8.1. Редукционные клапаны

Давление пара в котле очень часто выше давления, требуемого для теплообменного процесса. Экономичным решением данной проблемы является редуцирование давления пара с помощью редукционного клапана. Использование в теплообменных аппаратах пара более низкого давления имеет ряд преимуществ: сам теплообменный аппарат, рассчитанный на более низкое давление пара, стоит дешевле; пар низкого давления имеет более высокую скрытую теплоту парообразования; сокращается количество пара вторичного вскипания, образующегося после конденсатоотводчика.

8.1.1. В большинстве случаев точность регулирования пропорциональных регуляторов давления прямого действия (показан на рис. 85) вполне приемлема и достаточна для технологических процессов. Это сбалансированный по давлению односедельный клапан прямого действия. Импульс от паропровода низкого давления передается через охладитель импульса и далее по импульсной трубке на нижнюю часть диафрагмы.
Сила пружины действует в противоположном направлении. Сила пружины настраивается вручную с помощью маховика и определяет величину редуцированного давления

8.1.2. Правильный монтаж редукционного клапана очень важен для нормальной работы данного клапана. рис. 86.

Редукционные клапаны прямого действия работают большую часть времени в положении дросселирования. Даже небольшие частицы грязи могут самым негативным образом влиять на нормальную работу этих клапанов. Поэтому перед каждым редукционным клапаном прямого действия рекомендуется установить сетчатый фильтр. Частицы воды во влажном паре, пролетая на высокой скорости через клапан, приводят к кавитации и эрозии и, как результат, заметно ускоряют износ клапана и седла.
При остановах системы в результате конденсации пара в паропроводах остается конденсат. Этот конденсат скапливается, в том числе, и в самой нижней точке перед редукционным клапаном При запусках пар проходит над поверхностью холодного конденсата, в результате чего могут возникать гидроудары, которые приводят к преждевременному выходу из строя диафрагмы и сильфона редукционного клапана.
Поэтому паропроводы перед редукционными клапанами необходимо дренировать с помощью конденсатоотводчиков. Если паропровод после редукционного клапана поднимается наверх, то после редукционного клапана в точке подъема паропрово¬да надо предусмотреть ещё один дренаж.
Если редукционный клапан установлен на вертикальном паропроводе с потоком снизу вверх, то дренаж непосредственно перед редукционным клапаном можно не предусматривать.
Примеры правильного монтажа редукционных клапанов прямого действия показаны на Рис. 86. Точка отбора импульса из паропровода низкого давления должна находиться на расстоянии не менее 1 метра после редукционного клапана прямого действия.
Это расстояние необходимо для стабилизации потока пара после редуцирования.

8.1.3. Если необходимо редуцировать достаточно высокое давление пара до очень низких значений, то, скорее всего, одного клапана будет уже недостаточно. В таких случаях можно использовать два редукционных клапана, установленных последовательно (см. рис. 87). Если перепад давления достаточно большой (P2 < P1/2), то вместо редукционных клапанов прямого действия рекомендуется использовать регулирующие клапаны с электрическими или пневматическими приводами и с перфорированными плунжерами. Если использование таких регулирующих клапанов с приводами невозможно по каким-либо причинам, то существует вариант последовательной установки двух редукционных клапанов прямого действия. Перед первым редукционным клапаном необходимо предусмотреть стабилизирующий участок длиной не менее 8 х DN. Демпферный участок паропровода между редукционными клапанами должен иметь длину не менее 5 метров.

В таких случаях рекомендуется, чтобы второй редукционный клапан был на два номинальных размера больше первого редукционного клапана. Данная рекомендация относится также и к диаметру паропровода после второго редукционного клапана.

8.1.4. Если давление пара изменяется в широком диапазоне от минимального значения до максимального и если это давление должно редуцироваться очень точно даже при минимальных расходах пара, то необходимо установить два редукционных клапана разного размера в параллель (рис. 88).

