Предохранительный клапан предназначен для защиты трубопроводных систем и сосудов от аварийного превышения давления над максимально допустимым значением. При достижении заданного давления — затвор предохранительного клапана откроется и сбросит избыточный объём воды, поэтому их ещё называют сбросными клапанами. После того как давление в месте подключения придёт в норму, клапан будет автоматически закрыт. Предохранительные клапаны применяют в замкнутых контурах инженерных систем с подводом тепла к воде и в местах с возможным аварийным повышением давления выше допустимой отметки.

   Предохранительный клапан устанавливают
- Для защиты закрытых контуров систем отопления и горячего водоснабжения, подключённых от автономных источников тепла, а именно газовых, электрических и твердотопливных котлов, теплонасосных и гелиосистем.
- Для защиты замкнутого контура системы отопления подключённой по независимой схеме (через теплообменный аппарат).
- В системах горячего водоснабжения с электрическими, накопительными и скоростным водонагревателями.
- В системах отопления с теплоаккумуляторами.
- В системах водоснабжения с гидроаккумуляторами.
- На паровых и водогрейных котлах установка предохранительного клапана обязательна.

   Назначение предохранительного клапана — предотвращение аварийных ситуаций, он не должен применяться в схемах, где по технологическому процессу давление периодически поднимается выше максимально допустимого значения. Для решения подобных задач рекомендуется использовать регулятор давления до себя. Все предохранительные клапаны, которые представлены в нашем каталоге, могут использоваться для сброса воды, некоторые из них применяются для пара и сжатого воздуха, возможность применения для сред отличных от воды уточняйте у поставщиков.

Устройство и конструкция предохранительного клапана

   Конструкция предохранительного клапана обязательно включает в себя две основных составляющих — запорный элемент и задатчик обеспечивающий силовое воздействие на чувствительный элемент. Запорный элемент состоит из затвора и седла, а в качестве задатчика применяют пружинный или рычажно-грузовой механизм.

Пружинный предохранительный клапан

   Пружинный предохранительный клапан — в клапанах этого типа давлению воды на затворе противодействует усилие сжатой пружины. Сила сжатия пружины определяет давление срабатывания, а диапазон настройки определяется упругостью пружины. Надёжная конструкция, низкая цена и простое устройство предохранительного клапана с пружинным задатчиком, способствовали его широкому применению в инженерных системах и маломощных промышленный установках. Некоторые производители предохранительных клапанов поставляют свои устройства с заводской настройкой на определённое давление, а настройку других можно выполнить по месту во время пусконаладочных работ, изменяя силу сжатия пружины.

Рычажный предохранительный клапан

   Рычажный предохранительный клапан — в клапанах этого типа давлению воды противодействует усилие, созданное рычажно-грузовым механизмом. Масса груза и длина рычага определяют давление срабатывания и диапазон настраиваемых давлений. Рычажные предохранительные клапаны не менее надёжны пружинных, но имеют несколько большую цену и выпускаются, с диаметром присоединения Ду50 и более. Рычажные предохранительные клапаны получили широкое распространение в промышленности.

По высоте подъёма затвора предохранительные клапаны делятся на малоподъёмные и полноподъёмные.

   Малоподъёмный предохранительный клапан — высота подъёма затвора не превышает 0,05 диаметра седла. В малоподъёмных клапанах, как правило, применён пропорциональный механизм открытия. Они отличаются малой пропускной способностью, простым устройством и меньшей ценой, по сравнению с полноподёмными клапанами.

Полноподъёмный предохранительный клапан — высота подъёма затвора больше или равна диаметру седла. В полноподъёмных предохранительных клапанах, как правило, применяется двухпозиционный механизм открытия. Клапаны отличаются высокой пропускной способностью и устанавливаются в системах со сжимаемыми средами, например паром или сжатым воздухом. Конструкция полноподъёмного предохранительного клапана сложнее, чем у малоподъёмного, а цена соответственно выше.

  По действию при достижении давления начала открытия предохранительные клапаны делятся на пропорциональные и двухпозиционные.

