Промышленные обратные клапаны: ассортимент продукции

Обратный клапан использует корпус под давлением из углеродистой, легированной или нержавеющей стали с диском, пластиной или направляемым запорным элементом для предотвращения обратного потока в промышленных трубопроводных системах. Он работает автоматически за счёт перепада давления на клапане: прямой поток отводит запорный элемент от седла, а при снижении или реверсировании потока сила тяжести, усилие пружины или перепад давления возвращают его в уплотняющее положение. К основным промышленным конструкциям относятся поворотный обратный клапан, двухстворчатый обратный клапан, осевой обратный клапан и обратный клапан с самоуплотняющимся затвором (pressure seal), каждая из которых использует различный характер движения запорного элемента и компоновку корпуса для управления реверсированием потока.

Для промышленной эксплуатации выбор обратного клапана включает не только подбор типоразмера клапана к трубопроводу. Нормальная скорость потока должна быть достаточной, чтобы удерживать запорный элемент в устойчивом открытом положении, тогда как ход закрытия, масса подвижных элементов, усилие пружины или сила тяжести и скорость замедления потока влияют на то, как быстро клапан возвращается на седло. Эти факторы влияют на перепад давления, устойчивость диска или пластины, скорость обратного потока и риск хлопка клапана (valve slam), особенно при остановке насоса, отключении компрессора или быстрых изменениях технологического режима. Поэтому конструкция с низким гидравлическим сопротивлением при установившемся потоке не является автоматически наилучшим выбором для системы, требующей более быстрой реакции на закрытие.

GNEE поставляет промышленные стальные обратные клапаны в поворотном, двухстворчатом, осевом исполнении и с самоуплотняющимся затвором для технологических трубопроводов нефтеперерабатывающих заводов, химических производств, энергетики, пара, нагнетания насосов и других задач. Доступные исполнения используют углеродистую, легированную или нержавеющую сталь для корпуса под давлением с фланцевыми, приварными встык, межфланцевыми, резьбовыми соединениями или соединениями под приварку в раструб в зависимости от типа клапана. При окончательном выборе следует учитывать рабочую среду, давление и температуру, допустимую потерю давления, монтажную ориентацию, ожидаемый режим затухания потока, применимый стандарт на клапаны и требования проекта к контролю.

Промышленные обратные клапаны: ассортимент продукции

Промышленные обратные клапаны доступны в поворотном, осевом исполнении, с самоуплотняющимся затвором и в двухстворчатом исполнении для различных диаметров, номинальных давлений и схем прокладки трубопроводов. Материалы корпуса - углеродистая, легированная и нержавеющая сталь - подбираются под условия эксплуатации, а фланцевые, приварные встык, резьбовые, раструбные под приварку и межфланцевые соединения выбираются в соответствии с типом клапана и требованиями монтажа. Доступный диапазон зависит от конструкции, поэтому при окончательном выборе следует подтверждать стандарт проектирования, материал, номинал давление-температура, тип концевых соединений и условия эксплуатации.

Тип обратного клапана	Ориентировочный диапазон размеров	Ориентировочный диапазон давлений	Основные материалы	Присоединения	Привод
Поворотный обратный клапан	DN15–DN1500 / NPS 1/2–60	PN10–PN250 / Class 150–2500	Углеродистая, легированная, нержавеющая сталь	Фланцевое, под приварку встык, резьбовое, под приварку в раструб	Автоматический
Осевой обратный клапан	DN50–DN1200	PN10–PN250 / Class 150–1500	Углеродистая, легированная, нержавеющая сталь	Фланцевое, под приварку встык	Автоматический
Обратный клапан с самоуплотняющимся затвором (pressure seal)	DN50–DN600 / NPS 2–24	PN10–PN420 / Class 150–2500	Углеродистая, легированная, нержавеющая сталь	Фланцевое, под приварку встык	Автоматический
Двухстворчатый обратный клапан	DN50–DN1200 / NPS 2–48	PN10–PN100 / Class 150–600	Углеродистая, легированная, нержавеющая сталь	Фланцевое, межфланцевое (wafer)	Автоматический

Обозначения PN и классы давления ASME представляют собой отдельные системы номиналов и не должны рассматриваться как прямые числовые эквиваленты. Пригодность по параметрам давление-температура должна в конечном счёте проверяться по выбранному материалу, стандарту на клапаны и проектным условиям.