Давление настройки редукционного клапана большего размера должно быть немного ниже давления настройки клапана меньшего размера, т.е. при повышении давления редуцированного пара большой клапан должен закрываться раньше маленького клапана. Такая настройка двух клапанов обеспечивает их работу с полной нагрузкой. При низкой нагрузке давление редуцированного пара немного увеличивается, что приводит к закрытию большого клапана. При этом редуцирование давления осуществляется целиком маленьким клапаном.

Редукционным называют клапан, предназначенный для уменьшения давления в линии отводимой от основной и поддержания этого давления на постоянном уровне.

Редукционные клапаны используют в случае если от одной линии высокого питаются один или несколько потребителей, рассчитанных на меньшее рабочее давление, чем основная линия.

Редукционные клапаны, также, применяются для уменьшения или стабилизации давления питания исполнительных механизмов.

Функции редукционного клапана

Редукционные клапаны позволяют реализовать следующие функции:

• Снижение давления в линии отводимой от основной
• Поддержание давления на постоянном уровне
• Ограничение давления (только для трехлинейных клапанов)

Как работает редукционный клапан

Попробуем разобраться, как работают редукционные клапаны.

Рассмотрим подробнее устройство и работу клапанов прямого и непрямого действия.

Редукционный клапан прямого действия

Принципиальная схема редукционного клапана прямого действия показана на рисунке. Рассмотрим основные элементы и принцип работы редукционного клапана.

Давление жидкости на выходе редукционного клапана в линии отводимой от основной называют редуцируемым .

Золотник 1 расположен в корпусе 2, в котором также установлена пружина 3, ее поджатие регулируется винтом 4.

Давление в напорной линии (Рн) подводится к рабочей полости золотника, не оказывая на него силового воздействия, так как площади поясков золотника равны. Осевыми силами, действующими на золотник являются сила пружины и сила, обусловленная давлением на выходе клапана (Рред). Положение золотника будет определяться силой действия пружины и редуцируемым давлением Рред. Настройка давления на выходе редукционного клапана осуществляется винтом , поджимающим пружину.

При увеличении редуцируемого давления (Рред), золотник, под действием этого давления будет смещаться (вверх по схеме), уменьшая площадь проходного сечения S, увеличивая гидравлическое сопротивление. В результате возросших потерь редуцируемое давление снизиться до величины первоначальной настройки.

При уменьшении редуцируемого давления (Рред) золотник под действие усилия пружины переместится вниз, увеличивая проходное сечение. В результате снижения потерь, давление в отводимой линии достигнет величины настройки.

В редукционном клапане прямого действия на золотник с одной стороны воздействует пружина, а с другой - редуцируемое давление. Усилие пружины зависит от степени ее сжатия, то есть от положения золотника, которое, в свою очередь, зависит от расхода на выходе клапана. В связи с этим при увеличении расходе через редукционный клапан прямого действия будет уменьшаться редуцируемое давление.

Эта особенность работы клапанов прямого действия может оказывать существенное влияние на работу клапана при больших величинах расхода. Поэтому для работы при больших расходах используют редукционные клапаны непрямого действия .

Использование редукционных клапанов непрямого действия позволяет уменьшить влияние расхода на давление.

Схема клапана редукционного непрямого действия показана на рисунке.

Жидкость подводится в клапан через отверстие 9, пройдя через зазор между золотником 5 и седлом в корпусе, жидкость поступает в отовдимую линию 10. Давление жидкости в отводимой линии воздействует на нижний торец золотника. Жидкость из отводимой линии, к тому же, через 4 подводится к верхнему торцу золотника и к шарику 1, поджатому пружиной 2, усилие поджатия регулируется винтом 6. Линия 7 соединяется со сливом.

Положение золотника 5 определяется соотношением сил давления в отводимой линии (редуцируемого) и давления в камере 8.

Величина давления в камере 8 зависит от настройки пружины 2, то есть величину давления настройки клапан можно регулировать винтом 6.

В случае увеличения давления в линии отводимой от основной выше давления настройки, шарик отодвинется от седла, пропуская часть жидкости на слив. В результате появления расхода через дроссель 4, давление на верхний торец золотника снизится (из-за потерь на дросселе), золотник под действием редуцируемого давления переместится вверх, уменьшая проходное сечение, что вызовет снижение редуцируемого давления до величины настройки.

