Клапаны запорные фланцевые

Клапаны запорные фланцевые: конструкция, применение, стандарты и выбор

Клапан запорный фланцевый – это тип трубопроводной арматуры, предназначенный для полного перекрытия потока рабочей среды. Основная функция – обеспечение герметичности в закрытом положении и минимальное гидравлическое сопротивление в открытом. Термин «фланцевый» определяет способ присоединения к трубопроводу – посредством фланцев, что является ключевым отличием от муфтовых, цапковых или приварных моделей. Данный тип арматуры находит широкое применение в системах теплоснабжения, водоснабжения, паровых магистралях, технологических линиях промышленных предприятий и объектах энергетики, где требуются надежное периодическое отключение участков сети, ремонтопригодность и высокая герметичность.

Конструктивные особенности и принцип действия

Конструкция фланцевого запорного клапана базируется на корпусе, к которому присоединены два фланца с отверстиями под крепеж. Внутри корпуса расположено седло – неподвижный элемент с проточкой. Затвор, выполненный в виде золотника или тарелки, перемещается возвратно-поступательно вдоль оси потока среды с помощью шпинделя. Шпиндель приводится в движение маховиком вручную или приводным устройством (электрическим, пневматическим, гидравлическим). Герметизация штока в месте выхода из корпуса обеспечивается сальниковым уплотнением (набивкой) или сильфонным узлом (для особо опасных сред). При вращении маховика шпиндель ввинчивается в ходовую гайку, опуская затвор до плотного контакта с седлом, что и перекрывает поток. Для обеспечения герметичности на поверхностях затвора и седла часто наплавляются износостойкие сплавы или применяются уплотнительные кольца из различных материалов.

Классификация и типы фланцевых запорных клапанов

Клапаны классифицируются по нескольким ключевым признакам, определяющим их область применения и эксплуатационные характеристики.

1. По типу затвора и конструкции проточной части:

• Проходные (прямоточные): Наиболее распространенный тип. Ось шпинделя не параллельна, а наклонена к оси прохода, а седло расположено под углом. Конструкция обеспечивает хорошую герметичность, но создает высокое гидравлическое сопротивление из-за двух поворотов потока на 90° и сужения проходного сечения.
• Прямоточные: Ось шпинделя наклонена, но корпус спроектирован так, что поток среды делает лишь один незначительный изгиб. Гидравлическое сопротивление ниже, чем у проходных, но конструкция длиннее и тяжелее.
• Угловые: Корпус выполнен так, что входной и выходной патрубки расположены перпендикулярно друг другу. Позволяют изменять направление потока на 90° и одновременно выполнять запорную функцию, экономя пространство и один фитинг.

2. По типу уплотнения затвора:

• Сальниковые: Герметизация подвижного соединения (шпинделя) обеспечивается сальниковой набивкой (графит, асбест, PTFE), поджимаемой накидной гайкой или сальниковой крышкой. Требуют периодического обслуживания и подтяжки.
• Сильфонные: Герметичность обеспечивается сильфонным узлом – гофрированной металлической трубкой, сваренной одним концом со шпинделем, а другим – с корпусом арматуры. Исключает утечку среды в атмосферу, применяется для токсичных, радиоактивных, дорогостоящих сред.

3. По материалу корпуса:

• Стальные: Углеродистые (ст. 20, 25Л), легированные (09Г2С, 12Х18Н9Т, 15Х5М), нержавеющие (AISI 304, 316). Применяются для широкого диапазона давлений и температур, агрессивных сред.
• Чугунные: Серый чугун (СЧ20) – для воды, пара, неагрессивных сред при низких давлениях. Ковкий чугун (КЧ30-6) – обладает большей прочностью и пластичностью.
• Латунные/бронзовые: Для морской воды, топлива, масел, а также в пищевой и химической промышленности при умеренных параметрах.