Как работает обратный клапан?

Обратный клапан, также называемый в общей терминологии жидкостных систем невозвратным или клапаном одностороннего действия, не использует штурвал или привод для нормальной работы. Его запорный элемент реагирует непосредственно на гидравлические или пневматические силы внутри трубопровода. В руководствах конкурентов основной принцип часто объясняют просто: прямой поток открывает клапан, а обратный поток закрывает его. Такое описание полезно, но для промышленной системы необходимо более пристально рассмотреть, что происходит между этими двумя состояниями.

Во время нормальной работы в прямом направлении перепад давления на запорном элементе создаёт открывающее усилие. Диск или пластина отходят от седла и образуют проходное сечение через корпус. В конструкциях с пружиной или направляющими входной перепад должен также преодолеть закрывающее усилие пружины до начала значимого открытия; перепад, при котором начинается открытие, обычно называют давлением начала открытия (cracking pressure).

Важное событие начинается, когда прямой поток снижается.

Прямой поток → замедление потока → начало закрытия → запорный элемент приближается к седлу → возникает обратный перепад давления → клапан садится на седло.

Правильно подобранный клапан начинает закрываться достаточно рано, чтобы к моменту снижения потока до нуля запорный элемент имел ограниченный остаточный ход. Если диск находится далеко от седла в тот момент, когда жидкость уже реверсирует, обратный поток может разогнать как столб жидкости, так и диск до того, как клапан закроется. Внезапная остановка этой движущейся жидкости может вызвать переходный процесс давления, обычно связываемый с хлопком клапана или гидроударом (water hammer).

Эта взаимосвязь объясняет, почему два обратных клапана одинакового номинального размера и класса давления могут вести себя совершенно по-разному в одном и том же трубопроводе. Масса диска, расположение шарнира, усилие пружины, ход закрытия, скорость потока и замедление системы - всё это влияет на процесс закрытия.

Основные компоненты стального обратного клапана

Точная конструкция меняется в зависимости от типа клапана, но промышленный стальной обратный клапан обычно содержит несколько функциональных групп.

Поворотному клапану не нужен тот же внутренний механизм, что и осевой или подъёмной конструкции. Поэтому механизм закрытия должен оцениваться совместно с корпусом, а не рассматривать каждый обратный клапан как один и тот же продукт с различной внешней формой.

Промышленные типы обратных клапанов и конструктивные различия

Поворотный обратный клапан

Поворотный обратный клапан является наиболее важным подтипом для этой страницы как с точки зрения промышленной продукции, так и с точки зрения поискового спроса. Он использует диск, соединённый с шарниром. Прямой поток поворачивает диск от седла; при снижении потока сила тяжести и изменяющийся перепад давления возвращают его в закрытое положение. Эта базовая шарнирно-дисковая конструкция также является основной, показанной в приложенных промышленных справочниках по клапанам.

В полностью открытом состоянии правильно выбранная поворотная конструкция может обеспечить относительно открытый путь потока и, следовательно, сравнительно низкое гидравлическое сопротивление. Это делает её привлекательной для крупных линий с жидкостью, где важна непрерывная потеря давления. Williams также подчёркивает преимущество малого перепада давления полностью открытых поворотных конструкций, предупреждая, что неустойчивый диск может вибрировать (дребезжать) в неподходящем пульсирующем режиме.

