Руководство по типам клапанов из ПВХ

Типы клапанов из ПВХ: полное руководство по выбору для промышленных, водопроводных и химических трубопроводов

Если вы закупаете или подбираете термопластиковые арматурные узлы, вам уже знакома эта ловушка: шаровые, соединительные, дроссельные, обратные и задвижки на фотографиях в каталоге выглядят одинаково, но в трубопроводе ведут себя совершенно по-разному. В этом руководстве рассмотрены все типы клапанов из ПВХ, широко используемых в эксплуатации: их преимущества и недостатки, а также реальное значение понятий «уплотнения» и «классы давления». В конце приведена таблица для принятия решений, которую можно сразу использовать при рассмотрении коммерческих предложений. Краткое резюме: Для изоляции небольших трубопроводов приобретайте шаровые краны с разъемными соединениями; для трубопроводов диаметром примерно от 6 дюймов и выше — поворотные заслонки; и никогда не используйте задвижки там, где следует устанавливать шаровые краны.

Таблица быстрого выбора: какой тип ПВХ-клапана подходит для какой задачи

Перед тем как читать дальше, ознакомьтесь с этим — это краткая версия всего, что приведено ниже.

Все остальное регулируется двумя правилами. Во-первых, сопоставьте класс давления клапана с классом труб, которые вы уже приобрели — Клапан класса 40 на трубопроводе класса 80 — это слабое место, а не улучшение. Во-вторых, Прежде чем подбирать корпус под трубу, необходимо подобрать эластомер с учетом рабочей среды, поскольку EPDM и FKM/Viton не являются взаимозаменяемыми, и неправильно подобранное уплотнительное кольцо выйдет из строя уже через несколько месяцев.

Пять типов клапанов из ПВХ: подробное описание

Шаровые краны из ПВХ — Стандартный порт против полного порта

Шаровой кран — это «рабочая лошадка» систем регулирования потока из термопластиков, и на то есть веские причины: один поворот на четверть оборота переводит его из полностью закрытого положения в полностью открытое, а в открытом положении проходной канал конструкции с полным проходом имеет диаметр, практически равный диаметру трубы, — а это означает, что Перепад давления на открытом шаровом кране пренебрежимо мал. Размеры обычно варьируются от 1/4 дюйма до 4 дюймов (от DN8 до DN100); при больших размерах шарики из ПВХ с реальным внутренним диаметром становятся тяжелыми, дорогими и их сложно обрабатывать, поэтому шарики большего размера встречаются редко.

Клапаны со стандартным проходом (их иногда называют клапанами с уменьшенным проходом) стоят дешевле и имеют шарик меньшего размера. Это подходит для перекрытия подачи чистой воды, но помните, что проход у них уменьшен приводит к увеличению скорости и потере давления, а также создает мёртвую зону, в которой может оседать рабочая среда. Полнопроходной вариант стоит дороже, но оправдывает каждую копейку при работе со шламами, вязкими жидкостями и трубопроводами, в которых проводятся очистка с помощью скребков или тросов. Один полезный совет из практики: любой шаровой кран, который месяцами находится в открытом положении в технологическом процессе, следует ежеквартально прокручивать — шарики, остающиеся в одном положении в течение длительного времени, прилипают к седлу, и при необходимости их открытия может потребоваться значительное усилие.

Шариковые краны из ПВХ «True Union» — надёжный и выносливый помощник

Если и есть какой-то клапан, за покупку которого бригада технического обслуживания будет вам благодарна, то это, безусловно, шаровой клапан с разъемными соединениями. Корпус изготовлен из два соединительных конца, благодаря чему весь центральный картридж — шарик, седла и шток — отвинчивается из трубопровода без разрезания трубы. Замена уплотнения, очистка седла или устранение застревания шарика занимают всего пятнадцать минут вместо полной замены трубопровода. Именно на этой концепции компания SAM-UK построила свою линейку клапанов, и причина проста: инженеры промышленных предприятий уже несколько десятилетий назад перестали использовать одноразовые клапаны.

Этот компромисс действительно существует, и о нём стоит упомянуть. Каждое соединение представляет собой потенциальный источник утечки, а резьбовые соединения удерживаются уплотнительными кольцами — как правило, из EPDM, с FKM/Viton — материал, подходящий для агрессивных химических веществ. Монтажники должны сдерживать желание перетянуть гайки соединений; стандартная норма — затяжка вручную плюс пол-оборота с усилием, а использование удлинительной штанги на соединении из ПВХ — верный способ повредить корпус, который на фотографии выглядел вполне нормально. Также во время монтажа не допускайте попадания клея на резьбу соединения — клей на торце соединения гарантированно приведёт к протечке, с которой вам придётся бороться годами.

