Использование клапанов в водной промышленности: типы, применение и руководство по выбору

Клапаны в водной отрасли необходимы для контроля, изоляции, направления и защиты потока воды на очистных сооружениях, насосных станциях, резервуарах, распределительных сетях, сооружениях сточных вод и промышленных водоснабжениях. Без правильно выбранных клапанов операторы не смогут изолировать оборудование, регулировать давление, предотвратить обратный поток или безопасно обслуживать трубопроводы.

Водная отрасль охватывает гораздо больше, чем муниципальное питьевой водоснабжение. Также включает забор сырой воды, опреснение, очистку сточных вод, перекачку сточных вод, промышленную воду, циркуляцию охлаждающей воды, орошение, контроль наводнений и повторное использование воды. Каждое применение подвергает клапаны различным давлениям, температурам, твердым веществам, химикатам и рабочим частотам.

Распространённые клапаны водной промышленности включают бабочки, затворные клапаны, шаровые клапаны, шаровые клапаны, управляющие клапаны, обратные клапаны, клапаны выпуска воздуха, клапаны понижения давления, предохранительные клапаны, диафрагмические клапаны, ножевые клапаны, пробочные клапаны и защитные клапаны.

Бабочный клапан может обеспечивать экономичную изоляцию в большом трубопроводе с чистой водой, тогда как ножевой клапан больше подходит для осадка, содержащего взвешенные вещества. Обратный клапан защищает насос от обратного потока, а автоматический регулирующий клапан может регулировать давление, расход, уровень резервуара или работу насоса.

Правильный выбор клапанов требует большего, чем просто соответствующего номинальному диаметру трубопровода. Инженеры должны оценивать функцию клапанов, качество воды, содержание твёрдых частиц, давление, температуру, скорость потока, условия коррозии, требования к приводу и условия обслуживания.

Почему клапаны важны в водной отрасли?

Водные системы часто охватывают большие географические территории и содержат насосы, резервуары, фильтры, оборудование для очистки и трубопроводы с разными требованиями к давлению. Клапаны позволяют этим взаимосвязанным компонентам работать как управляемая система.

Во время нормальной работы клапаны регулируют поток и давление. Во время технического обслуживания они изолируют насосы, фильтры или секции трубопроводов. Во время аварийных ситуаций они могут остановить воду, снять избыточное давление или предотвратить течение загрязнённой жидкости в обратном направлении.

Основные функции клапанов в водных системах включают:

• Изоляция трубопровода: Остановка воды для проведения инспекции, обслуживания или ремонта.
• Регулирование потока: Корректировка количества воды, подаваемой на оборудование или ветки трубопроводов.
• Контроль давления: поддержание подходящего давления в разных зонах подачи.
• Предотвращение обратного потока: защита насосов и предотвращение обратного потока.
• Управление воздухом: выпуск задержанного воздуха и его пропуск во время слива трубопровода.
• Контроль уровня: поддержание необходимого уровня воды в резервуарах и резервуарах.
• Защита оборудования: защита насосов, мембран, фильтров и сосудов под давлением.
• Аварийное отключение: Быстрое изолирование повреждённых трубопроводов или оборудования для обработки.
• Автоматизация процессов: интеграция водяных клапанов с ПЛК, SCADA и системами дистанционного управления.

Надёжность клапанов напрямую влияет на доступность воды и работу очистных сооружений. Неисправный клапан может потребовать отключения большей части системы, что увеличивает потери воды, время ремонта и сбои в обслуживании.

Основные типы клапанов, используемых в водной промышленности

1. Бабочковые клапаны в водопроводных системах

Заслонка для воды — один из самых широко используемых клапанов в системах очистки и распределения воды. Он использует круглый диск, который вращается примерно на 90 градусов для открытия или закрытия трубопровода.

Заструбные заслонки обеспечивают компактный корпус, относительно малый вес и экономичную конструкцию в средних и больших трубопроводах. Эти характеристики делают их подходящими для очистных сооружений, насосных станций, систем охлаждения воды и муниципальных магистралей передачи.

