Хотяпластиковые клапаныИногда их считают особым продуктом — первым выбором для тех, кто производит или проектирует пластиковые трубопроводы для промышленных систем или кому требуется сверхчистое оборудование. Не стоит полагать, что эти клапаны не имеют широкого спектра применения. На самом деле, современные пластиковые клапаны имеют широкий спектр применения, поскольку ассортимент материалов постоянно расширяется, а опытные проектировщики, которым нужны эти материалы, создают всё больше возможностей для использования этих многофункциональных инструментов.

СВОЙСТВА ПЛАСТИКА

Преимущества термопластиковых клапанов многочисленны: коррозионная, химическая и абразивная стойкость; гладкие внутренние стенки; малый вес; простота установки; длительный срок службы; и более низкая стоимость жизненного цикла. Эти преимущества привели к широкому применению пластиковых клапанов в коммерческих и промышленных приложениях, таких как распределение воды, очистка сточных вод, металлургия и химическая обработка, пищевая и фармацевтическая промышленность, электростанции, нефтеперерабатывающие заводы и т. д. Пластиковые клапаны могут быть изготовлены из ряда различных материалов, используемых в различных конфигурациях. Наиболее распространенные термопластиковые клапаны изготовлены из поливинилхлорида (ПВХ), хлорированного поливинилхлорида (ХПВХ), полипропилена (ПП) и поливинилиденфторида (ПВДФ). Клапаны из ПВХ и ХПВХ обычно присоединяются к трубопроводным системам с помощью раструбных соединений, склеиваемых растворителем, или резьбовых и фланцевых соединений; тогда как для ПП и ПВДФ требуется соединение компонентов трубопроводной системы либо с помощью технологий термосварки, стыковой сварки или электромуфтовой сварки.

Термопластиковые клапаны отлично подходят для работы в коррозионных средах, но они также полезны и в системах водоснабжения общего назначения, поскольку не содержат свинца1, устойчивы к обесцинковыванию и не ржавеют. Трубопроводные системы и клапаны из ПВХ и ХПВХ должны быть испытаны и сертифицированы по стандарту 61 NSF [Национального фонда санитарной защиты] на воздействие на здоровье, включая требование о низком содержании свинца в Приложении G. Выбор подходящего материала для коррозионных жидкостей можно осуществить, изучив руководство производителя по химической стойкости и поняв влияние температуры на прочность пластиковых материалов.

Хотя прочность полипропилена вдвое ниже, чем у ПВХ и ХПВХ, он обладает самой универсальной химической стойкостью, поскольку для него не известны растворители. ПП хорошо работает в концентрированных уксусных кислотах и ​​гидроксидах, а также подходит для более слабых растворов большинства кислот, щелочей, солей и многих органических химикатов.

ПП доступен в пигментированном и неокрашенном (натуральном) виде. Натуральный ПП сильно разрушается под воздействием ультрафиолетового (УФ) излучения, но соединения, содержащие более 2,5% пигмента технического углерода, достаточно устойчивы к УФ-излучению.

Трубопроводные системы из ПВДФ используются в различных отраслях промышленности, от фармацевтики до горнодобывающей промышленности, благодаря прочности ПВДФ, рабочей температуре и химической стойкости к солям, сильным кислотам, разбавленным основаниям и многим органическим растворителям. В отличие от полипропилена, ПВДФ не разрушается под воздействием солнечного света; однако этот пластик прозрачен для солнечного света и может подвергать жидкость воздействию ультрафиолетового излучения. Хотя натуральная, неокрашенная формула ПВДФ отлично подходит для высокочистого применения внутри помещений, добавление пигмента, например, пищевого красного, позволит подвергать жидкость воздействию солнечного света без негативного воздействия на жидкость.

Пластиковые системы имеют ряд сложностей при проектировании, таких как чувствительность к температуре и тепловому расширению и сжатию, но инженеры способны проектировать долговечные и экономичные трубопроводные системы для обычных и коррозионных сред, и уже делают это. Главный фактор, который следует учитывать при проектировании, заключается в том, что коэффициент теплового расширения пластика выше, чем у металла: например, термопластик в пять-шесть раз больше, чем у стали.