  Пропорциональные предохранительные клапаны — открываются пропорционально росту давления, с подъёмом затвора равномерно увеличивается объём сбрасываемой среды. Пропорциональные клапаны применяются для воды или других несжимаемых сред, хотя конструкция не исключает возможность применения со сжимаемыми средами.
По сравнению с двухпозиционными, пропорциональные предохранительные клапаны обладают такими преимуществами:
 - Низкая цена
 - Простая конструкция
 - Возможность использования для воды и других жидких сред
 - В системах с переменным аварийным расходом не возникают автоколебания
 - Способность открываться именно в такой степени, насколько это необходимо для установления рабочих параметров

   Двухпозиционные предохранительные клапаны — открываются моментально на полный ход, при достижении давления начала открытия. Применение двухпозиционных клапанов рекомендовано для сжимаемых сред, например, для пара, воздуха или газа.
   Автоколебания затвора это основной недостаток двухпозиционных устройств. Работа предохранительного клапана в режиме автоколебаний возможна:
 - В случае завышения типоразмера
 - В системах с переменным аварийным расходом
 - Если время роста аварийного расхода до своего максимального значения превышает время полного открытия клапана
   Применение двухпозиционных предохранительных клапанов для воды или другой несжимаемой жидкости имеет две особенности:
 - Резкое открытие клапана приводит к большому сбросу воды и резкому падению давления.
 - После резкого падения давления клапан моментально закроется и спровоцирует гидравлический удар.

Принцип действия предохранительного клапана

   Принцип действия рассмотрен на примере пропорционального предохранительного клапана с пружинным задатчиком, установленного в системе заполненной водой. В основе принципа действия предохранительного клапана лежит противодействие на затворе усилия воды стремящегося открыть клапан и усилия пружины, направленного на удержание затвора в закрытом положении. Предохранительный клапан закрыт до тех пор, пока давление воды на затворе не превысит усилие пружины удерживающей его в закрытом положении. Следует отметить, что давление начала открытия превышает давление настройки предохранительного клапана примерно на 3%. После подрыва затвора последующий рост давления приведёт к пропорциональному подъёму затвора и увеличению объёма сбрасываемой воды. Полное открытие предохранительного клапана наступает при превышении давления над давлением настройки примерно на 13%. После сброса избыточного объёма воды давление в месте установки предохранительного клапана начнёт снижаться и как только усилие пружины преодолеет статическое и динамическое давление вытекающей воды затвор будет закрыт. Полное закрытие предохранительного клапана наступает при снижении давления в месте его установки, до значения на 20% меньшего, чем давление настройки, это связано с дополнительным преодолением динамического давления вытекающей воды.

Настройка предохранительного клапана

   Настройка предохранительного клапана выполняется по месту установки, после завершения монтажных работ и промывки защищаемой системы. Для этого задают давление настройки, проверяют давление начала открытия, полного открытия и закрытия предохранительного клапана.
Давление настройки предохранительного клапана следует установить несколько выше максимального рабочего давления, соответствующего нормальному режиму эксплуатации защищаемой установки. Давление полного открытия предохранительного клапана не должно превышать максимально допустимого давления для наиболее слабого элемента защищаемой системы. Давление закрытия предохранительного клапана должно быть выше минимально допустимого давления, соответствующего нормальному режиму эксплуатации.
   Настройка давления в пружинном предохранительном клапане выполняется вращением регулировочного винта сжимающего пружину, которая прижимает затвор к седлу, а настройка предохранительного клапана рычажной конструкции выполняется определением необходимой массы груза. Предварительной настройки не требуют предохранительные клапаны давление настройки, которых фиксировано заводом изготовителем. Работоспособным считается предохранительный клапан, если он обеспечивает герметичность перекрытия, полное открытие и закрытие затвора, а давления, настройки, начала открытия, полного открытия и закрытия отклоняются в пределах допустимых величин приведенных в паспорте клапана.

   Пример: Настройка предохранительного клапана в системе отопления 10 этажного здания подключённого от автономной котельной (или по независимой схеме к тепловой сети). В месте установки предохранительного клапана на уровне подвала значения давлений составят:
   Минимальное рабочее давление — определяется как сумма статического давления системы отопления, а это 10 этажей по 3метра=30м.вод.ст, плюс минимальное избыточное давление на уровне верхнего этажа – зададимся 5 метрами, итого Pmin = 30+5=35 м.вод.ст = 3,5 бар. Минимальное рабочее давление в системе отопления устанавливается при её заполнении холодной водой. Повышение температуры воды приводит к росту давления до максимального рабочего значения. Подробнее смотри Принцип работы расширительного бака.
   Максимальное рабочее давление для системы отопления задаётся при расчёте закрытого расширительного бака, чем оно меньше тем больше потребный объём расширительного бака и тем выше его стоимость. Для нашего здания рациональным было бы принять максимальное рабочее давление — Pр=5,5 бар. Максимальное рабочее давление в закрытом контуре системы отопления достигается при максимальной температуре теплоносителя, то есть в самые холодные дни отопительного периода.
   Максимально допустимое давление для системы отопления определяется пределом прочности наиболее слабого элемента циркуляционного кольца, предположим что оно составляет — Pmax=8 бар. Для такой системы отопления предохранительный клапан должен быть настроен на давление Рн=6 бар, при этом давление начала его открытия составит примерно Рно=6,2 бара, давление полного открытия составит Рпо=6,8 бар, а давление закрытия Рз=4,8 бар.

