Къде се използват вентилите: Навсякъде!

08 ноември 2017 г. Написано от Грег Джонсън

Вентилите могат да бъдат намерени почти навсякъде днес: в домовете ни, под улицата, в търговски сгради и на хиляди места в електрически и водни централи, фабрики за хартия, рафинерии, химически заводи и други индустриални и инфраструктурни съоръжения.
Индустрията на вентилите е наистина широка, като сегментите варират от разпределение на вода до ядрена енергия до нефт и газ нагоре и надолу по веригата. Всяка от тези индустрии за крайни потребители използва някои основни типове клапани; въпреки това детайлите на конструкцията и материалите често са много различни. Ето една извадка:

ВОДА РАБОТИ
В света на разпределението на водата наляганията почти винаги са относително ниски, а температурите на околната среда. Тези два факта за приложение позволяват редица елементи от дизайна на клапаните, които не биха били намерени при по-предизвикателно оборудване, като високотемпературни парни вентили. Температурата на околната среда на водата позволява използването на еластомери и гумени уплътнения, които не са подходящи другаде. Тези меки материали позволяват да се оборудват водни клапани за плътно затваряне на капките.

Друго съображение при вентилите за вода е изборът на строителни материали. Чугуните се използват широко във водни системи, особено линии с голям външен диаметър. Много малки линии могат да се обработват доста добре с бронзови материали за клапани.

Наляганията, които виждат повечето водопроводни вентили, обикновено са доста под 200 psi. Това означава, че не са необходими конструкции с по-дебели стени с високо налягане. Като се има предвид това, има случаи, при които водните клапани са изградени да се справят с по-високи налягания, до около 300 psi. Тези приложения обикновено са на дълги акведукти близо до източника на налягане. Понякога водни клапани с по-високо налягане също се намират в точките с най-високо налягане във висок язовир.

Американската асоциация за водоснабдяване (AWWA) издаде спецификации, обхващащи много различни видове клапани и задвижки, използвани във водоснабдителни приложения.

ОТПАДЪЧНИ ВОДИ
Обратната страна на прясната питейна вода, която влиза в съоръжение или структура, е изходът на отпадъчните води или канализацията. Тези линии събират всички отпадъчни течности и твърди вещества и ги насочват към пречиствателна станция за отпадни води. Тези пречиствателни станции разполагат с много тръбопроводи с ниско налягане и клапани, за да изпълняват своята „мръсна работа“. Изискванията за вентилите за отпадни води в много случаи са много по-меки от изискванията за чиста вода. Железните шибъри и възвратните клапани са най-популярният избор за този вид услуга. Стандартните вентили в тази услуга са изградени в съответствие със спецификациите на AWWA.

ЕНЕРГЕТИКА
По-голямата част от електроенергията, генерирана в Съединените щати, се генерира в парни централи, използващи изкопаеми горива и високоскоростни турбини. Отлепването на капака на модерна електроцентрала би дало изглед на тръбопроводни системи с високо налягане и висока температура. Тези главни линии са най-критичните в процеса на производство на парна енергия.

Шибърните вентили остават основен избор за приложения за включване/изключване на електроцентрали, въпреки че се срещат и вентили със специално предназначение, Y-модел. Сферичните кранове с висока производителност и критично обслужване набират популярност сред някои дизайнери на електроцентрали и навлизат в този свят, доминиран някога от линейни вентили.

Металургията е от решаващо значение за вентилите в енергийните приложения, особено тези, работещи в свръхкритични или ултра-суперкритични работни диапазони на налягане и температура. F91, F92, C12A, заедно с няколко инконел и сплави от неръждаема стомана, обикновено се използват в днешните електроцентрали. Класовете на налягане включват 1500, 2500 и в някои случаи 4500. Модулиращият характер на пиковите електроцентрали (тези, които работят само при необходимост) също поставя огромно напрежение върху клапаните и тръбопроводите, изисквайки здрави конструкции, за да се справят с екстремната комбинация от цикличност, температура и налягане.
В допълнение към главната парна клапа, електроцентралите са заредени със спомагателни тръбопроводи, изпълнени с безброй шибъри, сферични, възвратни, дроселови и сферични кранове.

Атомните електроцентрали работят на същия принцип парна/високоскоростна турбина. Основната разлика е, че в атомната електроцентрала парата се създава от топлина от процеса на делене. Клапаните на атомните електроцентрали са подобни на своите братовчеди, работещи с изкопаеми горива, с изключение на тяхното родословие и допълнителното изискване за абсолютна надеждност. Ядрените вентили се произвеждат по изключително високи стандарти, като документацията за квалификация и проверка запълва стотици страници.

