Хотяпластиковые клапаныИногда их рассматривают как особый продукт — первый выбор для тех, кто производит или проектирует пластиковые трубопроводы для промышленных систем или кому необходимо сверхчистое оборудование. Однако это не означает, что эти клапаны не имеют широкого спектра применения. На самом деле, современные пластиковые клапаны имеют очень широкий спектр применения, поскольку ассортимент материалов постоянно расширяется, а опытные проектировщики, нуждающиеся в этих материалах, создают все больше и больше возможностей для использования этих многофункциональных инструментов.

СВОЙСТВА ПЛАСТИКА

Преимущества термопластичных клапанов многочисленны: коррозионная, химическая и абразивная стойкость; гладкие внутренние стенки; малый вес; простота монтажа; длительный срок службы; и более низкая стоимость жизненного цикла. Эти преимущества привели к широкому распространению пластиковых клапанов в коммерческих и промышленных приложениях, таких как водоснабжение, очистка сточных вод, металлообработка и химическая промышленность, пищевая и фармацевтическая промышленность, электростанции, нефтеперерабатывающие заводы и т. д. Пластиковые клапаны могут быть изготовлены из различных материалов и использоваться в различных конфигурациях. Наиболее распространенные термопластичные клапаны изготавливаются из поливинилхлорида (ПВХ), хлорированного поливинилхлорида (ХПВХ), полипропилена (ПП) и поливинилиденфторида (ПВДФ). Клапаны из ПВХ и ХПВХ обычно соединяются с трубопроводными системами с помощью клеевого соединения раструбных концов или резьбовых и фланцевых соединений; тогда как для ПП и ПВДФ требуется соединение компонентов трубопроводной системы с помощью термосварки, стыковой сварки или электросварки.

Термопластичные клапаны превосходно работают в агрессивных средах, но они так же полезны и в системах водоснабжения, поскольку не содержат свинца¹, устойчивы к обесцинкованию и не ржавеют. Трубопроводы и клапаны из ПВХ и ХПВХ должны быть протестированы и сертифицированы в соответствии со стандартом NSF [Национальный фонд санитарии] 61 на предмет воздействия на здоровье, включая требование к низкому содержанию свинца, указанное в Приложении G. Выбор подходящего материала для работы с агрессивными жидкостями можно осуществить, обратившись к руководству производителя по химической стойкости и понимая, какое влияние температура оказывает на прочность пластиковых материалов.

Хотя полипропилен вдвое слабее ПВХ и ХПВХ, он обладает наиболее универсальной химической стойкостью, поскольку для него не существует известных растворителей. ПП хорошо работает в концентрированных уксусных кислотах и ​​гидроксидах, а также подходит для более мягких растворов большинства кислот, щелочей, солей и многих органических веществ.

Полипропилен (ПП) выпускается в пигментированном или непигментированном (натуральном) виде. Натуральный ПП сильно разрушается под воздействием ультрафиолетового (УФ) излучения, но соединения, содержащие более 2,5% пигмента из сажи, обладают достаточной УФ-стабилизацией.

Трубопроводы из ПВДФ используются в самых разных отраслях промышленности, от фармацевтической до горнодобывающей, благодаря прочности, рабочей температуре и химической стойкости ПВДФ к солям, сильным кислотам, разбавленным щелочам и многим органическим растворителям. В отличие от полипропилена (ПП), ПВДФ не разрушается под воздействием солнечного света; однако пластик прозрачен для солнечного света и может подвергать жидкость воздействию УФ-излучения. Хотя натуральный, непигментированный состав ПВДФ отлично подходит для высокочистых материалов, используемых внутри помещений, добавление пигмента, например, пищевого красного, позволит использовать ПВДФ под воздействием солнечного света без негативного влияния на жидкую среду.