Распространённые конфигурации корпуса бабочкового клапана включают:

• Бабочковый клапан пластины
• Заслонка с бабочкой
• Заслонка с двойным фланцем
• Концентрическая упругая бабочка с упругим седлом
• Заслонка с двойным смещением бабочки
• Тройной смещенный бабочочный заслонок для требовательного обслуживания

Тела из пластичного чугуна с защитными эпоксидными покрытиями часто встречаются в системах питьевой воды и сточных вод. EPDM широко используется как материал для сиденья для совместимости с водоснабжением, а диски из нержавеющей стали могут повысить устойчивость к коррозии.

Крупные бабочковые клапаны обычно приводятся в действие червячными редукторами, пневматическими приводами, электрическими приводами или гидравлическими цилиндрами. Автоматизированные заслонки-бабочки могут быть интегрированы с расходомерами, датчиками давления и системами управления установками.

2. Клапаны в распределении воды

Клапан для воды использует затвор или клин, который движется вертикально по потоку. При полном открытии ворота поднимаются от водного пути, создавая относительно низкое сопротивление потоку.

Устойчивые накладные клапаны обычно устанавливаются в сетях распределения питьевой воды, системах противопожарной воды, очистных сооружениях и зарытых трубопроводах.

Прочное сиденье обеспечивает плотную запорку и эффективнее вмещает небольшое количество мусора трубопровода, чем некоторые традиционные конструкции с металлическими сиденьями.

Затворные клапаны обычно предназначены для изоляции, а не для ретроулирования. Работа затвора в частично открытом положении может вызвать вибрацию, эрозию и повреждение герметичных поверхностей.

Распространённые схемы работы затворных клапанов включают:

• Работа с ручным колесом
• Рабочая гайка для погребённого сервиса
• Удлинительный шпиндель
• Скосная коробка передач
• Электрический привод
• Гидравлический или пневматический привод

3. Шаровые краны для очистки воды

Шаровые краны используют вращающийся шар с внутренним отверстием. Они обеспечивают быструю работу четверть оборота и плотное закрывание, что делает их подходящими для небольших водопроводных труб, систем дозирования химикатов, соединений для отбора проб и оборудования для обработки.

Шаровой кран с полным портом обеспечивает отверстие рядом с соединённым отверстием трубы и создаёт относительно низкие потери давления при полном открытии.

Распространённые применения шаровых кранов в водной промышленности включают:

• Химические дозировочные скиди
• Оборудование для хлорирования
• Изоляция фильтров
• Соединения инструментов
• Системы мембранной обработки
• Трубопроводы на сжатом воздухе
• Небольшие ветви с технологической водой

Можно выбирать шаровые краны из нержавеющей стали, латуни, ПВХ, CPVC и облицованной системы с учётом химической совместимости, давления, температуры и качества воды.

4. Обратные клапаны для защиты насоса

Обратный клапан для сброса насоса обеспечивает прямой поток воды и автоматически закрывается, когда поток останавливается или меняет обороты. Он защищает насосы от обратного вращения и предотвращает слив в трубопроводах под давлением назад.

Распространённые типы обратных клапанов в водной промышленности включают:

• Обратный клапан с разворотом
• Двойной обратный клапан
• Обратный клапан осевого потока или сопла
• Шаровый обратный клапан
• Обратный клапан с наклонным диском
• Бесшумный пружинный обратный клапан

Выбор обратного клапана должен учитывать нормальную скорость потока, минимальный расход насоса, давление трещин, скорость закрытия и риск гидроудара.

Медленно закрывающийся обратный клапан может позволить развиваться обратной скорости до закрытия. В системах с быстрыми изменениями потока осевой или пружинный клапан может закрываться раньше и уменьшать захлопывание клапана.

Гидравлический анализ рекомендуется для крупных насосных станций и длинных трубопроводов. Лучший обратный клапан определяется полной реакцией системы, а не только размером клапана.