Технические характеристики предохранительного клапана

Давление настройки предохранительного клапана — это наибольшее избыточное давление на входе в клапан, при котором затвор закрыт и обеспечивается заданная герметичность перекрытия.

Давление начала открытия (подрыва, установочное давление) — давление при котором происходит подрыв затвора и незначительный сброс среды. У большинства предохранительных клапанов давление начала открытия примерно на 3% превышает давление настройки.

Давление полного открытия — наименьшее давление на входе в предохранительный клапан, при котором наступает полное открытие запорного органа. У предохранительных клапанов двухпозиционного действия давление полного открытия равно давлению начала открытия. У клапанов пропорционального действия давление полного открытия превышает давление начала открытия примерно на 10%.

Давление закрытия (притирания или обратной посадки) — наибольшее давление, при котором наступает полная посадка затвора на седло и герметичное перекрытие потока. У предохранительных клапанов пропорционального действия, давление закрытия, на 10-20% ниже давления настройки, это связано с дополнительным преодолением динамического давления проходящей среды.

Расчётное давление (максимально допустимое давление) — избыточное давление на которое производится расчёт прочности сосуда (системы) или максимальное давление устанавливаемое изготовителем оборудования. Давление полного открытия предохранительного клапана, не должно превышать расчётного давления.

Пропускная способность предохранительного клапана — расход рабочей среды, сбрасываемый клапаном, при конкретных значениях давления на входе в клапан и выходе из него, определённом значении температуры рабочей среды и определённом ходе золотника.

DN предохранительного клапана — номинальный диаметр отверстия в присоединительных патрубках. Значение DN применяется для унификации типоразмеров трубопроводной арматуры. Фактический диаметр отверстия может незначительно отличаться от номинального в большую или меньшую сторону. Альтернативным обозначением номинального диаметра DN, распространённым в странах постсоветского пространства, был условный диаметр Ду предохранительного клапана. Ряд условных проходов DN трубопроводной арматуры регламентирован ГОСТ 28338-89 «Проходы условные (размеры номинальные)».

Расчёт предохранительного клапана

   Расчёт предохранительного клапана выполнен по алгоритму расчёта предохранительных клапанов для котлов с искусственной циркуляцией в соответствии со СНиП II-35 "Котельные установки". В расчёте принята высота подъёма штока равная 1/20 диаметра седла, так как большинство производителей не указывают фактическую высоту подъёма штока в технических характеристиках. Поэтому типоразмер предохранительного клапана полученный в результате расчёта может быть несколько завышен. В любом случае, подобрав клапан сравните тепловую мощность своей системы с рекомендуемой производителем максимальной мощностью для данного типоразмера указанной в техническом описании. Предохранительный клапан предназначен для защиты систем от превышения давления выше максимально допустимого значения. Расчёт предохранительного клапана по сути должен сводиться к определению наиболее вероятных источников превышения давления и вычислению максимального прироста объёма воды в системе.

   Источниками прироста объёма могут быть:
 - Перегрев воды в котле или теплообменном аппарате с последующим парообразованием. В момент парообразования вода увеличивает свой объём в 461 раз, поэтому фактор парообразования, является преобладающим при выборе предохранительного клапана, именно он и учтён методикой расчёта приведенной в СНиП II-35.
 - Выход из строя автоматики управления линии подпитки котельных и независимых систем отопления, может стать преобладающим фактором в системах давление источника подпитки, в которых превышает допустимое давление для подпитываемой системы.
 - Нагреваясь в котле или в теплообменном аппарате вода увеличивается в объёме. Удельный прирост объёма при нагреве от 0 до 100 °C составляет всего лишь 4%, поэтому он, как правило, не является преобладающим фактором при подборе типоразмера предохранительного клапана.
Выбранный предохранительный клапан должен обеспечивать сброс рассчитанного объёма воды, по наиболее существенному из факторов прироста объёма.