Как изображается редукционный клапан на гидросхемах

На редукционный клапан показывают в виде квадрата со стрелкой, указывающей направление жидкости, также на схеме показана регулируемая пружина и управление с линии выхода (пунктиром). Пример обозначения редукционного клапана показан на следующем рисунке.

Чем редукционный клапан отличается от предохранительного

Редукционные и позволяют регулировать давление, некоторые модели этих устройств производятся в корпусах схожей формы, они регулируется с помощью винта, регулирующего поджатие пружины, их гидравлические схемы состоят из похожих элементов. По этим причинам эти клапаны можно перепутать. Хотя различий у редукционных и предохранительных клапанах гораздо больше, они различаются как по конструкции, принципу действия и назначению.

Пожалуй главным различием является то, что предохранительный клапан управляется давлением на входе (из линии Р), а на золотник редукционного клапана управляющее воздействие оказывает давление на выходе клапана (из линии А). Это отражено и на гидравлической схеме клапана, пунктирная линия управления на схеме редукционного клапана подведена к выходу, а на схеме предохранительного - ко входу.

Функции этих клапанов также различны, клапан предохранительный защищает гидравлическую систему от чрезмерно высоко давления, клапан редукционный снижает давление в линии отводимой от основной и поддерживает давление в этой линии на постоянном уровне.

Индивидуальный тепловой пункт (ИТП) - это прежде всего комплексное инженерно-техническое решение, которое включает в себя набор теплотехнической аппаратуры и трубопроводной арматуры, объединенных в единую систему, которая служит для:

• создание подключения к контуру поставщика тепловой энергии (теплогенератора), необходимого для организации теплоснабжения на отдельном объекте (здании или сооружении);
• создание (разводка) раздельных контуров теплоснабжения на объекте (водяного отопления, «теплого пола» и (или) горячего водоснабжения);
• обеспечения эффективной, экономичной и безаварийной работы контуров теплоснабжения объекта.

Параметры и условия подключения конкретного объекта (потребителя) теплоснабжения к поставщику (источнику) тепловой энергии во многом являются особенными. Такой тепловой пункт потому и называется индивидуальным, что проектируется (подбирается) под конкретные условия подключения и эксплуатации. Но для в целом однотипных условий подключения и эксплуатации часто создаются типовые наборы теплотехнической аппаратуры, смонтированные на единой рамной конструкции. Такие типовые ИТП еще называются блочными, или модульными.

По типу создаваемого подключения к источнику теплоснабжения, ИТП могут быть:

1. с зависимым подключением, когда забор теплоносителя для теплоснабжения объекта производится непосредственно из контура поставщика (тепло-генератора). Такой тип подключения отличается сравнительной конструкционной простотой и дешевизной, наиболее распространен в системах автономного теплоснабжения объектов, где потребителю доступна регулировка (настройка) режимов работы не только сети теплоснабжения, но и теплогенератора (водяного котла, теплонасоса, гелиосистемы и др.).
2. с независимым подключением, когда теплоносители контуров поставщика (теплогенератора) и потребителя тепловой энергии не смешиваются между собой, а бесконтактный теплообмен между ними происходит в теплообменнике из комплекта ИТП. Такой тип подключения рекомендован для организации теплоснабжения отдельного объекта от сети центрального отопления, и характеризуется меньшей зависимостью от параметров теплоносителя в подающей магистрали. Он хоть сложнее и дороже независимой схемы, но позволяет более широкий спектр настроек режимов работы, и способен в короткие сроки окупить свое приобретение за счет достижения высоких технико-экономических показателей (экономии тепловой энергии) во время эксплуатации.

Теплоносителем в контуре объекта - потребителя теплоснабжения в обязательном порядке служит вода, что определяется структурой бытового потребления тепловой энергии (водяное отопление и горячая вода для санитарно-гигиенических нужд). Для контура поставщика тепловой энергии (тепло-генератора) возможны варианты: это может быть как та же вода, так и парогазовая среда. Соответственно, ИТП по своей конструкции могут быть предназначены для сопряжения с водяными или парогазовыми котлами.

