Межфланцевый термозапорный клапан КТЗ или почему мы их не выпускаем.

 

Многим людям, которые занимаются проектированием и монтажом газопроводов, известно о существовании клапана термозапорного (КТЗ). Как известно он применяется на газопроводах и предназначается для предотвращения утечки газа при возникновении пожара. То есть, если в Вашей котельной или квартире произошел пожар, то клапан при нагреве перекрывает газ, предотвращая утечку газа, снижая материальный ущерб, уменьшает травматизм обслуживающего персонала и пожарных расчетов.

Применение клапана термозапорного предписывается Правилами пожарной безопасности в Российской Федерации (ППБ 01- 03) п.84, и другими нормативными документами. А письмо МЧС России № 18/3/320 от 03 декабря 2003г. требует, чтобы клапаны выпускались полнопроходного сечения (для обеспечения минимальных потерь давления в газопроводе)…

ООО "Барс-7" имеет в своем интеллектуальном активе патент на термозапорный клапан в межфланцевом исполнении. Нами планировался выпуск клапанов в межфланцевом исполнении условным проходом от Ду50 до Ду200, но жизнь внесла свои коррективы...

ООО "Барс-7" не планирует в ближайшее время производить межфланцевые термозапорные клапаны КТЗ и вот почему...

1. Немного истории

Первый патент на межфланцевые клапаны был получен в 2004 году. Это была великолепная идея. Маленький клапан (относительно своего полноразмерного фланцевого собрата) гарантировал уменьшение цены вследствии уменьшения материалоемкости и трудозатрат на изготовление, то есть выглядел конкурентоспособным. Да, были трудности при установке такого клапана: для фланцевого КТЗ просто резервировалось место под установку (согласно строительной длине КТЗ) и появлялась возможность дальше прокладывать газопровод; межфланцевый КТЗ не мог так легко быть смонтированным в газопровод, надо было демонтировать прилегающие части газопровода и/или арматуру для его установки. Но все неприятности окупались достаточно низкой ценой, в среднем на 10-25% ниже фланцевого собрата.

В 2005 году был принят ГОСТ Р 52316-2005, в котором в п. 5.2.3.1 "Конструктивных требований" были зафиксированы максимальные потери давления для каждого типоразмера клапанов. В частности, для больших проходных сечений термозапорных клапанов - 20Па. (если смотреть в другой системе мер, то 0,2 мбар). И вот тут произошло легкое расхождение, казалось бы, чудесной практики производства межфланцевых КТЗ с действительностью.

2. Попытка математического моделирования

Посмотрим на это с математической точки зрения. В свободном доступе пока нет программ моделирующих протекание газа через какой-либо клапан и рассчитывающих потери давления, не прибегая к натурным испытаниям.

Межфланцевый термозапорный клапан КТЗ 001Номограмма расчета потерь давления в термозапорных клапанах

Найдем в Интернете, например, расчет потерь давления на прямолинейном участке газопровода и попробуем применить его к клапану. Примем допущение, что клапан это прямолинейный участок газопровода, течение газа ламинарное (не хватало еще голову забивать турбулентностью), все геометрические размеры равны расчетным. Берем полнопроходный фланцевый клапан с условным проходом 100мм и анализируем его пропускную способность. Входное отверстие – Ø 100мм; выходное – Ø 100мм, внутри корпуса клапана есть расширение, чтобы поток огибал затвор, его площадь соответствует проходному сечению Ø 100мм. В итоге получаем прямолинейный участок газопровода. Подставляем цифры в формулу (если вы вдруг не знаете значение кинематической вязкости или плотности при нормальных условиях, то разыщите эти данные где-нибудь или вставьте вместо них единичку, мы же пытаемся разобраться в одном интересном явлении, а не подменяем аэродинамическую трубу). Результат получен и зафиксирован, если вы сумели определить еще и скорость потока, то вы просто молодец!