ДОБИВ НА НЕФТ И ГАЗ
Нефтените и газовите кладенци и производствените съоръжения често използват клапани, включително много тежкотоварни клапани. Въпреки че вече няма вероятност да се появят бликащи петрол, изхвърлящи стотици фута във въздуха, изображението илюстрира потенциалното налягане на подземния нефт и газ. Ето защо главите на кладенците или коледните елхи се поставят на върха на дългата тръба на кладенеца. Тези възли, с тяхната комбинация от клапани и специални фитинги, са проектирани да се справят с налягания над 10 000 psi. Въпреки че рядко се среща в кладенци, изкопани на сушата в наши дни, изключително високото налягане често се среща в дълбоки офшорни кладенци.

Проектирането на оборудването за кладенци е обхванато от спецификации на API като 6A, Спецификация за оборудване за кладенци и коледно дърво. Вентилите, включени в 6A, са проектирани за изключително високи налягания, но умерени температури. Повечето коледни елхи съдържат шибъри и специални вентили, наречени дросели. Дроселите се използват за регулиране на потока от кладенеца.

В допълнение към самите кладенци, много спомагателни съоръжения запълват нефтено или газово находище. Процесното оборудване за предварителна обработка на петрола или газа изисква редица клапани. Тези клапани обикновено са от въглеродна стомана, класифицирана за по-ниски класове.

Понякога силно корозивна течност - сероводород - присъства в потока от суров петрол. Този материал, наричан още кисел газ, може да бъде смъртоносен. За да се преодолеят предизвикателствата на киселинния газ, трябва да се следват специални материали или техники за обработка на материали в съответствие с NACE International спецификация MR0175.

ОФШОРНА ИНДУСТРИЯ
Тръбопроводните системи за офшорни нефтени платформи и производствени съоръжения съдържат множество клапани, изградени по много различни спецификации, за да се справят с голямото разнообразие от предизвикателства за контрол на потока. Тези съоръжения също съдържат различни вериги на системата за управление и устройства за освобождаване на налягането.

За съоръженията за производство на нефт, артериалното сърце е действителната тръбопроводна система за възстановяване на нефт или газ. Макар и не винаги на самата платформа, много производствени системи използват коледни елхи и тръбопроводни системи, които работят в негостоприемните дълбочини от 10 000 фута или повече. Това производствено оборудване е създадено в съответствие с много строги стандарти на Американския петролен институт (API) и е посочено в няколко препоръчителни практики (RPs) на API.

На повечето големи нефтени платформи се прилагат допълнителни процеси към суровата течност, идваща от устието на кладенеца. Те включват отделяне на водата от въглеводородите и отделяне на газ и течности от природен газ от флуидния поток. Тези тръбопроводни системи след коледната елха обикновено са изградени според тръбопроводните кодове B31.3 на Американското дружество на машинните инженери с клапани, проектирани в съответствие със спецификациите на API за клапани като API 594, API 600, API 602, API 608 и API 609.

Някои от тези системи може също да съдържат шибърни, сферични и възвратни клапани API 6D. Тъй като всички тръбопроводи на платформата или сондажния кораб са вътрешни за съоръжението, строгите изисквания за използване на клапани API 6D за тръбопроводи не се прилагат. Въпреки че в тези тръбопроводни системи се използват множество типове вентили, избраният тип клапан е сферичният кран.

ТРЪБОПРОВОДИ
Въпреки че повечето тръбопроводи са скрити от погледа, тяхното присъствие обикновено е очевидно. Малки знаци, указващи „нефтопровод“ са един очевиден индикатор за наличието на подземни транспортни тръбопроводи. Тези тръбопроводи са оборудвани с много важни клапани по цялата им дължина. Аварийните спирателни вентили на тръбопроводите се намират на интервали, определени от стандарти, кодекси и закони. Тези клапани служат за жизненоважна услуга за изолиране на участък от тръбопровод в случай на теч или когато се изисква поддръжка.

Също така по маршрута на тръбопровода са разпръснати съоръжения, където линията излиза от земята и има достъп до линията. Тези станции са домът на оборудването за изстрелване на „свине“, което се състои от устройства, вкарани в тръбопроводите за проверка или почистване на линията. Тези станции за изстрелване на прасета обикновено съдържат няколко клапана, шибърни или топкови. Всички клапани на тръбопроводната система трябва да са с пълно отваряне (пълно отваряне), за да позволят преминаването на прасета.

