).
Клапаны можно классифицировать по форме их закрывающих частей, например, задвижки, проходные клапаны, пробковые клапаны, мембранные клапаны или дроссельные клапаны.
В зависимости от применения и условий давления и температуры, например, необходимы огнестойкие клапаны. Некоторые клапаны требуют только ручного управления. Силовые приводы используются, если клапан расположен далеко от механизма, требует частой эксплуатации или должен автоматически реагировать на динамические параметры системы управления, такие как регулировка расхода, температуры или давления.
Детали клапанов
Корпус клапана
В корпусе клапана расположены все внутренние рабочие части клапана, включая фланец. Внутри корпуса клапана перемещается запорный элемент, регулирующий поток жидкости через клапан. Для перекрытия жидкости сопрягаемая поверхность запорного элемента прижимается к седлу клапана для достижения плотного перекрытия. Седло обычно прикрепляется к корпусу клапана, и большинство клапанов имеют металлический запорный элемент, который уплотняет гибкое упругое седло. Иногда сиденье может быть и металлическим, что выбирается в зависимости от условий эксплуатации. Расстояние, которое проходит запорный элемент от полностью открытого до полностью закрытого положения, называется ходом клапана.
Шток клапана
Шток — это часть, которая соединяет привод клапана с запирающим элементом. Шток может проходить через крышку (защищенную от протечек сальниковой коробкой штока), а затем соединять закрывающий элемент для перемещения. Однако многие клапаны (например, поворотные плунжеры и некоторые конструкции с шариками) не имеют крышки.
Капот
Крышки обычно привинчиваются или полупостоянно привинчиваются болтами к корпусу клапана. Разные клапаны имеют разную конструкцию крышки. Капот обычно необходимо снимать, если требуется плановое техническое обслуживание или ремонт.
Коробка упаковки
Сальниковая коробка — это внутренняя область между штоком клапана и крышкой, содержащая уплотнение, герметизирующее шток и предотвращающее утечку наружу клапана. Уплотнительная гайка на крышке обычно используется для сжатия уплотнения.
Во многих конструкциях клапанов крышка имеет заднее седло для уплотнения штока во избежание утечки в набивку, когда клапан находится в полностью открытом положении. Втулка на штоке обеспечивает сопрягаемую поверхность. Заднее сиденье также предотвращает выпадение штока из клапана, если набивка начинает протекать.
Различные характеристики жидкости также могут влиять на работу клапана. Например, смазывающая способность жидкости будет определять фактический рабочий крутящий момент клапана. Газы обычно не требуют смазки. В частности, жидкости, содержащие твердые частицы, могут закупоривать подвижный зазор между штоком и другими компонентами, тем самым значительно увеличивая требуемый крутящий момент, иногда в два или более раз, чем чистая жидкость. Со временем ржавые внутренние детали также могут увеличить сопротивление, поэтому нам необходимо регулярно обслуживать клапан, чтобы обеспечить стабильные рабочие характеристики.
В целях пожарной безопасности некоторые клапаны должны быть оснащены упругими металлическими седлами, чтобы даже если первое мягкое уплотнение клапана расплавится при пожаре, второе металлическое седло клапана все равно могло компенсировать уплотнение и удерживать клапан в закрытом состоянии. Кроме того, принимая во внимание отказоустойчивую работу, привод и аксессуары клапана должны быть выбраны так, чтобы обеспечить удержание клапана в безопасном положении в случае потери электропитания или подачи воздуха.
Выбор привода
Источник питания привода клапана должен иметь достаточный запас прочности по требуемому крутящему моменту. Рабочий крутящий момент клапана зависит от размера клапана, номинального давления, характеристик клапана и типа седла. Клапаны, работающие при полном номинальном давлении, обычно требуют большего крутящего момента, чем клапаны при более низком давлении.
Обычно при выборе привода для включения/выключения используется фактический максимальный крутящий момент плюс соответствующий запас прочности. Для клапанов, требующих поворота на четверть оборота, расчет крутящего момента часто оказывается более сложным, поскольку для балансировки турбулентного потока жидкости требуется дополнительный крутящий момент. Для плавной работы выходной крутящий момент привода должен значительно превышать рабочий крутящий момент.
Расчеты крутящего момента обычно выполняются при температуре окружающей среды и требуют большего рабочего крутящего момента при высоких и низких температурах. При температуре жидкости выше 140°C может потребоваться специальный рабочий и монтажный узел, обычно с удлиненным штоком. Даже в нормальных условиях окружающей среды приводы, расположенные вне помещения, могут потребовать особого внимания.
Еще одним важным фактором является скорость езды на велосипеде. Для электрических приводов, если частота циклов превышает 10% от их рабочего цикла, требуется двигатель с увеличенным сроком службы. В противном случае высокая скорость цикла может привести к повреждению компонентов клапана и привода. Также считается, что пневматические и гидравлические приводы имеют высокую производительность при циклическом движении более 30 раз в час. Пневматические приводы могут увеличить крутящий момент за счет добавления клапана быстрого выпуска, увеличения размера трубопровода трубки источника воздуха или увеличения размера привода.