При проектировании трубопроводных систем и анализе влияния на размещение и опоры клапанов важным фактором при проектировании термопластов является тепловое удлинение. Напряжения и силы, возникающие при тепловом расширении и сжатии, можно уменьшить или устранить, обеспечив гибкость трубопроводных систем за счёт частой смены направления или использования компенсаторов. Благодаря такой гибкости по всей длине трубопроводной системы, пластиковому клапану не придётся воспринимать значительную часть напряжений (рис. 1).

Поскольку термопластики чувствительны к температуре, номинальное давление клапана снижается с повышением температуры. Различные пластиковые материалы имеют соответствующее снижение номинальных значений давления с повышением температуры. Температура жидкости может быть не единственным источником тепла, влияющим на номинальное давление пластиковых клапанов — максимальная внешняя температура должна учитываться при проектировании. В некоторых случаях, если проектирование не учитывает внешнюю температуру трубопровода, может возникнуть чрезмерный прогиб из-за отсутствия опор для труб. Максимальная рабочая температура для ПВХ составляет 64°C (140°F), для ХПВХ — 102°C (220°F), для ПП — 84°C (180°F), а клапаны из ПВДФ могут выдерживать давление до 128°C (280°F) (рисунок 2).

С другой стороны, большинство пластиковых трубопроводных систем достаточно хорошо работают при отрицательных температурах. Более того, прочность на разрыв термопластиковых трубопроводов увеличивается с понижением температуры. Однако ударопрочность большинства пластиков снижается с понижением температуры, и в материалах трубопроводов, подверженных воздействию, появляется хрупкость. Если клапаны и прилегающая трубопроводная система не повреждены, не подвергаются ударам или толчкам, а трубопровод не роняется при транспортировке, неблагоприятное воздействие на пластиковый трубопровод сведено к минимуму.

ТИПЫ ТЕРМОПЛАСТИЧНЫХ КЛАПАНОВ

Шаровые краны,обратные клапаны,дроссельные клапаныМембранные клапаны доступны из различных термопластиковых материалов для систем напорных трубопроводов по стандарту 80, а также с множеством вариантов отделки и аксессуаров. Стандартный шаровой кран чаще всего имеет полноценную сборную конструкцию, что облегчает снятие корпуса клапана для обслуживания без демонтажа соединительных трубопроводов. Термопластиковые обратные клапаны доступны в вариантах шаровых, поворотных, Y-образных и конических. Дисковые затворы легко стыкуются с металлическими фланцами, поскольку они соответствуют отверстиям под болты, окружностям расположения болтов и общим размерам ANSI Class 150. Гладкий внутренний диаметр термопластиковых деталей дополнительно повышает точность управления мембранными клапанами.

Шаровые краны из ПВХ и ХПВХ производятся несколькими американскими и зарубежными компаниями размером от 1/2 дюйма до 6 дюймов с раструбными, резьбовыми или фланцевыми соединениями. Конструкция современных шаровых кранов включает две гайки, которые навинчиваются на корпус, сжимая эластомерные уплотнители между корпусом и концевыми соединениями. Некоторые производители десятилетиями сохраняют неизменную длину гайки и резьбу гаек, что позволяет легко заменять старые краны без внесения изменений в прилегающий трубопровод.

Шаровые краны с эластомерными уплотнениями из этиленпропилендиенмономера (EPDM) должны быть сертифицированы по стандарту NSF-61G для использования в системах с питьевой водой. Уплотнения из фторуглерода (FKM) могут использоваться в качестве альтернативы в системах, где требуется химическая совместимость. FKM также может использоваться в большинстве сред, работающих с минеральными кислотами, за исключением хлористого водорода, солевых растворов, хлорированных углеводородов и нефтяных масел.

