На ваш стол попадают два клапана. Одинаковый диаметр DN100, одинаковый корпус из стали CF8M, одинаковое седло из EPDM, одинаковый номинальный диаметр PN16. Один стоит на 22 процента дороже другого. Единственное видимое различие — кольцо резьбовых отверстий вокруг фланца. Каждый год покупатели выбирают более дешевый клапан, устанавливают его в конце коллектора, а затем удивляются, почему нельзя перекрыть линию для обслуживания, не сливая всю систему.

Резьбовое кольцо — это то, что отличает корпус с плоским профилем от корпуса с выступами, и оно определяет гораздо больше, чем признается большинство технических характеристик. В этом руководстве подробно описан процесс принятия решения нашими инженерами на заводе в Тяньцзине: сначала тип корпуса, затем сплав, затем седло, затем момент затяжки, а затем стоимость в течение десяти лет. Если вы собираетесь объявить конкурс на поставку поворотных затворов из нержавеющей стали, прочтите это перед составлением спецификации, а не после.

1. Чем на самом деле отличается корпус пластины от корпуса выступа?

Дисковый задвижной клапан представляет собой диск внутри обработанного кольца. У него нет собственных отверстий для болтов. Длинные шпильки проходят насквозь через оба фланца трубы и зажимают клапан посередине, как начинку для сэндвича. Соосность обеспечивается самими шпильками или небольшими установочными выступами, отлитыми в корпусе. Он легкий, компактный, недорогой в производстве и вполне подходит для большинства применений в трубопроводах.

Запорный клапан с выступами имеет резьбовые вставки — выступы — выточенные в корпусе в каждом месте крепления болтов. Каждый фланец крепится к клапану независимо с помощью своего набора более коротких болтов. Это единственное изменение геометрии позволяет сделать то, что физически невозможно при использовании дисковой конструкции: можно открутить трубу, идущую от клапана, и он все равно будет удерживать давление в трубопроводе самостоятельно.

Вот и вся история в двух предложениях. Всё остальное в этой статье посвящено последствиям этих двух предложений — и эти последствия гораздо серьёзнее, чем предполагает разница в ценах.

Вес, расстояние между крепежными отверстиями и габариты установки.

Корпуса проушин несут больше металла. Боковые выступы проушин утолщают периферию фланца, что обычно увеличивает вес при транспортировке на 15–30 процентов в диапазоне DN50–DN300 и немного увеличивает длину между торцами по сравнению с корпусом той же ширины. На бумаге это звучит незначительно. На практике это имеет значение в трех ситуациях: на кровельных системах ОВК, где рассчитывается несущая способность, на морских модулях, где учитывается стоимость каждого килограмма, и на плотных трубопроводных эстакадах, где размеры между торцами были зафиксированы при общей компоновке трубопроводов. Перед тем как предполагать замену без доработок, подтвердите размеры между торцами в соответствии со стандартами API 609 или EN 558 Series 20.

Почему разница в ценах не случайна

Доплата за проушину обеспечивает время обработки. Каждое отверстие для проушины просверливается, нарезается резьба и измеряется, а на корпусе DN300 класса 150 это 12 резьбовых позиций, каждая из которых должна выдерживать полный момент затяжки болта без срыва резьбы. На литых изделиях из нержавеющей стали это происходит медленнее и сложнее, чем на высокопрочном чугуне, поскольку CF8M упрочняется при нарезании резьбы. Когда поставщик предлагает клапан с проушинами по цене, близкой к цене пластины, спросите, как была изготовлена ​​резьба и какая гарантированная глубина зацепления резьбы. Неглубокие или завальцованные вставки — вот где дешевые варианты выходят из строя.

2. Тупиковая услуга: этот показатель почти на каждой странице конкурента отсутствует.

Поищите в интернете "дисковый или люверсный поворотный задвижной клапан", и вы найдете десятки страниц, утверждающих, что люверсные задвижки подходят для работы в конце трубопровода. Почти ни на одной из них не упоминается тот фактор, из-за которого проекты отклоняются при проверке: давление в тупиковом участке трубопровода обычно составляет лишь малую долю от давления в двунаправленном трубопроводе.

Физический принцип снижения номинальной мощности довольно прост. В обычных условиях эксплуатации упругое седло клапана сжато и поддерживается с обеих сторон сопрягаемыми фланцами. Если снять нижний фланец, одна сторона седла клапана останется без опоры, будет подвержена полному перепаду давления и сможет свободно выдавливаться. Величина давления, которое оно будет выдерживать, зависит от состава материала седла, конструкции крепления седла и наличия обработанной кромки на нижней стороне корпуса.

