Przepustnice przemysłowe (zawory motylkowe ) – budowa i zastosowanie

Przepustnice, nazywane alternatywnie zaworami motylkowymi, to jedna z najczęściej wybieranych armatur odcinających i regulacyjnych w instalacjach przemysłowych. Ich popularność wynika z prostoty konstrukcji, niewielkiej wagi w porównaniu do innych typów zaworów oraz szerokiego zakresu zastosowań: od wody i sprężonego powietrza, przez glikole i oleje, po gazy techniczne, biogaz, a nawet wodór. W tym artykule wyjaśniamy, czym dokładnie jest przepustnica, jakie ma rodzaje konstrukcji, z jakich materiałów i uszczelnień się ją wykonuje, jak prawidłowo dobrać ją do instalacji oraz kiedy wymagane są dodatkowe certyfikaty (ATEX, PED, DVGW).

1. Co to jest przepustnica i kiedy się ją stosuje

Przepustnica (zawór motylkowy) to armatura odcinająco-regulacyjna, w której przepływ medium kontrolowany jest przez obrotowy dysk (klapę) osadzony na trzpieniu, obracający się wewnątrz korpusu o ćwierć obrotu (0–90°). W pozycji zamkniętej dysk blokuje przepływ w rurociągu, w pozycji otwartej ustawia się równolegle do kierunku przepływu, minimalizując opory.

Zalety przepustnic:

• Niewielka waga i kompaktowa, krótka długość zabudowy (face-to-face) w porównaniu do zaworów kulowych czy grzybkowych. Przekłada się na niższe koszty montażu instalacji, mniejsze obciążenie wagowe rurociągu i łatwiejszy montaż w ciasnych przestrzeniach,
• Niższy koszt zakupu przy dużych średnicach (już nawet od średnicy DN100 w górę przewaga cenowa nad zaworami kulowymi rośnie bardzo wyraźnie),
• Korpus przepustnicy izolowany jest od przepływającego medium poprzez wewnętrzne uszczelnienie (manszetę). Dzięki czemu dobór materiału dysku i uszczelnienia odpornego na dane medium  ogranicza się wyłącznie do elementów wewnętrznych zaworu motylkowego. Materiał korpusu zaś dobiera się niezależnie, w zależności od miejsca montażu np. na zewnątrz lub wewnątrz obiektu lub agresywne warunki środowiskowe. Jest to duża zaleta względem np. zaworów kulowych, gdzie z medium styka się cała komora wewnętrzna (czyli korpus) oraz kula (element wykonawczy).
• Zwykle mniejszy moment obrotowy potrzebny do przesterowania niż w porównywalnym zaworze kulowym (mniejsza powierzchnia styku elementu zamykającego z uszczelnieniem), co przy automatyzacji często pozwala zastosować mniejszy i tańszy napęd. Dokładna różnica zależy jednak od konkretnej konstrukcji, wielkości i typu siedziska,
• Możliwość pracy zarówno jako armatura odcinająca (on/off), jak i regulacyjna,
• Prosta konserwacja i wymiana uszczelnień w wielu konstrukcjach.

Wady przepustnic:

• Większy spadek ciśnienia niż w pełnoprzelotowym zaworze kulowym (dysk zawsze częściowo znajduje się w świetle przepływu, nawet w pozycji otwartej),
• Ograniczona odporność na medium ścierne w tańszych konstrukcjach centrycznych (rozwiązaniem są tu przepustnice do mediów ściernych ze wzmocnionym uszczelnieniem i powłokami dysku),
• W standardowym wykonaniu miękkim (elastomerowym) niższa szczelność przy bardzo wysokich ciśnieniach i temperaturach niż w konstrukcjach z uszczelnieniem metal-metal.
• Brak małych średnic. Ze względu na swoją konstrukcję, przepustnice dostępne są przeważnie od średnicy DN40.

