Существует серия клапанов для пара, называемых «комбинированные регулирующие клапаны», к которым относятся регулирующие клапаны с пневматическим или электрическим приводом, а также автономные редукционные клапаны. Напомним, что речь идет об автоматических клапанах, функциональное назначение которых не ограничивается лишь одной выполняемой операцией.
Принято считать, что, к примеру, редукционный клапан должен только снижать давление, а все иные его функции являются лишними, т. к. они «усложняют конструкцию, снижают ремонтопригодность, удорожают стоимость устройства». Как правило, данные аргументы являются не более чем коммерческим инструментом, которым ловко оперируют разговорчивые менеджеры по продажам трубопроводной арматуры, в ассортименте предложений которых отсутствуют подобные клапаны.
Порой такое мнение также можно услышать от неопытного специалиста. Между тем, как известно, мир несколько шире и разнообразнее, чем это порой кажется. Работая много лет с одним и тем же оборудованием, можно немного потеряться, попросту не зная про технологии, которые аналогичным образом много лет применяются на других производствах и которые имеют свой рынок.
Рассмотрим подробно особенности некоторых автоматических клапанов для пара с несколькими выполняемыми функциями. Собственно, важность данных функций не всегда оспаривается, но обо всем по порядку.
1. Автономный редукционный клапан для пара с пилотным управлением, встроенным циклонным сепаратором, фильтром грубой очистки, конденсатоотводчиком со свободноплавающим поплавком (рис. 1).
Паропровод – это труба, по которой транспортируется пар, и удобно думать, что в паропроводе присутствует только пар. В действительности это не совсем так. На рисунке 2 изображены все компоненты, которые присутствуют в насыщенном паре, а именно:
- пар;
- конденсат в виде потока в нижней части трубопровода;
- конденсат в виде капельной влаги, находящейся непосредственно в потоке пара;
- грязь и механические включения (окалина, остатки прокладочных материалов и пр.);
- воздух и неконденсируемые газы.
Четыре компонента из пяти являются паразитными компонентами, и три из них пагубным образом влияют на надежность регулирующих клапанов. Конденсат, капельная влага и загрязнения могут выводить из строя седла и затворы регулирующих и редукционных клапанов. Именно поэтому любой автоматический клапан должен быть защищен от механических загрязнений фильтром грубой очистки.
Фильтр грубой очистки является необходимым элементом в обвязке практически любого редукционного клапана. Влажный насыщенный пар – это достаточно абразивная среда. Летящие с высокой скоростью капли конденсата, проходя через седло клапана, провоцируют эрозию, выводя клапан из строя за непродолжительное время (рис. 3). Следовательно, в условиях влажного пара имеется объективная необходимость устанавливать перед клапаном, как минимум, два устройства: фильтр, упомянутый выше, и сепаратор циклонного типа или сепаратор-отбойник (рис. 4).
Фильтр грубой очистки может быть как внешним, так и встроенным. Установка внешнего фильтра обязывает пользователя приобрести ответные фланцы и крепеж, теплоизоляцию (съемный кожух или стационарную изоляцию), а также оплатить работу слесаря и сварщика по монтажу фильтра и нанесению теплоизоляции. Кроме того, фильтр занимает пространство, что может несколько затруднить доступ к другим элементам трубопроводной системы или не позволить разместить иные устройства.
Перечисленные работы и дополнительные затраты также полностью распространяются на сепаратор пара (и даже в большей степени). Сепаратор сам по себе не является самодостаточным устройством и требует установки на выходе узла отвода конденсата, то есть: запорной арматуры, фильтра конденсатоотводчика и самого конденсатоотводчика. Соответственно, все эти компоненты также требуют ответных фланцев, крепежа, теплоизоляции и работ по их монтажу, а также пространства, где они располагаются.
Было бы неверно полагать, что перечисленные сопутствующие работы и материалы для монтажа обвязки редукционного клапана ничего не стоят в денежном выражении. Стоят, и немало. К затратам следует отнести также и время. Таким образом, каким бы ни был привлекательным редукционный клапан по цене, к последней следует прибавлять стоимость перечисленных выше работ и материалов.
Теперь рассмотрим второй вариант реализации функций защиты от загрязнений и капельной влаги: клапан со встроенным фильтром, сепаратором и конденсатоотводчиком (рис. 5).
Преимущества такого решения достаточно очевидны:
- экономия на монтажных материалах (фланцы, крепеж);
- экономия на теплоизоляции;
- экономия на работах по монтажу сепаратора, фильтра, узла отвода конденсата и нанесению теплоизоляции;
- экономия пространства;
- у пользователя нет возможности отказаться от данных защит или отключить их, и, как следствие, вероятность выхода клапана из строя по умолчанию низкая.
Кроме того, встроенный сепаратор всегда адаптирован по расходным характеристикам к пропускной способности редукционного клапана, что гарантирует полноценную осушку и очистку потока пара, проходящего через седло. Опыт показывает, что средний срок службы клапанов с интегрированным фильтром, сепаратором и конденсатоотводчиком существенно выше, чем у клапанов, не имеющих данных элементов в конструкции.
Что касается сложности конструкции, к которой апеллируют противники комбинированных клапанов, то следует учесть следующие особенности конструкции клапана. Сепаратор обслуживать не нужно, циклоны тоже не требуют никакого обслуживания в силу конструктивных особенностей, поскольку в сепараторе нет движущихся частей.