Именно здесь семейства продукции действительно различаются. Компания Bray публикует заниженные показатели для концевых выступов некоторых моделей своей линейки с упругим уплотнением. Компания Henry Pratt указывает на возможность двунаправленной герметичной работы концевого вала при полном номинальном давлении для своей серии BF до 230 psi. Компания NIBCO указывает для некоторых корпусов проушин двунаправленный концевой выступ на уровне 100 psi. Это не маркетинговые различия — они отражают реальные различия в геометрии седла.

Три вопроса, которые решают этот вопрос.

• Указанное значение давления в тупиковом отверстии относится именно к тому размеру и классу давления, которые вы покупаете, или только к самому маленькому размеру в серии?
• Действительно ли указанная нагрузка действительна при полностью снятом нижнем фланце или только при прикрученном глухом фланце? Это разные варианты нагрузок, и второй вариант гораздо менее требователен.
• Было ли состояние тупика проверено физически или это расчетное значение? Запросите протокол испытаний.

В компании Veyron Valve мы публикуем данные по тупиковым отверстиям для каждого типоразмера и для каждого типа седла, а не одну общую цифру, поскольку седло из EPDM диаметром DN80 и седло из PTFE диаметром DN400 ведут себя совершенно по-разному под нагрузкой без опоры. Наши корпуса из нержавеющей стали с выступами от DN50 до DN300 сертифицированы для работы в двунаправленном тупиковом режиме при полном давлении PN16 со снятым фланцем со стороны выхода, что подтверждено на нашем собственном испытательном стенде и засвидетельствовано независимыми экспертами по запросу.

Когда выбор корпуса кремниевой пластины действительно нецелесообразен.

Указывайте тип «проушина», а не «пластина», в тех случаях, когда выполняется хотя бы одно из следующих условий установки: клапан расположен в концевой точке соединения с коллектором или резервуаром; расположенный ниже по потоку фильтр, насос или теплообменник будут демонтированы для планового обслуживания, пока трубопровод находится под давлением; трубопровод спроектирован с учетом возможности будущего расширения, и клапан будет временно служить в качестве концевого элемента; система представляет собой установку для дозирования химических реагентов, где изоляция одной ветви без слива из коллектора является требованием безопасности. В каждом из этих случаев надбавка к цене окупается при первом техническом обслуживании.

3. Сифон из нержавеющей стали: что на самом деле часто означает "заслонка-бабочка из нержавеющей стали".

Вот самое дорогостоящее недоразумение в этой категории товаров, и оно никак не связано с конструкцией корпуса. Очень большая часть клапанов, продаваемых как «задвижки из нержавеющей стали», имеют корпус из высокопрочного чугуна с диском и штоком из нержавеющей стали. Контактирующий с водой диск изготовлен из стали марки 316. Корпус выполнен из чугуна с эпоксидным покрытием и резиновой прокладкой, которая его скрывает. Для систем с чистой водой такая конструкция совершенно оправдана и позволяет существенно сэкономить. Но для линий, содержащих хлориды, это потенциальная угроза коррозии, которая может возникнуть в момент повреждения прокладки.

CF8 против CF8M и почему буква M имеет значение.

CF8 — это литой аналог нержавеющей стали марки 304. CF8M — это литой аналог стали марки 316, содержащий примерно 2–3% молибдена. Именно молибден обеспечивает устойчивость к точечной и щелевой коррозии в хлоридных средах — морской воде, рассоле, хлорированной технологической воде, прибрежной атмосфере, многих жидкостях для CIP-мойки в пищевой и фармацевтической промышленности. Разница в цене между CF8 и CF8M невелика. Разница в сроке службы в любой хлоридсодержащей трубопроводной системе существенна. Если вы сомневаетесь в работе в морской, опреснительной или хлорированной среде, выбирайте CF8M и не беспокойтесь об этом.

Для действительно агрессивных условий эксплуатации — высокохлоридные рассолы, кислые среды, кислоты при высоких температурах — сплав CF8M не является пределом его возможностей. Дуплексный сплав CF3MN (2205) и супердуплексный сплав 2507 обладают примерно вдвое большей предельной прочностью на разрыв и значительно лучшей устойчивостью к коррозионному растрескиванию под воздействием хлоридов. Наш литейный завод в Тяньцзине производит сплавы CF8, CF8M, CF3M, 2205 и 2507 на одних и тех же линиях, поэтому модернизация сплава в существующей конструкции клапана — это решение, касающееся материалов, а не перепроектирование.