Основные технические характеристики и параметры выбора

Выбор конкретной модели клапана осуществляется на основе анализа следующих параметров:

• Условный диаметр (DN, Ду): Номинальный внутренний диаметр присоединяемого трубопровода. Стандартный ряд: DN 15, 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 500 и более.
• Условное давление (PN, Ру): Номинальное избыточное давление при температуре 20°C, при котором обеспечивается длительная и безопасная работа. Стандартный ряд: PN 6, 10, 16, 25, 40, 63, 100, 160, 250.
• Рабочая среда: Вода, пар, газ, нефтепродукты, химические реагенты, аммиак и т.д. Определяет материал корпуса, уплотнений, тип сальниковой набивки.
• Рабочие температура и давление: Фактические параметры в системе, которые не должны превышать допустимых для выбранного материала и класса давления.
• Класс герметичности по ГОСТ 9544-2015: Определяет допустимую утечку через затвор. Для запорной арматуры наиболее распространены классы А (полная герметичность), В, С.
• Тип присоединительных фланцев: Должен соответствовать фланцам на трубопроводе. Основные стандарты: ГОСТ 33259 (типы 01-11), DIN EN 1092-1 (типы 01-05), ASME B16.5. Ключевые параметры: условное давление, диаметр, тип уплотнительной поверхности (выступ-впадина, шип-паз, плоская, под линзовую прокладку и т.д.).

Стандарты и нормативная документация

Производство и испытания фланцевых запорных клапанов регламентируются рядом межгосударственных и международных стандартов.

Основные стандарты на запорные фланцевые клапаны

Область регулирования	Стандарт (ГОСТ/ГОСТ Р/ТР ТС)	Краткое описание
Общие технические условия	ГОСТ 5762-2002 (Россия) ГОСТ 9698-86 (Советский)	Определяет основные параметры, конструкцию, материалы, требования к изготовлению и испытаниям стальных задвижек и клапанов.
Арматура для энергоустановок	ГОСТ Р 55510-2013	Нормы расчета на прочность для арматуры с DN≥10 мм и PN≥0,1 МПа для энергоустановок.
Классы герметичности	ГОСТ 9544-2015	Устанавливает классы герметичности затворов для всех видов трубопроводной арматуры и методы их контроля.
Фланцы стальные	ГОСТ 33259-2015 ТР ТС 032/2013	Основной стандарт на фланцы для трубопроводов и арматуры. Техрегламент о безопасности оборудования под давлением.
Маркировка и клеймение	ГОСТ Р 52760-2007	Определяет требования к маркировке арматуры (корпус, табличка).

Преимущества и недостатки фланцевых запорных клапанов

Преимущества:

• Высокая герметичность: Обеспечивается конструкцией затвора и возможностью применения уплотнительных колец из различных материалов (фторопласт, резина, металл).
• Ремонтопригодность и обслуживаемость: Фланцевое соединение позволяет легко демонтировать клапан для ремонта или замены без резки трубопровода. Сальниковый узел доступен для подтяжки.
• Широкий диапазон применения: Возможность использования для различных сред, давлений (до PN 250 и выше) и температур (от криогенных до +600°C) за счет выбора материалов.
• Надежность и долговечность: Простая и проверенная конструкция обеспечивает длительный срок службы при правильной эксплуатации.
• Унификация: Стандартизированные фланцевые соединения упрощают проектирование и монтаж.

Недостатки:

• Высокое гидравлическое сопротивление: Особенно у проходных моделей из-за изменения направления потока, что приводит к потерям давления.
• Большая строительная высота и масса: По сравнению с шаровыми кранами или задвижками аналогичного диаметра.
• Сложность управления на больших диаметрах: При ручном управлении требуются значительные усилия, необходимо применение редукторов или приводов.
• Застойные зоны: Конструкция корпуса может способствовать образованию застойных зон, что недопустимо для некоторых технологических процессов.
• Износ уплотнительных поверхностей: При частых циклах открытия-закрытия в условиях абразивных сред.

Области применения в энергетике и промышленности

В энергетическом секторе фланцевые запорные клапаны являются критически важным оборудованием. Они устанавливаются на питательных линиях котлов, на трубопроводах пара высокого и среднего давления, в системах химводоподготовки, топливоподачи, технического водоснабжения и дренажа. Их основная задача – обеспечить возможность безопасной изоляции любого оборудования (насоса, теплообменника, котла) для проведения ремонтных или регламентных работ. В тепловых сетях (теплотрассах) клапаны большого диаметра (DN 300-1200) используются в качестве узловых задвижек на магистралях и ответвлениях. В химической и нефтегазовой промышленности они применяются на технологических линиях, где требуется надежное отсечение потока агрессивных или пожароопасных сред, часто в сильфонном исполнении.