Типовой состав модульных ИТП

Под конструкцией (модульного) индивидуального теплового пункта подразумевают его состав (комплектацию) и реализуемую схему подключения к контуру поставщика (генератора) тепла.

Независимо от реализованной схемы подключения, в состав современного ИТП, как правило, входят:

• комплект необходимой трубопроводной арматуры для организации «разводки» контуров теплоснабжения поставщика и потребителя;
• циркуляционные насосы, для обеспечения необходимого рабочего давления и принудительной циркуляции теплоносителей в контурах теплоснабжения объекта;
• система защиты теплотехнической аппаратуры от перегрева и избыточного давления, в составе предохранительных клапанов и разрывных мембран;
• система управления режимами теплоснабжения, которая может быть автоматизированной или компьютеризированной (программируемой), а также ручной (на современной теплотехнике это обычно дублирующая, или аварийная система управления). В современную систему управления ИТП, как правило, входят: регулировочные клапаны (обычно с электрическими сервоприводами), средства объективного контроля (термодатчики и датчики давления), компьютеризированные контролеры или аналоговые электротехнические щиты управления;
• теплосчетчик, для организации учета количества реально потребляемой тепловой энергии;
• средства визуального контроля (термометры и манометры) и ручного (аварийного) управления режимами работы ИТП (задвижки, вентили, краны).

Для схемы независимого подключения теплоснабжения объекта, в состав ИТП в обязательном порядке вводится теплообменник. В современных системах автономного теплоснабжения все чаще применяются высокоэффективные и малогабаритные пластинчатые теплообменники, которые имеют очень высокую эффективность теплообмена (до 90 - 95%) которые постепенно вытесняют устаревшие теплообменники бойлерного типа.

Типовые схемы подключения (принципиальные схемы модульных тепловых пунктов ОПЭКС Энергосистемы)

Модульный тепловой пункт.
Схема с одноступенчатым параллельным присоединением подогревателей
(МТП-ГВ-1-ХХХ)

Наиболее простой и распространенной, является схема с одноступенчатым параллельным присоединением подогревателей горячего водоснабжения. Подогреватель горячего водоснабжения присоединен к той же тепловой сети, что и системы отопления зданий. Вода, из наружной водопроводной сети подается в подогреватели горячего водоснабжения. В них, она нагревается сетевой водой поступающей из подающего трубопровода тепловой сети.

Охлажденная сетевая вода подается в обратный трубопровод тепловой сети. После подогревателей горячего водоснабжения, нагретая (горячая) водопроводная вода направляется к водоразборным приборам зданий. Если водоразборные приборы зданий закрыты, то часть горячей воды, по циркуляционному трубопроводу, снова подается в подогреватели горячего водоснабжения.

Эту схему с одноступенчатым параллельным присоединением подогревателей горячего водоснабжения рекомендуется применять, если отношение максимального расхода теплоты на горячее водоснабжение зданий к максимальному расходу теплоты на отопление зданий (QPг.в./QPо) менее 0,2 или более 1,0.

Эта схема используется при нормальном температурном графике сетевой воды в тепловых сетях.

Рис. 1 Схема с одноступенчатым параллельным присоединением подогревателей.

Модульный тепловой пункт.
Схема с двухступенчатым смешанным присоединением подогревателей
(МТП-ГВ-2-ХХХ)

Более универсальной является схема с двухступенчатым смешанным присоединением подогревателей горячего водоснабжения. Эта схема может использоваться как при нормальном, так и при повышенном температурном графике сетевой воды в тепловых сетях и применяется при любом отношении максимального расхода теплоты на отопление зданий.

Нагрев водопроводной воды осуществляется сетевой водой из подающего трубопровода тепловой сети. Охлажденная сетевая вода подается в обратный трубопровод тепловой сети. Там она смешивается с сетевой водой (из систем отопления и вентиляции) зданий и поступает в подогреватели горячего водоснабжения первой ступени.

