То, как клапан крепится к трубе, — это не та деталь, которую можно оставить на усмотрение того, кто занимается монтажом. Выбор концевые соединения клапанов определяет вероятность утечки в соединении, уровень квалификации, требуемый для монтажа, возможность последующего демонтажа трубопровода и даже то, подходит ли данный клапан для вашей рабочей среды. Три варианта, с которыми вы чаще всего столкнётесь при выборе шаровых кранов из нержавеющей стали — резьбовое соединение, приварное соединение с муфтой (SW) и стыковое приварное соединение (BW) — имеют свои чёткие преимущества и недостатки. В данном руководстве они сравниваются, чтобы вы могли с первого раза выбрать правильный тип соединения и избежать затрат, связанных с утечками и переделкой.
Что на самом деле означает термин “торцевые соединения клапанов”
Торцевое соединение — это просто интерфейс, обработанный на каждом конце корпуса клапана, который обеспечивает его соединение с примыкающим трубопроводом или фитингом. Оно одновременно определяет три важных аспекта: герметичность, метод и навыки, необходимые для монтажа, а также поведение клапана под воздействием давления, температуры и вибрации в течение длительного времени. Поэтому выбор среди распространённых торцевых соединений клапанов представляет собой поиск баланса между риском утечки, трудоёмкостью монтажа, удобством обслуживания в будущем и стоимостью — и оптимальное решение зависит от конкретной области применения.
Концы с резьбой и для сварки в паз обычно используются в трубопроводах малого диаметра (как правило, до NPS 2), тогда как концы для стыковой сварки и фланцевые концы преобладают в трубопроводах большего диаметра и повышенной надежности. Ниже мы рассмотрим каждый из них по очереди.
Резьбовые соединения: быстро, недорого и удобно в эксплуатации
Резьбовое соединение позволяет навинчивать клапан непосредственно на наружную или внутреннюю трубную резьбу, герметизируя соединение лентой из ПТФЭ или трубным герметиком. Это самый доступный из всех видов концевых соединений клапанов: не требуется выполнение горячих работ, сертификация по сварке, а клапан можно отвинтить для замены. Благодаря этому резьбовые соединения являются стандартным решением для систем водоснабжения, сжатого воздуха, измерительных линий и общего инженерного обслуживания, а также очевидным выбором в тех случаях, когда сварка нецелесообразна или запрещена.
Однако существуют реальные компромиссы. Сама резьба представляет собой потенциальный путь утечки, который зависит от правильного выбора герметика и момента затяжки, а основание резьбы является зоной концентрации напряжений, которая может подвергаться усталостному износу и растрескиваться при сильной вибрации. Резьбовые соединения лучше всего использовать для небольших размеров и при умеренных давлениях и температурах. К распространённым стандартам резьбы относятся NPT (коническая, США), BSPT/PT (коническая, ISO 7) и BSPP/PF (параллельная, ISO 228) — а смешивание несовместимых типов резьбы является частой причиной утечек. Типичным примером является наш Цельнокорпусный шаровой кран с резьбовым соединением, рассчитанный на давление 1000 WOG, что идеально подходит именно для таких повседневных задач.
Концы с приварным соединением (SW): прочные, с малым внутренним диаметром, постоянные
Трубопроводный фитинг с муфтовым соединением имеет углубленное отверстие (муфту), в которое вставляется труба перед нанесением однослойного углового сварного шва по всей окружности. Такое соединение обладает большей прочностью и герметичностью по сравнению с резьбовым соединением и исключает факторы, связанные с герметизацией резьбы, поэтому оно предпочтительно используется в системах с трубами малого диаметра, работающих под высоким давлением. Фитинги с муфтовым соединением классифицируются в соответствии со стандартом ASME B16.11 по классам 3000, 6000 и 9000.
Сварка в муфту сопряжена с двумя хорошо известными сложностями. Во-первых, перед сваркой трубу необходимо отодвинуть примерно на 1/16 дюйма (около 1,6 мм) от дна муфты, оставив контролируемый зазор, чтобы тепловое расширение не привело к растрескиванию сварного шва. Во-вторых — и это более важно при выборе материала — этот зазор образует внутренний щель которые могут задерживать жидкость и способствовать щелевой коррозии, особенно в средах, содержащих хлориды, или в условиях застоя. По этой причине соединения с муфтовой сваркой, как правило, не подходят для трубопроводов, используемых в пищевой промышленности, в сантехнике и в системах высокой чистоты. Кроме того, их сложнее подвергнуть объемному контролю, чем соединения с стыковой сваркой.