5. Клапаны управления расходом и регулированием давления

Клапаны управления водой автоматически регулируют расход, давление, уровень резервуара или работу насоса. Они могут использовать гидравлические пилоты, пневматические приводы или электрические приводы.

Распространённые функции клапанов управления водой включают:

• Снижение давления
• Поддержание давления
• Ограничение потока
• Контроль уровня водохранилища
• Управление насосом
• Ожидание всплеска
• Снятие давления
• Дистанционное управление модуляцией

Пилотные управляющие клапаны диафрагмы широко используются в муниципальных водопроводных сетях, поскольку давление в трубопроводе обеспечивает энергию, необходимую для перемещения главного клапана.

Электрические или пневматические клапаны управления глобусом могут использоваться на очистных сооружениях, где требуется точное регулирование процесса.

Размер клапанов управления должен основываться на минимальных, нормальных и максимальных условиях расхода. Слишком большой клапан может работать в закрытом положении и обеспечивать нестабильное управление.

6. Редукционные клапаны в водопроводных сетях

Понижающий клапан давления снижает высокое давление в восходящем направлении и поддерживает контролируемое давление внизу. Он обычно устанавливается между зонами давления для распределения воды.

Чрезмерное давление в сети может увеличить утечку, нагрузку в трубах, потребление воды и повреждение подключённого оборудования. Клапаны снижения давления помогают поддерживать соответствующее служебное давление, одновременно снижая избыточное давление по всей системе.

Редукционные клапаны могут быть:

• Прямое актёрское мастерство
• Пилотный пилот
• Фиксированное давление на выходе
• Потоковая модуляция
• Контролируемое время
• Дистанционно управляемый через SCADA

Манометры должны быть установлены выше и ниже по потоку для поддержки ввода в эксплуатацию, мониторинг и обслуживание.

7. Клапаны выпуска воздуха и вакуума воздуха

Воздух может попасть в водопровод во время наполнения, работы насоса, технического обслуживания или через растворённые газы, высвобождаемые из воды. Накопленный воздух может уменьшить пропускную способность трубопровода, увеличить энергопотребление и создать нестабильные условия давления.

Клапаны выпуска воздуха автоматически сбрасывают небольшие карманы воздуха, пока трубопровод остаётся под давлением. Вакуумные клапаны воздуха выпускают большие объёмы воздуха при заправке и впускают воздух при сливе или при отрицательном давлении.

Комбинированный воздушный клапан выполняет обе функции в одном собрании.

Воздушные клапаны обычно устанавливаются в:

• Высокие точки трубопровода
• Длинные восходящие участки трубопровода
• Выпускные коллекторы насоса
• Нижняя часть управляющих клапанов
• Основные изменения наклона трубопровода
• Длинные магистрали передачи

Размер и расположение воздушного клапана должны основываться на скорости заполнения трубопровода, скорости слива, рабочем давлении и анализе переходных факторов.

8. Ножевые клапаны для сточных вод и осадка

Ножевой клапан использует тонкий затвор, который движется по пути потока. Он широко используется в очистке сточных вод, обработке осадков и системах с взвешенными твердыми веществами.

Острый край затвора помогает проходить сквозь осевшие твёрдые тела, волокнистый материал и поверхностные отложения. Клапаны с полным портом обеспечивают относительно неограниченный проход при полном открытии.

Типичные применения ножевых клапанов включают:

• Первичный шлам
• Активированный шлам
• Переваренный шлам
• Системы скрининга
• Трубопроводы уплотнителей
• Линии подачи фильтра и пресса
• Обходные линии сточных вод

Ножевые клапаны не подходят автоматически для всех условий давления. Корпус клапана, конструкция седла и привод должны быть выбраны в соответствии с давлением в трубопроводе, концентрацией твёрдых частиц и необходимым направлением закрывания.

9. Клапаны с диафрагмой и защитными клапанами для химической и суспензированной работы

Клапаны с диафрагмой используют гибкую диафрагму для изоляции механизма работы от процессной жидкости. Эта конструкция полезна для коррозийных химикатов, дозировочных линий и жидкостей, где важен контроль внешних утечек.