Шток, диск и корпус не обязательно должны совпадать — и зачастую не должны.

Одна из наиболее полезных деталей для инженера-проектировщика: оптимальный материал диска часто отличается от оптимального материала корпуса. Корпус представляет собой границу давления — он должен обладать литейными свойствами, прочностью и коррозионной стойкостью. Диск — это изнашиваемая поверхность, контактирующая с потоком жидкости и подверженная эрозии и кавитации. Шток — это элемент, подверженный кручению и заеданию о подшипник. Цельный шток из стали 316, работающий во втулке из той же стали, — это классическая пара, подверженная заеданию; шток из стали 17-4PH или 2205 в подшипнике с тефлоновой или бронзовой облицовкой демонстрирует значительно лучшие результаты при большом количестве циклов. Если ваш поставщик предлагает только один вариант монолитного материала для всех трех компонентов, он предоставляет вам каталог, а не инженерные расчеты.

Отделка поверхности и гигиенический вопрос

Для пищевой, напиточной, молочной и фармацевтической промышленности марка сплава составляет лишь половину требуемого значения. Шероховатость поверхности определяет очищаемость и адгезию бактерий. Стандартный литой корпус из стали CF8M имеет шероховатость поверхности Ra от 3,2 до 6,3 микрометров в литом состоянии; для гигиенических применений обычно требуется Ra 0,8 или лучше на смачиваемых поверхностях, достигаемая механической или электрополировкой. Если ваш проект соответствует санитарным стандартам 3-A или рекомендациям EHEDG, укажите значение Ra в спецификации закупки. Оно не подразумевается для «нержавеющей стали 316».

4. Материал седла: в некоторых случаях неправильно указываются клапаны из нержавеющей стали.

Внимание привлекает сплав корпуса. Причиной поломок является седло клапана. В ходе нашего анализа гарантийных случаев подавляющее большинство преждевременных возвратов поворотных затворов из нержавеющей стали объясняется использованием эластомера, химически несовместимого с рабочей средой, а не дефектом литья.

Вам предложат именно эти четыре места.

EPDM является стандартным материалом для водопроводных труб, трубопроводов для сточных вод, разбавленных кислот и пара, с практическим диапазоном рабочих температур примерно от минус 30 до 120 градусов Цельсия, и доступен с сертификацией NSF/ANSI 61 для использования в системах питьевого водоснабжения. Однако это также наиболее часто неправильно применяемый материал: EPDM практически не обладает устойчивостью к нефтепродуктам. При использовании в трубопроводе, содержащем углеводороды, он разбухает и разрушается, иногда в течение нескольких недель.

Нитриловый каучук (NBR) имеет противоположные характеристики: он хорошо справляется с маслами, топливом и смазками, комфортно работает при температуре до 100 градусов Цельсия и плохо переносит кетоны, сильные кислоты и озоносодержащие среды. Это экономичный выбор для смазочных материалов и перекачки топлива.

ФКМ, широко известный под торговой маркой Viton, подходит для работы с углеводородами, ароматическими соединениями, многими кислотами и при повышенных температурах, обычно до 200 градусов Цельсия. Он стоит значительно дороже, чем EPDM и NBR, и плохо подходит для работы с горячей водой, паром и некоторыми аминами — сочетание, которое удивляет тех, кто считает, что дорогостоящее седло всегда лучше.

ПТФЭ и РТФЭ занимают верхнюю границу химической стойкости среди мягких уплотнительных элементов, выдерживая температуры примерно от минус 50 до 200 градусов Цельсия и воздействие почти всех агрессивных химических веществ. Компромисс заключается скорее в механической, чем в химической стойкости: ПТФЭ обладает плохой упругой памятью, поэтому для поддержания усилия уплотнения при термических циклах используется пружинная или эластомерная конструкция. Дешевый клапан с уплотнением из ПТФЭ без надлежащей подложки начнет протекать после нескольких перепадов температуры.

Помимо мягкого сиденья

Когда температура превышает допустимый диапазон для эластомеров — например, при работе с перегретым паром, термомаслом или высокотемпературным технологическим газом — решение заключается не в улучшении эластомера, а в изменении конструкции клапана. Конструкция с двойным или тройным смещением и седлом из металла и металла или ламинированного графита и нержавеющей стали выдерживает температуру значительно выше 400 градусов Цельсия и обеспечивает пожаробезопасность, недоступную для конструкций с мягким седлом. Это совершенно другая линейка продукции с другой ценой, и этот вопрос стоит обсудить на раннем этапе, а не выяснять в ходе технической оценки предложения.