Подбор предохранительного клапана

   Диаметр входного патрубка выбранного предохранительного клапана должен быть больше или равен диаметру патрубка полученного в результате расчёта.
Кроме соответствия диаметра патрубка расчётному значению рекомендуется проверять предохранительный клапан на сброс рассчитанного прироста объёма воды в результате возникновения аварийной ситуации. При этом следует учесть, что чем больше разница давлений между давлением открытия предохранительного клапана и давлением в линии сброса - тем больший объём воды выйдет через клапан. При подборе предохранительного клапана следует, также иметь в виду, что полное открытие клапана, достигается при превышении давления в системе над давлением срабатывания на 10%, а полное закрытие - при снижении давления в системе ниже давления срабатывания на 20%. В связи с этим можно рекомендовать выбирать предохранительные клапаны с давлением срабатывания на 20 - 30% больше рабочего давления системы.

Установка и монтаж предохранительного клапана

   Установка предохранительного клапана должна выполняться в соответствии с комплектной инструкцией. Ниже приведены общие рекомендации, касающиеся монтажа предохранительных клапанов всех типов.
 - Вблизи клапана рекомендуется установить манометр.
 - Ось пружины, в пружинном предохранительном клапане, должна быть вертикальна и находится над корпусом.
 - Рычаг, рычажно-грузового предохранительного клапана, должен быть горизонтален и находиться над клапаном.
 - На подводящих и отводящих трубопроводах не допускается установка запорной арматуры, фильтров и обратных клапанов.
 - Диаметр входной трубы должен соответствовать входному диаметру предохранительного клапана, а диаметр отводной трубы должен быть не меньше диаметра отводящего патрубка.
 - Длина трубы соединяющей предохранительный клапан и резервуар или трубопровод, на котором он установлен, должна быть минимальна.
 - Трубы от предохранительных клапанов должны отводиться в дренажный приямок или за пределы помещения, в которых они установлены.
 - При объединении выпускных труб от нескольких клапанов сечение сборной трубы должно быть не меньше суммы сечений выпускных труб.
 - При установке на одном трубопроводе нескольких предохранительных клапанов, площадь поперечного сечения этого трубопровода должна превышать в 1,25 раза суммарную площадь сечения клапанов, установленных на нём.
 Не допускается отбор рабочей среды из трубопровода соединяющей предохранительный клапан и защищаемый участок.
 Отводную трубу следует выполнить с воронкой и видимым разрывом.
 После монтажа предохранительного клапана убедитесь в том, что он открывается при заданном давлении, а после сброса воды затвор полностью садиться на седло обеспечивая полную герметичность перекрытия.

Последовательность паковки резьбового соединения

1. Взять прядь льняного волокна с таким количеством нитей, чтобы в скрученном состоянии её диаметр были примерно равен глубине резьбы на монтируемом элементе. Длина пряди должна обеспечивать количество подмотки в 1,5-2раза превосходящее число витков резьбы.
2. Отступив примерно 50-70 мм от начала пряди, следует слегка скрутить её, уложить в первый виток резьбы и удерживая её рукой, плотно намотать длинную ветвь пряди по часовой стрелке, укладывая её в каждый виток резьбы.
3. Дойдя до конца резьбы, продолжить намотку вторым слоем, перемещая витки к началу резьбы. Длина второго слоя намотки должна быть примерно равна 2/3 длины резьбы.
4. Оставшийся конец пряди (50-70мм) намотать аналогично по часовой стрелке, укладывая от конца резьбы к её началу.
5. Нанести слой герметика поверх подмотки.
6. Навернуть рукой сопрягаемые элементы. При правильной подмотке, монтируемый элемент должен завернуться на 1,5-2 оборота.
7. Гаечным ключом или динамометрическим продолжить наворачивание элемента. В случае, когда монтируемому элементу необходимо придать определённое положение, закончить наворачивание в необходимом для этого элемента положении.

Требования норм, касающиеся предохранительных клапанов

   Ниже собраны требования норм и правил касающиеся подбора, монтажа и эксплуатации предохранительных клапанов. Приведенный перечень нормативных требований не является исчерпывающим, и со временем будет расширяться. Выдержки взяты из нормативных документов регулирующих порядок проектирования, монтажа и эксплуатации инженерных систем жилых, общественных и административно бытовых зданий. В разделе не приведены требования норм и правил которые относятся к Предохранительным клапанам применяемым в промышленности и технологических установках.

