Что отличает шаровой кран высокого давления от шарового крана низкого давления
Разделительной линией является класс номинального давления клапана, а не размер или материал. Шаровые краны низкого давления обычно рассчитаны на давление до PN16, что соответствует классу 150 ASME, и используются в водопроводных, воздушных и общих инженерных сетях. Шаровые краны высокого давления начинаются с класса 600 по ASME, который для углеродистой стали соответствует давлению холодной обработки около 102 бар при 38 градусах Цельсия, и заканчиваются классами 900, 1500 и 2500 для трубопроводов, устьевых скважин и технологических систем высокого давления.
Таблица номинальных значений давления и температуры ASME B16.34 является справочной, используемой для этих классов. Для корпуса из углеродистой стали группы материалов 1.1 номинальное давление холодной обработки при 38 градусах Цельсия составляет примерно 19,6 бар для класса 150, 51,1 бар для класса 300, 102,1 бар для класса 600, 153,2 бар для класса 900, 255,3 бар для класса 1500 и 425,5 бар для класса 2500. Допустимое падение давления при повышении температуры класс всегда следует считать вместе с расчетной температурой.
Как конструкция меняется в зависимости от класса давления
| Особенность | Шаровой кран низкого давления | Шаровой кран высокого давления |
|---|---|---|
| Типичный класс | PN10–PN16, класс 150–300 | От класса 600 до класса 2500 |
| Маршрут тела | Литой корпус, цельный или двухсекционный. | Кованый корпус, трехсекционный или верхний вход |
| Материал корпуса | Литая углеродистая сталь или литая нержавеющая сталь | Кованая углеродистая сталь или кованая нержавеющая сталь |
| Поддержка мяча | Плавающий шарик, прижатый к заднему седлу давлением в трубопроводе. | Шарик на цапфе с опорой подшипников на верхнем и нижнем штоках |
| Материал сиденья | Мягкие седла из ПТФЭ, армированного ПТФЭ или резины. | Сиденья металл по металлу, иногда со дополнительными мягкими вставками для сидений. |
| Рабочий крутящий момент | Низкий, часто с рычажным управлением. | Высокая, требующая редуктора, пневматического или электрического привода. |
| Типовые стандарты | ISO 17292 и API 608 для общего обслуживания. | API 6D для изоляции трубопроводов и процессов, ASME B16.34 для номинальных значений. |
Уплотнение, момент затяжки и срабатывание
В клапане низкого давления само линейное давление прижимает плавающий шарик к седлу, расположенному ниже по потоку, поэтому уплотнение становится более плотным по мере повышения давления, а мягкие материалы седла обеспечивают герметичное перекрытие-с низкими затратами. Мягкие седла ограничивают рабочую температуру, поскольку ненаполненный ПТФЭ обычно используется только при температуре примерно до 200 градусов Цельсия, а армированный ПТФЭ и ПЭЭК расширяют диапазон за дополнительную плату.
При высоком давлении сила, действующая на плавающий шар, становится слишком большой, чтобы ее могло выдержать седло, поэтому шар поддерживается подшипниками цапфы, а седла подпружинены. Металлические седла выдерживают высокие температуры и абразивное воздействие, но требуют гораздо более высокого усилия посадки, поэтому для клапанов высокого давления требуются редукторы, пневматические или электрические приводы с монтажной подушкой, соответствующей стандарту ISO 5211. Пожаробезопасная конструкция, антистатические устройства и уплотнение штока с помощью комбинации уплотнительных колец и графитового уплотнения также являются обычными требованиями для классов выше 600.
Требования к тестированию и качеству
Испытание давлением – это то место, где две семьи снова расходятся. Клапаны низкого давления обычно проходят испытания корпуса и седла по стандарту API 598 с допустимой скоростью утечки, соответствующей клапану с мягким седлом. Трубопроводные клапаны высокого давления обычно тестируются по стандарту API 6D, который включает проверку двойной блокировки и стравливания, испытание на заднее седло штока и измерение крутящего момента, а также требует, чтобы испытания седла и корпуса были засвидетельствованы или задокументированы для критически важных заказов. Прослеживаемость материала, неразрушающий контроль корпуса и наплавки на уплотнительные поверхности становятся стандартными требованиями по мере повышения класса. В обоих семействах требуется противовыбросовая конструкция штока, но диаметр штока и расположение подшипников в клапане класса 1500 или класса 2500 рассчитаны на гораздо большие осевые и изгибающие моменты.
Правила выбора, позволяющие избежать дорогостоящих ошибок
Выберите класс по максимальному рабочему давлению при максимальной рабочей температуре, а не только по максимальному давлению, и примените таблицу номинальных значений ASME B16.34 для фактически предлагаемого материала корпуса.
Используйте плавающий шаровой клапан с мягким седлом для работы при чистом низком давлении до PN16; он стоит дешевле и надежно герметизирует.
Перейдите к клапану, установленному на цапфе, начиная примерно с класса 600 или более раннего, если речь идет о большом диаметре, высокой цикличности работы или срабатывании, поскольку рабочий крутящий момент становится контролирующим фактором.
Выбирайте металлические седла, когда температура, абразивное истирание или термоциклирование исключают использование полимерных седел, и следует принять более высокий крутящий момент срабатывания.
Укажите стандарт тестирования в заказе на поставку. API 598 и API 6D не являются взаимозаменяемыми, и выбор влияет на продолжительность испытаний, критерии приемки и документацию.
Часто задаваемые вопросы
Вопрос: Какое давление считается высоким для шарового крана?
В общепринятой отраслевой практике клапаны класса 600 и выше или выше примерно 10 МПа в метрических единицах считаются клапанами высокого давления. Классы от класса 600 до класса 2500 соответствуют стандарту ASME B16.34 с давлением холодной обработки примерно от 102 до 425 бар для углеродистой стали.
Вопрос: Почему в шаровых кранах высокого давления используется шар, установленный на цапфе?
Потому что в противном случае сила давления на большой шар полностью передавалась бы седлу. Подшипники цапфы воспринимают эту нагрузку, удерживают шар в центре и удерживают рабочий крутящий момент в пределах возможностей привода.
Вопрос: Можно ли использовать клапан с мягким седлом при высоком давлении?
Мягкие седла иногда используются при высоком давлении для чистых условий эксплуатации при умеренных температурах, но они ограничены температурной способностью ПТФЭ и экструзией материала седла под высоким перепадом давления. Металлические сиденья являются обычным выбором для автомобилей класса выше 600.
Вопрос: Шаровые краны низкого и высокого давления проверяются одинаково?
Нет. Клапаны низкого давления обычно тестируются по API 598 с допуском на утечку из мягкого седла, тогда как трубопроводные клапаны высокого давления обычно тестируются по API 6D, который добавляет двойную блокировку и стравливание, обратное седло штока и проверку крутящего момента.
В: Меняется ли материал корпуса в зависимости от класса?
Да. Литые корпуса типичны для низкого класса, поскольку толщина стенок и сложность формы умеренные, тогда как кованые корпуса с более тяжелыми секциями стенок являются нормальными для высокого класса, где внутренняя надежность и выдерживание давления имеют решающее значение.
Вопрос: Какое срабатывание требуется для класса выше 600?
Рабочий крутящий момент резко возрастает с увеличением давления и диаметра, поэтому привод, пневматический или электрический привод, установленный на площадке ISO 5211, является нормальным. Ручные рычаги обычно ограничиваются меньшими размерами более низкого класса.