Przepustnica vs zawór kulowy vs zawór grzybkowy – porównanie

Parametr	Przepustnica	Zawór kulowy	Zawór grzybkowy
Waga i długość zabudowy	Mała, kompaktowa	Większa przy dużych DN	Duża
Spadek ciśnienia	Średni	Bardzo niski (pełny przelot)	Wysoki
Koszt przy dużych DN	Niski	Wysoki	Wysoki
Regulacja przepływu	Dobra	Brak zastosowania (ewentualnie kule typu V – ograniczona trwałość)	Bardzo dobra
Typowe zastosowanie	Woda, gazy, media przemysłowe, rurociągi o dużych średnicach	Instalacje ciepłownicze, olejowe media agresywne, wysokie ciśnienia, małe średnice	Precyzyjna regulacja przepływu, para i kondensat

 

2. Konstrukcje przepustnic przemysłowych

W zależności od położenia osi trzpienia względem osi dysku i korpusu, wyróżnia się trzy podstawowe konstrukcje:

• Przepustnice centryczne – oś trzpienia pokrywa się z osią dysku i osią korpusu. To najprostsza i najtańsza konstrukcja, sprawdzająca się do ciśnień roboczych do ok. 16 bar. Typowe zastosowanie: woda, sprężone powietrze, media neutralne. Zobacz przepustnice centryczne do 16 bar.
• Przepustnice mimośrodowe (2-mimośrodowe) – oś trzpienia jest przesunięta względem osi dysku, co ogranicza tarcie uszczelnienia o dysk podczas otwierania/zamykania i wydłuża żywotność uszczelki. Stosowane przy wyższych ciśnieniach i częstszej cyklice pracy. Zobacz przepustnice mimośrodowe.
• Przepustnice 3-mimośrodowe (triple offset) – dodatkowe, trzecie przesunięcie (stożkowy kształt uszczelnienia dysku) pozwala na zastosowanie uszczelnienia metal-metal zamiast elastomerowego. Dzięki temu przepustnice triple offset pracują w wysokich temperaturach, wysokich ciśnieniach i zapewniają szczelność klasy zbliżonej do zaworów kulowych/grzybkowych – kosztem wyższej ceny.

3. Typy przyłączy przepustnic – Wafer, Lug i kołnierzowe

• Wafer (otwory przelotowe) – przepustnica montowana bezpośrednio między kołnierzami rurociągu, ściskana wspólnymi śrubami przechodzącymi przez cały układ. Najtańsze i najlżejsze rozwiązanie, ale demontaż jednej strony rurociągu wymaga rozłączenia całego odcinka.
• Lug (otwory gwintowane) – korpus ma gwintowane otwory, do których śruby wkręcane są z obu stron osobno. Umożliwia to zdemontowanie jednej strony rurociągu przy zamkniętej przepustnicy (np. do przeglądu odcinka instalacji) bez rozszczelniania drugiej strony – istotna przewaga przy instalacjach końcowych (dead-end service).
• Kołnierzowe – korpus przepustnicy ma własne, integralne kołnierze łączone bezpośrednio z kołnierzami rurociągu za pomocą osobnych kompletów śrub po obu stronach. Stosowane głównie przy większych średnicach i wyższych ciśnieniach/temperaturach, gdzie wymagana jest większa sztywność połączenia.

4. Materiały stosowane w przepustnicach przemysłowych

Dobór materiału korpusu i dysku zależy przede wszystkim od medium, ciśnienia, temperatury i wymogów korozyjnych:

• Żeliwo szare – podstawowy, ekonomiczny materiał do zastosowań ogólnoprzemysłowych, wody, sprężonego powietrza. Przeważnie do zastosowań wewnątrz obiektów bez narażenia na ujemną temp. zewnętrzną. Certyfikacja przeważnie dla Tmin: -10 °C (czasami -15 °C).
• Żeliwo sferoidalne (ductile iron) – wyższa wytrzymałość mechaniczna i odporność na uderzenia niż żeliwo szare, stosowane przy wyższych ciśnieniach oraz w instalacjach gazowych i wodociągowych. Podobnie jak żeliwo szare, ten materiał traci swoją wytrzymałość mechaniczną w warunkach ciągłej pracy w ujemnej temperaturze np. otoczenia w zimie. Głównie montowany wewnątrz obiektów. Niemniej dla tego materiału występują na rynku wykonania z dopuszczeniem do pracy Tmin: -20 °C.
• Korpus czarny (stal węglowa) – stosowany przy wyższych temperaturach i ciśnieniach, w instalacjach procesowych i energetycznych. Zaletą stali węglowej jest również możliwość ciągłej pracy w ujemnej temperaturze zewnętrznej np. z testem udarności na -29°C lub -46°C (w zależności od typu stali). 
• Stal nierdzewna (AISI 316/316L i podobne) – wymagana w środowiskach korozyjnych, w przemyśle spożywczym, chemicznym, farmaceutycznym oraz wszędzie tam, gdzie żeliwo lub staliwo nie zapewnia wystarczającej odporności chemicznej.