Основная и единственная деталь сепаратора – это неподвижный дефлектор из нержавеющей стали. Циклон не усложняет саму конструкцию редукционного клапана, так как располагается ниже седла и, в принципе, никак не контактирует с механизмом клапана и не мешает доступу к механизму. Стало быть, аргумент, что сепаратор усложняет конструкцию, мешает обслуживать клапан или вовсе снижает его общую надежность, является надуманным и не выдерживает никакой критики.
Фильтр также вынесен за пределы механизма редукционного клапана, так же, как и сепаратор. Обслуживание фильтра сводится к откручиванию 4-х болтов, т. е. аналогично, как и у отдельно установленного фильтра.
Встроенный конденсатоотводчик тоже вынесен за пределы механизма редукционного клапана, и обслуживается таким же образом, как и фильтр. Конденсатоотводчик прост и надежен за счет полного отсутствия какого-либо рычажного механизма. Это конденсатоотводчик со свободноплавающим поплавком, где есть всего лишь одна движущаяся часть – ни к чему не закрепленный поплавок.
Несколько слов про сам редукционный клапан, т. е. про его механизм. В отличие от распространенной конструкции клапана прямого действия (рис. 6) клапан с пилотным управлением имеет ряд технических преимуществ:
- главная мембрана металлическая, а не резиновая, следовательно, менее подвержена износу;
- главная мембрана располагается вверху и на нее не влияют термические и/или гидравлические удары;
- импульсные линии внутренние и прямые, поэтому их невозможно повредить и легко чистить;
- пилотный клапан позволяет точно поддерживать давление на выходе во всем диапазоне рабочих расходов пара с минимальной погрешностью даже при полном открытии клапана (при максимальном расходе пара), что невозможно обеспечить на клапане прямого действия, который не имеет пилота;
- не требуется конденсационный сосуд.
2. Редукционный клапан с пилотным управлением, со встроенным циклонным сепаратором пара, фильтром грубой очистки, конденсатоотводчиком со свободноплавающим поплавком с автоматическим управляющим электроприводом для прецизионного управления давлением пара на выходе (рис. 7).
Требование в точном и надежном управлении давлением пара напрямую связано со средствами, которые помогают обеспечить данную точность и надежность. Данное обстоятельство обязывает клапан иметь встроенные средства защиты, которые исключают варианты, когда пользователь стремится к взаимоисключающим вещам – удешевить редукционную установку, убрав все средства защиты, и вместе с тем иметь надежный клапан, точно управляющий давлением пара на выходе.
MC-COS(R) (рис. 8) – это комплектная станция, гарантирующая точное давление на выходе при нестабильном давлении на входе в широком диапазоне расходов.
Электропривод пилотного клапана позволяет плавно менять давление на выходе по предустановленной программе управления и точно выдерживать это давление, не допуская колебаний.
Редукционные клапаны прямого действия традиционной привычной конструкции (рис. 5) принципиально не подходят для решения таких сложных задач. Производители клапанов прямого действия указывают на требование постоянства расхода и постоянства давления на входе, чтобы гарантировать стабильное давление на выходе. Пилотные клапаны избавлены от подобных проблем.
Клапан MC-COS производства японской компании TLV (Trouble Less Valves – клапаны, не имеющие проблем) является удачным развитием редуктора COS. Он позволяет гарантировать прецизионное управление давлением пара на выходе при меняющихся расходах пара и колебаниях давления пара на входе.
3. Регулирующий клапан с пневматическим или электрическим приводом, со встроенным циклонным сепаратором пара, фильтром грубой очистки, конденсатоотводчиком со свободноплавающим поплавком.
На рисунке 9 представлен автоматический клапан с пневматическим приводом, в основе которого знакомая комбинация встроенного сепаратора, фильтра и конденсатоотводчика, интегрированная в корпус традиционного регулирующего клапана для регулирования расходов пара в технологических процессах производства.
По существу, такой клапан исключает необходимость в громоздкой и дорогостоящей обвязке, представляя собой комплектную единицу узла регулирования. Клапаны подобной конструкции не имеют проблем с эрозией, и межсервисный интервал этих клапанов за счет этого много выше, чем у клапанов традиционной конструкции.
На частоту применения комбинированных клапанов существенно влияет не только кругозор проектировщиков и пользователей, но также усилия компаний, производящих подобную технику.
Не секрет, что если иностранный производитель пришел на локальный рынок какой-либо страны последним, то ему труднее убедить пользователей, привыкших к «традиционным» техническим решениям, применять свои разработки. Тогда следует логичный вопрос – а что же тогда называется «традиционным» техническим решением? Только то, к чему привыкли? Следующий момент. Если во главу угла при выборе клапана ставится его цена, как первый и самый главный фактор, то по существу уже не так важно, что это за клапан. В таком случае пользователь может за собственные деньги получить изделие, затраты на содержание которого перекроют цену клапана в несколько раз за два-три года, и сам смысл дешевой покупки исчезнет.
Невнимание к деталям при подборе клапанов обрекает пользователей пароконденсатных систем на проблемы, некоторые из которых годами ошибочно считаются неизбежными, а потому нормальными (эрозия седел и затворов, гидроудары и пр.), что само по себе не дает шансов на полноценное развитие. Есть задачи, требующие простых и недорогих решений, если требования к процессу регулирования действительно невысоки. Но если цена ошибки при работе системы автоматического управления технологическим процессом велика, то и требования к техническим средствам не могут быть низкими.
Полноценное понимание всех факторов уже на этапе подбора оборудования позволяет гарантировать высокую эффективность работы пароконденсатной системы, важными частями которой являются регулирующие и редукционные клапаны, в том числе и комбинированные модификации.
