Предохранительный взрывной клапан: назначение, установка

Котельное оборудование, будь то котел в частном доме или большая котельная на предприятии, является источником опасности. Находящаяся под постоянным давлением водяная рубашка котла, потенциально взрывоопасна.

Для обеспечения безопасности, на выпускаемых в наши дни котлах и других теплогенераторах, устанавливается множество защитных систем и устройств. Одно из самых простых и доступных — устанавливаемый в систему отопления предохранительный клапан. Его иногда еще называют взрывным клапаном.

Причины и последствия перегрева теплоносителя

Проблема повышения давления в системе отопления особенно важна для твердотопливных котлов. Аварийная ситуация, как правило, возникает при перегреве воды в контуре отопительного котла. Как только нагретый сверх нормы теплоноситель закипает в баке котла, он мгновенно превращается в пар. После этого следует резкое повышение давления в отопительной системе такого парового котла.

В результате перегрева отопительного котла повышается риск разрушения фитингов и полимерных труб. На соединениях трубопроводов системы могут начаться протечки, вплоть до разрывов труб. Самое страшное — взрыв котла или электрическое замыкание в котельном оборудовании.

Для чего нужен предохранительный клапан

Неприятности, связанные с превышением давления в отопительной системе, чрезвычайно опасны для людей и строений. Для предотвращения тяжелых последствий перегрева устанавливаются взрывные клапаны. Поскольку источником критического роста давления является сам котел, то и клапан следует располагать как можно ближе к нему. Его монтируют на подающем отопительном трубопроводе.

Производители отопительного оборудования часто выпускают свою продукцию уже укомплектованной группами безопасности — манометром, автоматическим воздухоотводчиком и клапаном сброса. Эта группа обычно вмонтирована в рубашку котла отопления. Если в приобретенном котле такая комплектация не предусмотрена, то необходимо установить ее самостоятельно.

В каких случаях необходим предохранительный клапан

В отличие от твердотопливных котлов, при использовании электрических или газовых, взрывные предохранительные клапаны не устанавливают. В этих аппаратах имеется своя автоматика, и практически полностью отсутствует инерция. Это означает, что как только температура теплоносителя достигает установленной отметки, электрический элемент или газовая колонка самостоятельно отключаются. При этом прекращается и нагрев, что исключает опасность перегрева, а соответственно и повышения давления до критических значений.

Твердотопливные котлы, как и печи имеющие водяной контур, относятся к системам, в которых обязательно применение предохранительных клапанов. Какая бы автоматика ни стояла в теплогенераторах на твердом топливе, после нагрева жидкости в сети до номинального значения, топка еще какое-то время продолжат поднимать температуру, хотя и доступ в камеру закрыт датчиком, и пламя начало затухать. Так проявляет себя эффект инерции. При достижении в топке температуры 90-95 градусов (предельные значения для большинства котлов), неизбежно парообразование. Следствием может быть разгерметизация системы отопления или взрыв котла.

Если в системе установлен предохранительный клапан на котел, то повышение давления после закипания теплоносителя будет предотвращено. Клапан самостоятельно выпустит излишки пара наружу, снизив давление в системе до нормального. После этого клапан закроется и сработает в следующий раз только в случае повторения нештатной ситуации.

Устройство предохранительного клапана

Клапан изготавливается из водопроводной латуни, с использованием технологии горячей штамповки. Состоит он из двух деталей, имеющих полутвердое состояние.

Основным элементом клапана является особая пружина. В зависимости от ее упругости определяется мощность давления, которое оказывается на закрывающую выход наружу мембрану. Штатное положение мембраны — в седле, поджатая этой пружиной.

Своей верхней частью пружина упирается в металлическую шайбу, которая установлена на штоке, конец которого закреплен на пластиковой ручке. Именно она и позволяет осуществлять регулировку взрывного клапана. Уплотнительные части и сама мембрана выполнены из полимера. Пружина стальная.

Принцип действия клапана

Находясь в дежурном режиме, вход во внутреннюю камеру закрыт мембраной. При возникновении аварийной ситуации смесь пара и воды начинает упираться в мембрану, открывая ее при пиковом давлении. В результате пароводяная смесь проникает в камеру, а затем выходит наружу через отверстие сбоку.

После снижения давления, за счет вышедшего из системы некоторого количества воды, мембрана встает на свое место и перекрывает выход воде. Иногда такие клапаны срабатывают часто, особенно при работе котлов на предельных мощностях. Это нежелательно, поскольку котел может потерять герметичность и соответственно протечет.

При обнаружении следов подтекания из предохранительного клапана, необходимо срочно провести осмотр котла и системы отопления, так как его срабатывание является признаком работы отопительной системы в экстремальных режимах. Однако иногда причиной аварийного сброса давления может оказаться и расширительный бак. Поэтому обязательно нужно проверить и его.