5. Крутящий момент, привод и ошибки в расчетах размеров, которые приводят к финансовым потерям.

Рабочий момент — это момент, когда выбор конструкции корпуса незаметно превращается в выбор бюджета на привод. Момент срыва на поворотном затворе с упругим уплотнением определяется сопротивлением седла, качеством обработки диска и штока, вязкостью рабочей среды, перепадом давления и — что особенно важно — продолжительностью нахождения затвора в закрытом состоянии. Затвор, простаивающий в течение шести месяцев в оседающей суспензии, может потребовать в два-три раза большего момента срыва, чем указано в каталоге.

Дисциплина определения размеров, которая действительно работает на практике.

1. Начинайте с наихудшего перепада давления, который когда-либо будет наблюдаться в клапане, а не с нормального рабочего давления. Отключение при работающем насосе — это ситуация, которая приводит к поломке приводов недостаточной мощности.
2. При работе в чистых условиях следует применять коэффициент запаса прочности не менее 25 процентов от расчетного момента затяжки, а при работе со шламами, в режиме сухого цикла или при работе любого клапана, который, как ожидается, будет оставаться закрытым в течение длительного времени, — 50 процентов и более.
3. Убедитесь, что верхний фланец соответствует стандарту ISO 5211, и подтвердите точное обозначение (F05, F07, F10, F12), а также геометрию привода штока. Несоответствие монтажных комплектов является одной из наиболее распространенных причин задержек на объекте при монтаже клапанных систем с приводом.
4. Настаивайте на том, чтобы привод был установлен, проверен на ход и момент затяжки на конкретном клапане перед отправкой, а не отправлен в отдельном ящике для сборки электриком на объекте.

Именно в этом последнем пункте заключается различие между поставщиками. Каждый приводной узел, покидающий наш завод в Тяньцзине, проходит стендовые испытания, включающие калибровку концевых выключателей, проверку выходного крутящего момента, полный цикл открытия-закрытия и подтверждение контура управляющего сигнала, а протокол испытаний включается в отгрузочную документацию. Отправка клапана и привода в двух коробках перекладывает риск ввода в эксплуатацию на покупателя, и этот риск почти всегда обходится дороже, чем сэкономленные на сборке трудозатраты.

Корпуса проушин и нагрузка на привод

Одна особенность конструкции проушин: поскольку каждый фланец крепится болтами независимо, клапан с проушиной, расположенный в конце трубопровода, передает массу консольного привода и реактивный момент только через резьбу проушины. Для больших приводов это представляет собой реальную структурную нагрузку. Для приводов диаметром DN250 и более, используемых с тяжелыми электрическими приводами в конце трубопровода, запросите проверку конструкции кронштейна или опоры. Это займет десять минут и предотвратит растрескивание проушины.

6. Ошибки при установке, аннулирующие гарантию.

Наиболее распространенная проблема, по которой нас вызывают на местах, — это не производственный дефект. Это клапан, заклинивший в закрытом положении. Практически в каждом руководстве по установке от производителей — Bray, Hammond, Milwaukee, BI-TORQ — содержится одно и то же предупреждение, и его постоянно игнорируют.

• Никогда не затягивайте болты фланца при полностью закрытом диске. Седло деформируется по краю диска под нагрузкой болта, что приводит к высокому начальному крутящему моменту и необратимому повреждению седла. Перед затягиванием болтов слегка приоткройте клапан на несколько градусов, затем полностью откройте его, чтобы убедиться в отсутствии помех со стороны диска, прежде чем затягивать болты до конца.
• Перед установкой проверьте зазор между диском и внутренним диаметром ответной трубы. Трубы с внутренней облицовкой, уменьшенный внутренний диаметр, переходники и приварные патрубки с проваром — все это препятствует перемещению диска. Это наиболее частая причина «заклинивания» нового клапана.
• Не следует устанавливать фланцевые прокладки на клапан с эластичным седлом, если производитель специально не указывает на необходимость их использования. Прокладкой является формованная поверхность седла. Установка прокладки приводит к чрезмерному сжатию седла, увеличению крутящего момента и может вызвать выдавливание эластомера.
• Затягивайте болты фланца по схеме "звезда", поэтапно, до указанного значения. Неравномерная или чрезмерная затяжка болтов деформирует корпус и является одной из основных причин протечек фланца в корпусах из нержавеющей стали, которые менее устойчивы к затяжке, чем ковкий чугун.
• Перед затяжкой болтов убедитесь в правильном выравнивании фланца. Неправильное выравнивание приводит к тому, что край диска упирается в поверхность фланца, что вызывает утечку и разрушает седло клапана в течение нескольких циклов.