Теперь возьмем межфланцевый термозапорный клапан и установим его в газопровод. Затвор уже не может быть Ø 100мм (так как просто перекроет трубу), и резко уменьшается в диаметре. Оптимальный диаметр затвора и седла клапана по расчету составляет 70,7% от исходного диаметра, это позволяет оставить проходное сечение 50% от первоначального, любое отклонение от оптимального сужает проходное сечение. Получили новый газопровод с трубою, у которой проходное сечение вдвое уже прежнего. Подставляем значения в формулу, выясняем, что скорость потока выросла в 2 раза (раз уж труба заужена вдвое, надо же газу куда-то деваться, вот и скорость его вдвое выше, чем раньше). Как показывают расчеты, потери давления возросли почти в 5,5 раз!!!

Берем номограмму потерь давления в термозапорных клапанах производства немецкой фирмы Kromschröder и смотрим, что у нас получилось…

Почему именно Kromschröder? Просто это одна из номограмм расчет потерь давления которую можно найти в Интернете, российские производители не дают свободный доступ к этой информации. Не будем нарушать традиции, поэтому берем не свою номограмму, а немецкого производителя.

Пришлось немного продолжить линии на номограмме (оранжевая для Ду100, красная для Ду150). Фланцевые клапаны с условным проходным сечением Ду 100 и Ду150 при расходе газа (синие полоски) или воздуха (зеленые полоски) полностью соответствуют требованиям ГОСТа. В этой ситуации межфланцевые клапаны выглядят, мягко говоря, не важно. Полученные значения, а брать необходимо расход воздуха (кто не верит, загляните в ГОСТ), умножаем на 5.5, получаем в результате для "сотого" клапана потери давления около 50 Па, что в 2,5 раза превышает установленные ГОСТом. Даже если Вы возьмете газ, все равно потери будут около 23 Па.

3. «Сухой» остаток

Все вышеприведенные расчеты показывают, что конструкция, которая сейчас лежит в основе межфланцевых термозапорных клапанов, не позволяет в большинстве случаев обеспечить требования ГОСТа по потерям давления.

Вышеизложенные расчеты и многочисленные "крики души", то и дело раздающиеся на форумах: "Караул! Большие потери давления! Сгорело то-то и то-то, вышло из строя…", предупреждают о том, что межфланцевые клапаны, в большинстве случаев, могут не удовлетворять требованиям ГОСТа.

В данный момент мы не можем обеспечить потери давления (для межфланцевых термозапорных клапанов), которые регламентированы в ГОСТе, поэтому мы не производим клапана в межфланцевом исполнении.

Может быть со временем, будет найдено решение, позволяющее использовать межфланцевые клапаны, которые удовлетворяли бы требованиям ГОСТа по потерям давления. И мы их, с удовольствием, будем выпускать…

4. Продолжение темы

Вышеприведенные расчеты получили подтверждение в августе 2009года.

На сайтах Астин Групп (Екатеринбург) и Системы для Газа (СИГАЗ) (Нижний Новгород) были найдены номограммы потерь давления для термозапорных клапанов, которые выпускает ООО "Торговый дом "Акустика".

Адреса рисунков
http://www.astingroup.ru/UPLOAD/fck/image/Nomogramma1.jpg ,
http://www.astingroup.ru/UPLOAD/fck/image/Nomogramma2.jpg и
http://www.cigas.ru/triadaptk/akustika/2_2.jpg,
http://www.cigas.ru/triadaptk/akustika/3_2.jpg,
на разных сайтах названы по-разному, но картинки одинаковы. На всякий случай (если их удалят или изменят на сайтах-первоисточниках), мы их разместим у себя.

 

Если сравнить номограммы, увидим следующую картину: увеличение потерь давления в межфланцевых клапанах:

И самое главное: потери давления в клапане с межфланцевым исполнением больше предусмотренных ГОСТ Р 52316-2005..

Установка термозапорного клапана КТЗ Установка резьбового клапана термозапорного КТЗ в бытовом сектореУстановка фланцевого клапана термозапорного КТЗ на промышленных объектах

Применение термозапорных клапанов в газовом хозяйстве

Вопросы связанные с покупкой термозапорного клапана КТЗ