В промышленных трубопроводных системах условия высоких температур и давления всегда предъявляли строгие требования к арматуре. Традиционно задвижки и клапаны шаровой клапан В таких условиях клапаны стали основой, обеспечивая надежную герметизацию и устойчивость к давлению. Однако, с развитием материалов и конструкций клапанов, все больше компаний задаются вопросами:

Могут ли дисковые затворы служить альтернативой ворота или шаровые краны в условиях высоких температур и давлений?

В данной статье представлен углубленный анализ конструкции клапана, характеристик уплотнения, выбора материала и практических случаев применения, что помогает инженерам принимать более обоснованные решения при выборе клапана.

1. Почему задвижки и шаровые краны традиционно предпочтительны в условиях высоких температур и давлений?

1) Задвижки: высокая пропускная способность и надежное металлическое уплотнение, идеально подходят для работы в полностью открытом или полностью закрытом положении.

Задвижки имеют клиновидную конструкцию затвора, обеспечивающую высокое усилие сжатия и надежное уплотнение металл-металл.

Они подходят для критически важных применений, таких как паровые системы, нефтеперерабатывающие установки и высокотемпературные нефтяные установки.

Их прочная конструкция устойчива к эрозии, что делает уплотнительные поверхности менее подверженными повреждениям от высокоскоростных сред.

2) Шаровые краны: высокая герметичность, простота эксплуатации и отличная устойчивость к высокому давлению

Плавающая или установленная на цапфе конструкция шара позволяет шаровым кранам сохранять герметичность даже при высоком давлении.

Шаровые краны с металлическим седлом могут работать при температурах свыше 425°C.

Быстрое открытие и закрытие делает их пригодными для систем, требующих быстрого отключения.

Поэтому в экстремальных условиях эксплуатации задвижки и шаровые краны, как правило, считаются более стабильным и безопасным выбором.

2. Почему поворотные затворы рассматриваются в качестве альтернативы?

Благодаря достижениям в области материалов и технологий производства дисковые затворы, особенно дисковые затворы с металлическим седлом и тройным эксцентриситетом (TOBV), продемонстрировали значительное улучшение эксплуатационных характеристик, что обеспечивает им конкурентоспособное преимущество в условиях высоких температур и давлений:

Конструкция с металлическим седлом способна выдерживать высокие температуры (обычно 425–600 °C, в зависимости от материалов).

Конструкция с фиксацией крутящим моментом позволяет диску замыкаться на уплотнительном кольце без трения, что снижает износ.

Более легкий вес, более компактная конструкция, более низкая стоимость и меньшая площадь установки по сравнению с задвижками и шаровыми кранами.

В результате инженеры все чаще оценивают, могут ли дисковые затворы заменить задвижки или шаровые краны в определенных условиях высоких температур и давлений, чтобы сократить расходы и упростить техническое обслуживание.

3. Затворы-бабочки с тройным эксцентриситетом против задвижек и шаровых кранов: техническое сравнение

1) Номинальное давление

Затворы поворотные дисковые с металлическим седлом обычно достигают класса 300–600, а некоторые — до класса 900.

Задвижки и шаровые краны обычно относятся к классу 1500, а в некоторых случаях — к классу 2500.

Вывод: поворотные затворы конкурентоспособны при давлении до класса 600; для более высоких значений давления по-прежнему рекомендуются задвижки или шаровые краны.

2) Температурные характеристики

Затворы поворотные с тройным эксцентриситетом: обычно около 425 °C, выше в зависимости от уплотнительных материалов.

Шаровые краны с металлическим седлом: 425°C–700°C

Задвижки с металлическим седлом: выше 600°C

Вывод: поворотные затворы подходят для средних и высоких температур, но экстремально высокие температуры остаются преимуществом задвижек и шаровых кранов.

3) Эффективность уплотнения и скорость утечки

Затворы поворотные с тройным эксцентриситетом обеспечивают нулевую утечку (класс VI по стандарту ANSI).

Шаровые краны также могут обеспечить нулевую утечку.

Задвижки, как правило, с металлическими седлами, могут допускать незначительную утечку в приемлемых пределах.

Вывод: Поворотные дисковые затворы и шаровые краны имеют сопоставимые уплотнительные характеристики, но стабильность уплотнения поворотного дискового затвора в большей степени зависит от условий эксплуатации и точности обработки.

4) Рабочий крутящий момент и эффективность

Поворотные клапаны имеют меньший крутящий момент и их легче автоматизировать с помощью приводов.