Распространённые применения диафрагмических клапанов включают хлорные растворы, гипохлорит натрия, кислоты, щелочи и системы дозирования коагулянтов. Подкладка корпуса и материалы диафрагмы должны быть проверены по точной химической концентрации и температуре.

Защитные клапаны контролируют поток, сжимая гибкую втулку. Технологическая среда контактирует с втулкой, а не с металлическим корпусом клапана.

Защитные клапаны могут справляться:

• Известковая суспензия
• Абразивный шлам
• Активированный угольный шлам
• Сточные воды, содержащие твёрдые вещества
• Другие совместимые абразивные смеси

Применение клапанов в различных процессах водной промышленности

Водозабор сырой воды

Системы подачи сырой воды передают воду из рек, озёр, водохранилищ или колодцев к очистным сооружениям. Большие затворные и бабочные клапаны изолируют впускные насосы, экраны и трубопроводы передачи.

Обратные клапаны защищают насосы, а воздушные клапаны управляют воздухом во время наполнения и слива трубопровода. Материалы и покрытия должны выдерживать реальные условия сырой воды.

Очистка питьевой воды

Питьевые водные станции используют клапаны для свертывания, флокуляции, осадконакопления, фильтрации, дезинфекции и хранения обработанной воды.

Бабочка и клапаны изолируют фильтры и бассейны. Шариковые и диафрагмические клапаны регулируют дозирование химикатов, а автоматические клапаны регулируют поток фильтра и уровни в резервуарах.

Очистка сточных вод

Системы сточных вод содержат взвешенные твёрдые вещества, волокна, жир, осадки и коррозионные газы. Обычно используются ножевые клапаны, пробки, щипки и шариковые обратные клапаны, поскольку они обеспечивают более открытые проходы потока и улучшенную работу с твердыми веществами.

При выборе материалов также необходимо учитывать сероводород, химикаты для обработки и внешнюю коррозию во влажных условиях.

Опреснение

Опреснительные установки подвергают клапаны воздействию морской воды, рассола и высоконапорных мембранных систем. Коррозионная устойчивость — важный фактор.

Бабочки, шарики, контрольные и управляющие клапаны могут использовать нержавеющую сталь, дуплексную нержавеющую сталь, супердуплексные материалы или коррозионно-устойчивые покрытия в зависимости от концентрации хлорида и давления.

Сети водоснабжения

Распределительные системы используют упругие заслоны, бабочки, воздушные клапаны, редукционные клапаны давления и управляющие клапаны.

Изоляционные клапаны делят сеть на управляемые участки, а клапаны управления давлением помогают снизить утечку и поддерживать надлежащее рабочее давление.

Системы орошения

Ирригационные сети используют клапаны с воротами, бабочками, шарами, проверками и клапанами контроля давления для распределения воды по разным зонам.

Автоматические гидравлические клапаны могут регулировать давление, ограничивать поток или открывать и закрываться в зависимости от сигналов электрического орошения.

Промышленная охлаждающая вода

Системы охлаждения воды используют бабочки, шарики, ворота, контрольные и балансирующие клапаны для изоляции насосов, градирек, теплообменников и технологического оборудования.

При выборе материалов для кузова, дисков и сиденья необходимо учитывать химическую химию воды, добавки для очистки, температуру и образование масштаба.

Материалы клапанов водной промышленности

Общие материалы для сидений и уплотнений

Седло клапана и уплотнения так же важны, как и материал корпуса. Они напрямую влияют на химическую совместимость, температурную способность, характеристики утечки и рабочий крутящий момент.

Ручные и автоматические водяные клапаны

Ручные клапаны

Ручные клапаны используют рычаги, рукоятки, бойовые гайки или коробки передач. Они подходят для локальной изоляции и применения с относительно редкой работой.

Большие ручные бабочковые и затворные клапаны обычно используют редукторы для уменьшения необходимой для работы.