Materiał dysku dobiera się analogicznie, często niezależnie od materiału korpusu, np. korpus żeliwny z dyskiem ze stali nierdzewnej, co jest częstym, ekonomicznym kompromisem. Takie rozwiązanie jest możliwe dzięki temu, że w wielu konstrukcjach przepustnic korpus nie ma bezpośredniej styczności z medium. Jest izolowany od medium przez wewnętrzną wykładzinę uszczelnienia (elastomerową lub PTFE), a bezpośredni kontakt z medium ma jedynie dysk i samo uszczelnienie. Dzięki temu dobór materiału odpornego korozyjnie można ograniczyć do dysku, zamiast stosować drogi materiał na cały korpus – co obniża koszt całego zaworu.

5. Jakie są rodzaje uszczelnień

Uszczelnienie (siedzisko) przepustnicy ma kluczowe znaczenie dla kompatybilności z medium, zakresu temperatury pracy i trwałości. Najczęściej stosowane materiały:

• NBR (kauczuk nitrylowy) – dobra odporność na oleje mineralne i węglowodory, zakres temperatur ok. -20°C do +100°C. Standard do wody, oleju, sprężonego powietrza, a także wielu gazów technicznych, w tym gazu ziemnego.
• EPDM – bardzo dobra odporność na wodę (zimną i gorącą), parę, wiele chemikaliów, ale niekompatybilny z olejami mineralnymi i węglowodorami. Szeroko stosowany w wodociągach i ciepłownictwie.
• EPDM HT (wysokotemperaturowy) – rozszerzony zakres temperatur, stosowany przy gorącej wodzie i parze niskoprężnej. Zobacz przepustnice wysokotemperaturowe.
• FKM (Viton) – wysoka odporność chemiczna, na oleje, paliwa, wysokie temperatury (do ok. +200°C), stosowany w przemyśle chemicznym, petrochemii, olejach.
• PTFE – najwyższa odporność chemiczna spośród materiałów uszczelniających, obojętny wobec niemal wszystkich mediów agresywnych, szeroki zakres temperatur. Stosowany tam, gdzie elastomery zawodzą. Jest to jednak materiał stosunkowo drogi, dlatego wykorzystuje się go głównie w najbardziej wymagających aplikacjach. PTFE jest też materiałem dość twardym i mało elastycznym, więc pełną szczelność po domknięciu potrafią zapewnić tylko przepustnice najwyższej jakości. Kluczowe znaczenie ma tu właściwa podkładka pod manszetą PTFE – zwykle z Vitonu lub silikonu, czyli materiałów miękkich, które lepiej dopasowują manszetę do kształtu dysku i tym samym podnoszą szczelność zaworu. Zobacz przepustnice z PTFE.
• CSM (Hypalon) – Stosowany w kontakcie z medium typu kwasy, zasady mineralne, alkohole, węglowodory. Mają dobrą odporność na ozon, promieniowanie UV oraz część mediów utleniających, stosowany w zastosowaniach zewnętrznych i przy dłuższej ekspozycji na warunki atmosferyczne.
• Silikon – szeroki zakres temperatur pracy oraz dopuszczenia do kontaktu z żywnością, słabsza odporność na węglowodory i oleje mineralne.

Ogólny zestaw uszczelnień elastomerowych (NBR, EPDM, FKM) znajdziesz w kategorii przepustnice z miękkim uszczelnieniem.