Рисунок 3. Фланцевый шаровой кран, прикрепленный к резервуару Рисунок 4. Шаровой обратный клапан, установленный вертикально Шаровые краны из ПВХ и ХПВХ размером от 1/2 до 2 дюймов являются приемлемым вариантом для применений с горячей и холодной водой, где максимальное давление без ударных нагрузок может достигать 250 фунтов на кв. дюйм при 73 °F. Более крупные шаровые краны размером от 2-1/2 до 6 дюймов будут иметь более низкое номинальное давление 150 фунтов на кв. дюйм при 73 °F. Обычно используемые в химической транспортировке шаровые краны из ПП и ПВДФ (рисунки 3 и 4), доступные в размерах от 1/2 до 4 дюймов с раструбными, резьбовыми или фланцевыми соединениями, обычно рассчитаны на максимальное давление без ударных нагрузок 150 фунтов на кв. дюйм при температуре окружающей среды.

В термопластиковых шаровых обратных клапанах используется шар с удельным весом меньше, чем у воды, поэтому при потере давления на входе шар опускается обратно на уплотнительную поверхность. Эти клапаны могут использоваться в тех же условиях, что и аналогичные пластиковые шаровые краны, поскольку они не вносят в систему новые материалы. Другие типы обратных клапанов могут включать металлические пружины, которые могут быть недолговечны в коррозионных средах.

Рисунок 5. Дисковый затвор с эластомерным вкладышем. Пластиковый дисковый затвор размером от 2 до 24 дюймов популярен для трубопроводных систем большого диаметра. Производители пластиковых дисковых затворов используют разные подходы к конструкции и уплотнительным поверхностям. Некоторые используют эластомерный вкладыш (рисунок 5) или уплотнительное кольцо, другие — диск с эластомерным покрытием. В некоторых случаях корпус изготавливается из одного материала, но внутренние компоненты, контактирующие с рабочей средой, служат материалами системы. Таким образом, корпус дискового затвора из полипропилена может содержать вкладыш из EPDM и диск из ПВХ, или иметь несколько других конфигураций с распространёнными термопластичными и эластомерными уплотнениями.

Монтаж пластикового поворотного дискового затвора прост, поскольку эти затворы имеют межфланцевое исполнение с эластомерными уплотнениями, встроенными в корпус. Установка прокладки не требуется. Пластиковый поворотный дисковый затвор устанавливается между двумя ответными фланцами. Затяжку болтов пластикового поворотного затвора следует производить осторожно, постепенно увеличивая момент затяжки болтов до рекомендуемого значения в три этапа. Это необходимо для обеспечения равномерного уплотнения по всей поверхности и предотвращения неравномерной механической нагрузки на клапан.

Рисунок 6. Мембранный клапан. Специалистам по металлическим клапанам хорошо знакомы лучшие модели пластиковых мембранных клапанов с колесом и индикаторами положения (рисунок 6); однако пластиковый мембранный клапан обладает рядом преимуществ, включая гладкие внутренние стенки термопластикового корпуса. Подобно пластиковому шаровому клапану, пользователи этих клапанов могут установить полноценную сборную конструкцию, что особенно удобно при техническом обслуживании клапана. Также пользователь может выбрать фланцевые соединения. Благодаря широкому выбору материалов корпуса и мембраны этот клапан может использоваться в различных химических процессах.

Как и в случае с любым клапаном, ключевым фактором при приведении в действие пластиковых клапанов является определение эксплуатационных требований, таких как пневматическое или электрическое питание, а также питание постоянного или переменного тока. Однако при использовании пластика проектировщик и пользователь также должны понимать, в какой среде будет работать привод. Как уже упоминалось, пластиковые клапаны отлично подходят для работы в коррозионных условиях, включая внешние коррозионные среды. Поэтому материал корпуса приводов для пластиковых клапанов является важным фактором. Производители пластиковых клапанов предлагают решения для работы в таких коррозионных средах, предлагая приводы с пластиковым покрытием или металлические корпуса с эпоксидным покрытием.

Как показано в этой статье, сегодня пластиковые клапаны предлагают множество вариантов для новых применений и ситуаций.