Ничего экзотического в этом нет. Все это описано в руководстве, поставляемом с клапаном. В любом случае, стоит включить это в описание метода установки, потому что человек, затягивающий фланец, редко читает руководство.

7. Стоимость за десять лет, а не стоимость на момент оформления заказа на покупку.

Покупная цена составляет примерно от четверти до двух пятых от стоимости установки поворотного затвора за десятилетие. Остальная часть приходится на замену седла, перекалибровку привода, оплату труда и — что преобладает во всех остальных статьях — незапланированные простои.

Правило технического обслуживания 5-10-50

Полезная мысленная модель, которую мы используем с клиентами: на каждые 5 долларов, сэкономленные на первоначальной стоимости клапана, следует ожидать примерно 10 долларов дополнительных затрат на техническое обслуживание в течение всего срока службы и до 50 долларов убытков от простоя при первом отказе клапана в критически важном трубопроводе. Коэффициенты приблизительны и зависят от отрасли, но форма кривой остается неизменной во всех наборах данных по техническому обслуживанию и ремонту, которые мы проанализировали. Именно поэтому установка дискового клапана там, где должен был быть рычажный, не приносит никакой экономии — первое техническое обслуживание, требующее слива всего коллектора, многократно нивелирует эту разницу.

Где действительно можно сэкономить деньги

Экономическая дисциплина — это не то же самое, что покупка самого дешевого клапана. Реальная экономия достигается за счет трех факторов. Во-первых, правильный подбор сплава: указывайте CF8M там, где присутствуют хлориды, и CF8 там, где их нет, вместо того, чтобы повсеместно использовать сплав 316. Во-вторых, правильный подбор типа корпуса: используйте пластинчатые корпуса для 70-80% линейных позиций, которые никогда не будут использоваться в тупиковых положениях, и оставляйте корпуса с выступами для позиций, которые будут использоваться. В-третьих, консолидация: стандартизация одного состава седла и одного обозначения верхнего фланца на всем заводе значительно сокращает запасы запасных частей, гораздо больше, чем любые переговоры о цене за клапан.

8. Квалификация поставщика поворотных затворов из нержавеющей стали.

Составление спецификации — это только половина дела. Вот краткий аудит, который мы проводим при оценке производителя по заказу клиента, работающего по схеме EPC (проектирование, закупка и строительство).

5. Запросите протокол испытаний материала, привязанный к конкретному номеру плавки, в формате EN 10204 3.1. Поставщик, который не может связать отливку с плавкой, закупает изделия на открытом рынке.
6. Подтвердите номер лицензии API 609 и категорию — категория A охватывает конструкции с концентрическими упругими опорами, категория B — высокопроизводительные конструкции со смещением — и проверьте ее в списке рассылки API на сайте api.org, а не принимайте отсканированный сертификат.
7. Запросите записи о гидростатических испытаниях корпуса и седла в соответствии со стандартом API 598 и подтвердите, проводилось ли испытание седла в обоих направлениях.
8. Для питьевой воды требуется сертификация NSF/ANSI 61 на контактирующие с водой материалы. Для европейских проектов требуется соответствие директиве PED 2014/68/EU и стандарту EN 593.
9. Запросите в письменном виде информацию о допустимом давлении в тупиковом соединении, с указанием типоразмера и места проведения испытаний.
10. Запросите образец справочника данных из недавно отгруженной партии товаров, соответствующих вашим техническим требованиям. Скорость его доставки и полнота информации точно покажут, каким будет ваш собственный опыт работы с документацией.

Правильно составить техническое задание с первого раза.

Отбросив маркетинговые уловки, решение сводится к короткой последовательности действий. Определите, потребуется ли клапану когда-либо удерживать давление со снятым фланцем; если да, укажите тип фланца и получите письменное подтверждение допустимого давления в тупиковом положении. Определите наличие хлоридов; если да, укажите CF8M, а не стандартный корпус из «нержавеющей стали», который может поставляться в виде покрытого высокопрочного чугуна. Выберите седло, исходя из рабочей среды и температуры, а не из прайс-листа. Рассчитывайте размеры привода, исходя из наихудшего сценария перепада давления с реальным коэффициентом запаса прочности, и требуйте наличия проверенных на стенде узлов. Затем оцените стоимость за десять лет, а не за один заказ.

Покупатели, которые следуют этой последовательности, редко сталкиваются с проблемами клапанов. Проблемы обычно возникают у покупателей, которые сравнивают цены по отдельным позициям в таблице заявок.