Расчёт и Подбор Предохранительного клапана

Заполните ниже приведенную форму и в результате расчёта будет подобран список предохранительных клапанов соответствующих заданным исходным данным.

Устройство и конструкция

Расчёт и подбор

Установка и монтаж

Обслуживание и ремонт

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.

ГОСТ 12.2.085 — 2002
Сосуды работающие под давлением. Клапаны предохранительные. Требования безопасности

Как подобрать предохранительный клапан для системы отопления

Заполните ниже приведенную форму и в результате расчёта будет подобран список предохранительных клапанов соответствующих заданным исходным данным.

Устройство и конструкция

Расчёт и подбор

Установка и монтаж

Обслуживание и ремонт

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.

ГОСТ 12.2.085 — 2002
Сосуды работающие под давлением. Клапаны предохранительные. Требования безопасности

В связи с неправильной эксплуатацией, перепадами температуры и всплесками давления в работе автономных систем обогрева могут происходить сбои. Негативные последствия в подобных ситуациях критичны: начиная поломкой отдельных компонентов, заканчивая разрушением строений и серьезной угрозой для жизни.

Исключить опасные риски поможет предохранительный клапан в системе отопления. Что он из себя представляет и в чем заключается его принцип действия? Эти вопросы мы рассмотрим в нашей статье. Также разберем разновидности таких клапанов и укажем основные различия между ними, рассмотрим правила установки в систему отопления и приведем рекомендации по выбору и настройке предохранительной арматуры.

Для чего нужен предохранительный клапан?

Отопительные системы заполняются водой, температура которой равна примерно 15 градусам. Циркулируя по замкнутому контуру, теплоноситель нагревается, значительно увеличиваясь в объеме. В это время существенно повышается давление, оказываемое на внутреннюю поверхность труб и установленные в системе приборы.

Превышение допустимой нормы, в большинстве случаев более 3,5 бар, оборачивается:

• протечкой в местах состыковки частей трубопровода;
• повреждениями или разрывами соединительных элементов и труб, изготовленных из полимеров;
• взрывом котлового бака;
• коротким замыканием электрического оборудования в котельной.

Наиболее высокий риск аварийных ситуаций характерен твердотопливным котлам, в которых сложно регулировать мощность теплоотдачи.

Производительность электрического и газового оборудования быстро корректируется от стартовых до максимальных показателей и наоборот. Зачастую в них присутствует автоматика безопасности, отключающая рабочие элементы при чрезмерных повышениях температуры.

Интенсивность горения дров, угля и другого вида топлива в твердотопливном котле корректируется с помощью открытия/закрытия заслонки. При этом сила отдачи тепла меняется не сразу, а постепенно. По причине инерционности теплогенератора жидкий теплоноситель может сильно перегреваться.

Когда дрова в камере хорошо разогреваются, доведя воду в сети до необходимых температурных отметок, доступ воздуха перекрывают, и активное пламя начинает затухать.

Однако в раскаленном состоянии топка продолжает выделять накопившееся тепло. Достигая 90-95 градусов, теплоноситель вскипает и запускает неизбежное интенсивное парообразование. Вследствие этого провоцируется резкий скачок давления.

Именно в таких обстоятельствах включается в работу предохранительный клапан. При достижении граничного параметра давления он открывает затвор, освобождая для образовавшегося пара путь наружу. После стабилизации значений, клапан автоматически закрывается и снова переходит в спящий режим.

Его монтаж обязателен не только для твердотопливных, но и для паровых котлов, а также печей, оснащенных водяным контуром. Многие модификации отопительного оборудования комплектуются эти прибором еще на этапе производства. Часто этот клапан является одним из элементов группы безопасности. Обычно устройство врезают непосредственно в теплообменник или устанавливают в трубопровод поблизости котла.

Разновидности устройств и принцип действия

В конструкцию спускного клапана входят два обязательных компонента: запорная деталь, состоящая из седла и затвора, и задатчик силового воздействия. Различают несколько видов оборудования, имеющих свои особенности. Они классифицируются по определенным признакам.

Классификация #1 — по механизму прижима

В отопительных системах частных домов, квартир и промышленных установок небольшой мощности предпочтение отдается пружинному типу изделия.

Устройство отличается простым и надежным строением, компактными габаритами, возможностью комбинирования с другими элементами блока безопасности, доступной ценой. Сила сжатия пружинного механизма зависит от параметра давления, при котором срабатывает клапан. На диапазон настройки влияет упругость самой пружины.

Принцип действия пружинных предохранителей заключается в следующем:

• на затвор устройства воздействует поток воды;
• движение теплоносителя ограничивается усилием пружины;
• критическое давление превышает силу сжатия, приподнимая шток золотника вверх;
• жидкость отправляется в выходной патрубок;
• внутренний объем воды стабилизируется;
• пружина закрывает затвор, возвращая его в первоначальное положение.