Тръбопроводите също се нуждаят от енергия за борба с триенето на тръбопровода и поддържане на налягането и потока на тръбопровода. Използват се компресорни или помпени станции, които изглеждат като малки версии на технологична инсталация без високите кули за пукнатини. Тези станции са дом на десетки шибърни, сферични и възвратни тръбопроводни кранове.
Самите тръбопроводи са проектирани в съответствие с различни стандарти и кодове, докато тръбопроводните клапани следват API 6D тръбопроводни клапани.
Има и по-малки тръбопроводи, които захранват къщи и търговски структури. Тези линии осигуряват вода и газ и са защитени от спирателни вентили.
Големите общини, особено в северната част на Съединените щати, осигуряват пара за отопление на търговски клиенти. Тези линии за подаване на пара са оборудвани с различни клапани за контрол и регулиране на подаването на пара. Въпреки че флуидът е пара, наляганията и температурите са по-ниски от тези, установени при производството на пара в електроцентрали. В тази услуга се използват различни типове вентили, въпреки че почтеният щепселен вентил все още е популярен избор.

РАФИНИРАНЕ И НЕФТОХИМИКАЛИ
Рафинерийните клапани представляват по-голяма промишлена употреба на клапани, отколкото всеки друг сегмент на клапани. Рафинериите са дом както на корозивни течности, така и в някои случаи на високи температури.
Тези фактори диктуват как се изграждат вентилите в съответствие със спецификациите за проектиране на вентили API като API 600 (шибри), API 608 (сферични кранове) и API 594 (възвратни клапани). Поради тежката работа, с която се сблъскват много от тези клапани, често е необходима допълнителна квота за корозия. Това разрешение се проявява чрез по-големи дебелини на стените, които са посочени в проектните документи на API.

На практика всеки основен тип клапан може да се намери в изобилие в типична голяма рафинерия. Вездесъщият шибър все още е кралят на хълма с най-голямо население, но четвърт оборотните вентили заемат все по-голяма част от техния пазарен дял. Четвърт оборотните продукти, които навлизат успешно в тази индустрия (която също някога е била доминирана от линейни продукти), включват високоефективни тройни офсетни дроселни клапи и сферични кранове с метално гнездо.

Стандартните шибъри, сферични и възвратни клапани все още се срещат масово и поради сърдечния дизайн и икономичността на производството няма да изчезнат скоро.
Номиналните стойности на налягането за рафинерийните клапани варират от клас 150 до клас 1500, като клас 300 е най-популярен.
Обикновените въглеродни стомани, като клас WCB (ляти) и A-105 (ковани) са най-популярните материали, специфицирани и използвани в клапаните за обслужване на рафинерии. Много приложения на процеса на рафиниране повишават горните температурни граници на обикновените въглеродни стомани и за тези приложения са определени сплави с по-висока температура. Най-популярните от тях са хром/моли стомани като 1-1/4% Cr, 2-1/4% Cr, 5% Cr и 9% Cr. Неръждаемите стомани и сплавите с високо съдържание на никел също се използват в някои особено сурови процеси на рафиниране.

ХИМИЧЕСКИ
Химическата промишленост е голям потребител на вентили от всички видове и материали. От малки партидни заводи до огромните нефтохимически комплекси, намиращи се по крайбрежието на Персийския залив, вентилите са огромна част от тръбопроводните системи за химически процеси.

Повечето приложения в химическите процеси са с по-ниско налягане от много процеси на рафиниране и производство на електроенергия. Най-популярните класове на налягане за вентили и тръбопроводи за химически заводи са класове 150 и 300. Химическите заводи също са били най-големият двигател на завладяването на пазарен дял, който сферичните кранове са изтръгнали от линейните вентили през последните 40 години. Сферичният кран с гъвкаво седло, със затваряне при нулеви течове, е идеално подходящ за много приложения в химически заводи. Компактният размер на сферичния кран също е популярна характеристика.
Все още има някои химически заводи и производствени процеси, където се предпочитат линейните вентили. В тези случаи популярните вентили, проектирани по API 603, с по-тънки стени и по-леки тегла, обикновено са шибър или вентил на избор. Контролът на някои химикали също се осъществява ефективно с диафрагмени или щипкови вентили.
Поради корозивния характер на много химикали и процеси за производство на химикали, изборът на материал е от решаващо значение. Дефакто материалът е клас 316/316L аустенитна неръждаема стомана. Този материал работи добре за борба с корозията от множество понякога неприятни течности.

