Мембранные клапаны и шаровые краны: как каждый из них служит для промышленных трубопроводов

Линия длиной 50 мм, перемещающая известковый раствор с содержанием твердых частиц 15%, заклинит шаровой клапан в течение нескольких недель, поскольку твердые частицы забиваются в кольцевую полость между шаром и его седлами. Установите мембранный клапан переливного типа на ту же линию, и он будет открываться и закрываться годами без замены чего-либо, кроме диафрагмы. Проведите то же сравнение на коллекторе чистой охлаждающей воды, и ответ будет противоположным: перемычка диафрагмы дросселирует линию и воздействует на эластомер, в то время как полнопроходной шаровой клапан открывается на четверть оборота практически без потери давления.

Оба корпуса клапана имеют одинаковое номинальное номинальное давление и оба крепятся болтами к одной и той же схеме фланцев, и именно поэтому они путаются в требованиях. Реальная разница заключается в том, что происходит с жидкостью, когда линия перестает двигаться.

Что отличает мембранный клапан от шарового крана

Шаровой клапан обеспечивает герметизацию за счет вращения проточенной сферы относительно двух седел, а мембранный клапан обеспечивает герметизацию путем прижатия гибкой диафрагмы к приподнятой перегородке, поэтому технологическая жидкость никогда не достигает штока или привода.

Из этой геометрии следуют три следствия, и вместе они определяют большинство реальных спецификаций еще до того, как обсуждается цена.

• Где находится жидкость. Шаровой клапан оставляет полость между шаром и стенкой корпуса, которая заполняется продуктом и не может стекать. Мембранный переливной клапан не имеет такой полости седла, хотя сама чаша водослива сохраняет небольшой остаточный объем.
• Как запечатан шток. Шаровой кран опирается на уплотнительные кольца или уплотнение вокруг вращающегося штока, динамическое уплотнение, воспринимающее среду. Мембранный клапан вообще не имеет динамического уплотнения штока: мембрана является единственным барьером между жидкостью и атмосферой.
• Как дросселирует клапан. Шаровой клапан представляет собой двухпозиционное устройство, и, удерживая его частично открытым, высокоскоростная струя направляется на выходное седло. Мембранный клапан обеспечивает чистое дросселирование, поскольку диафрагму можно зафиксировать в любой точке ее хода.

Как каждая конструкция перекрывает поток

Шаровой клапан закрывается одним поворотом сферы на 90 градусов, а мембранный клапан закрывается за несколько оборотов маховика, прижимая диафрагму к водосливу.

Шаровой кран: короткий ход, полнопроходной, открытые седла.

Полнопроходной шаровой кран имеет проходное отверстие, равное внутреннему диаметру трубы, поэтому перепад давления на открытом клапане близок к перепаду давления на трубе эквивалентной длины. Ход на четверть оборота делает работу быстрой, простой в автоматизации и визуально понятной с позиции рукоятки. Компромисс заключается в том, что сиденья располагаются на пути потока. Любая частица, попавшая на седло, вдавливается в эластомер при следующей затворке, и каждый цикл приводит к еще большему загрязнению.

Мембранный клапан: длинный ход, без уплотнения, изолированная жидкость

Компрессор на резьбовом штоке зажимает диафрагму в месте соединения корпуса с крышкой, поэтому ручному клапану требуется несколько оборотов, чтобы перейти из открытого состояния в закрытое. Ничто в механизме не касается среды: ни уплотнение, ни уплотнительные кольца штока, ни седельные кольца. Именно этот единственный барьер объясняет, почему мембранные клапаны выдерживают воздействие агрессивных химических веществ, а также почему они терпят дросселирование. Стоимость гидравлическая. Корпус переливного устройства сужает путь потока и увеличивает перепад давления, тогда как прямоточный корпус восстанавливает напор за счет большего корпуса и другого поведения диафрагмы.

Где шаровые краны являются правильным выбором

Шаровой кран является правильным выбором, если жидкость чистая, требуется изоляция двухпозиционного клапана, а в линии требуется отверстие, близкое к размеру трубы, с минимальной потерей давления.