Помимо рассматриваемого клапана, можно использовать и клапан ПГВУ — для пылегазовоздухопроводов. Он имеет такой же принцип действия. Однако в случае его использования совершенно не важно, паровой котел или твердотопливный, а также, что именно будет выбрасываться наружу — вода, пар или газ.

Как выбрать предохранительный клапан

В случае когда в комплекте с котлом не поставляется клапан — его придется приобрести отдельно. Выбор производится, исходя из характеристик котельной установки. Имеют значение тепловая мощность и максимально возможное давление теплоносителя в системе отопления.

Для справки. Большинство твердотопливных котлов известных марок имеют максимально допустимое давление около 3 Бар, за исключением продукции фирмы STROPUVA. Они имеют предел 2 Бар.

Лучше всего установить клапан, в котором предусмотрена регулировка в нескольких диапазонах. Естественно, значения котла, установленного в котельной, должны входить в эти диапазоны. После этого, выбирается клапан по мощности — тут поможет паспорт к котлу, в котором всегда указан предел мощности агрегата по теплу.

Категорически запрещается устанавливать взрывной клапан после насоса, отвечающего за циркуляцию теплоносителя в системе. Есть и другое правило. Нельзя ставить запорную арматуру между котлом и клапаном сброса.

В эстетических целях рекомендуется подсоединить к выпускному отверстию клапана трубку, по которой излишки горячей жидкости уходили бы в канализацию.

Предохранительный сбросной клапан для котла отопления

Перегрев теплоносителя приводит к его сильному расширению, особенно если температура достигла точки кипения. При расширении теплоносителя, давление в системе поднимается, что может привести к серьезным последствиям: от легкой протечки соединений или выхода из строя компонентов отопительной системы, до разрыва магистралей в недоступных местах (стенах или под стяжкой пола).

Известным способом предотвращения разрушения системы отопления вследствие высокого давления является предохранительный сбросной клапан. В статье мы детально рассмотрим его устройство и принцип работы, определим критерии выбора механизма, алгоритм установки в систему отопления, а также действия в ситуации, если клапан сброса давления потек.

Читайте в статье

Назначение предохранительного клапана в системе отопления

Повышение температуры теплоносителя в водяном контуре отопления приводит к повышению давления, оказываемого на стенки системы. Особенно критичными являются температуры свыше 90-95°C, когда вода начинает вскипать, выделяя пар. Давление в системе возрастает в геометрической прогрессии. Если современны трубы и радиаторы рассчитаны, как правило, на давление 6-9 бар и более, то наиболее уязвимой точкой системы являются теплообменники котлов, которые у современных моделей выдерживают давление до 3 бар, а у более старых и вовсе – 2 бар.

Впоследствии может произойти не просто протечка теплообменника, но и короткое замыкание, серьезный потоп вследствие протечки больших объемов теплоносителя.

Предохранительный клапан обеспечивает автоматический выпуск пара или теплоносителя, освобождая в системе место для расширения вследствие нагревания, что не позволяет давлению внутри водяного контура достигнуть критических значений. После сброса давления, клапан также автоматически закрывается. Врезается клапан в трубопровод возле самого котла, часто вместе с ним также устанавливают манометр и автоматический воздухоотводчик, вместе этот комплекс называют группой безопасности .

Принцип предотвращения критических показателей давления в отопительной системе за счет предохранительного клапана.

Если современные модели газовых и электрических котлов благодаря продвинутой автоматике способны не допустить перегрева, как минимум просто своевременно выключая горелки, то для твердотопливных котлов установка предохранительного клапана является обязательной. Даже после закрытия заслонки, теплообменник в твердотопливном котле продолжает еще какое-то время получать тепло. Именно по причине инерционности теплогенератора может произойти серьезный перегрев.

Также обязательным сбросной клапан является и для паровых котлов (используемых, как правило, в промышленных целях). Однако мы рекомендуем врезать предохранительный клапан в систему отопления с любым котлом, в том числе и газовым, устанавливая клапан в составе группы безопасности.

Обратите внимание, что при больших объемах отопительной системы (например, рассчитанной на отопление дома свыше 500-600 м 2 ) на каждом котле рекомендуется устанавливать по 2 предохранительных клапана – рабочий и контрольный.

Устройство и принцип работы в зависимости от вида

Рычажно-грузовой

Рычажные предохранительные клапаны применяются исключительно в промышленных системах, рассчитаны на большие нагрузки и диаметр трубопровода свыше 200 мм.

Навешенный на рычаг груз, оказывает давление на шток. При превышении силы, которую оказывает давление в системе с одной стороны, над силой, которую оказывает груз с другой стороны, шток открывается, выпуская теплоноситель или пар. Как только силы давления внутри системы становится недостаточно (оно не достигает критической отметки), шток под весом груза на рычаге перекрывает систему.