Рис 2. Схема с двухступенчатым смешанным присоединением подогревателей.

Модульный тепловой пункт.
Принципиальная схема системы отопления, независимая (МТП-СО-НЗ-ХХХ)

Модуль предназначен для независимого присоединения локальной системы теплоснабжения ко внешнему источнику тепла. Модуль присоединения к внешним тепловым сетям по одноступенчатой схеме. Циркуляция теплоносителя в независимом контуре осуществляется циркуляционным насосом. Управление насосом осуществляется в автоматическом режиме контролера отопления.

Автоматическое поддержание необходимого температурного графика в нагреваемом контуре также осуществляется электронным регулятором. Контролер воздействует на регулируемый клапан, расположенный на подающем трубопроводе.

Рис 3. Принципиальная схема системы отопления, независимая.

Модульный тепловой пункт.
Принципиальная схема системы отопления, зависимая (МТП-СО-З-ХХХ)

Модуль предназначен для зависимого присоединения системы отопления (вентиляции) к внешним тепловым сетям. Циркуляция теплоносителя в отопительном контуре поддерживается циркуляционным насосом. Управление насосом осуществляется в автоматическом режиме от контроллера отопления.

Автоматическое поддержание необходимого температурного графика в отопительном контуре также осуществляется электронным регулятором.

Контролер воздействует на регулируемый клапан, расположенный на подающем трубопроводе острой воды.

Рис 4. Принципиальная схема системы отопления, зависимая.

Возможности современных индивидуальных тепловых пунктов

До недавнего времени ИТП преимущественно применялись для подключения к сети централизованного теплоснабжения многоквартирных домов и больших административных зданий. Но в современных условиях, с развитием высокоэффективной малогабаритной теплотехнической аппаратуры, средств управления и автоматизации, их значительного удешевления - ИТП получают самое широкое распространение и в схемах автономного теплоснабжения частных домов, торговых точек, небольших мастерских, офисных помещений.
Возможности современного модульного ИТП по функциональности и экономичности впечатляют:

• высокоэффективный пластинчатый теплообменник обеспечивает КПД до 90 -95%, благодаря чему подавляющее количество отбираемого у поставщика (или от автономного котла) тепла уходит в сеть теплоснабжения объекта, а не рассеивается в пространстве;
• встроенный теплосчетчик гарантирует объективный контроль за количеством потребляемого тепла, и делает возможной организацию его экономии, основанной на результатах контроля;
• средства автоматизации позволяют устанавливать и стабильно поддерживать экономичные режимы энергопотребления, автоматически оптимизировать работу системы теплоснабжения объекта, с соответствующей экономией тепловой энергии, в зависимости от температуры окружающего воздуха, времени суток (день или ночь), сезонности и наличия на объекте людей (отапливаемый/неотапливаемый сезон, рабочее или нерабочее время, убытие/прибытие в отпуск и т.д.) или в целом в соответствии с заданной программой;
• возможность автоматического управления подключением к теплосети объекта сразу нескольких автономных подогревателей (например, газового, электрического, твердотопливного котлов, теплонасоса, гелиосистемы).

Технические характеристики для выбора (подбора) индивидуальных тепловых пунктов

Выбор (подбор) конструкции модульного индивидуального теплопункта возможен по таким вариантам:

• в процессе проектирования (полного перепроектирования) системы теплоснабжения объекта, под требования технического задания;
• в процессе частичной реконструкции системы теплоснабжения, под требования технического задания и существующие условия подключения;
• при замене устаревшего или вышедшего из строя теплопункта на новый (современный) - под существующие условия подключения.

Основными параметрами для выбора (подбора) модульного ИТП являются:

А) по характеристикам источника теплоснабжения и условиям монтажа:

• источник теплоснабжения - центральная теплосеть, автономный теплогенератор (котел), или другие варианты;
• структура потребления тепла: только водяное отопление, горячее водоснабжение, вентиляция, или в комплексе;
• рабочее давление в подающем и обратном трубопроводе;
• рабочая температура в подающем и обратном трубопроводе;
• существующие ограничения по габаритам;

Б) по характеристикам системы потребления теплоснабжения:

• схема подключения: зависимая или независимая;
• рабочая температура воды в контуре, на входе и выходе;
• максимальное допустимое давление в контуре;
• объем теплоносителя в системе, м 3 ;
• гидравлическое сопротивление системы;
• высота самой высокой точки системы, в м.