Корпус пружинистого устройства делают из качественной высокопрочной латуни с применением технологий и методик горячего штампования. В производстве пружины используется сталь. Мембрану, уплотнители и рукоятку изготавливают из полимеров.

Некоторые торговые марки выпускают оборудование с уже установленными заводскими настройками. Также в ассортименте есть модели, настраиваемые по месту монтажа в период пусконаладочных работ.

Рычажно-грузовые предохранители распространены не так широко. В частных автономных системах с котлом их монтируют редко. Эксплуатация сосредоточена в промышленной отрасли на крупных производствах, где диаметр трубопроводов составляет не меньше 200 мм.

Усилие на шток в таких механизмах дает не пружина, а груз, навешенный на рычаг. Он передвигается по длине рычага, регулируя силу, с которой шток будет прижиматься к седлу.

Рычажно-грузовой клапан открывается, когда давление среды с нижней части золотника превышает показатели, исходящие от рычага. После этого вода уходит через специальное сбросное отверстие.

Давление срабатывания, как и диапазон настроек, определяется длиной рычага и массой груза. Рычажные предохранители не уступают пружинным приборам в плане надежности, но стоят дороже. Приспособления устанавливают на фланцевые соединительные детали труб с диаметром условного прохода от 50 и более.

Классификация #2 — по высоте подъема затвора

В малоподъемных предохранительных клапанах затвор поднимается не выше, чем на 0,05 диаметра седла. Механизм открытия в подобном оборудовании пропорциональный.

Ему свойственна низкая пропускная способность и самая примитивная конструкция. Малоподъемное оборудование применяют на сосудах с жидкой средой.

У полноподъемных приборов подъем затвора выше. Это означает, что их пропускная способность намного лучше, чем у предыдущего варианта, поэтому они способны сбрасывать более масштабные объемы излишков теплоносителя.

Классификация #3 — по скорости срабатывания

Затворная крышка пропорциональных предохранительных клапанов открывается постепенно. Как правило, величина открытия пропорциональна росту давления, оказываемого на внутреннюю поверхность. Одновременно с подъемом механизма плавно увеличиваются объемы сбрасываемого теплоносителя.

Конструкция устройств не ограничивает возможности их использования в сжимаемой среде, но все-таки они преобладают в системах с водой и другой жидкостью.

Особенность двухпозиционных клапанов – моментальное срабатывание с полным открытием после достижения граничных отметок давления в системе, при которых открывается затвор предохранителя.

Специалисты рекомендуют эксплуатировать эти приспособления в сжимаемых средах. К числу их главных недостатков относят наличие характерных автоколебаний затвора.

При монтаже двухпозиционного клапана в отопительной системе с жидким теплоносителем следует учитывать, что во время резкого открытия затвора произойдет сброс большого количества воды.

Из-за этого слишком быстро упадет давление. Клапан мгновенно закроется, что повлечет за собой гидравлический удар. Пропорциональные устройства подобных рисков не вызывают.

Особенности трехходовых аварийных клапанов

Отдельно стоит поговорить о не столь известном потребителям устройстве — трехходовом клапане с ручным или электрическим переключателем. Он применяется в отопительных системах с низкотемпературными контурами.

Конструкция предохранителей оснащается тремя отверстиями, одно из которых входное, два – выходные. Потоки среды контролирует заслонка, сделанная в виде шара либо штока. Движущаяся жидкость перераспределяется вращениями.

Представим ситуацию: в доме реализована схема отопления с системой обычных радиаторов и теплого пола. Технические требования для функционирования второго варианта предусматривают не слишком высокие температуры теплоносителя.

Котел нагревает воду в одинаковом температурном режиме для всех систем. В подобных условиях появляется необходимость в перераспределяющем устройстве, с задачами которого отлично справляется трехходовой клапан.

Он отвечает за следующие функции:

• разграничение областей;
• распределение плотности потока по зонам;
• содействие смешиванию теплоносителя из магистральных разветвлений подачи/обратки для отправления в трубопровод теплого пола более холодной воды, нежели в радиаторы.

Чтобы не осуществлять постоянный контроль над температурой среды самостоятельно, необходимо обратить внимание на модели клапана, снабженные сервоприводом.

Это устройство работает от датчика, установленного в низкотемпературном контуре. При изменении температурных отметок срабатывает запорный механизм, открывающий либо закрывающий подачу жидкости из обратки.

Более подробно о разновидностях трехходового клапана на отопление и критериях его выбора мы говорили в следующей статье.

Советы по выбору оптимальной модели

Перед тем как остановиться на конкретном предохранительном оборудовании, нужно обязательно подробно ознакомиться с техническими характеристиками котельной установки.

Не стоит пренебрегать изучением инструкций производителя, в которых указываются все предельные значения.

