Клапаны с сильфонным уплотнением

Утечка в различных точках трубопроводов, которые находятся на химических заводах, создает выбросы. Все утечки могут быть обнаружены с использованием различных методов и инструментов и должны быть отмечены инженером завода. К критическим точкам утечки относятся фланцевые прокладки и уплотнение сальника клапана / насоса и т. д. Химическая перерабатывающая промышленность в настоящее время ориентируется на более безопасные технологии для лучшей защиты окружающей среды, и каждый инженер-технолог является ответственным за проектирование установок, которые ограничивают ущерб окружающей среде посредством предотвращения утечки любых токсичных химических веществ.

Утечка из клапана или набивочной камеры сальника клапана, как правило, является проблемой для технического обслуживания или инженера завода. Эта утечка означает:

• убыль материала
• загрязнение атмосферы
• опасность для работников завода.

Например, возьмем случай утечки пара через сальник клапана. При 150 фунтах на квадратный дюйм зазор всего в 0,001 дюйма через сальник будет означать утечку со скоростью 25 фунтов/час. Это эквивалентно потере 1,2 долл. США за восьмичасовую смену или 1100 долл. США в год. Аналогичным образом, небольшая капля в диаметре 0,4 мм в секунду расходуется около 200 литров дорогостоящего масла или растворителя в год. Эту утечку можно значительно уменьшить, используя клапан с сильфонным уплотнением. В этой статье теперь рассмотрим конструкцию и работу сильфонного уплотнения.

Сильфонная конструкция

Сильфонный картридж приварен как к крышке клапана, так и к штоку клапана. Сильфонный картридж имеет несколько витков, и эти витки сжимаются или расширяются в зависимости от перемещения штока клапана. (С научной точки зрения сильфон сжимается, когда клапан находится в открытом положении, и расширяется, когда клапан находится в закрытом состоянии). Важно правильно установить корпуса клапанов. Сильфон может крепиться к клапанам двумя разными способами. Первый способом, сильфон приваривается к штоку клапана сверху и корпусу клапана снизу. В этом случае технологическая жидкость содержится внутри сильфона, или при втором способе сильфон приваривается к штоку клапана внизу и корпусу сверху. В этом случае технологическая жидкость содержится в кольцевой области между крышкой клапана и сильфоном (снаружи).

Сильфон является критическим компонентом и образует сердцевину сильфонного уплотнения клапанов. Чтобы избежать скручивания сильфона, у клапана должен быть только стержень с линейным перемещением. Это может быть достигнуто с помощью так называемой гайки с фланцем на клапанной части крышки клапана. Маховичок крепится на гайке, которая эффективно передает вращательное движение маховика в линейное движение в штоке клапана.

Типы сильфонов

Существует два основных типа сильфона: кованый сильфон и сварной сильфон. Штампованный сильфон изготавливается заворачиваем плоского листа (тонкостенной фольги) в трубу, которая затем продольно сварена швом, полученный при сварке плавлением. После эта труба механически или гидростатически формируется в сильфон с округлыми и широко разнесенными складками. Сварной листовой сильфон изготавливается путем сварки пластин шайбоподобного типа из тонкого металла вместе на внутренней и внешней окружности шайб - пластин. У сварного листового сильфона и больше сгибов на единицу длины по сравнению с кованым сильфоном. Таким образом, при одинаковой длине хода кованые сильфоны в два-три раза длиннее, чем их сварные листовые аналоги.

Как известно, кованые сильфоны выходят из строя в случайных местах, в то время как сварной лист обычно выходит из строя на сварном шве или вблизи него. Для обеспечения полного проникновения сильфонов и сварки торцевых буртов целесообразно изготавливать с использованием микроплазменной сварки. 

Конструкция сильфона

Многослойная конструкция сильфона предпочтительна для работы с жидкостями более высокого давления (обычно два или три слоя металлической стенки). Сильфон двухслойного типа может повысить номинальное давление на 80-100% по сравнению с однослойным сильфоном той же толщины. Если же используется однослойный сильфон толщиной, эквивалентной номинальному давлению двухслойного сильфона, уменьшается длина хода. Таким образом, конструкция многослойного сильфона имеет явное преимущество перед однослойным сильфоном. Сильфон подвержен усталости металла, и она может привести к повреждению сварного шва. На усталостную прочность сильфона  также влияют материал конструкции, технология изготовления, длина хода и частота хода, и обычные параметры, такие как температура жидкости и давление.

Материал сильфона

Наибольшей популярностью пользуется сильфон из нержавеющей стали - AISI 316Ti, который содержит титан, чтобы противостоять высоким температурам. Альтернативно, Inconel 600 или Inconel 625 улучшают усталостную прочность и коррозионную стойкость по сравнению с сильфоном из нержавеющей стали. Аналогично, Hastalloy C-276 обладает большей коррозионной стойкостью и усталостной прочностью, чем Inconel 625. Усталостную стойкость можно улучшить, используя систему сильфонного уплотнения и уменьшая длину хода; это может значительно увеличить срок службы сильфона.

Выбор клапана

Наиболее распространенными типами клапанов, которые оснащены сильфонными уплотнениями, являются конструкции затвора и шарового шарнира. Они больше всего подходят для использования с сильфоном благодаря своей внутренней конструкции и осевому перемещению штока клапана.

Исходя из имеющейся информации, может показаться, что клапаны с уплотнением из сильфона имеют размеры от 3 мм до 650 мм. Номинальные значения давления доступны в диапазоне от ANSI 150 # до 2500 #. Варианты материала для клапанов включают углеродистую сталь, нержавеющую сталь и экзотические сплавы.

Использование

Среда теплообмена: горячее масло обычно используется в отраслях, где используются синтетическое волокно / POY (частично ориентированная нить). Тем не менее, всегда существует риск пожара по причине разлива горячего масла на легковоспламеняющиеся химические вещества. В этом случае клапаны с сильфонным уплотнением могут остановить утечку.

Вакуум / сверхглубокий вакуум: в некоторых применениях может потребоваться вакуумный насос для непрерывного отбора воздуха из трубопровода. Любые обычные клапаны, которые устанавливаются на трубопроводе, могут пропускать наружный воздух через трубопровод сальника клапана. Следовательно, сильфонный клапан является единственным решением, чтобы предотвратить прохождения воздуха через сальник.

Высокоопасные жидкости: для таких сред, как хлор, водород, аммиак и фосген, сильфонный клапан является идеальной конструкцией, поскольку утечка через сальник полностью исключена.

Атомные электростанции, установки для производства тяжёлой воды: в случаях, когда необходимо постоянно предотвращать утечку радиации, сильфонный клапан является идеальным инструментом.

Дорогостоящие жидкости: в некоторых случаях необходимо стараться избегать утечки просто по причине высокой стоимости жидкости. В этом случае экономическая оценка часто способствует использованию сильфонных клапанов.

Экологические нормы: во всем мире стандарты в отношении выбросов и окружающей среды с каждым днем становятся все более строгими. Поэтому компаниям может быть сложно расширяться в пределах существующих помещений. С использованием сильфонных клапанов, расширение возможно без вреда для окружающей среды.