Uszczelnienia do mediów ściernych

Przy mediach ściernych, sypkich i proszkowych (zawiesiny, media z zanieczyszczeniami stałymi) standardowe elastomery szybko się zużywają, dlatego stosuje się dedykowane rozwiązania: uszczelnienia z PU (poliuretanu), odpornego na ścieranie znacznie lepiej niż typowe elastomery, które dostępne jest m.in. w serii przepustnic do mediów ściernych BVKI / BLKI, oraz serię BVDL / BLDL z zaawansowanym systemem inflatable soft seated (siedzisko pneumatycznie dociskane). W tym rozwiązaniu siedzisko jest dociskane do dysku wyłącznie w pozycji zamkniętej, zapewniając pełną szczelność (klasa A wg EN 12266). Podczas otwierania i zamykania dysk nie styka się z siedziskiem, co eliminuje tarcie, znacząco redukuje zużycie uszczelnienia i obniża wymagany moment obrotowy.

6. Miejsce montażu przepustnic

Przy doborze przepustnicy istotne jest środowisko, w którym będzie pracować:

• Montaż wewnętrzny – hale produkcyjne, kotłownie, pomieszczenia techniczne – standardowe wykonania są zazwyczaj wystarczające.
• Montaż zewnętrzny – wymaga uwzględnienia odporności na warunki atmosferyczne (UV, wilgoć, cykle mrozowe), stąd znaczenie odpowiednich powłok antykorozyjnych korpusu.
• Środowiska agresywne chemicznie (zakłady chemiczne, oczyszczalnie ścieków, przemysł spożywczy z myciem CIP) – wymagają doboru materiału korpusu (stal nierdzewna) i uszczelnienia (FKM, PTFE) odpornego na konkretne medium czyszczące lub procesowe.
• Strefy zagrożone wybuchem (ATEX) – wymagają odrębnej analizy, którą szczegółowo opisujemy w punkcie 9.

7. Sposoby sterowania przepustnicami

• Rękojeść ręczna – najprostsze rozwiązanie do mniejszych średnic, z możliwością blokady w wybranej pozycji.
• Przekładnia ślimakowa – stosowana przy większych średnicach, gdzie moment potrzebny do obrotu dysku jest zbyt duży dla samej rękojeści; umożliwia płynne, kontrolowane otwieranie/zamykanie.
• Napęd elektryczny (on/off) – automatyzacja pracy zaworu, zdalne sterowanie i sygnalizacja położenia, możliwość integracji z systemem BMS/SCADA. Zobacz napędy elektryczne.
• Napęd pneumatyczny (jednostronnego lub dwustronnego działania) – szybkie działanie, często stosowany w instalacjach procesowych i tam, gdzie dostępne jest sprężone powietrze sterujące. Zobacz napędy pneumatyczne.
• Napędy regulacyjne – umożliwiają płynną, proporcjonalną regulację przepływu (nie tylko on/off), sterowane sygnałem analogowym (np. 4-20mA). Ten typ napędu może być wykonany zarówno jako elektryczny, jak i pneumatyczny wyposażony w tzw. elektro-pozycjoner, przetwarzający sygnał sterujący na proporcjonalne ustawienie kąta otwarcia dysku. Zobacz napędy regulacyjne.

Pełną ofertę napędów znajdziesz w kategorii napędy do zaworów, a przepustnice z gotowo zamontowanym napędem – w kategorii przepustnice z napędami.

8. Jak dobrać przepustnicę przemysłową

Prawidłowy dobór przepustnicy wymaga uwzględnienia kilku parametrów jednocześnie:

• Średnica nominalna (DN) – przepustnice dostępne są w bardzo szerokim zakresie średnic, od DN40 aż do DN1500, co czyni je uniwersalnym rozwiązaniem zarówno dla średnich instalacji, jak i dużych magistrali przemysłowych.
• Ciśnienie nominalne (PN) i ciśnienie robocze – standardowe konstrukcje centryczne pokrywają zakres do ok. 16 bar, konstrukcje wysokociśnieniowe (mimośrodowe/triple offset) sięgają 20, 25, a nawet 40 bar. Zobacz przepustnice wysokociśnieniowe 20-25-40 bar.
• Temperatura maksymalna medium (Tmax) – decyduje o wyborze uszczelnienia (patrz punkt 5) oraz konstrukcji (elastomerowa vs metal-metal w triple offset).
• Rodzaj medium – determinuje materiał korpusu, dysku i uszczelnienia (odporność chemiczna, ścieralność, dopuszczenie do kontaktu z żywnością/gazem).
• Długość zabudowy (face-to-face) – istotna przy modernizacji istniejących instalacji, gdzie liczy się dostępna przestrzeń montażowa; przepustnice mają tu wyraźną przewagę nad zaworami kulowymi i grzybkowymi.
• Sposób sterowania – ręczny czy automatyczny, on/off czy regulacja proporcjonalna (patrz punkt 7).

9. Rozwiązania specjalne do mediów gazowych i strefy ATEX

Certyfikacja PED i zastosowanie z gazami

Zgodnie z dyrektywą ciśnieniową PED 2014/68/UE płyny dzieli się na dwie grupy: grupę 1 – substancje niebezpieczne (łatwopalne, wybuchowe, utleniające, toksyczne) oraz grupę 2 – pozostałe płyny. Gaz ziemny, biogaz i inne gazy palne należą do grupy 1.

W praktyce oznacza to, że sama certyfikacja PED dla grupy 2 nie uprawnia automatycznie do stosowania przepustnicy z gazem ziemnym. Producent musi uzyskać dodatkowy dokument potwierdzający, np. certyfikat DVGW (certyfikacja powszechnie uznawana w branży gazowniczej w Europie). Jeśli natomiast przepustnica jest od razu certyfikowana łącznie dla grupy 1 i 2 płynów, obejmuje to z automatu każdy gaz wybuchowy (nie tylko gaz ziemny) i osobny certyfikat np. DVGW nie jest już wymagany. Dobór ogranicza się wówczas wyłącznie do właściwej uszczelki pod konkretne medium gazowe. Nasza oferta przepustnic do gazów obejmuje wykonania do DN800 i ciśnień do 25 bar, przeznaczone m.in. do gazu ziemnego, LPG, biogazu i gazu koksowniczego.

ATEX – kiedy przepustnica wymaga oznakowania Ex

To, czy dany zawór lub napęd faktycznie podlega dyrektywie 2014/34/UE (Atex), zależy od indywidualnej analizy zagrożeń zapłonowych (Ignition Hazard Assessment) przeprowadzonej przez producenta armatury, zgodnie z normami EN ISO 80079-36/-37 oraz EN 1127-1. Rozporządzenie wdrażające dyrektywę 1999/92/WE określa też
domyślną zasadę doboru kategorii urządzeń do strefy (strefa 0/20 – kategoria 1; strefa 1/21 – kategoria 1 lub 2; strefa 2/22 – kategoria 1, 2 lub 3) – chyba że DZPW (Dokument Zabezpieczenia przed Wybuchem), sporządzony na podstawie oceny ryzyka, stanowi inaczej. Dla wytycznych ATEX warto rozróżnić dwie niezależne dyrektywy unijne, które odpowiadają za:

• Dyrektywa 2014/34/UE (ATEX): dotyczy producenta armatury oraz napędów. Określa, jakie urządzenia mogą trafić na rynek, kiedy podlegają dyrektywie (czyli mają własne potencjalne źródło zapłonu – iskry, łuk elektryczny, nadmierne nagrzewanie, ładunek elektrostatyczny) i jak mają być oznakowane.
• Dyrektywa 1999/92/WE (w Polsce wdrożona Rozporządzeniem Ministra Gospodarki z 8 lipca 2010 r., Dz.U. 2010 nr 138 poz. 931). Dotyczy inwestora/użytkownika instalacji: nakłada obowiązek sporządzenia Dokumentu Zabezpieczenia przed Wybuchem (DZPW), w którym na podstawie oceny ryzyka określa się, jakie urządzenia i w jakiej kategorii można zastosować w danej strefie.