Те же крупный диск и сравнительно большой угол поворота, которые обеспечивают открытый путь потока, важны и при остановке. В системах с быстрым замедлением потока обычный поворотный диск может иметь значительный остаточный ход до седла. Поэтому поворотные клапаны следует оценивать с учётом поведения при остановке насоса, ожидаемой скорости потока и монтажной ориентации, а не выбирать только потому, что линия требует защиты от обратного потока.

Двухстворчатый и межфланцевый обратные клапаны

Двухстворчатый обратный клапан разделяет запорный элемент на две полукруглые пластины, закреплённые вокруг центрального шарнира. Прямой перепад давления поворачивает пластины в открытое положение, а пружины обычно помогают возвратному движению при снижении перепада. По сравнению с крупным одиночным поворотным диском каждая пластина имеет меньшую массу и более короткий путь вращения.

Такая компоновка особенно полезна, когда важны пространство в трубопроводе и быстрота закрытия. Приведённый ассортимент включает двухстворчатые конструкции от DN50 до DN1200 / NPS 2–48 с фланцевым или межфланцевым монтажом и ориентировочным диапазоном PN10–PN100 / Class 150–600.

Межфланцевый обратный клапан (wafer) описывает компактную компоновку корпуса, устанавливаемую между сопряжёнными фланцами трубопровода; он не определяет только один внутренний механизм закрытия. Приведённый справочный материал показывает межфланцевые исполнения обратных клапанов с двухстворчатым поворотным, однопластинчатым и подъёмным механизмами. Это различие важно при спецификации клапана, поскольку два клапана, описанные как «межфланцевые обратные клапаны», могут иметь разные открывающие усилия, внутренний ход и динамику закрытия.

Осевой обратный клапан

Осевой обратный клапан использует направляемый запорный элемент, который перемещается в основном вдоль оси трубопровода, а не вращается по длинной дуге, как у обычного поворотного диска. Проходное сечение формируется вокруг направляемого элемента, и многие промышленные осевые конструкции используют пружинное усилие, чтобы закрытие могло начаться при снижении прямого перепада давления.

Инженерная ценность осевой компоновки заключается не просто в «более быстром закрытии». Более короткое направляемое движение может уменьшить остаточный ход закрытия по мере приближения потока к нулю, что может быть преимуществом в системах, где быстрое замедление и скорость обратного потока являются серьёзными проблемами. Фактический переходный отклик всё равно зависит от подбора клапана и самой системы, поэтому осевой клапан не следует описывать как автоматически устраняющий гидроудар.

Приведённый справочный диапазон охватывает DN50–DN1200, PN10–PN250 / Class 150–1500 с фланцевыми соединениями или соединениями под приварку встык.

Обратный клапан с самоуплотняющимся затвором (pressure seal)

Обратный клапан с самоуплотняющимся затвором следует понимать иначе, чем поворотный, двухстворчатый или осевой типы. «Pressure seal» прежде всего описывает конструкцию уплотнения соединения корпуса с крышкой, а не фундаментальное движение запорного элемента обратного клапана.

В конструкции pressure seal внутреннее давление воздействует на систему уплотнения таким образом, что соединение корпус-крышка получает уплотнение с усилием от давления. Такая конструкция ассоциируется с условиями, где давление и температура предъявляют повышенные требования к соединению крышки, однако её пригодность всё равно зависит от выбранного материала, класса давления и стандарта проекта.

Приведённый справочный диапазон обратных клапанов pressure seal охватывает DN50–DN600 / NPS 2–24 и PN10–PN420 / Class 150–2500 с фланцевыми концами или концами под приварку встык.

Эксплуатационные характеристики обратного клапана

Эксплуатационные характеристики обратного клапана зависят от того, как запорный элемент взаимодействует с текучей средой. Тип клапана, внутренний путь потока, движение диска или пластины и закрывающее усилие влияют на потерю давления при прямом потоке и на реакцию клапана при остановке или реверсировании потока.