Рычажно-грузовой сбросной клапан в разрезе.

Таким образом, критическое давление, при котором необходимо произвести сброс, регулируется длинной рычага и весом на нем.

Пружинный

Более современным и более дешевым является пружинный предохранительный клапан. Он не уступает по эффективности рычажно-грузовому, надежен и имеет компактные габариты, поэтому широко используется в системах индивидуального отопления частных домов.

Работает пружинный сбросной клапан по такому же принципу, только вместо груза на шток воздействует пружина:

• со внутренней стороны на затвор устройства оказывает давление поток воды или пар;
• с другой стороны золотник, прижатый штоком, на который воздействует пружина;
• давление в системе превышает прижимную силу пружины, шток золотника поднимается вверх, происходит разгерметизация;
• теплоноситель или пар выходит через выпускной патрубок;
• давление внутри системы снижается и становится ниже прижимной силы пружины, которая снова перекрывает затвор, возвращая механизм в исходное положение.

Принцип работы пружинного предохранительного клапана, предназначенного для системы индивидуального отопления.

Существуют как рассчитанные на конкретное давление (например, 3, 6 или 8 бар), так и регулируемые клапаны, критическое давление для сброса в которых устанавливается при монтаже. Также они могут быть открытыми или закрытыми. Первые сбрасывают воду или пар во внешнюю среду, закрытые клапаны – в подключенный к ним трубопровод.

Клапаны теплового сброса

Пружинные предохранительные клапаны также несовершенны. Помимо того, что работают они исключительно в закрытых системах (т.к. кипение теплоносителя в системе с открытым расширительным баком может происходить без повышения давления), пружинные механизмы срабатывают, когда температура теплоносителя уже превысила существенную отметку – свыше 95-100°C.

Наиболее эффективным, но крайне дорогостоящим является клапан теплового сброса, реагирующий на повышение температуры теплоносителя, а не давления в системе. Принцип работы заключается во все той же мембране, которая контролируется пружиной, но приводится в действие он не напором потока воды, а термочувствительной жидкостью, существенно расширяющейся при нагревании от теплоносителя.

Критерии выбора предохранительного сбросного клапана

Механизм прижима

Рычажно-грузовые предохранительные клапаны рассчитаны на большие нагрузки и диаметр трубы не менее 200 мм, поэтому используются в промышленных отопительных системах.

Для индивидуального отопления частного дома лучше приобрести устройство с пружинным механизмом, это стандартный, надежный и часто используемый вид сбросного клапана.

Если бюджет не ограничен, рекомендуем приобрести более эффективный клапан теплового сброса, который предотвратит проблему еще до серьезного повышения давления в системе отопления.

Высота подъема

Клапаны сброса давления имеют разную высоту подъема затвора:

Малоподъемная модель ПС-350.

Малоподъемные. Высота затвора в малоподъемных клапанах не превышает 1/20 диаметра седла. Имеют относительно низкую пропускную способность и простую конструкцию. Применяются в магистралях с жидким теплоносителем. Как правило, малоподъемной предохранительной арматуры достаточно для системы отопления с водяным контуром мощностью до 40-43 кВт. Для предотвращения аварии в таких системах необходимо сбросить небольшой объем теплоносителя.

Полноподъемные. Высота затвора в полноподьемных клапанах больше или равна диаметру седла. Как правило, это рычажно-грузовые механизмы, более дорогие и сложные по конструкции. Полноподъемные клапаны имеют высокую пропускную способность, могут быть установлены на магистрали, в которых циркулируют газы, пар или сжатый воздух.

Полноподъемная модель PN 16.

Скорость срабатывания механизма

По скорости срабатывания предохранительные клапаны делятся на пропорциональные и двухпозиционные.

В отопительных системах частного дома лучше использовать пропорциональные клапаны, опять таки, их достаточно для большинства систем. Затворная крышка таких устройств открывается постепенно, пропорционально возрастанию давления в магистрали, соответственно и объем сбрасываемого теплоносителя возрастает пропорционально. В таких клапанах отсутствуют автоколебания, они поддерживают корректный уровень давления и стоят дешевле.

Двухпозиционная предохранительная арматура отличается моментальным подрывом и полным открытием клапана. Такой механизм позволяет быстро сбросить большие объемы теплоносителя, однако создает риск гидроудара: из-за быстрого сброса большого количества жидкого теплоносителя, в магистрали существенно снижается давление, после чего клапан резко закрывается. Поэтому двухпозиционную предохранительную арматуру рекомендуют устанавливать на магистрали со сжимаемой средой (воздух, газ, пар).

