Czym są przepustnice przemysłowe

Przepustnice przemysłowe, nazywane również zaworami motylkowymi, są elementami armatury zaworowej stosowanymi do regulacji oraz odcinania przepływu medium w instalacjach przemysłowych. Ich działanie opiera się na obrocie dysku (tarczy) umieszczonego wewnątrz rurociągu. W pozycji 0° przepustnica pozostaje całkowicie zamknięta, natomiast przy 90° następuje przepływ przy pełnym otwarciu dysku. Pośrednie ustawienia umożliwiają precyzyjną regulację strumienia medium, co sprawia, że przepustnice pełnią zarówno funkcję regulacyjną, jak i odcinającą.

Zawory motylkowe znajdują szerokie zastosowanie w instalacjach technologicznych, chłodniczych i ciepłowniczych, gazowych, wentylacyjnych jak i odzysku spalin oraz w wielu innych procesach przemysłowych.

Rodzaje przepustnic przemysłowych ze względu na konstrukcję

Dobór odpowiedniej konstrukcji przepustnicy ma kluczowe znaczenie dla trwałości, szczelności oraz niezawodności pracy instalacji. Ze względu na konstrukcje zawory motylkowe możemy podzielić na:

Przepustnice centryczne (osiowe)

Przepustnice centryczne to najprostszy i najczęściej stosowany typ konstrukcji. Oś obrotu przechodzi przez środek dysku oraz rurociągu, a tarcza pracuje bezpośrednio w uszczelnieniu elastomerowym. Rozwiązanie to sprawdza się w instalacjach o umiarkowanych parametrach pracy. Do głównych zalet należą:

• prosta i kompaktowa konstrukcja
• korzystna cena
• dobra szczelność w instalacjach niskiego i średniego ciśnienia

Należy jednak uwzględnić, że ciągły kontakt dysku z uszczelnieniem powoduje jego stopniowe zużycie, co ogranicza zastosowanie w warunkach częstego przesterowania. 

Przepustnice podwójnie mimośrodowe

W przepustnicach podwójnie mimośrodowych oś obrotu jest przesunięta względem osi rurociągu oraz płaszczyzny uszczelnienia. Dzięki temu tarcza w początkowej fazie ruchu odrywa się od uszczelnienia, co znacząco ogranicza tarcie. W praktyce przekłada się to na:

• mniejsze zużycie uszczelnienia
• wyższą trwałość eksploatacyjną
• stabilniejsze parametry pracy w czasie

W porównaniu do przepustnic potrójnie mimośrodowych konstrukcje te oferują często korzystniejszy stosunek ceny do parametrów pracy, szczególnie w instalacjach średniociśnieniowych i średniotemperaturowych. W rozwiązaniach wykorzystujących uszczelnienia typu RTFE możliwe jest uzyskanie bardzo dobrej szczelności przy jednoczesnym zachowaniu odporności chemicznej i temperaturowej.

Typowe zastosowania:

• instalacje ciepłownicze
• energetyka zawodowa i przemysłowa
• instalacje pary technologicznej
• systemy przesyłu mediów procesowych

Dzięki ograniczeniu tarcia i bardziej równomiernemu rozkładowi obciążeń przepustnice tego typu stanowią optymalne rozwiązanie pomiędzy prostą konstrukcją centryczną a bardziej zaawansowaną konstrukcją potrójnie mimośrodową.

Przepustnice potrójnie mimośrodowe

Przepustnice potrójnie mimośrodowe to najbardziej zaawansowane rozwiązanie stosowane w wymagających aplikacjach przemysłowych. Konstrukcja opiera się na trzech przesunięciach osi, co eliminuje tarcie pomiędzy elementami uszczelniającymi w trakcie zamykania. Umożliwia to stosowanie uszczelnienia metal–metal oraz pracę w bardzo wysokich temperaturach i ciśnieniach przy zachowaniu wysokiej szczelności przy pełnym zamknięciu.