Потеря давления при прямом потоке

Когда клапан открыт, среда всё равно должна обтекать диск, пластины или направляемый запорный элемент. Это создаёт определённую потерю давления на клапане. Поворотный обратный клапан отводит диск от седла шарнирным движением, тогда как двухстворчатые и осевые конструкции используют другие внутренние пути потока и схемы закрытия. Поэтому результирующее гидравлическое сопротивление варьируется в зависимости от конструкции и рабочего положения.

Перепад давления приобретает особое значение в непрерывно работающих насосных и технологических линиях, поскольку излишнее сопротивление увеличивает энергию, необходимую для поддержания требуемого расхода.

Устойчивое открытие при нормальном потоке

Обратный клапан должен оставаться в устойчивом открытом положении во время нормальной работы. Протекающая среда должна создавать достаточное усилие, чтобы удерживать диск, пластины или направляемый элемент вдали от седла.

Если фактический расход значительно ниже расчётного, для которого выбран клапан, запорный элемент может оставаться лишь частично открытым или многократно перемещаться при изменении потока. Это может увеличить износ седла, шарнира, направляющих или пружины и сократить срок службы внутренних компонентов.

По этой причине одного лишь номинального диаметра трубы недостаточно, чтобы определить, будет ли обратный клапан работать правильно.

 

 

Реакция на закрытие при остановке потока

Когда прямой поток снижается, запорный элемент начинает двигаться обратно к седлу. Расстояние, которое он должен пройти, и сила, приводящая в движение закрытие, зависят от конструкции клапана.

Поворотный обратный клапан использует шарнирный диск со сравнительно длинным вращательным движением. Двухстворчатый обратный клапан разделяет запорный элемент на две меньшие пластины и обычно использует более короткий ход закрытия. Осевой обратный клапан использует направляемый элемент, движущийся вдоль оси потока, и может включать пружинное усиление.

Эти конструктивные различия влияют на то, как быстро клапан приближается к седлу при снижении потока. Поэтому подходящую конструкцию следует выбирать в соответствии с нормальным режимом потока, допустимой потерей давления, поведением при остановке и требуемой реакцией на закрытие трубопроводной системы.

Скачать: Принцип работы, конструкция и эксплуатационное поведение обратного клапана (.pdf)

Материалы обратного клапана и выбор деталей затвора (trim)

Приведённый промышленный ассортимент использует углеродистую, легированную и нержавеющую сталь в качестве основных материалов корпуса. При выборе материалов следует разделять корпус под давлением и внутренние детали, которые фактически движутся, контактируют с седлом и остаются открытыми для потока среды.

Выбор корпуса и крышки определяется главным образом расчётным давлением и температурой, совместимостью со средой и применимой системой номиналов давление-температура.

Поверхности диска, пластины и седла требуют отдельного внимания, поскольку они испытывают контактные напряжения при закрытии и могут подвергаться эрозии, коррозии или повторным ударам. Подходящий материал корпуса не означает автоматически, что тот же материал является наилучшим выбором для деталей затвора.

Шарнирные пальцы, направляющие и пружины, где они используются, являются движущимися или нагруженными компонентами. Их совместимость с технологической средой и ожидаемым режимом циклирования важна для надёжного закрытия.

Обратный клапан из нержавеющей стали может быть выбран, когда стойкость к коррозии является основным требованием, но выбор марки всё равно должен соответствовать фактической технологической среде и температуре. Углеродистая или легированная сталь может быть более уместной для других условий давление-температура и технологического процесса. Поэтому названия материалов следует указывать вместе с типом клапана, деталями затвора и условиями эксплуатации, а не использовать как самостоятельное описание для закупки.

Обратный клапан API 594 и применимые стандарты

При промышленной закупке стандарт, указанный для клапана, должен определять, какой именно аспект продукции он фактически контролирует.

