Сравнение междуКлиновые задвижкии расширяющиеся задвижки для выбора промышленной арматуры

При выборе промышленной арматуры часто путают клиновые задвижки и расширяющиеся задвижки. Оба подпадают под общую категорию задвижек, но существенно различаются механизмом уплотнения, применимыми условиями эксплуатации и надежностью. В этой статье, основанной на стандартах API 600, API 6D и ASME B16.34, сравниваются два типа по трем параметрам: конструкция, принцип уплотнения и классификация утечек, с упором на ответы на два ключевых вопроса, вызывающих наибольший интерес у инженеров.

• Какой клапан предотвращает заедание и утечку в условиях высокого перепада давления или термоциклирования?
• Каким стандартам классификации утечек соответствуют оба клапана и как они проверяются?

 

Разница в конструкции уплотнения - Фиксированный угол клина и механическое расширение

 

Клиновая задвижка: Ворота представляют собой единый компонент клиновидной-формы (обычно с углом клина 5 градусов). Герметизация достигается за счет посадки с натягом между клином и двумя боковыми седлами под действием направленного вниз стержня клапана. Давление седла определяется точностью угла клина и крутящим моментом штока клапана. Распространенные конструкции включают гибкие клинья (способные компенсировать незначительные деформации) и сплошные клинья.

 

Расширяющаяся задвижка: Затвор состоит из первичного и вторичного затвора, приводимого в действие кулачковым механизмом или наклонным ползунком в нижней части штока клапана. При закрытии два затвора раздвигаются перпендикулярно пути потока до тех пор, пока не произойдет контакт металла-к-металлу с седлами. Конструкция задвижки с параллельным расширением основана на механическом смещении для создания усилия уплотнения, а не на угле клина.

 

Ключевые данные: Для клапанов номинального размера трубы 6 (DN150) крутящий момент штока клиновой задвижки обычно составляет 340–680 Н·м (в соответствии с Приложением E API 600), в то время как крутящий момент закрытия расширяющейся задвижки может быть уменьшен на 30 %, поскольку ее уплотняющее усилие создается независимо механическим стопорным механизмом без постоянного давления со стороны штока клапана.

 

Характеристики уплотнения и классификация утечек - От класса V до нулевой утечки

Согласно ANSI/FCI 70-2, клапаны с мягким-седлом обычно соответствуют классу VI (пузырьковая-герметичная утечка). Для задвижек с металлическим седлом:

 

Клиновая задвижка: В идеальных условиях (температура окружающей среды, среда,-не содержащая частиц) он может достигать класса IV (максимальная скорость утечки: 38 мл/мин для DN150). Однако после 200 термических циклов (например, от 30 до 400 градусов) различия в коэффициентах теплового расширения между клином и седлами могут вызвать релаксацию напряжений на уплотнительных поверхностях, при этом измеренная скорость утечки снизится до уровней класса III (Источник: Отчет о циклических испытаниях клапана TÜV Nord 2021).

 

Расширяющаяся задвижка: За счет радиального расширения затворов при закрытии для устранения зазоров он поддерживает класс V (скорость утечки менее или равна 1,8 мл/мин для DN150) или даже нулевую утечку после 500 термических циклов. Возможность двойной блокировки и стравливания делает его предпочтительным расширительным затвором API 6D для нефте- и газопроводов.

 

Инженерный кейс: На платформе нефтяного месторождения в Северном море, Норвегия, каждые 6 месяцев происходила внутренняя утечка в трубопроводах для закачки азота, изначально оборудованных клиновыми задвижками. После замены на расширяющиеся задвижки (класс давления 1500, дуплексная нержавеющая сталь F51) была зафиксирована непрерывная работа в течение 26 месяцев без утечек.

 

Применимые условия эксплуатации и виды отказов

Условия обслуживания	Клиновая задвижка	Расширяющаяся задвижка
Temperature fluctuation >150 градусов	Wedge prone to seizure (thermal expansion difference >0,05 мм)	Механическая компенсация расширения, отсутствие заеданий
Среды, содержащие твердые частицы (например, FCC)	Давление посадки снижается после износа поверхности клина.	Ход расширения ворот компенсирует износ (до 3 мм)
High-frequency cycling (>500 циклов/год)	Усталостные дефекты уплотняющих поверхностей седла	Более короткое время контакта, меньший износ

 

Резюме и рекомендации по выбору

 

Выбрать клиновую задвижку: низкое-давление, окружающая-температура, чистые среды (вода, пар, воздух) с учетом затрат.

 

Выберите расширяющуюся задвижку: Высокое-давление (выше или равное классу 600), высокая-циклическая температура, услуги по передаче частиц-нагруженных частицами или сценарии хранения и транспортировки природного газа и водорода, требующие задвижки с нулевой утечкой.

 

Для дальнейшей проверки см. кривые номинальных значений давления-температуры в MSS SP-135 (Стандарт для расширяющихся задвижек) и API 602 (Стандарт для небольших задвижек из кованой стали).