На технологических установках, станциях водоподготовки и линиях неметаллической химической продукции эта арматура охватывает больше установленных позиций, чем клапаны любого другого типа:

• Изоляция насоса и бака на чистой воде, деминерализованной воде, рассоле и дозирующих линиях, где клапан либо полностью открыт, либо полностью закрыт.
• Высокоцикловое обслуживание , поскольку четвертьоборотный привод совершает меньшую работу за операцию и достигает полного закрытия за одно движение.
• Линии, которые промываются или очищаются скребками , поскольку полнопроходное отверстие не создает препятствий для тампона или скребка.
• Коллекторы низкого перепада давления , где водослив может увеличить потерю напора, которую насос не может избежать.

Где шаровой кран выйдет из строя, можно предсказать. Любая жидкость, которая откладывается, кристаллизуется или истирается, найдет седло: раствор кристаллизующейся соли может заблокировать шаровой клапан за несколько термических циклов, а абразивная суспензия полирует шар до тех пор, пока клапан не перестанет герметично закрываться в закрытом положении.

SCH8O/DIN UPVC/CPVC Шаровой кран типа I Рассмотрите этот шаровой кран типа I для чистого перекрытия с низким сопротивлением; Варианты корпуса из ПВХ/ХПВХ и размеры DN15–DN100 позволяют адаптировать температуру среды и химическое воздействие. Посмотреть продукт →

Где мембранные клапаны оправдывают свою стоимость

Мембранный клапан является правильным выбором, когда жидкость может оседать, кристаллизоваться, истирать или воздействовать на эластомерные седла поворотного клапана, а также когда линия может компенсировать дополнительный перепад давления.

Конструкция удерживает ровно один гибкий компонент в контакте со средой и удерживает каждую обработанную поверхность от нее:

• Коррозионная химия такие как минеральные кислоты, щелочь, гипохлорит натрия и потоки смешанных кислот, обрабатываемые в корпусах из ПВХ или ХПВХ.
• Суспензии и суспензии такие как известь, карбонат кальция, обратная промывка фильтров и осадок гидроксидов металлов от нейтрализации сточных вод.
• Вязкие и волокнистые среды , где шаровой клапан размазывает продукт по седлам.
• Точки регулирования и отбора проб , где стабильное частичное открытие имеет большее значение, чем короткий ход.
• Линии высокой чистоты , потому что нет уплотнения, которое могло бы протекать, и нет щели в седле, в которой могли бы задерживаться остатки.

Это ограничение заслуживает отдельной строки в таблице данных. Диафрагма является границей давления, поэтому потолок давления и температуры клапана — это потолок диафрагмы, а не корпуса.

SCH8O/DIN UPVC/CPVC фланцевый мембранный клапан Для линий с агрессивной жидкостью сравните материал диафрагмы, стандарт фланца и снижение номинальных характеристик при изменении температуры и давления; Этот фланцевый клапан из ПВХ/ХПВХ охватывает диаметры DN25–DN125 с ручным или пневматическим управлением. Посмотреть продукт →

Подгонка клапана к неметаллической трубопроводной системе

В системах ПВХ и ХПВХ материал корпуса редко является ограничивающим фактором; эластомер, стандарт фланца и снижение номинальных характеристик давления и температуры обычно являются таковыми.

Клапаны из термопласта определяются составом корпуса и стандартом, к которому они крепятся. Корпус клапана из ХПВХ работает с теми же химическими веществами, что и Напорная труба из ХПВХ он сидит, и детали соединения имеют такое же значение, как и сам клапан: муфты из цемента с растворителем для небольших линий, фланцевые корпуса, из которых клапан должен выходить для замены диафрагмы, и облицовка DIN или ANSI, которая должна соответствовать сверлению ответного фланца.

ISO 15493 обеспечивает основу для компонентов промышленных трубопроводов из ПВХ-C, и вытекающее из него снижение характеристик давления и температуры является наиболее распространенным источником ошибок в завышенных технических характеристиках. Опубликованные кривые ХПВХ снижают допустимое давление примерно до половины от номинала 23 C на 60 C и примерно до четверти вблизи верхнего предела материала. Это уменьшение применимо как к клапану, так и к трубе, и оно также применимо к диафрагме, которая представляет собой более мягкий материал, чем корпус.