Концы с стыковой сваркой (BW): максимальная надежность, полностью сварные
Конец для стыкового сварного соединения имеет скос, соответствующий профилю трубы, что позволяет соединить их с помощью сварного шва с полным проваром, создавая непрерывный металлический канал без зазоров и щелей. Из всех видов соединений клапанов стыковое сварное соединение обеспечивает наивысшую механическую прочность, наилучшую усталостную и коррозионную стойкость, а также наиболее гладкий внутренний канал, что делает его стандартом для систем высокого давления, высоких температур, большого диаметра и высокой чистоты. Подготовка стыкового конца к сварке регулируется стандартом ASME B16.25.
Ценой такой надежности являются трудоемкость и необратимость. Для сварки встык требуется квалифицированный сварщик, тщательная подготовка скосов и подгонка деталей, а также, зачастую, неразрушающий контроль сварного шва. После сварки соединение становится необратимым — чтобы демонтировать сварной клапан, его придется вырезать. Именно поэтому трехсекционный шаровой кран с удлиненным стволом для стыковой сварки имеет огромное преимущество: центральную секцию можно извлечь для обслуживания сидений, в то время как сварные торцевые крышки остаются в линии. В конструкциях с двумя торцами, а Двухсекционный шаровой кран с стыковой сваркой из нержавеющей стали 304/316 обеспечивает аккуратное сварное соединение по всей длине.
Сравнение типов концевых соединений клапанов
В приведенной ниже таблице представлено сравнение трех типов подключения по факторам, которые в основном определяют выбор.
| Фактор | С резьбой | Сварка в паз (SW) | Сварка встык (BW) |
|---|---|---|---|
| Целостность соединений | Умеренный | Высокий | Самый высокий |
| Траектория утечки | Резьба (в зависимости от герметика) | Шов в стыке | Сварной шов с полным проплавлением |
| Установка | Самый простой — не требует работы с открытым огнём | Сварка, простая сборка | Сварка, подготовка фаски + неразрушающий контроль |
| Эксплуатационная пригодность | Отвинтите, чтобы снять | Нужно вырезать | Нужно вырезать |
| Типовой размер | ≤ NPS 2 | ≤ NPS 2 | NPS ½ и выше |
| Щелевая коррозия / коррозия | Щель между резьбами | Внутренний зазор | Нет (гладкоствольное) |
| Идеально подходит для | Коммунальные услуги, водоснабжение, воздух | Малокалиберное высокое давление | Критические условия, высокая степень очистки, высокие значения давления и температуры |
Как правильно выбрать тип соединения клапана
Оцените по важности следующие факторы для вашей линейки, и правильный выбор, как правило, станет очевидным.
Давление, температура и вибрация
В условиях низких и умеренных нагрузок, а также при использовании недорогих моделей предпочтительна резьбовая сварка. При высоком давлении и малом диаметре труб предпочтительна сварка в паз. При высоком давлении, высокой температуре, сильной вибрации или большом диаметре труб предпочтительна стыковая сварка благодаря её превосходной усталостной прочности и прочности соединения.
Плавность и чистота
При работе с коррозионными средами, продукцией санитарного назначения или газами высокой чистоты следует избегать щелей, характерных для резьбовых и муфтовых соединений; наиболее безопасным вариантом является стыковая сварка (или, для пищевых продуктов, санитарные соединения типа «Tri-Clamp»). Для чистой воды и воздуха подойдет любой из этих трех вариантов.
Установка и последующее техническое обслуживание
Если вы не можете выполнять работы с открытым огнём или хотите сохранить возможность отвинтить клапан в будущем, выбирайте резьбовое соединение. Если трубопровод является постоянным, а его целостность имеет первостепенное значение, выполните сварку — и рассмотрите вариант с трёхсекционным корпусом, чтобы обеспечить возможность технического обслуживания клапана без разрезания сварных соединений.