Шаровые краны требуют относительно более высокого крутящего момента.

Задвижки имеют высокий крутящий момент и более длительное время открытия/закрытия.

Вывод: поворотные заслонки обеспечивают преимущества при интеграции автоматизации.

5) Стоимость и обслуживание

Дисковые затворы стоят дешевле, их легче обслуживать, они легче и проще в установке.

Шаровые краны и задвижки стоят дороже, тяжелее и требуют больше места для обслуживания.

Вывод: Если позволяют условия, поворотные затворы обеспечивают явные экономические преимущества.

4. Практические примеры применения

Случай 1: Паропровод газовой электростанции (450°C, класс 300)

Первоначально конструкция предусматривала использование задвижек, но ограниченное пространство для установки и трудности в обслуживании привели к их замене на трехэксцентриковые поворотные затворы.

Результаты:

● Стабильная работа без заметных утечек

● Расходы на техническое обслуживание снижены на 40%

● Время открытия и закрытия сокращено до 1/5 от первоначального

Случай 2: Высокотемпературная перекачка нефти на нефтеперерабатывающих заводах (520°С, класс 600)

Первоначально из-за высоких температур были опробованы дисковые затворы, но уплотнительные кольца деформировались при длительном воздействии высоких температур. В конечном итоге были установлены шаровые краны с металлическим седлом.

Результаты:

● Шаровые краны обеспечивают более стабильный срок службы уплотнений

● При частой эксплуатации не наблюдалось застревания.

Случай 3: Система городского централизованного теплоснабжения (200°C, PN40)

На смену задвижкам пришли поворотные дисковые затворы с тройным эксцентриситетом.

Результаты:

● Вес клапана уменьшен на 70%

● Стоимость снижена на 30%

● Система работала без сбоев более 5 лет без серьезных сбоев.

Вывод: Возможность замены задвижек или шаровых кранов на поворотные дисковые затворы во многом зависит от температуры, давления, свойств жидкости и рабочей частоты.

5. Рекомендации по выбору инженерных специальностей (профессиональная точка зрения)

Ситуации, когда поворотные затворы можно рассматривать в качестве замены:

● Номинальное давление ≤ Класс 600 или PN40–PN100

● Температура ≤ примерно 450°C

● Относительно чистая среда с минимальным содержанием твердых частиц

● Стоимость, вес и пространство для установки являются важными факторами.

● Системы, требующие быстрого открытия/закрытия или автоматизации

Ситуации, когда по-прежнему рекомендуется использовать задвижки или шаровые краны:

● Экстремально высокие температуры (>500°C)

● Экстремально высокие давления (класс 900 и выше)

● Среды, содержащие твердые частицы, склонные к коксованию или кристаллизации

● Частая эксплуатация, требующая длительной нулевой утечки

● Критические условия безопасности (опасные среды)

Заключительный принцип:

Дисковые затворы могут заменить задвижки или шаровые краны, но при выборе необходимо обеспечить контролируемые условия эксплуатации, а также надлежащее соответствие материалов и конструкции.

Вопросы и ответы – Часто задаваемые вопросы

В1: Могут ли затворы-бабочки с тройным эксцентриситетом обеспечить нулевую утечку?

Да. Высокоточные трёхэксцентриковые дисковые затворы с металлическим седлом могут обеспечить нулевую утечку, но для этого требуется строгий контроль условий монтажа и эксплуатации.

В2: Можно ли использовать дисковые затворы для сред, содержащих частицы или шламы?

Не рекомендуется. Частицы могут застревать в уплотнительной поверхности, сокращая срок службы клапана. Для таких применений лучше подходят шиберные задвижки или клапаны специальной конструкции.

В3: Почему поворотные затворы имеют тенденцию выходить из строя в условиях высоких температур?

Основной причиной является деформация материала уплотнительного кольца из-за высокой температуры, особенно когда рабочая температура превышает номинальный предел материала, что приводит к снижению эффективности уплотнения.

В4: Что имеет больший срок службы в условиях циклического высокого давления: дисковые затворы или шаровые краны?

Шаровые краны, как правило, имеют более стабильный срок службы, поскольку шар плотно прилегает к седлу, обеспечивая более высокую устойчивость к давлению.

В5: Как выбрать подходящий клапан?

Рекомендуется предоставить поставщику или инженеру рабочие параметры (тип среды, температура, давление, способ приведения в действие, частота) для оценки выбора, обеспечения безопасности и надежности.