Проектирование пластиковых систем сопряжено с трудностями, такими как чувствительность к температуре, а также к тепловому расширению и сжатию, однако инженеры могут и уже проектировали долговечные и экономически эффективные трубопроводные системы для обычных и агрессивных сред. Основная проблема проектирования заключается в том, что коэффициент теплового расширения у пластиков выше, чем у металлов — например, у термопластиков он в пять-шесть раз выше, чем у стали.

При проектировании трубопроводных систем и учете влияния на размещение и опоры клапанов, важным фактором при работе с термопластами является термическое удлинение. Напряжения и силы, возникающие в результате термического расширения и сжатия, могут быть уменьшены или устранены за счет обеспечения гибкости трубопроводных систем путем частого изменения направления или введения компенсационных петель. Благодаря обеспечению такой гибкости вдоль трубопроводной системы, пластиковому клапану не придется поглощать большую часть напряжения (рис. 1).

Поскольку термопласты чувствительны к температуре, номинальное давление клапана снижается с повышением температуры. Различные пластиковые материалы имеют соответствующее снижение давления при повышении 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 отсутствие учета внешней температуры трубопровода может привести к чрезмерному провисанию из-за отсутствия опор для труб. Максимальная рабочая температура ПВХ составляет 140°F; ХПВХ — 220°F; ПП — 180°F; а клапаны из ПВДФ могут выдерживать давление до 280°F (рис. 2).

С другой стороны температурного диапазона, большинство пластиковых трубопроводных систем довольно хорошо работают при температурах ниже нуля. Фактически, прочность на растяжение термопластичных труб увеличивается с понижением температуры. Однако ударопрочность большинства пластмасс снижается с понижением температуры, и в подверженных этому материалах труб появляется хрупкость. До тех пор, пока клапаны и прилегающая трубопроводная система остаются неповрежденными, не подвергаются ударам или столкновениям с предметами, и трубы не падают во время транспортировки, негативное воздействие на пластиковые трубы сводится к минимуму.

ТИПЫ ТЕРМОПЛАСТИЧЕСКИХ КЛАПАНОВ

Шаровые краны,обратные клапаны,Поворотные затворыМембранные клапаны доступны из различных термопластичных материалов для трубопроводов высокого давления Schedule 80, а также имеют множество вариантов отделки и принадлежностей. Стандартный шаровой клапан чаще всего имеет конструкцию с настоящим соединением, что облегчает снятие корпуса клапана для обслуживания без нарушения соединения трубопроводов. Термопластичные обратные клапаны доступны в виде шаровых, поворотных, Y-образных и конусных обратных клапанов. Запорные вентили типа «бабочка» легко соединяются с металлическими фланцами, поскольку соответствуют отверстиям для болтов, окружностям расположения болтов и габаритным размерам ANSI Class 150. Гладкая внутренняя поверхность термопластичных деталей только повышает точность управления мембранными клапанами.

Шаровые краны из ПВХ и ХПВХ производятся несколькими американскими и зарубежными компаниями в размерах от 1/2 до 6 дюймов с раструбными, резьбовыми или фланцевыми соединениями. Современная конструкция шаровых кранов с настоящим соединением включает две гайки, которые навинчиваются на корпус, сжимая эластомерные уплотнения между корпусом и концевыми соединителями. Некоторые производители десятилетиями сохраняют одинаковую длину укладки шарового крана и резьбу гайки, что позволяет легко заменять старые краны без модификации прилегающей трубопроводной системы.

Шаровые краны с эластомерными уплотнениями из этиленпропилендиенового мономера (EPDM) должны быть сертифицированы по стандарту NSF-61G для использования в системах питьевой воды. В качестве альтернативы для систем, где важна химическая совместимость, могут использоваться эластомерные уплотнения из фторуглерода (FKM). FKM также может использоваться в большинстве случаев, связанных с минеральными кислотами, за исключением хлористого водорода, солевых растворов, хлорированных углеводородов и нефтяных масел.