В приведенной ниже таблице показаны типы подключения, к которым большинство команд обращаются в первую очередь в зависимости от области применения.
| Заявка | Рекомендуемое окончание | Почему |
|---|---|---|
| Инженерные системы здания, вода, воздух | С резьбой | Дешево, быстро, надежно, без открытого огня |
| Гидравлика и паровые системы малого диаметра и высокого давления | Сварка в патрубок | Надежное соединение, отсутствие путей утечки по резьбе |
| Критический процесс / большой диаметр | Сварка встык | Высочайшая целостность, гладкий внутренний диаметр, максимальный ресурс на усталость |
| Продукты питания, напитки и фармацевтика | Tri-clamp / сварка встык | Без щелей, легко моется, гигиенично |
| Линии, которые в будущем потребуют демонтажа | С резьбой или 3-компонентный BW | Снимается без разрезания трубы |
Стандарты, лежащие в основе соединений
Каждый тип соединения соответствует общепризнанным стандартам, и на качественном клапане указано, каким из них он соответствует. Далее приведены кованые концы с муфтовым сварным и резьбовым соединением ASME B16.11, в котором определены их номинальные параметры, размеры и классы давления, а подготовка торцов для стыковой сварки осуществляется в соответствии со стандартом ASME B16.25. Что касается самих клапанов, ISO 17292 охватывает металлические шаровые краны с фланцевыми, стыковыми сварными, вставными сварными и резьбовыми соединениями — то есть ту же самую группу типов соединений, которая рассматривается в данном документе. Если вы занимаетесь стандартизацией оборудования на предприятии, наш полный Ассортимент ручных шаровых кранов и универсальный Трехкомпонентный шаровой кран, предлагаемый с резьбовыми, вставными и стыковыми соединениями позволяет использовать одну платформу клапанов для различных типов соединений.
Часто задаваемые вопросы
Какой тип соединения клапана наименее подвержен утечкам?
Стыковое сварное соединение является наименее подверженным утечкам, поскольку образует сплошное металлическое соединение с полным проваром, без резьбы и щелей. На втором месте по надежности находится муфтовое сварное соединение, а резьбовые соединения сопряжены с наибольшим риском утечки, поскольку герметичность зависит от правильного выбора герметика и момента затяжки резьбы.
Почему клапаны с приварным соединением не рекомендуется использовать в коррозионных средах или в пищевой промышленности?
В соединениях с вставной сваркой между трубой и муфтой остается небольшой внутренний зазор (около 1,6 мм), необходимый для компенсации теплового расширения. Этот зазор представляет собой щель, в которой может скапливаться жидкость и возникать щелевая коррозия; кроме того, его невозможно очистить, поэтому такие соединения не подходят для коррозионных сред, а также для гигиенических пищевых и фармацевтических трубопроводов.
Можно ли снять сварной шаровой кран для проведения технического обслуживания?
Это невозможно без вырезания — если только вы не используете трёхсекционный клапан. Конструкция из трёх частей позволяет отвинтить и снять центральную секцию для обслуживания шарика и седел, в то время как сварные торцевые крышки остаются в трубе, что и является основной причиной популярности трёхсекционных клапанов с стыковой сваркой в стационарных трубопроводах.
В чём заключается разница между резьбами NPT, BSPT и BSPP?
NPT (США) и BSPT/PT (ISO 7) — это конические резьбы, герметизация которых обеспечивается за счет самой резьбы, как правило, с использованием тефлоновой ленты или герметика. BSPP/PF (ISO 228) — это параллельная резьба, герметизация которой обеспечивается прокладкой или уплотнительным кольцом. Эти типы резьбы не взаимозаменяемы, и их несоответствие является частой причиной утечек в резьбовых соединениях.
Существуют ли ограничения по размеру у клапанов с резьбовым и муфтовым соединением?
Да. Резьбовые и вварные соединения на концах клапанов обычно используются до размера примерно NPS 2 (DN 50). Для более крупных размеров стандартными являются стыковые сварные или фланцевые соединения, поскольку они обеспечивают более высокую герметичность и их проще надежно изготовить в промышленных масштабах.
Заключение
Не существует универсально лучшего соединения — есть только те концевые соединения клапанов, которые подходят для вашего давления, рабочей среды, размера и плана технического обслуживания. Резьбовые соединения выигрывают по скорости монтажа, стоимости и удобству обслуживания; сварка в паз обеспечивает прочное соединение для трубопроводов малого диаметра под высоким давлением; а стыковая сварка гарантирует максимальную герметичность для критически важных линий, линий с высокой степенью чистоты и линий высокого давления. Подберите соединение в соответствии с условиями эксплуатации, и оно будет надежно служить в течение всего срока службы трубопровода. Если вам нужна помощь в подборе подходящего типа соединения, материала и номинального давления, обратитесь к нашей инженерной команде для получения индивидуального предложения.