Пневматические приводы

Пневматические приводы обеспечивают быстрое и повторяемое движение клапана. Они часто применяются на очистных сооружениях с доступной системой сжатого воздуха.

Приводы с пружинным возвратом могут перемещать клапан в состояние неудачного открытия или несостоятельного закрытия после потери давления воздуха.

Электрические приводы

Электрические приводы широко применяются для удаленных водяных клапанов, особенно в резервуарах, насосных станциях и распределительных системах, где сжатый воздух недоступен.

Электрические приводы могут обеспечивать работу включения-выключения, управление модуляцией, локальную индикацию, защиту от крутящего момента и удаленную обратную связь положения.

Гидравлические приводы

Гидравлические приводы обеспечивают высокую выходную силу и используются на крупных клапанах, выходах плотин, основных трубопроводах и системах аварийного отключения.

Как выбрать клапаны для водной отрасли

Правильный выбор водяного клапана требует оценки всего трубопровода и условий процесса.

Важная информация о отборе включает:

• Необходимая функция изоляции, управления или защиты
• Сырая вода, питьевая вода, сточные воды, осадки или химические растворы
• Номинальный диаметр трубопровода
• Нормальный, минимальный и максимальный расход
• Нормальное и проектное давление
• Минимальная и максимальная температура
• Концентрация твёрдых тел и размер частиц
• Химия воды и условия коррозии
• Допустимые потери давления
• Требуемые характеристики утечки
• Корпус клапана, диск, затвор и отделка
• Материалы сиденья и уплотнения
• Резьбовые, фланцевые, пластинчатые или сварные соединения
• Ручной, пневматический, электрический или гидравлический режим
• Обязательная позиция для провала
• Внутри, на улице, под защитой или под водой установка
• Доступный доступ к техническому обслуживанию
• Применимые требования к водоснабжению, проектам и трубопроводам

Крупные линии чистой воды обычно используют затворные или бабочные клапаны. Системы дозирования химикатов могут использовать шаровые или диафрагмические клапаны, а для сточных вод и осадочных труб могут требоваться ножевые ворота, пробочные или защитные клапаны.

Обратные клапаны следует выбирать с учетом гидравлического поведения, а не только номинального размера. Регулирующие клапаны должны быть размеры с учетом минимальных, нормальных и максимальных требований к расходу.

Особенности установки

Правильная установка необходима для надёжной работы клапанов. Перед установкой осмотрите клапан, трубопровод, фланцы и внутренние поверхности на наличие повреждений или мусора.

Важные проверки установки включают:

• Подтверждение размера клапана и номинального давления
• Следуя отмеченному направлению потока
• Проверка выравнивания трубопровода и фланцев
• Обеспечение достаточной поддержки клапанов
• Использование совместимых фланцевых прокладок
• Равномерное затягивание болтов
• Обеспечение зазора для привода и ручного колеса
• Проверка движения диска или гейта
• Установка клапанов в утверждённой ориентации
• Обеспечивая дренаж и доступ там, где это необходимо
• Завершение испытаний давления и функциональных испытаний

Заслонки-бабочки пластины и обратные клапаны пластин должны быть аккуратно центрированы между фланцами трубопровода. Внутренний диаметр трубы и зазор фланца должны обеспечивать полное движение диска или пластин.

Обратные клапаны следует устанавливать вдали от сильных нарушений потока, где это возможно. Турбулентный поток вниз по насосам или локтем может привести к нестабильному движению дисков и ускоренному износу.

Обслуживание клапанов водной промышленности

Водяные клапаны могут оставаться открытыми или закрытыми длительное время, но всё равно требуют планового осмотра. Отложения, коррозия, повреждения покрытия и проблемы с приводом могут возникнуть даже при нерегулярной работе клапана.