ДБН В.2.5-39 Тепловые сети

Пункт 16.2 — Глава 16 Тепловые пункты

В тепловых пунктах должно быть расположено оборудование, арматура, приборы контроля, управления и автоматизации, при помощи которых осуществляют:
 - регулирование температуры теплоносителя по погодным условиям;
 - преобразование вида теплоносителя либо его параметров;
 - контроль параметров теплоносителя;
 - учёт тепловых нагрузок, расхода теплоносителя;
 - регулирование расхода теплоносителя и распределение между системами потребления тепловой энергии
 - защита местных систем от аварийного повышения параметров теплоносителя;
 - доочистки теплоносителя;
 - заполнения и подпитки систем теплопотребления;
 - сбора, охлаждения, возвращения конденсата и контроль его качества;
 - аккумулирования тепловой энергии;
 - водоподготовка для систем горячего водоснабжения;
 - комбинированное теплоснабжение с использованием тепловой энергии от альтернативных источников.

Пункт 16.7.5 — Раздел 16.7 Схемы присоединения потребителей к тепловой сети — Глава 16 Тепловые пункты

Защиту системы абонента от деструктивного действия теплоносителя при авариях на тепло- и электросетях следует осуществлять путём автоматического перекрытия подающего трубопровода теплосети на абонентском вводе и автоматического сброса теплоносителя из обратного трубопровода системы потребителя.

СНиП 2.04.05 Отопление вентиляция и кондиционирование

Пункт 3.43 — Глава 3 Отопление

Удаление воздуха из систем отопления при теплоносителе воде и из конденсатопроводов, заполненных водой, следует предусматривать в верхних точках, при теплоносителе паре - в нижних точках конденсационного самотечного трубопровода.
В системах водяного отопления следует предусматривать, как правило, проточные воздухосборники или краны. Непроточные воздухосборники допускается предусматривать при скорости движения воды в трубопроводе меньше 0,1 м/с.
Воздух следует удалять, как правило, через автоматические воздухоотводчики.
Системы водяного отопления с автономными теплогенераторами и системы, присоединенные к тепловой сети по независимой схеме, должны быть оборудованы устройствами для компенсации температурного расширения воды открытого или закрытого типа. При оборудовании системы компенсирующей емкостью закрытого типа необходимо утанавливать на трубопроводе системы предохранительный клапан.

СНиП II-35 Котельные установки

Пункт 8.12 — Глава 8 Трубопроводы

Трубы от предохранительных клапанов должны выводиться за пределы котельной и иметь устройства для отвода воды. Площадь сечения трубы должна быть не менее двойной площади сечения предохранительного клапана.

Пункт 8.16 — Глава 8 Трубопроводы

Водогрейные котлы без барабанов с температурой воды до 115°С производительностью более 350 000 ккал/ч, а также котлы с барабанами независимо от их производительности должны оборудоваться двумя предохранительными клапанами, водогрейные котлы без барабанов производительностью 350 000 ккал/ч и менее — одним клапаном.
При проектировании в котельной нескольких водогрейных котлов без барабанов вместо предохранительных клапанов на котлах допускается предусматривать установку двух предохранительных клапанов диаметром не менее 50 мм на трубопроводе, к которому присоединены котлы. Диаметр каждого предохранительного клапана принимается по расчету для одного из котлов наибольшей производительности и рассчитывается по формулам:
при установке котлов с естественной циркуляцией:
d = 6Q /(1000 000 * n * h)
при установке котлов с принудительной циркуляцией:
d = 3Q /(1000 000 * n * h)
где
 d - диаметр прохода клапана, см;
 Q - максимальная производительность котла, ккал/ч;
 n — количество клапанов;
 h - высота подъема клапана, см.

При установке предохранительных клапанов на общем трубопроводе горячей воды следует предусматривать обвод с обратным клапаном у запорного органа каждого котла.
Диаметры обводов и обратных клапанов принимаются по расчету, но не менее 40 мм для котлов производительностью до 240 000 ккал/ч и не менее 50 мм - для котлов производительностью 240 000 ккал/ч и более.

ГОСТ 12.2.063-81 Общие требования безопасности. Арматура промышленная трубопроводная
ГОСТ 12532-88 Клапаны предохранительные прямого действия. Основные параметры
ГОСТ 24570-81 Клапаны предохранительные паровых и водогрейных котлов. Технические требования
ГОСТ 24856-81 (ISO 6552-80) Арматура трубопроводная промышленная. Термины и определения
ГОСТ 4666-75 Маркировка и отличительная окраска. Арматура трубопроводная.
ГОСТ 9789-75 Клапаны предохранительные пружинные полноподъёмные фланцевые стальные на Pу1,6 и 4,0 МПа. Технические условия

Благодарность за предоставленные материалы:
http://www.ktto.com.ua