Монтаж, эксплуатация и обслуживание

Монтаж фланцевого клапана осуществляется на подготовленный трубопровод с установленными ответными фланцами. Между фланцами обязательно устанавливается уплотнительная прокладка (паронитовая, фторопластовая, спирально-навитая, металлическая), соответствующая рабочей среде и параметрам. Затяжка болтов/шпилек должна производиться крест-накрест динамометрическим ключом с усилием, указанным в паспорте изделия, для обеспечения равномерного прилегания. Запрещается использовать клапан в качестве опоры для трубопровода или применять чрезмерные усилия для его выравнивания. При эксплуатации не допускается превышение рабочих параметров. Обслуживание, как правило, включает периодическую проверку на герметичность, подтяжку сальникового уплотнения (при наличии) и смазку ходового узла (резьбы шпинделя). При появлении течи через затвор требуется ремонт или замена уплотнительных поверхностей.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем принципиальное отличие клапана от задвижки?

Затвор в клапане перемещается возвратно-поступательно вдоль оси потока, перекрывая седло, обычно расположенное под углом. В задвижке затвор (шибер) перемещается перпендикулярно потоку. Клапан, как правило, обеспечивает более высокий класс герметичности, но имеет большее гидравлическое сопротивление. Задвижка имеет малое сопротивление в открытом состоянии, но ее затвор более подвержен износу и заклиниванию.

Когда следует выбирать сильфонное исполнение вместо сальникового?

Сильфонное исполнение выбирается в случаях, когда рабочая среда является токсичной, взрывоопасной, радиоактивной, дорогостоящей или когда абсолютно недопустимы ее утечки в атмосферу (например, на АЭС, химических комбинатах, в вакуумных системах). Сальниковое исполнение подходит для воды, пара, воздуха, инертных газов и других неопасных сред.

Как правильно подобрать материал корпуса клапана?

Выбор материала осуществляется на основе анализа рабочей среды (химический состав, агрессивность), температуры и давления. Для воды и пара до +425°C часто применяют углеродистую сталь 25Л. Для более высоких температур и агрессивных сред (кислоты, щелочи) – нержавеющие стали типа 12Х18Н9Т (AISI 304) или 10Х17Н13М2Т (AISI 316). Для неагрессивных сред при низких давлениях (PN≤16) и температурах до +150°C может применяться чугун.

Что означает маркировка на корпусе клапана, например, «30с41нж»?

Это условное обозначение по системе ВНИИАО (Всероссийский научно-исследовательский институт арматуростроения):

• «30» – тип арматуры (запорный клапан).
• «с» – материал корпуса (сталь углеродистая).
• «41» – номер модели.
• «нж» – материал уплотнительных поверхностей затвора (нержавеющая сталь).

Также на корпусе наносятся стрелка направления потока, DN, PN, товарный знак завода.

Какой класс герметичности требуется для систем теплоснабжения?

Для систем теплоснабжения и водоснабжения, согласно нормативным документам (СП 124.13330.2012), для запорной арматуры на трубопроводах с диаметром ≥50 мм, как правило, требуется класс герметичности «А» по ГОСТ 9544 (полная герметичность). Для арматуры меньших диаметров допускается класс «В».

Можно ли устанавливать фланцевый клапан в любом пространственном положении?

Нет, положение регламентировано паспортом изделия. Стандартное предпочтительное положение – шпинделем вертикально вверх. Допускается положение с горизонтальным шпинделем. Положение шпинделем вниз обычно не рекомендуется, так как может привести к скоплению шлама в зоне сальникового узла и ускоренному износу.

Каков типовой срок службы фланцевого запорного клапана?

Срок службы зависит от условий эксплуатации (среда, температура, давление, цикличность срабатывания). При корректном подборе и обслуживании для стальных клапанов на воде и паре он может составлять 15-25 лет и более (до капитального ремонта). Для агрессивных сред срок службы определяется стойкостью выбранных материалов.