Zawory bezpieczeństwa w układach ciśnieniowych – przydatne info w pigułce!

Zawory bezpieczeństwa – ogólna charakterystyka

Funkcja i znaczenie

Zawory bezpieczeństwa to urządzenia mechaniczne, które automatycznie uwalniają medium (ciecz, gaz lub parę) z układu, gdy ciśnienie w nim przekroczy ustaloną wartość graniczną. Ich głównym celem jest zapobieganie:

• uszkodzeniom urządzeń - chronią przed przekroczeniem wytrzymałości materiałowej elementów układu,

• awariom procesowym - utrzymują stabilne warunki pracy, zapobiegając niekontrolowanym zmianom ciśnienia.

Podstawowe typy zaworów bezpieczeństwa

I. Zawór bezpieczeństwa w układzie zamkniętym

Charakterystyka układów zamkniętych

Układy zamknięte to systemy, w których medium robocze krąży w zamkniętej przestrzeni, bez kontaktu z otoczeniem. Przykładami są instalacje grzewcze, kotły parowe pracujące w układzie zamkniętym, systemy chłodzenia czy obiegi technologiczne w przemyśle chemicznym.

Rola zaworu bezpieczeństwa w układzie zamkniętym

• ochrona przed nadciśnieniem - w wyniku procesów termicznych lub chemicznych ciśnienie w układzie może wzrastać. Zawór bezpieczeństwa zapobiega przekroczeniu maksymalnego dopuszczalnego ciśnienia,

• utrzymanie integralności układu - chroni przed uszkodzeniem komponentów takich jak rury, zbiorniki czy wymienniki ciepła,

• bezpieczeństwo operacyjne - zapewnia bezpieczeństwo personelu i otoczenia poprzez kontrolowane uwalnianie medium.

Konstrukcja i zasada działania

• element sprężynowy - siła sprężyny utrzymuje zawór w pozycji zamkniętej do momentu, gdy ciśnienie przekroczy ustawioną wartość,

• dysk zaworu - uszczelnia otwór wylotowy, zapobiegając wyciekom,

• kalibracja - zawór jest skalibrowany na określone ciśnienie otwarcia, zgodnie z wymaganiami układu.

Zastosowania praktyczne

• instalacje grzewcze – zawory bezpieczeństwa w instalacjach grzewczych chronią przed nadmiernym wzrostem ciśnienia spowodowanym rozszerzalnością cieplną wody,

• kotły parowe – zawory bezpieczeństwa zapobiegają niekontrolowanemu wzrostowi ciśnienia pary,

• turbiny gazowe/parowe - w przypadku turbin gazowych/parowych pracujących w układach zamkniętych zawory bezpieczeństwa do pary działają jako bufor, gdy zawory upustowe nie są w stanie w pełni zabezpieczyć przed gwałtownym niekontrolowanym wzrostem ciśnienia.

Schemat siłowni gazowej/parowej pracującej w układzie zamkniętym, gdzie: S - sprężarka, WW - wysokotemperaturowy wymiennik ciepła, T - turbina, WN - wymiennik ciepła niskotemperaturowy, G - generator elektryczny.

II. Zawór bezpieczeństwa w układzie otwartym

Charakterystyka układów otwartych

Układy otwarte to systemy, w których medium robocze nie jest ograniczone zamkniętą przestrzenią i może swobodnie uchodzić do otoczenia. Przykłady obejmują systemy wodociągowe, kanalizacyjne czy instalacje przeciwpożarowe, w których stosujemy zawory bezpieczeństwa do wody i nie tylko.

Rola zaworu bezpieczeństwa w układzie otwartym

• kontrola przepływu - zapobiega powstawaniu zbyt wysokiego ciśnienia, który ma bezpośredni wpływ na cały układ,

• ochrona urządzeń końcowych - chroni armaturę, pompy i inne urządzenia przed uszkodzeniem - co jest bardzo istotne z punktu widzenia ekonomicznego.

Konstrukcja i zasada działania

• zawory regulacyjne – rekompensują one podczas pracy systemu cząstkowe wzrosty ciśnienia,

• mechanizmy pływakowe - w systemach wodnych pływak może kontrolować poziom cieczy, otwierając zawór przy jego przekroczeniu,

• sterowanie elektroniczne - nowoczesne zawory mogą być sterowane czujnikami i systemami kontrolnymi.