Одним из легко упускаемых из виду, но важным фактором при проектировании систем трубопроводов является направление штока клапана. Несоосность штока может привести к утечке уплотнения штока или истиранию из-за бокового давления, вызванного нависающими нагрузками на привод. Использование прочных муфт и монтажных кронштейнов может свести к минимуму эти проблемы.
Пневматические приводы используются в самых разных клапанах и особенно хорошо подходят для условий эксплуатации, требующих частой работы и быстрого реагирования. В зависимости от выбранной системы эти клапаны с пневматическим приводом обычно работают в диапазоне 2–10 бар, причем наиболее распространенным является давление воздуха 4–6 бар. Подача сжатого воздуха обычно осуществляется с помощью компрессора приборного воздуха, что обеспечивает чистый и сухой воздух. Существует два типа пневматических приводов: поршневой и мембранный. Пневматический привод поршневого типа может иметь длинный ход, подходящий для клапанов большого размера, и его крутящий момент относительно высок по сравнению с мембранным приводом. Большинство приводов пневматического поршневого типа будут использоваться для клапанов, которые открываются и закрываются.
Мембранные пневматические приводы обычно подходят для регулирующих операций, например, для установки на регулирующие клапаны такие как шаровые краны, краны с эксцентриковой пробкой, шаровые краны с V-образным пазом, дисковые затворы и т. д. Однако их короткий ход ограничивает размер используемых клапанов. Пневматические приводы относительно велики и требуют частого обслуживания, поскольку со временем может происходить утечка воздуха (особенно у поршневых типов), а мембранные пневматические приводы, помимо других проблем, могут страдать от износа диафрагмы.
Электрические приводы также часто выбираются для работы клапанов, особенно на электростанциях, где использование электрических клапанов, как правило, имеет наименьшую общую стоимость установки, поскольку электроэнергия обычно легко доступна, а проводка и контрольно-измерительные приборы относительно просты. Однако в случае электрических приводов, которые увеличивают крутящий момент за счет больших зубчатых редукторов, реакция и действие клапана часто бывают громоздкими и медленными. Кроме того, учитывая, что возможны перебои в подаче электроэнергии или сбои в электрической системе, нам необходимо разработать план действий в чрезвычайных ситуациях для электрических клапанов, чтобы гарантировать безопасность клапанов в случае отказа.
Гидравлические приводы применяются в менее рабочих условиях, но для некоторых специальных клапанов они предпочтительнее. Особенно это касается клапанов большого размера с высоким давлением, которые требуют частого циклического действия для создания огромного крутящего момента с помощью гидравлического масла.
Рейтинг клапана
Номинальное давление клапана указывает на способность клапана выдерживать давление в определенном диапазоне температур. Стандартные номинальные значения давления хорошо известны, и мы можем ссылаться на номинальные значения в соответствии с ASME/ANSI B16.34. За номинальным давлением следует обозначение «WSP» для рабочего давления пара и «WOG» для воды, нефти и газа. Если клапан используется в основном для водоснабжения, обычное обозначение — «WWP» или «Рабочее давление воды», что указывает на способность работать с холодной водой.
Например, 1000 WOG означает номинальное давление 1000 фунтов на квадратный дюйм для воды, нефти и газа. Класс 300LB обозначает клапан с номинальным давлением 300 фунтов на квадратный дюйм.
Работа при высоких температурах или высоком давлении может привести к тому, что клапан будет иметь более низкое номинальное давление, а большинство промышленных клапанов имеют температурные ограничения, основанные на емкости материала седла и трима. Выбор материала обычно определяется рабочей температурой, а не перепадом давления, поэтому пригодность материала в первую очередь зависит от температуры.
В некоторых случаях падение давления необходимо поддерживать на минимальном уровне, а для выбора клапана также необходимо точное определение падения давления на клапане. Обычно мы используем расход клапана для измерения стандартного номинального коэффициента расхода «Cv», который указывает расход через клапан при максимальном открытии для данного перепада давления. Производители клапанов обычно определяют значение этого коэффициента путем реальных испытаний на расход.
В заключение
При выборе химические клапаны, первым фактором, позволяющим понять химические свойства среды, а затем факторами, которые следует учитывать, являются температура и давление. Свойства, концентрация и температура жидкости имеют решающее значение для выбора коррозионностойких материалов. Корпус клапана, плунжер и рабочие компоненты должны быть способны выдерживать самые высокие температуры в непрерывных нормальных и переходных условиях эксплуатации, а также выдерживать самые высокие ожидаемые переходные давления. Последним соображением является степень, в которой клапан будет перекрываться и который должен соответствовать местным требованиям к утечкам. Перед отправкой клапана с завода производители проводят испытание на пузырьковое уплотнение, проверяя упругое седло клапана на наличие значительных утечек. Другие ключевые параметры включают скорость потока, функцию клапана (вкл./выкл. или модулирующую), требуется ли пожарная безопасность и другие дополнительные функциональные требования. Надеюсь, эта статья поможет вам немного в выборе клапана во время химической обработки. Между тем, если вы заинтересованы в дополнительной информации о Различные типы регулирующих клапанов вы можете прочитать в этой статье.