Преимущества ИТП производства ОПЭКС Энергосистемы

Главными преимуществами приобретения модульных индивидуальных тепловых пунктов производства компании ОПЭКС Энергосистемы являются:

• наличие у компании многолетнего опыта проектирования и изготовления самых сложных теплотехнических систем различного назначения, высокой культуры производства и налаженной системы контроля качества, благодаря чему наши ИТП характеризуются очень достойным уровнем инженерного совершенства и качества изготовления;
• наработанный непререкаемый авторитет и деловая репутация компании, завоеванные лидерские позиции на региональном рынке, что является самым лучшим свидетельством высокого качества нашей продукции;
• наше стремление идти нога в ногу с новейшими достижениями и разработками, благодаря чему наши ИТП по своим возможностям отвечают самым современным тенденциям в отрасли;
• наличие собственного производства многих компонентов конструкции ИТП, что самым благоприятным образом сказывается на их себестоимости и отпускной цене. Наши ИТП объединяют в себе непререкаемое качество и весьма доступную стоимость.

Регуляторы давления обладают простой конструкцией, в состав которой входит два основных компонента - реагирующий и исполнительный элементы. Первый представлен чувствительным элементом (мембраной), который сравнивает текущий показатель давления рабочей среды с сигналом датчика. Второй компонент выполнен в виде дроссельной заслонки - по команде она перекрывает проходное сечение на нужный уровень. Рабочие узлы регулятора связаны между собой исполнительной связью. Все предлагаемые устройства имеют прочный цельнометаллический корпус с боковыми патрубками для установки в трубопровод. Отдельные модели оснащаются дополнительными выходами для подключения различных приборов.

Принцип работы

Редукторы прямого действия, поставляемые компанией «НЕМЕН», срабатывают под воздействием непосредственно самой среды. Пользователь только устанавливает регулирующую арматуру и задает оптимальные параметры давления (максимальные и минимальные), в пределах которых устройство будет выполнять стабилизацию. Реагируя на колебания силы потока, регулятор автоматические изменяет положение заслонки для открытия или закрытия проходного сечения на необходимый уровень. В результате его работы транспортируемая среда поступает в систему строго дозированно, что позволяет избежать резких скачков давления и его последствий.

Основные виды изделий

Все регуляторы давления имеют примерно одинаковую схему устройства. При этом у них есть и отличия. В зависимости от модели изделия могут оснащаться клапаном или заслонкой, пружинным или пневматическим управляющим элементом, мембраной или поршнем. Основная классификация осуществляется по направлению стабилизации:

• до себя - регулируют силу потока на участке, расположенном перед клапаном;
• после себя - корректируют показатели рабочей среды в контуре за клапаном;
• универсальные - исправляют перепады в двух направлениях, определяя разность показателя в точках подключения к обратному и прямому трубопроводу.

Характеристики регуляторов

Современные редукторы выпускаются в широком ассортименте, который включает решения для трубопроводных систем разного типа и назначения. В нашем каталоге можно найти регуляторы давления с такими параметрами.

• Рабочая среда - вода, пар, нефтепродукты, газ, воздух.
• Способ монтажа - приварка, резьбовой, фланцевый.
• Диаметр сечения - от 15 до 200 мм.
• Максимальное давление - от 10 до 40 бар.
• Температура транспортируемого вещества - от -5 до +240 °С.

Преимущества регуляторов прямого действия

• Отсутствие необходимости в использовании постороннего источника питания.
• Высокая скорость реагирования на изменения и точность стабилизации.
• Простой монтаж и настройка рабочих параметров устройства.
• Качественная оптимизация функционирования всей системы.
• Надежность защиты трубопровода и подключенного оборудования.