Соединения True выпускаются в вариантах с муфтой, резьбовыми соединениями (NPT/BSP) и фланцевыми соединениями, и разумный покупатель стандартизирует типы торцевых соединений на всем предприятии. Конструкция с двойным соединением, включающая один патрубок и одну резьбу, подходит как для новых трубопроводов, соединяемых с помощью сварки растворителем, так и для подключения к существующему оборудованию с резьбовыми соединениями — один артикул, выполняющий две функции, позволяет быстро сократить запасы.

Поворотные клапаны из ПВХ — экономайзер с большим диаметром

Как только диаметр трубы превышает примерно 6 дюймов, цены на шаровые краны становятся такими же, как на ювелирные изделия, и на смену им приходят дроссельные клапаны. Дроссельный клапан из ПВХ представляет собой тонкий диск на валу, расположенный внутри короткого корпуса — легкий, компактный и значительно дешевле шарового крана диаметром 6 дюймов и более, именно поэтому они широко используются в системах изоляции резервуаров большого диаметра, обслуживании коллекторов и водоподготовке. Конструкция типа «вафля» (зажатая между двумя фланцами с помощью длинных болтов) является стандартным бюджетным вариантом; конструкция с ушками имеет резьбовые вставки, благодаря чему клапан можно прикрутить к одному фланцу и при этом обеспечить герметичность — именно эту конструкцию следует указывать в технических требованиях, когда Оборудование, расположенное ниже по потоку, необходимо обслужить или перекрыть при закрытом клапане (услуга, не имеющая продолжения).

Дроссельные клапаны обеспечивают более плавное регулирование потока, чем шаровые клапаны — диск обеспечивает примерно линейную характеристику расхода в средней части хода, поэтому они являются вполне подходящим выбором не только для отсечки, но и для балансировки расхода. Однако они не подходят для работы с суспензиями. Твердые частицы застревают между краем диска и вкладышем, а диск, закрывающийся на мусоре, деформирует вкладыш и выводит уплотнение из строя. Кроме того, им требуется рабочее пространство: рукоятка описывает дугу, а для крупных размеров требуется редуктор. Ни в коем случае не удлиняйте рукоятку дроссельной заслонки с помощью трубы для увеличения рычага — дополнительный крутящий момент прижмет диск к футеровке, и вы превратите клапан $200 в задачу по демонтажу клапана $2 000.

Обратные клапаны из ПВХ — Типы качелей, пружин и мячей

Обратный клапан представляет собой автоматическое устройство защиты от обратного потока: при прямом потоке он открывается, при обратном — закрывается, без участия оператора. Три модели из ПВХ предназначены для различных гидравлических систем. Обратные клапаны маятникового типа — откидной клапан — является классическим выбором для горизонтальных трубопроводов с постоянным потоком; их также можно устанавливать в вертикальных трубопроводах с восходящим потоком, но ни в коем случае не в вертикальных трубопроводах с нисходящим потоком, и они будут с силой захлопываться при пульсирующем потоке от поршневого насоса. Пружинные шаровые обратные клапаны — шарик, удерживаемый на седле пружиной, часто в корпусе с плотным соединением, — устанавливаются в любом положении, в том числе вертикальном, требуют лишь низкого давления открытия и являются оптимальным выбором для самотечных систем или систем низкого давления, где тяжелая поворотная заслонка может так и не открыться полностью.

Диапазон размеров ПВХ-отводов у разных производителей составляет от 1/2 дюйма до примерно 8 дюймов; модели с соединением «true-union» (такие как серии TC компании Hayward или T45 компании NIBCO) обеспечивают такую же эксплуатационную надежность в линейке трубопровода, как и шаровые краны с соединением «true-union». «Тихим убийцей» при работе с клапанами является гидравлический удар — если насос резко запускается и останавливается на длинном трубопроводе, быстро закрывающийся обратный клапан ударяется и вызывает скачок давления, который может выбить прокладку или привести к растрескиванию фитинга на расстоянии до ста метров. Пружинные обратные клапаны закрываются до смены направления потока и именно предотвращают такой удар; не пожалейте дополнительных средств, если насос мощный или трубопровод длинный.

Задвижки из ПВХ — и несколько слов о мембранных клапанах

Задвижки — это устройства, предназначенные для медленного и плавного открытия и закрытия: клинообразный или задвигообразный затвор опускается поперек прохода за счет нескольких оборотов подъемного или неподъемного штока. Поднимающийся шток позволяет сразу определить, открыто ли устройство или закрыто; не поднимающийся шток подходит для помещений с ограниченной высотой, но скрывает своё положение — а конструкция с поднимающимся штоком из ПВХ является стандартной для большинства производителей, поскольку наглядность положения предотвращает путаницу. Полное открытие означает полный расход практически без падения давления, а многооборотный привод позволяет использовать такие клапаны в системах, где внезапное перекрытие на четверть оборота может привести к удару в трубопроводе.