Регулярное обслуживание может включать:

• Проверка кузова и соединений на наличие утечки
• Работа редко используемых изоляционных клапанов
• Инспекция защитных покрытий
• Проверка уплотнений и упаковки ствола
• Осмотр дисков, ворот и сиденья
• Удаление осадков и отложений
• Проверка редукторов и приводов
• Тестирование конечных выключателей и обратной связи позиции
• Очистка фильтров пилотного управления и трубок
• Тестирование поплавков воздушного клапана и внутренних механизмов
• Мониторинг шума или хлопка обратного клапана
• История инспекции и обслуживания записи

Клапан, который становится трудным в эксплуатации, не должен быть вынужден использовать удлинительную ручку. Увеличение крутящего момента может указывать на отложения, коррозию, повреждение седла, искажение трубопровода или чрезмерную перепаду давления.

Часто задаваемые вопросы

Для чего используются клапаны в водной промышленности?

Они используются для изоляции, регулирования расхода, контроля давления, защиты насосов, предотвращения обратного потока, управления воздухом, контроля уровня и обеспечения безопасности системы.

Какие клапаны обычно используются на водоочистных сооружениях?

Распространённые типы включают бабочку, гейт, шар, чек, контроль, диафрагму, ножевой затвор, щипку и клапаны выпуска воздуха.

Какой клапан подходит для большого водопровода?

Бабочки и клапаны обычно выбирают для больших водопроводов. Окончательный выбор зависит от давления, размера, условий расхода, площади по установке и требований к обслуживанию.

Какой клапан используется ниже водяного насоса?

Обратный клапан устанавливается ниже насоса для предотвращения обратного потока. Обычно также устанавливается изоляционный клапан для обеспечения технического обслуживания.

Какой клапан подходит для сточных вод?

Ножевые ворота, щипки, пробки и шариковые обратные клапаны обычно рассматриваются для сточных сточных свод, содержащих осадки и твердые вещества.

Что делает клапан выпуска воздуха?

Он автоматически выпускает накопившийся воздух из водопровода под давлением.

Что делает редукционный клапан?

Он снижает высокое давление в верхнем течении и поддерживает контролируемое давление воды вниз по течению.

Какой материал для сиденья обычно используется для воды?

EPDM широко используется для совместимых водных применений. Окончательная совместимость должна быть проверена по химии воды, температуре и химии очистки.

Можно ли автоматизировать водяные клапаны?

Да. Водяные клапаны могут быть оснащены пневматическими, электрическими или гидравлическими приводами и подключаться к системам ПЛК или SCADA.

Как следует выбирать клапан для водной промышленности?

При выборе следует учитывать функцию клапанов, тип воды, давление, температуру, расход, содержание твердых веществ, условия коррозии, материалы, требования к соединению и приводу.

Заключение

Клапаны в водной промышленности выполняют важные функции изоляции, регулирования, защиты и автоматизации на очистных сооружениях, насосных станциях, водохранилищах, распределительных сетях, сооружениях очистки сточных вод и промышленных водопроводных системах.

Заслонки обеспечивают компактную изоляцию в средних и больших трубопроводах, тогда как упругие заслонки широко используются в системах распределения зарытых вод.

Шариковые клапаны обеспечивают быстрое закрытие в небольших технологических и дозировочных линиях. Обратные клапаны предотвращают обратный поток и защищают насосы, а клапаны управления регулируют давление, расход и уровень воды.

Клапаны сброса воздуха управляют захваченным воздухом в трубопроводе, а понижающие клапаны давления поддерживают подходящее давление на последующих этапах. Ножевые ворота, диафрагмы и защитные клапаны обеспечивают решения для осадка, химикатов и абразивных сточных вод.

Правильный клапан для водной промышленности должен быть выбран в соответствии с необходимой функцией, средой, давлением, температурой, расходом, содержанием твердых веществ, условиями коррозии, материалом кузова, материалом седла и устройством привода.

При правильном выборе, установке и обслуживании водяные клапаны помогают уменьшить протечки, защищать оборудование, улучшать эффективность очистки и обеспечивать надёжную долгосрочную работу на протяжении всего водяного цикла.