ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Особое значение в технике безопасности (см. БЕЗОПАСНОСТЬ) приобретают предохранительные устройства. Не являясь самостоятельной частью оборудования, предохранительные устройства выполняют важнейшую роль, защищая рабочего от возможных травм.

Предохранительным называется устройство, которое в нужный момент (например, при попытке рабочего проникнуть в опасную зону) отключает оборудование или нормализует его работу: выпускает избыток газа, пара, жидкости; предупреждает выброс материала; отключает оборудование при перегрузке и т. д.

ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО – предохранительная арматура всех типов (клапаны, мембраны, или сочетания их), предназначенная для защиты оборудования и трубопроводов от превышения давления путем сброса избытка рабочей среды.

Принцип работы предохранительных устройств (см. ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО) различен. Чаще всего используется принцип размыкания электрической цепи управления и остановка движущихся частей или отключение частей, находящихся под напряжением. Несколько обособленную конструкцию имеют предохранительные устройства, которые устанавливаются на сосудах, работающих под давлением. Принцип работы этих предохранительных устройств заключается в том, что при определенном давлении в сосуде автоматически открывается отверстие, через которое выходит наружу газ, пар или жидкость, и таким образом предотвращается разрыв сосуда.

Предохранительные устройства можно разделить на две группы: устройства, которые исключают поломку оборудования и инструмента, и устройства, предохраняющие рабочего от попадания в опасную зону.

К первой группе относятся специальные штифты, муфты трения, специальные реле, плавкие предохранители, предохранительные клапаны, концевые выключатели, контактные манометры и термометры, пневматические контакторы.

Во вторую группу входят фотоэлектрическая и емкостная защита, двуручное включение, электрическая блокировка, предохранительная и направляющая линейка, специальные приспособления для подачи материала в рабочую зону.

Любая система, работающая под давлением, нуждается в защите от перегрузок по давлению, возникающих внештатных или аварийных ситуациях (см. АВАРИЙНАЯ СИТУАЦИЯ). Для этого применяются предохранительные клапаны. Они различаются по конструкции и характеристикам, для каждой установки – газовой или жидкостной – можно подобрать подходящую предохранительную арматуру.

Принцип действия клапанов

Запирающий элемент прижимается к седлу пружиной. По мере роста давления оно начинает превозмогать силу сжатия пружины, сжимая ее и отодвигая запорный элемент от седла. В открытый просвет устремляются излишки жидкости или газа. По мере выхода напор снижается, пружина отжимает запорный элемент обратно к седлу.

Классификация предохранительных клапанов

Специалисты классифицируют устройства по различным параметрам.

По принципу действия:

· Прямого – это классический механический предохранительный клапан.

· Непрямого – используется датчик давления, автоматика управления, дистанционно управляемый вентиль. Датчик с вентилем могут быть разнесены по разным местам конструкции.

ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН НЕПРЯМОГО ДЕЙСТВИЯ (ГЛАВНЫЙ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН) – предохранительный клапан, для управления которым используют импульсный клапан или вспомогательная энергия*.

Примечания

1. Клапан непрямого действия является альтернативой клапана прямого действия.

2. Главный предохранительный клапан являет частью импульсно-предохранительного устройства. При срабатывании главного предохранительного клапана происходит сброс рабочей среды из защищаемого оборудования.

По способу открытия затвора:

· пропорционального (для малосжимаемых рабочих сред);

· двухступенчатые (для газов).

По способу нагружения золотника:

· пружинные;

· рычажно-грузовые;

· магнито-пружинные.

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.

ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН ДВУХПОЗИЦИОННЫЙ – предохранительный клапан, в котором в диапазоне от давления начала открытия и выше (в пределах 5%) запирающий элемент поднимается скачком на весь конструктивно ограниченный ход или на его большую часть.

Автоколебания затвора – это основной недостаток двухпозиционных устройств. Работа предохранительного клапана в режиме автоколебаний возможна:

1.       в случае завышения типоразмера;

2.       в системах с переменным аварийным расходом;

3.       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:

1.     Резкое открытие клапана приводит к большому сбросу воды и резкому падению давления.

2.     После резкого падения давления клапан моментально закроется и спровоцирует гидравлический удар.

ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН НЕРАЗГРУЖЕННЫЙ – клапан, в котором на запирающий элемент воздействует усилие, создаваемое противодавлением.

Неразгруженный ПК – это двухпозиционный клапан прямого действия с пружинным механизмом. Функционирование клапана основано на равновесии сил. Нагрузка от пружины предварительно установлена таким образом, чтобы уравновесить силу, приложенную к закрытому золотнику давлением среды в системе или резервуаре (входном патрубке клапана), равным давлению начала открытия клапана. При приближении давления системы к давлению начала открытия результирующее усилие между золотником и патрубком приближается к нулю. Если давление до клапана ниже заданного, затвор закрыт. Если давление до клапана выше заданного, сила давления на золотник превышает силу пружины и клапан открывается. При уменьшении давления до давления закрытия клапан закрывается. При действии статического противодавления на выходе клапана сила давления, воздействующая на золотник, является дополнительной к силе пружины.

Технические требования к предохранительным клапанам

Основное требование, предъявляемое к аварийной арматуре – это надежность и четкость срабатывания. Достигается это за счет:

·       Быстрого открытия при достижении порога срабатывания.

·       Достаточной пропускной способности при открытии.

·       Четкого закрытия при снижении напора до допустимого уровня.

·       Гарантии герметичности и отсутствии утечек при нормальном напоре до и после срабатывания.

·       Безотказности в течение паспортного срока эксплуатации и проектного числа срабатываний. Стабильности параметров упругих элементов и качества поверхностей золотника и седла.

Вся предохранительная арматура в обязательном порядке должна периодически испытываться на работоспособность, целостность и качество уплотнений. Для этого ее демонтируют и направляют в сертифицированную поверочную лабораторию или испытательный центр. Для предохранителей, работающих в сложных установках непрерывного цикла, допускается проверка на месте. Ее проводят методом испытания в действии.

Литература:

1. ГОСТ 12.2.085-2017 «Арматура трубопроводная. Клапаны предохранительные. Выбор и расчёт пропускной способности».