Чем не является задвижка: дросселем. Если ворота остаются приоткрытыми, они начинают дребезжать, сиденье изнашивается, и через полгода вам придётся его заменять. Для регулирования расхода используйте шаровые или дроссельные клапаны. Задвижки также стоят дороже шаровых клапанов того же размера и работают медленнее — именно поэтому они утратили популярность в пластиковых трубопроводах, хотя по-прежнему применяются там, где важны полное проходное сечение и медленное закрытие, например, при изоляции самотечных стоков. Если ваша рабочая среда представляет собой шлам, абразивный материал или химически агрессивную среду, способную повредить смачиваемые детали, пропустите все вышеперечисленное и рассмотрите вариант мембранный клапан: рабочая среда соприкасается только с корпусом и гибкой мембраной, благодаря чему рабочие элементы остаются чистыми, а клапан обеспечивает герметичное дросселирование и отсечку. Он стоит дороже, но в тяжелых условиях эксплуатации именно он выдерживает.

Уплотнения и материалы: EPDM против FKM/Viton и почему так важны седла из PTFE

Корпус изготовлен из ПВХ; основной компонент клапана — эластомер. EPDM — это стандартный уплотнитель для систем водоснабжения, канализации, слабых химических веществ и воздействия атмосферных факторов — он хорошо выдерживает воздействие горячей воды и пара и стоит недорого. Но он не выдерживает воздействия масла, смазки и углеводородов: при контакте с ними EPDM разбухает и разрушается, а клапан с уплотнением из EPDM, установленный на масляной линии, рано или поздно выйдет из строя. FKM (Viton) — это усовершенствованный вариант, предназначенный для работы в агрессивных средах, обладающий широкой стойкостью к маслам, топливу, минеральным кислотам и многим растворителям, при более высокой стоимости и меньшей гибкости в диапазоне низких температур.

Далее идёт вопрос о сидлах. В большинстве промышленных шаровых кранов из ПВХ используются Седла из ПТФЭ (тефлона), ценимый за низкий коэффициент трения и практически универсальную химическую стойкость, а именно пара «шарик-седло» обеспечивает это плавное ощущение при повороте на четверть оборота. Седла из ПТФЭ также лучше выдерживают перепады температур, чем седла из эластомеров. Вот практическое правило: если по трубопроводу транспортируется что-либо, кроме воды, — выбирайте уплотнительный узел, руководствуясь таблицей химической совместимости, а не по памяти. 2-дюймовый шаровой кран с разъемными соединениями, уплотнительными кольцами из EPDM и седлами из PTFE предназначен для воды и слабоагрессивных химикатов; тот же корпус с уплотнительными кольцами из FKM позволяет использовать кран в условиях интенсивных технологических нагрузок. Покупатели, которые не обращают внимания на это различие, через год вынуждены заменять штоки и сталкиваются с протечками кранов.

Классы давления: корпуса sch 40 и sch 80, а также вариант из CPVC

В термопластиковых клапанах применяется та же логика толщины стенок, что и в трубах. Трубы класса 80 имеют более толстые стенки и выдерживают более высокое давление, чем трубы класса 40, а промышленным покупателям следует по умолчанию выбирать трубы класса Sch 80 для любых систем, работающих под давлением — разница в цене незначительна по сравнению с риском разрыва. Фактические каталожные номера варьируются в зависимости от производителя и размера: типовой 2-дюймовый шаровой кран с разъемным соединением класса Sch 80 рассчитан на давление около 150 psi при 73 °F (23 °C), причем в меньших размерах их часто бывает больше, а в больших — меньше. Ни в коем случае не ссылайтесь на цифры из этой статьи — для уточнения размера и выкройки используйте опубликованную таблицу производителя.

Температура — это вторая составляющая рейтинга. Клапаны из ПВХ, как правило, пригодны для эксплуатации при температуре от примерно от -4 °F до 140 °F (от -20 °C до 60 °C), при этом номинальное давление снижается по мере приближения к этому пределу. Если в процессе происходит сильное нагревание — постоянная температура воды выше 140°F или использование агрессивных химических веществ при повышенной температуре — перейдите на Клапаны из CPVC, корпус которых рассчитан на температуру примерно до 200°F (93°C). Одно и то же семейство геометрических форм, те же конструкции с полным соединением и «бабочкой», но другая смола. Попытки сэкономить, эксплуатируя ПВХ-клапан за пределами его температурного диапазона, приводят к тому, что на предприятиях происходит нарушение герметичности именно на том компоненте трубопровода, который заменить сложнее всего.