Диаметр

Диаметр предохранительного клапана сброса давления в системе отопления не должен быть меньше разъема подводящего патрубка. В противном случае, работе механизма будет мешать постоянное гидравлическое давление.

Производитель

Поскольку предохранительные клапаны имеют довольно простую конструкцию, а современные модели в большинстве случаев изготавливаются из латуни по одинаковой технологии, критических различий между арматурой различных производителей нет.

Отличие некоторых в более качественной обработке, проведении проверок и испытаний устройств и гарантии длительного срока службы без протеканий – от 15 лет. Существуют производители, предохранительную арматуру которых мы можем рекомендовать прежде всего: VALTEC, WATTS, Protherm.

Установка устройства в систему

В некоторых котлах, как правило, настенных, уже имеется установленная производителем аварийная арматура. Если ее нет, врезается предохранительный клапан на магистрали подачи котла с соблюдением всех нижеописанных требований:

• место расположения на подающем трубопроводе – 200-300 мм от котла;
• в системах с естественной циркуляцией аварийная арматура устанавливается в самой верхней точке;
• резьбу арматуры для герметичности важно уплотнить паклей или силиконом (но не ФУМ-лентой, которая не способна без деформации выдержать температуры свыше 70-80 градусов);
• сам клапан должен располагаться вертикально (пластиковой ручкой вверх), чтобы под золотником сохранялась воздушная прослойка, при такой установке механизм имеет наибольший срок службы;
• перед самым клапаном желательно установить манометр (в случае, если он не находится в составе группы безопасности);
• на магистрали между теплообменником котла и сбросной арматурой не должно быть обратных клапанов, задвижек или кранов;
• чтобы при подрыве клапана теплоноситель не капал на пол, необходимо надеть на клапан сливную трубку, ведущую в канализацию или обратку;
• при отводе в канализацию важно выполнить соединение, предполагающее разрыв струи (например, через воронку и гидрозатвор). Так, система будет работать даже при засорении дренажного трубопровода, избавит помещение котельной от запахов теплоносителя.

Также мы рекомендуем установить после подрывного клапана отсечные краны. Все дело в том, что после 5-8 срабатываний, пружина клапана часто работает некорректно и механизм требует замены (благо стоимость арматуры невысокая). Однако произвести снять клапан и произвести замену можно лишь спустив теплоноситель и снизив давление в системе до атмосферного. Обойтись спуском теплоносителя только с котла, а не со всей системы помогут вышеупомянутые отсечные краны.

Как выбрать умягчитель воды для газового котла и продлить его срок службы

Регулировка механизма для правильной работы

Настройка предохранительного клапана производится после завершения монтажных работ и полноценной промывки системы. Пружинные устройства можно отрегулировать посредством вращения регулирующей рукоятки (пластикового цветного колпачка), вращение сжимает или разжимает пружину, оказывающую давление на золотник. В рычажно-грузовых это производится посредством навешивания груза на рычаг.

Необходимо задать давление настройки, полного открытия и закрытия:

1. Давление настройки нужно выставить чуть выше, чем максимальное рабочее давление котлоагрегата.
2. Давление полного открытия не должно превышать максимально допустимые нормы наиболее уязвимого элемента системы, обычно это теплообменник котла, рассчитанный на 3 или 2 бар, а в некоторых российских моделях и вовсе на 1,5 бар.
3. Давление закрытия клапана необходимо выставить чуть выше минимально допустимого для работы системы.

Проверку исправности аварийной арматуры рекомендуется проводить не реже 1 раза в 6 месяцев.

Что делать, если через сбросной клапан капает вода

Характер проблемы зависит от того, капает вода с предохранительного клапана или протекает ручьем.

Если теплоноситель капает, это свидетельствует о нормальной работе аварийной арматуры, но отопительная система при этом работает на пределе, поскольку температура в теплоносителя в ней повышена, давление превышает нормы. Проверить являются ли капли естественной работой механизма просто – достаточно снизить рабочую температуру, дав теплоносителю остыть. Если отвод воды прекратиться, значит все в порядке, необходимо лишь не допускать дальнейшего повторного перегрева.

Засорившийся вследствие загрязненного теплоносителя механизм. Частицы песка и грязи препятствуют полноценному закрытию штока, что является причиной протекания.

Если же капли не прекратились или теплоноситель сбрасывается в большом количестве, ручьем, это свидетельствует о неисправности предохранительного клапана: износилась пружина, резиновый или силиконовый уплотнитель, засорился штуцер, вследствие чего он неплотно прилегает. Разбирать механизм самостоятельно не рекомендуется, в таком случае необходимо заменить сбросной клапан (цена вопроса 400-900 руб).

Стоимость

Цена механизма зависит от его вида, характеристик, материалов и качества изготовления, качества обработки и наценки производителя.