Стандарт	Основное значение для промышленных обратных клапанов
API 594	Охватывает обратные клапаны с фланцевым, проушиновым (lug), межфланцевым (wafer) исполнением и под приварку встык и является ключевым промышленным стандартом на обратные клапаны.
API 602	Применяется к компактным задвижкам, вентилям и обратным клапанам до DN100 / NPS 4 в пределах установленной области применения для нефтяной и газовой промышленности.
ASME B16.34	Охватывает номиналы давление-температура, материалы, размеры/допуски, требования NDE, испытания и маркировку для соответствующей конструкции клапанов.
ASME B16.10	Контролирует применимые размеры face-to-face и end-to-end для обеспечения взаимозаменяемости при монтаже.
ASME B16.25	Контролирует подготовку концов под приварку встык для компонентов, соединяемых в трубопроводную систему.
API 598	Устанавливает требования к инспекции, контролю и испытаниям давлением для типов клапанов, включая обратные клапаны.
BS 1868	Может быть указан для соответствующих проектов стальных обратных клапанов; он также идентифицирован в приложенном справочнике по литым стальным клапанам.

API выделяет API 594 специально для обратных клапанов с фланцевым, проушиновым, межфланцевым исполнением и под приварку встык, тогда как API 602 охватывает задвижки, вентили и обратные клапаны размером DN100 / NPS 4 и менее в пределах своей области применения. ASME в настоящее время описывает B16.34 как охватывающий номиналы давление-температура, материалы, размеры, допуски, NDE, испытания и маркировку для соответствующей конструкции клапанов. B16.10 рассматривает размеры face-to-face и end-to-end, а B16.25 - подготовку концов под приварку встык.

Техническое задание на закупку не должно предполагать, что каждый обратный клапан из кованой стали автоматически соответствует API 602 или что каждая межфланцевая конструкция автоматически удовлетворяет API 594. Применимый стандарт должен соответствовать фактической конструкции, размеру, классу давления и заказанной конфигурации.

Как выбрать промышленный обратный клапан

Выбор должен начинаться с того, что происходит в трубопроводе, прежде чем выбирать конкретный тип клапана.Такая последовательность часто меняет выбор клапана. Крупный поворотный обратный клапан может быть привлекателен для линии с непрерывным потоком и жёсткими ограничениями по потере давления. Компактная двухстворчатая или осевая компоновка может быть более уместной там, где доминируют быстрота закрытия и монтажное пространство. Конструкция pressure seal становится актуальной, когда система уплотнения корпуса-крышки должна соответствовать более требовательному режиму давление-температура.

Производство, контроль и испытания давлением

Производство обратных клапанов должно контролировать как корпус под давлением, так и подвижный механизм закрытия.

Процесс начинается с идентификации материала и проверки литых или кованых компонентов корпуса под давлением. Затем корпус, крышка, седла, интерфейсы шарнира или направляющих и присоединительные поверхности обрабатываются до требуемой геометрии. Контакт диск-седло, соосность шарнира и движение направляемого элемента требуют особого внимания, поскольку ошибки размеров в этих зонах могут повлиять как на герметичность, так и на динамику работы.

После сборки контроль должен подтвердить требуемые размеры, концевые соединения, движение закрытия, маркировку и прослеживаемость материала. Неразрушающий контроль применяется там, где это требуется стандартом или техническим заданием проекта. Затем выполняются испытания корпуса и затвора давлением в соответствии с применимым стандартом на клапаны и утверждённым планом контроля, а не по одному выдуманному давлению или времени выдержки для всех конфигураций. ASME B16.34 включает применимые требования NDE, испытаний и маркировки, а API 598 рассматривает инспекцию и испытания давлением клапанов.

Для выпуска по проекту пакет документации должен сохранять связь между заказанным клапаном, идентификацией материала, записями контроля, результатами испытаний и окончательной маркировкой.