Рисунок 3. Фланцевый шаровой клапан, прикрепленный к резервуару. Рисунок 4. Вертикально установленный шаровой обратный клапан. Шаровые клапаны из ПВХ и ХПВХ диаметром от 1/2 до 2 дюймов являются подходящим вариантом для систем горячего и холодного водоснабжения, где максимальное давление воды без ударных колебаний может достигать 250 psi при температуре 73°F. Шаровые клапаны большего диаметра, от 2-1/2 до 6 дюймов, будут иметь более низкое номинальное давление 150 psi при температуре 73°F. Шаровые клапаны из ПП и ПВДФ (рисунки 3 и 4), обычно используемые для транспортировки химических веществ, доступны в размерах от 1/2 до 4 дюймов с раструбными, резьбовыми или фланцевыми соединениями и обычно рассчитаны на максимальное давление воды без ударных колебаний 150 psi при температуре окружающей среды.

В обратных клапанах с шаровым уплотнением из термопластика используется шар с удельной плотностью 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 клапаны, поскольку они не вводят в систему новые материалы. Другие типы обратных клапанов могут включать металлические пружины, которые могут оказаться недолговечными в агрессивных средах.

Рисунок 5. Запорный клапан с эластомерной вставкой. Пластиковые запорные клапаны размером от 2 до 24 дюймов популярны для трубопроводных систем большего диаметра. Производители пластиковых запорных клапанов используют различные подходы к конструкции и уплотнительным поверхностям. Некоторые используют эластомерную вставку (Рисунок 5) или уплотнительное кольцо, в то время как другие используют диск с эластомерным покрытием. Некоторые изготавливают корпус из одного материала, но внутренние, контактирующие с жидкостью компоненты служат материалами системы, то есть корпус полипропиленового запорного клапана может содержать вставку из EPDM и диск из ПВХ или несколько других конфигураций с распространенными термопластами и эластомерными уплотнениями.

Установка пластикового поворотного затвора проста, поскольку эти затворы имеют пластинчатую конструкцию с эластомерными уплотнениями, встроенными в корпус. Дополнительная прокладка не требуется. При затягивании болтов между двумя сопрягаемыми фланцами пластиковый поворотный затвор необходимо затягивать с осторожностью, постепенно увеличивая момент затяжки до рекомендуемого значения в три этапа. Это необходимо для обеспечения равномерного уплотнения по всей поверхности и предотвращения неравномерного механического напряжения на затворе.

Рисунок 6. Мембранный клапан. Специалисты по металлическим клапанам найдут знакомыми особенности пластиковых мембранных клапанов с колесиком и индикаторами положения (Рисунок 6); однако пластиковый мембранный клапан может обладать рядом существенных преимуществ, включая гладкие внутренние стенки термопластичного корпуса. Как и в случае с пластиковым шаровым клапаном, пользователи этих клапанов имеют возможность установить соединение типа «истинное соединение», что особенно полезно при техническом обслуживании клапана. Или же пользователь может выбрать фланцевое соединение. Благодаря множеству вариантов материалов корпуса и мембраны, этот клапан может использоваться в различных химических областях применения.

Как и в случае с любым клапаном, ключевым моментом при работе с пластиковыми клапанами является определение требований к режиму работы, таких как пневматический или электрический привод, постоянный или переменный ток. Но при работе с пластиком конструктор и пользователь также должны понимать, в какой среде будет находиться привод. Как уже упоминалось, пластиковые клапаны являются отличным вариантом для агрессивных сред, включая внешние коррозионные среды. Поэтому материал корпуса приводов для пластиковых клапанов является важным фактором. Производители пластиковых клапанов предлагают варианты, отвечающие потребностям таких агрессивных сред, в виде приводов с пластиковым покрытием или металлических корпусов с эпоксидным покрытием.

Как показано в этой статье, современные пластиковые клапаны предлагают множество вариантов для новых областей применения и ситуаций.