Najważniejsze cechy:

• bardzo wysoka szczelność
• odporność na wysokie temperatury i ciśnienia
• bardzo długa żywotność

Zastosowanie:

• energetyka
• instalacje parowe
• przemysł chemiczny i petrochemiczny

Typy przyłączy przepustnic – wafer, lug i kołnierzowe

Sposób montażu przepustnicy wpływa na jej eksploatację, serwisowanie oraz możliwości zastosowania w instalacji.

Przepustnice wafer (międzykołnierzowe)

Przepustnice wafer montowane są pomiędzy kołnierzami rurociągu. Ich główną zaletą jest kompaktowa budowa oraz niska masa, co czyni je rozwiązaniem ekonomicznym i szeroko stosowanym. Otwory znajdujące się na korpusie zaworu motylkowego służą do centrowania podczas montażu. W zależności do konstrukcji mogą być umieszczone jako 4 otwory centrujące po 2 na dole i 2 na górze. Zdarzają się też wykonania z dwoma otworami tylko na górze korpusu. Rozstaw otworów przeważnie obejmuje kilka klas przyłączeniowych jak np. PN10-16 oraz ANSI150

Przepustnice lug

Przepustnice typu lug posiadają gwintowane otwory montażowe, co umożliwia ich niezależne przykręcenie do kołnierzy instalacji.

Dzięki temu możliwy jest demontaż jednego odcinka rurociągu bez konieczności wyłączania całej instalacji, co ma duże znaczenie w systemach wymagających regularnego serwisowania lub na końcu zbiorników, które mogą być odłączone od instalacji przy zachowaniu szczelności. Dla przyłączy LUG ważna jest klasa ciśnienia przyłączy, gdyż rozstaw otworów jest dedykowany do konkretnej średnicy.

Przepustnice kołnierzowe

Przepustnice kołnierzowe lub dwukołnierzowe wyposażone są w pełne kołnierze przyłączeniowe podobnie jak to ma miejsce w zaworach kulowych. Stosowane są w instalacjach o dużych średnicach.  Konstrukcja przyłączy kołnierzowych ułatwia montaż w instalacji oraz jej późniejsze serwisowanie. Wadą takiego wykonania jest wyższy koszt produkcji i finalnie cena takiej przepustnicy. Dlatego najczęściej takie rozwiązanie spotykane jest w przepustnicach o dużych średnicach, ciśnieniu roboczym powyżej 16bar (przeważnie do 20bar lub 25bar) oraz w konstrukcjach z podwójnym lub potrójnymi mimośrodem

Materiały stosowane w przepustnicach przemysłowych

Dobór materiałów konstrukcyjnych powinien być zawsze uzależniony od rodzaju medium, temperatury oraz warunków pracy instalacji.

Korpus przepustnicy

Najczęściej stosowane materiały:

• żeliwo szare
• żeliwo sferoidalne (GGG40 / GJS)
• stal węglowa
• stal nierdzewna (np. 304, 316)

W instalacjach standardowych (woda, powietrze) najczęściej stosuje się żeliwo, natomiast w przypadku mediów agresywnych lub przemysłu spożywczego preferowana jest stal nierdzewna.

Dysk przepustnicy

Dysk przepustnicy wykonywany jest zazwyczaj ze:

• stali nierdzewnej (AISI304 lub CF8) lub stali kwasoodpornej (AISI316 lub CF8M)
• żeliwa z ocynkiem lub niklem
• Aluminium z brązem 
• Dyski powlekane np. teflonem PTFE lub PFA

W przypadku mediów ściernych (np. pyły, trociny) lub agresywnych zaleca się stosowanie dysków ze stali nierdzewnej, które zapewniają większą odporność eksploatacyjną. Ponadto dla mediów ściernych dostępne sa dedykowane rozwiązania przepustnic z system wydmuchu zanieczyszczeń z dysku. W praktyce przemysłowej jedną z najczęściej stosowanych konfiguracji są przepustnice z korpusem żeliwnym oraz dyskiem ze stali nierdzewnej, które przy odpowiednio dobranym uszczelnieniu stanowią rozwiązanie uniwersalne. Tego typu przepustnice łączą korzystną cenę z dobrą odpornością korozyjną i szerokim zakresem zastosowań – od instalacji HVAC po instalacje przemysłowe.