Скачать: Принцип работы, конструкция и эксплуатационное поведение обратного клапана (.pdf)

Промышленное применение обратных клапанов

Линии нагнетания насосов

Когда технологический или перекачивающий насос останавливается, столб жидкости на стороне нагнетания может попытаться устремиться обратно к насосу. Правильно выбранный обратный клапан закрывает линию нагнетания до того, как обратный поток вызовет недопустимое реверсивное вращение насоса или нарушение работы системы. Поэтому поведение при остановке насоса и замедление потока так же важны, как и нормальный рабочий расход. Отраслевые рекомендации производителей определяют защиту нагнетания насоса как одну из основных задач обратных клапанов.

Компрессорные и газовые системы

На нагнетании компрессора клапан предотвращает попадание газа под давлением обратно через остановленный компрессор. Низкая плотность и сжимаемость газа делают важными устойчивое закрытие и реакцию на пульсацию; клапан следует оценивать по фактическому профилю работы компрессора, а не выбирать только по размеру линии.

Системы пара и питательной воды котла

В трубопроводах питательной воды или пара обратный клапан предотвращает возврат среды под высоким давлением к насосу или вышестоящему оборудованию после потери прямого потока. Выбор материала, номинал давление-температура и поведение при закрытии становятся особенно важными там, где имеют место тепловые режимы и быстрые остановки оборудования.

Технологические трубопроводы НПЗ и химических производств

Обратные клапаны могут разделять технологические секции при неожиданных изменениях давления, предотвращая выдавливание среды из секции с более высоким давлением обратно в перекачивающий насос или вышестоящую технологическую линию. Для коррозионных сред материалы корпуса, деталей затвора и седла должны рассматриваться совместно, а не ограничиваться только указанием корпуса из нержавеющей стали.

Поставка обратных клапанов GNEE и поддержка проектов

GNEE поставляет промышленные стальные обратные клапаны в поворотном, двухстворчатом, осевом исполнении и с самоуплотняющимся затвором, используя углеродистую, легированную и нержавеющую сталь. Доступные концепции соединений включают фланцевые концы, под приварку встык, межфланцевые, резьбовые и под приварку в раструб в зависимости от типа и размера клапана.

Для выбора по проекту запрос котировок (RFQ) должен указывать тип клапана, номинальный размер, обозначение давления, стандарт проектирования, материалы корпуса и затвора, концевое соединение, технологическую среду, расчётное и рабочее давление/температуру, монтажную ориентацию, требования к контролю и требуемую документацию. Эти исходные данные позволяют производителю обратных клапанов и проектной группе оценить фактический режим потока вместо выпуска клапана только по номинальному размеру и классу давления.

Бесплатная котировка

FAQ

В: Можно ли выбрать обратный клапан только по размеру трубопровода?

О: Нет. Размер линии определяет присоединение, но устойчивая работа также зависит от нормальной скорости потока, перепада давления, геометрии клапана и динамики закрытия. Завышенный по размеру клапан может работать с неустойчивым диском или пластиной, даже если его номинал давления корректен.

В: Двухстворчатый обратный клапан - это то же самое, что и двойной обратный клапан?

О: Нет. Двухстворчатый обратный клапан использует две пластины в одном корпусе клапана. «Двойной обратный клапан» обычно означает два запорных элемента, расположенных последовательно для защиты от обратного потока, и не должен использоваться как синоним двухстворчатой конструкции.

В: Обратный клапан API 594 автоматически охватывает любую конфигурацию обратного клапана?

О: Нет. API 594 имеет установленную область применения для применимых обратных клапанов с фланцевым, проушиновым, межфланцевым исполнением и под приварку встык. Заказанная конструкция, размер, обозначение давления и исполнение всё равно должны быть проверены на соответствие области применения стандарта и техническому заданию проекта.

В: Какая информация должна быть включена при запросе котировки на стальной обратный клапан?

О: Укажите тип клапана, размер, обозначение давления, стандарт, материалы корпуса и затвора, концевое соединение, технологическую среду, условия давление/температура, монтажную ориентацию, требования к контролю и требования к документации.

Запросить цену сейчас!