Zastosowania praktyczne

• systemy wodociągowe - zapobiegają przepływowi zwrotnemu i nadciśnieniu w sieci,

• instalacje przeciwpożarowe - utrzymują odpowiednie ciśnienie w hydrantach i zraszaczach,

• przemysł spożywczy - kontrola ciśnienia w procesach produkcji napojów czy żywności,

• turbiny gazowe/parowe - w przypadku turbin gazowych/parowych pracujących w układach otwartych zawory bezpieczeństwa działają jako bufor, gdy zawory upustowe nie są w stanie w pełni zabezpieczyć przed gwałtownym niekontrolowanym wzrostem ciśnienia.

Schemat siłowni turbogazowej pracującej w układzie otwartym; S - sprężarka, KS - komora spalania, T - turbina, G - generator elektryczny

Charakterystyka układów hydraulicznych

Układy hydrauliczne wykorzystują ciecz (najczęściej olej hydrauliczny) do przenoszenia energii i sterowania ruchem w maszynach i urządzeniach. Są powszechnie stosowane w przemyśle ciężkim, maszynach budowlanych, lotnictwie czy rolnictwie.

Rola zaworu bezpieczeństwa w układzie hydraulicznym

• ochrona przed przeciążeniem - zapobiega uszkodzeniom elementów układu w wyniku nadmiernego wzrostu ciśnienia spowodowanego np. blokadą ruchu siłownika.

• stabilizacja pracy - utrzymuje ciśnienie w układzie na zadanym poziomie, co zapewnia płynność i precyzję działania maszyn.

• bezpieczeństwo użytkowania - chroni operatorów i sprzęt przed skutkami awarii hydraulicznych.

Zastosowania praktyczne

• maszyny budowlane - koparki, ładowarki – zawory zabezpieczają układ przed przeciążeniem podczas podnoszenia ciężkich ładunków

• prasy hydrauliczne - kontrola ciśnienia zapewnia bezpieczeństwo i precyzję obróbki materiałów.

• systemy sterowania lotniczego - w samolotach zawory bezpieczeństwa są kluczowe dla niezawodności systemów sterowania

Normy i standardy dotyczące zaworów bezpieczeństwa

• PN-EN ISO 4126: Międzynarodowa norma dotycząca urządzeń zabezpieczających przed nadciśnieniem.

• ASME Boiler and Pressure Vessel Code: Amerykański standard regulujący projektowanie i stosowanie zaworów bezpieczeństwa w kotłach i zbiornikach ciśnieniowych.

• Dyrektywa ciśnieniowa PED 2014/68/UE: Europejska dyrektywa określająca wymagania dla urządzeń ciśnieniowych.

Czynniki wpływające na dobór zaworu bezpieczeństwa

Parametry techniczne

• ciśnienie (początku) otwarcia,

• ciśnienie zrzutowe,

• ciśnienie zamknięcia,

• przyrost ciśnienia konieczny do uzyskania wymaganej przepustowości,

• spadek ciśnienia konieczny do uzyskania szczelnego zamknięcia,

• współczynnik wypływu,

• przepustowość zaworu,

• średnica kanału przepływowego,

• czynnik roboczy.

Warunki eksploatacyjne

• warunki środowiskowe - wilgotność, temperatura pracy, zapylenie, narażenie na czynniki atmosferyczne

• częstotliwość operacji - częste otwieranie i zamykanie zaworu wpływa na jego trwałość i wymaga odpowiedniej konstrukcji

Konserwacja i kontrola zaworów bezpieczeństwa

• regularne przeglądy oraz przedmuchy - zgodnie z harmonogramem producenta lub przepisami prawnymi

• testy funkcjonalne - sprawdzanie poprawności działania zaworu poprzez symulację warunków nadciśnienia

• kalibracja - ustawianie ciśnienia otwarcia zgodnie z wymaganiami układu

• wymiana części zużywalnych - uszczelnień, sprężyn czy elementów mechanicznych

Konserwacja i kontrola zaworów bezpieczeństwa

• regularne przeglądy oraz przedmuchy - zgodnie z harmonogramem producenta lub przepisami prawnymi

• testy funkcjonalne - sprawdzanie poprawności działania zaworu poprzez symulację warunków nadciśnienia

• kalibracja - ustawianie ciśnienia otwarcia zgodnie z wymaganiami układu

• wymiana części zużywalnych - uszczelnień, sprężyn czy elementów mechanicznych

Autor:
Magdalena Skotnica
Młodszy doradca ds.
techniczno-handlowych

Autor:
Magdalena Skotnica
Młodszy doradca ds.
techniczno-handlowych