Распространенные виды отказов клапанов из ПВХ — и меры по их предотвращению, которые действительно работают

Каждая из перечисленных ниже неисправностей — это те, с которыми мы сталкивались на реальных предприятиях, и каждый случай можно предотвратить:

• Просачивание из уплотнительного кольца штока. Классическая проблема: медленная капание из штока после многих лет езды на велосипеде. Профилактика: покупайте клапаны с регулируемыми сальниками штока или комплектами сменных уплотнительных колец (здесь лучше всего подходят соединения типа «true unions»), а также время от времени прокручивайте штоки, чтобы уплотнения не застывали.
• Шарик, застрявший из-за высохшего или кристаллизовавшегося наполнителя. Наполнитель высыхает в полости шарика, в результате чего шарик заклинивает. Меры по предотвращению: использование конструкции с полностью открытым проходом для трубопроводов, транспортирующих твердые частицы, проведение циклических операций раз в квартал и промывка перед длительными остановками.
• Повреждение, вызванное растворителем-клеем во время монтажа. Клей попадает на седла или шарик, в результате чего клапан заклинивается или седло выходит из строя. Меры предосторожности: выполняйте сборку и сваривайте клапан растворителем в открытом положении, а пролитый клей немедленно вытирайте — ни в коем случае не допускайте скопления клея внутри корпуса.
• Превышение момента затяжки «Butterfly». Использование удлинительных стержней и электроинструментов приводит к чрезмерному вдавливанию диска в вкладыш. Меры предосторожности: затягивайте вручную, используйте редуктор или привод соответствующего размера длиной более 6 дюймов; заменяйте вкладыш и диск комплектом, никогда не заменяйте только один из них.
• Удар обратного клапана. Пульсирующий поток создает сильные удары по обратным клапанам и оказывает нагрузку на всю линию. Меры предотвращения: для работы насоса следует использовать шаровой обратный клапан с пружинным приводом, а поворотные обратные клапаны устанавливать только в горизонтальном положении или вертикально вверх.
• Трещины от напряжений в резьбовых соединениях. Чрезмерная затяжка резьбы NPT/BSP на ПВХ приводит к образованию микротрещин у основания резьбы, которые расширяются под давлением. Меры предосторожности: используйте тефлоновую ленту (ни в коем случае не применяйте смазку для труб, которая разрушает ПВХ), затягивайте вручную до плотного прилегания плюс на пол-оборота и не затягивайте ключом на корпусе.
• Неправильный эластомер. EPDM при эксплуатации в масле разбухает и выходит из строя; на предприятии вину возлагают на клапан, а не на технические характеристики. Меры предосторожности: перед покупкой необходимо проверить химическую совместимость — определяющим фактором является таблица уплотнений, а не фотография в каталоге.

Неприглядная правда заключается в том, что Большинство неисправностей клапанов из ПВХ связано с ошибками при монтаже и выборе технических характеристик, а не с производственными дефектами. При сравнении производителей обращайте внимание на то, что контролирует завод: поставщик, имеющий собственное литейное производство — компания SAM-UK эксплуатирует такой цех с 1995 года в Тайчжоу с годовой мощностью 50 000 тонн — обеспечивает стабильность геометрии соприкосновения шарика с седлом и толщины стенок от партии к партии, что и является залогом предотвращения преждевременного износа седла и трещин в корпусе. Запрашивайте сертификаты гидростатических испытаний и сертификаты соответствия стандартам NSF/UPC/ETL так же, как вы запрашиваете сертификат на материал трубы; клапан заслуживает доверия ровно настолько, насколько достоверна сопроводительная документация.

Схема принятия решений: от области применения до типа клапана

Просмотрите эту таблицу слева направо, и вы найдете нужную семью в девяти случаях из десяти.

И в заключение — одно замечание по вопросам снабжения. Клапаны — это детали, которые чаще всего выходят из строя в любой системе из термопластиков, поэтому приобретайте их как специальные детали, а не как обычные товары: требовать предоставления опубликованных номинальных значений давления, данных о химической совместимости и сертификатов, выданных независимыми организациями (NSF, UPC, ETL, Watermark) от того, кто предложит цену. Такой производитель, как SAM-UK (sam-uk.com) Компания, которая самостоятельно изготавливает корпуса, имеет в наличии полный ассортимент арматуры типа «true-union» и «butterfly» и гарантирует 30-дневный срок поставки, является эталоном в отрасли — дистрибьютор, который лишь переупаковывает импортные клапаны, не сможет показать вам цех литья, а в случае выхода из строя детали вам именно этот цех и понадобится.