Решающую роль в выборе устройства для отопления имеют несколько критериев:

1. Производительность котла.
2. Максимально допустимое давление среды для тепловой мощности нагревательного оборудования.
3. Диаметр предохранительного клапана.

Следует проверить, чтобы регулятор давления в устройстве имел диапазон, в пределы которого входят параметры того или иного котла. Давление срабатывания должно быть на 25-30% больше рабочего показателя, требуемого для стабильной работы системы.

Диаметр предохранительного клапана не может быть меньше разъема подводящего патрубка. Иначе постоянное гидравлическое сопротивление не даст предохранителю в полной мере выполнять непосредственные задачи.

Оптимальный материал изготовления оборудования – латунь. Она обладает малым коэффициентом температурного расширения, при котором исключено разрушение корпуса от воздействий сильного давления.

Регулирующий блок производят из термостойких пластиковых материалов, сохраняющих нужную жесткость даже при контакте с кипящей жидкостью.

Правила монтажа и настройки

Запланировав самостоятельный монтаж предохранительного клапана для отопления, следует заранее подготовить набор инструментов. В работе не обойтись без разводных и гаечных ключей, крестовой отвертки, пассатижей, рулетки, силиконового герметика.

Прежде чем начать работу, нужно определить подходящее для монтажа место. Предохранительный клапан рекомендуют крепить на подающем трубопроводе недалеко от выходного патрубка котла. Оптимальное расстояние между элементами – 200-300 мм.

В нормативной документации, которой комплектуется каждый прибор, процесс монтажа обычно расписан пошагово.

Некоторые ключевые правила установки неизменны для всех типов клапанов:

• если предохранитель монтируется не в составе группы безопасности, рядом с ним ставится манометр;
• в пружинных клапанах ось пружины должна иметь строго вертикальное положение и располагаться под корпусом устройства;
• в рычажно-грузовом оборудовании рычаг размещают горизонтально;
• на участке трубопровода между отопительным оборудованием и предохранителем не допускается монтаж обратных клапанов, кранов, задвижек, циркуляционного насоса;
• для предотвращения повреждений корпуса при вращении клапана, нужно подбираться ключом с той стороны, где осуществляется навинчивание;
• сливная трубка, отводящая теплоноситель в канализационную сеть или обратную трубу, подключается к выходному патрубку клапана;
• выходной патрубок подводится к канализации не прямиком, а с включением воронки или приямка;
• в системах, где циркуляция жидкости происходит по естественной схеме, предохранительный клапан ставится в наивысшей точке.

Условный диаметр прибора подбирается на основании разработанных и утвержденных Гостехнадзором методик. В решении этого вопроса разумнее обращаться за помощью к профессионалам.

Если такой возможности нет, можно попробовать воспользоваться специализированными онлайн-программами для расчета.

На регулировку клапана влияет вид прижимной конструкции. В пружинных приспособлениях есть колпачок. Предварительное сжатие пружины настраивается путем его вращения. Точность регулировки у этих изделий высокая: +/- 0,2 атм.

В рычажных устройствах настройки выполняются посредством наращивания массы или передвижения груза.

После 7-8 срабатываний в установленном аварийном устройстве изнашивается пружина и тарелка, вследствие чего может нарушиться герметичность. В таком случае целесообразно заменить клапан на новый.

Выводы и полезное видео по теме

Как устроен и из чего состоит предохранительный клапан:

Аварийный клапан в составе группы безопасности:

Подробнее о выборе и установке оптимального предохранительного клапана:

Предохранительный клапан – простое и надежное оборудование, которое позволит обезопасить жилье от непредвиденных аварийных ситуаций, случающихся в отопительных системах. Для этого достаточно выбрать качественный прибор с подходящими параметрами, а затем выполнить его грамотную настройку и монтаж.

Выбираете для своей системы отопления подходящий вариант предохранительного клапана? Может у вас остались вопросы, ответы на которые вы не нашли в изложенном выше материале? Задавайте их нашим экспертам, оставив комментарий под статьей.

А может вы хотите дополнить материал интересными фактами и полезными рекомендациями? Или поделиться опытом собственноручной установки клапана в систему? Пишите свое мнение о необходимости такого защитного приспособления, делитесь советами по выбору, исходя из личного опыта.

Предлагаю сначала разобраться: что такое предохранительный клапан, для чего он нужен и зачем его вообще подбирать? Может, стоит взять самый красивый и установить его?

Предохранительный клапан (определение ГОСТ Р 52720) – это такая трубопроводная арматура, которая защищает (собственно, поэтому он и предохранительный) оборудование, если там вдруг повысится давление (оно, повышенное давление, нам совершенно ни к чему). Делает он это, открывшись в нужный момент (собственно, поэтому он и клапан) и выпустив то самое «ненужное» давление, а после этого сам в нужный момент закроется (давление закрытия). Как же это происходит? Тут нет никакой магии. В клапане есть пружина, которая при нормальном ходе работы (давление перед клапаном рабочее) своей силой закрывает проход (золотник плотно прижат к седлу), и ничего никуда не сбрасывается. Но если вдруг давление начинает расти, у пружинки уже не хватает сил, чтобы удержать его, и клапан открывается (давление начала открытия), давление сбрасывается.

