Определение
Согласно ГОСТ 24856-2014 «Арматура трубопроводная. Термины и определения», предохранительная арматура это арматура, предназначенная для автоматической защиты оборудования и трубопроводов от недопустимого превышения давления посредством сброса избытка рабочей среды. По принципу действия, оборудование из данного раздела можно отнести к предохранительным клапанам прямого действия согласно ГОСТ 24856-2014, т.е это клапаны, работающие только от энергии рабочей среды, непосредственно воздействующей на запирающий элемент или другой чувствительный элемент, и не имеющий вспомогательных устройств, управляющих клапаном при его работе в автоматическом режиме. По типу конструкции согласно ГОСТ 24856-2014 клапаны из данного раздела относятся к пружинным предохранительным клапанам, т.е. в них усилие, противодействующее воздействию рабочей среды на запирающий элемент, создается пружиной.
Принцип действия
Предохранительный клапан как состоит из корпуса, внутри которого расположен запорный элемент, прижимаемый к седлу при помощи пружины и препятствующий пропуску управляемой среды через предохранительный клапан. При этом усилие, с которым пружина прижимает запорный элемент к седлу, определяет максимально допустимое давление среды. При увеличении давления рабочей среды выше максимально допустимого уровня, усилие, с которым рабочая среда давит на запорный элемент, превышает усилие пружины, запорный элемент отрывается от седла, пропуская избыточное давление через корпус клапана либо в атмосферу (в случае с газами), либо в систему трубопроводов (в случае с газами и любыми типами жидкостей). При понижении давления пружина прижимает запорный элемент к седлу, сброс среды прекращается.
Основные применяемые материалы и их свойства
Материалы корпуса и внутренних элементов предохранительных клапанов могут быть выполнены из следующих материалов
- нержавеющая сталь AISI 316. Сталь AISI 316 – аустенитная конструкционная сталь, в состав которой добавлен молибден и никель. Благодаря этим элементам коррозионная устойчивость металла позволяет использовать сталь в криогенных условиях и агрессивных средах. Помимо этого, молибден защищает сталь 316 от питтинговой и щелевой коррозии в хлористой среде и в парах уксусной кислоты. Нержавеющая сталь AISI 316 характеризуется отличной прочностью, жаростойкостью, пластичностью и устойчивостью ко многим кислотам. Также у стали AISI 316 отсутствуют магнитные свойства. Шаровые краны с корпусом из AISI 316 могут использоваться на открытом воздухе при температуре окружающей среды до -60°С.
- углеродистая сталь ASTM A216-WCB. Сталь WCB является самым распространенным и простым вариантом литой углеродистой стали. Данный материал является стандартным для многих применений и деталей.Сталь WCB относится к стали для применения в стандартных (нормальных) температурных условиях, нормальных давлениях, а также в не коррозионных средах без содержания агрессивной составляющей.
- Латунь. Латунь представляет собой сплав на основе металлов: меди и цинка. Механические свойства достаточно высокие, коррозионная устойчивость удовлетворительная. Латунь не очень устойчива в соленой морской воде, углекислых растворах и растворах многих органических кислот. Практически все латуни при понижении температуры (до гелиевых температур) остаются пластичными и не становятся хрупкими, что даёт возможность использовать их в качестве хорошего конструкционного материала. Практически все латуни при понижении температуры (до гелиевых температур) остаются пластичными и не становятся хрупкими, что даёт возможность использовать их в качестве хорошего конструкционного материала.
В качестве уплотнения предохранительных клапанов как правило используются следующие материалы.
- BUNA® NBR. Каучук бутадиеннитрильный. NBR обладает высокой твёрдостью и для резиновых эластомеров относительно высокой устойчивостью к истиранию. Температурный предел применения: от -25°С до +100°С. Этот эластомер обладает низкой устойчивостью к озону, погодному воздействию и старению. Набухание в минеральных маслах является очень незначительным, однако находится в сильной зависимости от состава масла. NBR применяется в основном в тех областях, в которых наряду с высокой устойчивостью к горючим и минарельным маслам также требуется высокая эластичность и низкая остаточная деформация. Часто применяется для управления потоками природного газа.
- EPDM. Этиленопропиленовая резина. EPDM обладает благоприятными механическими свойствами и очень широким температурным диапазоном применения: от -35°С до +130°С. Благодаря насыщенной структуре EPDM обладает очень хорошей устойчивостью к озону, погодному воздействию и старению. EPDM не является стойким к минеральным маслам. Минеральные масла и жиры, а также животные и растительные масла и жиры способствуют недопустимо сильному набуханию. Устойчивость к облучению является относительно высокой. Так же применяется для воды, морской воды, пара, кислотных растворов.
- VITON® FKM. FKM представляет собой синтетический каучук, получаемый в результате сополимеризации фторсодержащих мономеров. Благодаря содержанию фтора, данный материал обладают выдающейся термостойкостью до +200°С, негорючестью и устойчив к действию многих агрессивных сред. Применяется для масел, кислот, углеводородов.
- PTFE. С точки зрения химической стойкости превосходит все известные материалы ,негорючий и нерастворимый во всех известных растворителях , не впитывает воду , является не устойчивым только к расплавленным щелочным металлам, таким как натрий, калий, газообразному фтору и фтористому водороду. Преимуществами этого материала являются низкий коэффициент трения, а недостатками - небольшая стойкость к истиранию и деформация материала после длительного воздействия нагрузок. PTFE можно использовать в температурном диапазоне от -60°С до 200°С. Одобрен для применения в пищевой и фармацевтической промышлености.
- FFKM. Перфторкаучук, благодаря своим свойствам является крайне востребованным материалом на сегодняшний день. Наиболее известная марка перфторкаучука - Kalrez®. Она зарегистрирована и принадлежит компании DuPont, наилучший из существующих перфторкаучуков на сегодняшний день. Данный материал способен противостоять более 1800 различным химических веществ, обеспечивая высокую температурную стабильность (327°С). По химическим и механическим свойствам намного превосходит резины следующих марок как FPM, NBR, EPDM и часто легко их заменяет там, где существует дорогой ремонт машин и изделий.