Uszczelnienia (manszeta) przepustnic – dobór do medium

Uszczelnienie jest jednym z kluczowych elementów wpływających na szczelność oraz trwałość przepustnicy. Najczęściej stosowane materiały uszczelnień to:

tzw. uszczelnienia (elastomery) miękkie

• NBR – odporność na oleje i smary
• EPDM – woda, powietrze, instalacje HVAC
• EPDM HT – podwyższona temperatura pracy
• FKM (Viton) – media agresywne i wysokie temperatury
• silikon – wysokie temperatury
• CSM – wysokie temperatury

oraz tzw. uszczelnienia twarde:

• PTFE – chemia i agresywne środowiska
• RTFE 
• Metal – Metal

Każde z tych uszczelnień inaczej reaguje z innym rodzajem medium. Nie ma jednego uniwersalnego uszczelnienia. Ze względu na różne typy instalacji przeważnie stosuje się uszczelnienie, które jest dedykowane do konkretnego medium. Dobór odpowiedniego uszczelnienia powinien uwzględniać takie czynniki jak temperaturę pracy,  właściwości chemiczne medium, ciśnienie robocze, szczelność przepustnicy oraz podatność na interakcje z typem substancji. Niekiedy może się zdarzyć, że nie ma idealnego rozwiązania i należy wybrać kompromis pomiędzy odpornością chemiczną a trwałością i szybkością zużycia manszety.

Przepustnice wysokociśnieniowe

W instalacjach wymagających wysokiej szczelności stosuje się przepustnice wysokociśnieniowe (np. do 20, 25 lub 40 bar), które spełniają wymagania klasy szczelności A. Ich konstrukcja opiera się na:

• wzmocnionych korpusach
• specjalnych uszczelnieniach głównych oraz wału
• materiałach o podwyższonej wytrzymałości

Zastosowanie obejmuje instalacje technologiczne o podwyższonych parametrach pracy, dla wymagających obiektów przemysłowych.

Sposoby sterowania przepustnicami

W zależności od wymagań instalacji przepustnice mogą być wyposażone w różne systemy sterowania. Najczęściej stosowane rozwiązania to:

• sterowanie ręczne (dźwignia)
• przekładnia ślimakowa
• napęd pneumatyczny (jednostronnego lub dwustronnego działania)
• napęd elektryczny (siłowniki on/off)
• napędy regulacyjne z płynną regulacją stopnia otwarcia

W nowoczesnych instalacjach przemysłowych coraz częściej stosuje się automatyzację, co pozwala na precyzyjne sterowanie przepływem medium. Zaletą przepustnic jest ich konstrukcja, która nie wymaga dużych momentów przesterowania w porównaniu np. do zaworów kulowych. W efekcie dobór siłowników jest łatwiejszy i korzystniejszy cenowo. Ma to znaczenie przy dużych średnicach. 

Miejsce montażu przepustnic – instalacje wewnętrzne i zewnętrzne

Dobór przepustnicy powinien uwzględniać nie tylko parametry medium, ale również warunki środowiskowe wynikające z miejsca montażu.

Montaż wewnątrz instalacji (wewnątrz budynków)

W przypadku montażu wewnątrz obiektów przemysłowych,  zawory motylkowe pracują w stabilniejszych warunkach środowiskowych, bez bezpośredniego wpływu czynników atmosferycznych. Najważniejsze cechy:

• stabilna temperatura otoczenia
• brak narażenia na opady i promieniowanie UV
• mniejsze wymagania w zakresie zabezpieczeń antykorozyjnych

Przy montażu wewnątrz obiektów, nie trzeba uwzględniać ujemnych temperatur, które panują podczas zimy. Dlatego bardzo popularnym materiałem korpusu jest żeliwo szare lub żeliwo sferoidalne, które powszechnie można stosować dla temperatur ujemnych do -10°C.

