Предохранительный клапан и разрывная мембрана для защиты трубопровода

Наиболее часто применяемый метод защиты трубопровода и оборудования установленного на нем от повышения давления – это предохранительный клапан. Функцией предохранительного клапана является – защита оборудования, трубопровода или емкостей от экстремального повышения давления.

Когда давление в трубопроводе достигает установленного критичного значения, клапан открывается и отводит среду. Таким образом, происходит снижение давления в трубопроводе и защита оборудования и самого трубопровода от чрезмерно высокого давления, а как следствие от разрушения. Как только давление снижается до установленных значений, клапан перекрывается и отвод среды прекращается, таким образом, в трубопроводе восстанавливается нормальный режим.

Данный вид предохранения трубопровода имеет существенные недостатки. В частности, когда количество подъемов совершенных клапанов становится довольно большим или если время отвода среды довольно продолжительное, может нарушиться герметичность перекрытия. Это происходит из-за разрушения запирающего элемента абразивными средами. Стоит заметить, что в данных случаях не помогает даже четкий подбор седла и затвора. В частности, если необходимо обеспечить герметичность при работе с высокотоксичной средой, применение металлического затвора исключено. Часто используемые уплотнения на основе полимеров для затворов могут быть не устойчивы к изменениям температуры или к взаимодействию с рабочей средой. Также уплотнения на основе полимеров могут не обеспечивать достаточной герметичности, согласно нормативам и стандартам. В таких случая целесообразно использовать предохранительную мембрану.

Предохранительная мембрана имеет и другое наименование - разрывная мембрана. При повышении давления в трубопроводе предохранительная мембрана разрывается и отводит рабочую среду из трубопровода, снижая давление. Отличительной особенностью разрывной мембраны от предохранительного клапана является то, что при нормализации давления не происходит перекрытие рабочей среды, это не возможно, так как произошло разрушение мембраны. Предохранительная мембрана, выполнившая свою защитную функцию, нуждается в замене, после чего система продолжит работу.

Рассмотрим преимущества предохранительной мембраны на примере разрывной мембраны ARI-Armaturen. Применение предохранительной мембраны ARI-Armaturen целесообразно при перепадах температуры, работе с агрессивной средой и прочих условиях, когда агрессивные условия могут сильно повредить предохранительное оборудование, а его замена или ремонт может быть дорогостоящим. Мембрана обладает высокой сопротивляемостью к среде, обеспечивая при этом хорошую герметичность.

Комбинация предохранительного клапана и предохранительной мембраны

В некоторых случаях необходима установка предохранительной мембраны непосредственно перед предохранительным клапаном. Такое сочетание дает высокую сопротивляемость рабочей среде, обеспечивает герметичность и в случае срабатывания предохранительных механизмов не останавливает работу системы.

Такая схема установки имеет свои особенности, которые надо учитывать при подборе и установке оборудования на трубопровод. Требования к совместному применению предохранительного клапана и предохранительной мембраны описаны в правилах AD-A1 (1/95):

• Используемая мембрана должна быть цельной формы – нефрагментируемой;
• Для обеспечения правильного функционирования мембраны должно быть предусмотрено достаточное расстояние между ней и предохранительным клапаном;
• Необходимо предусмотреть быстрый механизм удаления конденсата между мембраной и клапаном;
• Необходимо учитывать давление после мембраны и перед клапаном и обратного давления клапана;
• Требуется установка датчиков разрушения мембраны или других индикаторов, для отслеживания обратного давления, чтобы не изменить критического давления разрыва самой мембраны.

При подборе предохранительной мембраны и предохранительного клапана для совместного использования существуют специфические особенности расчетов. Сначала подбирается предохранительный клапан. Выбор предохранительного клапана ARI-Armaturen наиболее удобно делать, проводя расчет в специализированной программе Ari-myValve®.

Для корректного расчета и правильного подбора предохранительного клапана необходимо иметь следующие данные: 

• давление срабатывания;
• обратное давление; 
• весовой/объемный расход среды;
• тип рабочей среды;
• полноподъемный или стандартный клапан
• материал корпуса;
• разрешительные документы.

После расчета и выбора предохранительного клапана можно перейти к подбору мембраны. Причем, необходимы следующие данные и необходимо учесть следующие моменты:

• давление разрыва мембраны = давлению срабатывания клапана;
• номинальный размер мембраны = номинальному диаметру входного размера клапана;
• тип рабочей среды;
• температура;
• учитывать погрешность +/-5% для полноподъемного предохранительного клапана ARI-Armaturen и +/-10% для стандартного.
• давление держателя и входящая величина предохранительного клапана должны быть равны.
• материалы из которых изготовлены мембрана и держатель;
• разрешительные документы;
• индикаторы разрушения (о которых упоминалось ранее).

Обязательность снижения давления на 3%, расположение мембраны точно перед предохранительным клапаном, удовлетворение поперечного сечения держателя следующим условиях:

Ageom - эффективная поверхность разрывного диска и держателя;

α - коэффициент истечения среды через разрывной диск и держатель;

A0 - самая узкая область потока предохранительного клапана;

αw - коэффициент расхода через предохранительный клапан;

гарантируют хорошую работу разрывной мембраны и предохранительного клапана.

Как пример можно рассмотреть следующую ситуацию. Предохранительный клапан, ARI-SAFE, тип 901, DN 50: A0 = 1590mm2 αw = 0,74 разрывная мембрана типа FAS DN 50: Ageom = 2715 mm2 α = 0,73 (AD-A1 figure 2). Если подставить данные в формулу, то получим следующее значение: "1981.95 > 1764.9". Требуемое значение снижения давления удовлетворяет условиям. Разрывная мембрана и предохранительный клапан отвечают стандарту TUV, их комбинация также относится к этому стандарту. Все условия AD-A1 (1/95) выполнены.

Подробные характеристики предохранительного клапана и разрывной мембраны ARI-Armaturen можно узнать в каталоге.