Теперь что касается подбора клапана. Предохранительные клапаны бывают разного размера – от совсем маленьких до настоящих гигантов, в такой можно даже спрятаться (номинальный диаметр предохранительных клапанов составляет от 10 до 400 мм, в РФ же наиболее часто встречаются клапаны от 25 до 200 мм). Предохранительные клапаны делятся еще и по давлению, на котором можно их использовать (номинальное давление) – ведь у одних стенки совсем тонкие, а пружинки совсем слабенькие, а у других толстенные стены, а пружины очень жесткие. Нетрудно догадаться, что такое разнообразие неслучайно и нужно для того, чтобы обеспечить потребности самых разных объектов и производств. Вот тут-то и возникает необходимость правильно выбрать предохранительный клапан, потому что если поставить «неправильный», то в лучшем случае мы услышим шипение (не будет обеспечена необходимая герметичность), а в худшем – «БА-БАХ!» (произойдет разрушение защищаемого объекта).

Теперь пришло время узнать, как же выбирать предохранительный клапан. Хочу сразу предупредить, что «принцип арбуза» тут не подходит и стучать по клапану не следует. А следует внимательнейшим образом прочесть опросный лист (документ, содержащий технические и прочие требования на разработку и (или) поставку трубопроводной арматуры). При этом не существует какой-то идеальной формы опросного листа. На завод поступают самые разнообразные опросные листы, составленные и заполненные проектными институтами, конечными потребителями, посредниками и прочим разным людом. Нередко в таких опросных листах содержатся противоречивые требования и ошибки (к сожалению, с этим ничего не поделаешь), и приходится «расшифровывать тайные послания».

Один из главных параметров, на который стоит обратить внимание в опросном листе – это аварийный расход среды, который должен обеспечить клапан при его полном открытии, GA или, как часто говорят, пропускная способность предохранительного клапана. Вот тут самое время вспомнить о «кладезе знаний» любого инженера, то есть нормативно-технической документации: сейчас нас интересуют ГОСТ 12.2.085-2002 и ГОСТ 31294, ведь именно там прописаны формулы, по которым нужно считать – но об этом чуть позже. Именно эта величина напрямую влияет на то, какой клапан нам нужно будет выбрать.

Порядочные инженеры при этом используют размерность «килограмм в час» (кг/ч) (физический смысл этой величины – масса рабочей среды, которая способна выйти из предохранительного клапана при его полном открытии в течение часа). Тут следует еще внимательно посмотреть, о чем идет речь: о жидкости (вода, нефть и прочие журчащие среды), о газе (тут в основном народное достояние – природный газ) или о водяном паре (важно при расчетах не перепутать его с народным достоянием, ибо в «кладезях знаний» – ГОСТ 12.2.085-2002, ГОСТ 31294 – даются разные формулы и есть опасность нарваться на вариант «БА-БАХ»).

Еще очень интересно то, что в опросных листах с рабочей средой «природный газ» часто указывают аварийный расход, выраженный в единицах нм³/ч (произносится как «нормальный кубический метр в час»). Нормальный кубический метр – особая единица измерения, традиционно используемая для природного газа. Физический смысл нормального кубометра – это кубический метр газа при температуре 0°C (273,15 К) и давлении 101325 Па (0,101325 МПа=1,03323 кгс/см 2 ). Также для природного газа употребляется единица измерения стм³/ч – стандартный кубический метр в час. Физический смысл стандартного кубометра – это кубический метр газа при стандартных условиях, указанных в ГОСТ 2939-63, то есть при температуре 20°C (293,15 К) и давлении 101325 Па (0,101325 МПа=1,03323 кгс/см 2 ).

В указанных случаях для расчета массового потребного аварийного расхода необходимо знать плотность газа при нормальных и, соответственно, при стандартных условиях. Если заказчик не приводит таких данных (а иногда и приводит), то придется предположить, что плотность газа при нормальных и при стандартных условиях – примерно 0,85 кг/м³ (по данным всемирной паутины, плотность природного газа при указанных условиях находится в «вилке» 0,72-0,85 кг/м³, порядочные инженеры всегда берут наибольшее значение плотности, дабы перестраховаться). Например, если заказчик указал потребный аварийный расход 20 000 нм³/ч, то GA=20 000*0,85=17 000 кг/ч. Ну, как-то так. После того, как эта ценнейшая цифра найдена, следует двигаться дальше, и тут пора вспомнить о формулах.