Montaż na zewnątrz (instalacje zewnętrzne)

W instalacjach zewnętrznych przepustnice narażone są na działanie zmiennych warunków atmosferycznych. Należy uwzględnić:

• odporność na temperatury ujemne
• odpowiedni dobór uszczelnień do pracy w niskich temperaturach
• zabezpieczenie antykorozyjne (powłoki lakiernicze, ocynk, stal nierdzewna)

W warunkach klimatycznych Polski armatura powinna być przystosowana do pracy w szerokim zakresie temperatur – od wartości ujemnych zimą (przeważnie -20 °C do -24 °C) do wysokich temperatur latem. Szczególne znaczenie ma również ochrona przed korozją, która bezpośrednio wpływa na trwałość oraz szczelność przepustnicy w długim okresie eksploatacji. Powszechnie stosowanym materiałem jest stal węglowa, która bez problemu może być stosowana w temperaturach zewnętrznych występujących w sposób ciągły dla wartości -29°C,  a nawet do -46 °C. Dyskusyjnym jest stosowanie przepustnic z korpusem żeliwnym. Dostępne są wykonania odporne do -20 °C, niemniej należy dokładnie zweryfikować jakie są wymagania Inwestorów i Inspektorów oraz jaki zakres temp. będzie znajdował się na tabliczce znamionowej.

Zastosowanie przepustnic w instalacjach gazowych

Zakres zastosowania przepustnic w instalacjach gazowych zależy od ich funkcji oraz miejsca montażu. Stosowane są m.in. w:

• instalacjach zasilających palniki
• systemach spalania
• stacjach gazowych i nawanialniach gazu
• punktach redukcyjno-pomiarowych
• rurociągach przesyłowych
• przyłączach gazowych do kotłowni gazowych lub obiektów technologicznych z promiennikami gazu

Pełnią funkcję regulacyjną oraz odcinającą. Niezależnie od sposobu pracy, przepustnice do gazu muszą mieć odpowiednie dopuszczenia potwierdzające szczelność zaworów motylkowych i kompatybilność uszczelki z tym wybuchowym medium. Najbezpieczniejsze w użytku są modele posiadające certyfikacje wg dyrektywy PED 2014/68/UE dla medium z gr. 1 (medium wybuchowe) lub z dopuszczeniami  potwierdzonymi przez niezależne jednostki notyfikujące np. Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy (INiG-PIB) lub certyfikaty DVGW dla gazu. Niekiedy akceptowane są zwykłe deklaracje przez dostawców na kompatybilność z gazem ziemnym, ale nie zawsze inspektorzy akceptują taki dukument w przypadku gdy certyfikacja PED 2014/68/UE jest tylko dla medium z grupy 2 (dla medium niewybuchowego)

Przepustnice, a strefy zagrożenia wybuchem (ATEX)

W instalacjach, w których występuje ryzyko wybuchu, przepustnice muszą spełniać wymagania dyrektywy ATEX. W praktyce strefy zagrożenia wybuchem moga występować

• wewnątrz budynków, najczęściej występują strefy 1
• na zewnątrz najczęściej strefy 2

Dokładne określenie strefy zagrożenia wybuchem wymaga przygotowania opracowania, tak by dokładnie określić ryzyko eksplozji. Dlatego dobór odpowiedniego wykonania zaworów motylkowych jest kluczowy dla zapewnienia bezpieczeństwa instalacji. Istotne jest też, to czy przepustnice mają stosowane oznakowanie na tabliczce znamionowej.

Jak dobrać przepustnicę przemysłową

Dobór przepustnicy powinien uwzględniać kilka kluczowych parametrów:

• rodzaj medium (gaz, powietrze, pył)
• temperaturę pracy
• ciśnienie robocze
• wymagania szczelności
• materiał wykonania
• typ przyłącza (wafer, lug, kołnierzowe)

Prawidłowo dobrana przepustnica zapewnia bezpieczną, stabilną i długotrwałą pracę instalacji. W przypadku dodatkowych pytań serdecznie zapraszamy do działu technicznego firmy Mixflow-Energy, w celu dodatkowych konsultacji.