Автоматизация, срок службы и общая стоимость владения

Стоимость срабатывания зависит от крутящего момента и хода, а линейный ход мембранного клапана с предсказуемым крутящим моментом часто проще автоматизировать, чем шаровой клапан, трение седла которого увеличивается с увеличением давления и загрязнения.

Крутящий момент и ход привода

Шаровому клапану требуется достаточный крутящий момент, чтобы разорвать контакт с седлом, и этот крутящий момент возрастает с увеличением перепада давления, материала седла и любого продукта, попавшего на седло. Таким образом, пневматические и электрические приводы имеют запас прочности, который увеличивается по мере старения клапана. Мембранному клапану требуется линейная сила, которая в значительной степени зависит от давления в линии и площади диафрагмы, что делает размер привода более предсказуемым, но его ход длиннее, и приводу приходится перемещаться дальше для того же результата.

Что на самом деле влияет на стоимость жизненного цикла

В течение пяти лет покупная цена составляет небольшую долю от общей суммы. Доминируют три вопроса: запасные части, время простоя, необходимое для их установки, и стоимость утечки, попадающей в окружающую среду. Ожидается, что мембранный клапан, работающий в режиме шлама, будет использовать диафрагмы как изнашиваемую деталь, поэтому корпус должен обеспечивать возможность замены без разрезания трубы. Шаровой кран на чистой воде никогда не придется открывать, но седло с насечками на абразивной линии превращает недорогой клапан в предмет периодического обслуживания.

В конструкции уплотнений эти две конструкции больше всего расходятся по сроку службы. Геометрия седла, обработка поверхности шара и предварительная нагрузка определяют, будет ли шаровой клапан по-прежнему удерживать герметичное уплотнение после тысяч циклов, и эти детали стоит проверить перед любым заказом на покупку; тот расчет характеристик уплотнения фланцевых шаровых кранов из ХПВХ объясняет, какие функции имеют значение.

SCH8O/DIN Пневматический мембранный клапан с двойным приводом из ПВХ Используйте этот пневматический мембранный клапан из ПВХ для агрессивных сред, где конструкция без уплотнений с мягким уплотнением и размеры DN15–DN50 подходят для линий химической, фармацевтической или пищевой промышленности. Посмотреть продукт →

Пять шагов для выбора правильного клапана

Пять проверок, выполняемых в указанном порядке, определяют выбор до запроса предложения.

Практические вопросы, которые задают покупатели

Можно ли поменять местами шаровой кран и мембранный клапан на одной линии?

Механически, только если строительная длина и отверстия фланца совпадают, а это часто не так. С эксплуатационной точки зрения режим работы меняется: мембранный клапан, установленный там, где был снят полнопроходной шаровой клапан, увеличивает перепад давления и снижает максимальный расход, в то время как шаровой клапан на пульпопроводе заклинивает. Для замены обычно требуется катушка.

Какой клапан лучше справляется с твердыми частицами?

Мембранный клапан, без квалификации. Шаровой клапан задерживает частицы между шаром и седлом и внутри полости корпуса; Мембранный клапан не имеет полости седла и закрывается за счет пережатия пути потока. Практическим ограничением для мембранного клапана является размер частиц по отношению к отверстию водослива, а не наличие твердых частиц.

При какой температуре эластомер становится предельным?

Для EPDM при непрерывной эксплуатации в водной среде практический потолок находится в пределах от 90°C до 100°C, что обычно достигается раньше предела, установленного для корпуса ХПВХ. Мембраны с покрытием из ПТФЭ расширяют химическую стойкость за пределы температурного диапазона. Поскольку диафрагма является границей давления, ее номинал необходимо проверять отдельно от номинала трубы.

Какой клапан дешевле иметь в течение пяти лет?

Ответ зависит от жидкости, а пересечение резкое. При изоляции чистой воды шаровой кран выигрывает по закупочной цене и редко требует запчастей. При работе в шламовых или агрессивных химических средах частота замены шарового клапана обычно превышает стоимость деталей мембранного клапана, поскольку диафрагма является недорогим изнашиваемым элементом, а седло и шар — нет.

Ни один из клапанов не является универсальным ответом. Хорошо спроектированная неметаллическая система использует оба варианта, размещая их там, где их геометрия действительно соответствует жидкости.