Важной задачей при проектировании технологической системы является подбор компонентов, которые будут обеспечивать выполнение всех необходимых процессов. Особенности и характеристики различных видов запорно-регулирующей арматуры позволяют подобрать определенный тип клапанов для конкретного технологического процесса. В случае, если необходимым функционалом обладают сразу несколько типов арматуры, подбор стоит осуществлять на основании уникальных характеристик каждого из них. Ниже приводится сравнение двух наиболее распространенных типов запорно-регулирующей арматуры – дисковых поворотных затворов и шаровых кранов.
Общее в работе дисковых затворов и шаровых кранов
Оба этих типа запорно-регулирующей арматуры просты в использовании и обслуживании, экономичны, надежны и имеют длительный срок службы по сравнению с другими типами клапанов. Они широко используются в промышленности и быту для управления потоком жидкостей и газов в широком диапазоне температур и давлений. И дисковые затворы, и шаровые краны относятся к четвертьоборотной арматуре: переход от полностью закрытого до полностью открытого положения осуществляется за счет поворота запорного механизма на 90°. Этот поворот может осуществляться вручную, с помощью рукоятки или редуктора, или автоматически, при использовании электрического или пневматического привода.
Тем не менее, наличие определенного сходства между затворами и шаровыми кранами вовсе не означает, что они являются взаимозаменяемыми по всем техническим и эксплуатационным параметрам. Ниже рассмотрим основные характеристики и функционал дисковых затворов и шаровых кранов.
Основной деталью дискового поворотного затвора выступает собственно диск (Е), который приводится в движение рычагом или вентилем (А), прикрепленным к диску при помощи штока (С). В закрытом состоянии диск перпендикулярен направлению потока в трубе. Уплотнение (F), расположенное внутри корпуса клапана (D), обеспечивает плотное прилегание диска к внутренней поверхности затвора.
Дисковые затворы состоят из небольшого числа компонентов и обладают относительно небольшим весом, а потому требуют меньше поддержки, что может быть важным фактором при использовании их на трубах большего диаметра. При этом, затворы большего диаметра обычно дешевле шаровых кранов сходного размера.
Тем не менее, у дисковых затворов есть и определенные недостатки. Чаще всего они обеспечивают лишь полное открытие/закрытие потока и не подходят для точного управления потоком жидкости. Помимо этого, вероятность протечки при использовании такого типа арматуры значительно выше, чем при использовании шарового крана.
Основным компонентом шарового крана является вращающийся шар с небольшим отверстием (F), верхний конец которого соединен с валом (С). Вращение вала и шара происходит с помощью ручки (А), после чего положение крана меняется на открытое или закрытое. В полностью открытом положении отверстие в шаре параллельно направлению потока в трубе. Шар опирается на седло (E) внутри корпуса клапана (G).
Отверстие в шаровом кране может варьироваться от размера, меньшего диаметра трубы (редуцированный шаровой кран), до размера, равного диаметру трубы (полнопроходной шаровой кран). Существуют также краны с V-образной формой отверстия в шаре. Конструкция шара влияет на характеристики потока. На редуцированном шаровом кране наблюдается перепад давления, тогда как на полнопроходном шаре перепад давления стремится к нулю. Шаровой кран с V-образным отверстием в шаре идеально подходит для стабильного регулирования потока.
Шаровые краны также могут обеспечивать трехходовое или четырехходовое направление потока благодаря наличию большего числа входных/выходных отверстий и различным формам этих отверстий (L и T-типы)
В отличие от дисковых затворов шаровые краны обеспечивают полную герметизацию в закрытом положении, поскольку шар тесно приживается давлением потока к уплотнению крана. Шаровые краны легко открываются при большой разнице давлений с обеих сторон крана и поэтому не требуют перепускного клапана для балансировки давления.
Сравнительная характеристика дисковых затворов и шаровых кранов
Характеристика | Дисковый затвор | Шаровой кран |
Вес | Меньший вес даже при установке на трубах большого диаметра | Большой вес при установке на трубах большого диаметра, может потребовать дополнительной опоры |
Место установки | Требуется меньше места для установки | Требуется больше места для установки |
Вероятность утечек | Бóльшая вероятность возникновения утечек в системах с высоким рабочим давлением | Обеспечивает высокую степень герметичности даже в системах с высоким рабочим давлением |
Стоимость | Дешевле шаровых кранов (в особенности, при больших диаметрах арматуры) | Дороже дисковых затворов сходных размеров |
Регулирование потока | Функция открытия/закрытия; пропорциональное изменение потока | Функция открытия/закрытия; возможность модуляции потока |
Ограничение потока | Диск ограничивает поток среды, что приводит падению давления в системе | При использовании полнопроходных шаровых кранов не происходит перепада давления |
Прежде чем сделать выбор между дисковым затвором и шаровым краном, следует учитывать следующие критерии:
- Область применения
- Пропускная способность
- Уплотнение
- Условия эксплуатации
- Регулирование расхода среды
- Количество входных отверстий
Поворотные дисковые затворы обычно используются в системах, рабочей средой в которых выступает вода (канализация и очистка сточных вод, производство напитков и т. д.). По причине того, что дисковые краны очень легко чистить, они также популярны в химической промышленности, сельском хозяйстве, обрабатывающей и пищевой промышленности, системах переработки бытовых и промышленных отходов. Могут обеспечить большую пропускную способность, поскольку они легко доступны для труб большего диаметра, чем шаровые краны.
Шаровые краны могут использоваться в системах подачи не только жидкостей, но и различных газов, а также суспензий. Они широко распространены на перерабатывающих заводах, электростанциях, нефтепереработке, разведке нефти и газа, поскольку их можно использовать для очистки. Обеспечивают герметичное уплотнение в технологических процессах, где требуется отсутствие утечек во время остановки. Могут работать при давлении до 1000 бар и температуре до 400°С.
Дисковый затвор может иметь только одно входное и выходное отверстие (порты), тогда как шаровой кран может иметь более двух портов.
Таким образом, чтобы определить, какой тип арматуры наиболее подходит для конкретного технологического процесса, необходимо учитывать множество параметров, таких как рабочее давление, точность управления и тип рабочей среды. В некоторых случаях выбор может стоять между стоимостью и ремонтопригодностью клапанов. В других случаях единственным параметром, определяющим, какой тип арматуры можно использовать, выступает диаметр трубы.