Dlatego, ze względu na rodzaj sterowania oraz miejsce montażu, przy weryfikacji dokumentów można podzielić wymagania ze względu na rodzaj sterowania:

• Ręczne (rękojeść, przekładnia): Zależy to od analizy zagrożeń zapłonowych przeprowadzonej przez producenta. W praktyce najczęściej ocenianym ryzykiem jest tu ładunek elektrostatyczny (zwłaszcza przy wykładzinach elastomerowych/PTFE), rzadziej iskrzenie mechaniczne. Część producentów, powołując się na branżowe wytyczne dotyczące dyrektywy ATEX dla armatury ręcznej, traktuje te urządzenia jako nieposiadające własnego źródła zapłonu, o ile przeprowadzona ocena zagrożenia nie wykaże ryzyka elektrostatycznego ani iskrzenia mechanicznego. Wtedy taka przepustnica nie wymaga osobnego oznakowania Ex na tabliczce znamionowej. Inni oferują w pełni certyfikowane warianty Ex. Decydująca jest zawsze dokumentacja konkretnego modelu, nie sama kategoria „zawór ręczny”.
• Napęd elektryczny: Ze względu na własne źródło zapłonu (silnik, styki, ewentualne wyłączniki krańcowe), przy zastosowaniach w strefach zagrożenia wybuchem musi posiadać pełne oznakowanie ATEX odpowiadające strefie montażu (np. II 2G dla strefy 1). Certyfikowana obudowa napędu (np. w wykonaniu ognioszczelnym Ex d) jest skonstruowana tak, by żadna iskra ani łuk elektryczny powstający wewnątrz nie mógł wydostać się na zewnątrz. 
• Napęd pneumatyczny: Konstrukcja napędu składa się zasadniczo z elementów mechanicznych bez własnego źródła zapłonu. Jednak ze względu na konstrukcje i sposób działania (np. ryzyko uderzenia tłoka o ograniczniki skoku, tarcie w cyklicznej pracy), napędy nie są automatycznie zwolnione z certyfikacji Atex dla zastosowań w strefach wybuchowych. Dlatego przy certyfikacji Ex podlegają dyrektywie 2014/34/UE na tych samych zasadach co każde inne urządzenie.
• Zestaw zawór + napęd:  W przypadku automatyzacji armatury zaworowej w tym przepustnic, wymogi certyfikatu Atex dla napędów są jak powyżej. Ze względu na potencjalne źródła zapłonów napędy muszą posiadać certyfikację Atex przy zastosowaniach w strefie zagrożenia wybuchem. Natomiast przy łączeniu zaworu z napędem nie ma odrębnych i specjalnych certyfikatów dla całego zestawu. Najbezpieczniej jest stosować zawory, które posiadają oznakowanie Ex, lub są w wykonaniu Antistatic (konstrukcja gwarantująca odprowadzanie ładunków elektrostatycznych z wewnątrz zaworu). Niemniej brak oznakowania Ex nie przekreśla możliwości wyposażenia takiego zaworu w siłownik Ex. Ostateczną odpowiedzialność za dobór do konkretnej strefy dedykowanego zaworu ponosi Inwestor / Projektant bazujący na opracowaniu DZPW (Dokument
  Zabezpieczenia przed Wybuchem).

UWAGA – WAŻNE!

Brak oznakowania Ex na zaworze nie jest samo w sobie wystarczającą podstawą do zastosowania go w strefie zagrożonej wybuchem. Potrzebna jest udokumentowana
deklaracja lub analiza potwierdzająca brak źródła zapłonu.  To właśnie ten dokument jest podstawą przy sporządzaniu DZPW dla konkretnej instalacji. Sam brak oznakowania Ex, bez żadnej towarzyszącej dokumentacji, nie powinien być odczytywany, że armatura automatycznie jest zwolniona z certyfikacji zgodnie z dyrektywą Atex. 

FAQ – najczęstsze pytania o przepustnice przemysłowe

---

Potrzebujesz pomocy w doborze przepustnicy do konkretnej instalacji? Skontaktuj się z nami – doradzimy odpowiednią konstrukcję, materiał i certyfikację pod Twoje medium i strefę pracy.