За някои по-твърди корозивни приложения е необходима повече защита. В тези ситуации често се избират други високоефективни класове аустенитна неръждаема стомана, като 317, 347 и 321. Други сплави, които се използват от време на време за контрол на химически течности, включват Monel, Alloy 20, Inconel и 17-4 PH.

СЕПАРАЦИЯ НА ВПГ И ГАЗ
Както течният природен газ (LNG), така и процесите, необходими за разделяне на газа, разчитат на обширни тръбопроводи. Тези приложения изискват вентили, които могат да работят при много ниски криогенни температури. Индустрията за LNG, която се разраства бързо в Съединените щати, непрекъснато се стреми да надгражда и подобрява процеса на втечняване на газ. За тази цел тръбопроводите и клапаните са станали много по-големи и изискванията за налягане са повишени.

Тази ситуация наложи производителите на вентили да разработят проекти, които да отговарят на по-строги параметри. Четвърт оборотните сферични и дроселни клапи са популярни за обслужване на LNG, като 316s [неръждаема стомана] е най-популярният материал. ANSI Class 600 е обичайният таван на налягането за повечето приложения за LNG. Въпреки че продуктите с четвърт оборот са най-популярните видове клапани, шибърните, сферичните и възвратните клапани също могат да бъдат намерени в заводите.

Услугата за разделяне на газ включва разделянето на газа на неговите отделни основни елементи. Например методите за разделяне на въздуха дават азот, кислород, хелий и други следи от газове. Много нискотемпературният характер на процеса означава, че са необходими много криогенни клапани.

Както инсталациите за LNG, така и инсталациите за разделяне на газ имат нискотемпературни клапани, които трябва да останат работещи в тези криогенни условия. Това означава, че уплътнителната система на клапана трябва да бъде издигната от нискотемпературния флуид чрез използване на газова или кондензационна колона. Тази газова колона не позволява течността да образува ледена топка около уплътнителната зона, което би попречило на стеблото на клапана да се завърти или издигне.

ТЪРГОВСКИ СГРАДИ
Търговските сгради ни заобикалят, но ако не обърнем голямо внимание на тяхното изграждане, нямаме представа за множеството течни артерии, скрити в техните стени от зидария, стъкло и метал.

Общ знаменател в почти всяка сграда е водата. Всички тези структури съдържат различни тръбопроводни системи, пренасящи много комбинации от съединението водород/кислород под формата на питейни течности, отпадъчни води, гореща вода, сива вода и противопожарна защита.

От гледна точка на оцеляването на сградата противопожарните системи са най-критични. Противопожарната защита в сградите почти навсякъде се захранва и пълни с чиста вода. За да бъдат ефективни противопожарните водни системи, те трябва да са надеждни, да имат достатъчно налягане и да са удобно разположени в цялата конструкция. Тези системи са проектирани да се захранват автоматично в случай на пожар.
Високите сгради изискват същото водно налягане на горните етажи, както и долните етажи, така че трябва да се използват помпи с високо налягане и тръбопроводи, за да се изведе водата нагоре. Тръбопроводните системи обикновено са от клас 300 или 600, в зависимост от височината на сградата. В тези приложения се използват всички видове клапани; въпреки това дизайнът на вентила трябва да бъде одобрен от Underwriters Laboratories или Factory Mutual за противопожарно основно обслужване.

Същите класове и типове вентили, използвани за противопожарни вентили, се използват за разпределение на питейна вода, въпреки че процесът на одобрение не е толкова строг.
Търговските климатични системи, намиращи се в големи бизнес структури като офис сгради, хотели и болници, обикновено са централизирани. Те имат голям охладител или бойлер за охлаждане или загряване на течност, използвана за пренасяне на студена или висока температура. Тези системи често трябва да работят с хладилни агенти като R-134a, хидрофлуоровъглерод или в случай на големи отоплителни системи, пара. Поради компактния размер на бътерфлай и сферичните кранове, тези типове станаха популярни в охладителните системи за ОВК.

От страна на парата, някои четвърт оборотни вентили са навлезли в употреба, но много водопроводни инженери все още разчитат на линейни шибърни и сферични вентили, особено ако тръбопроводите изискват челно заварени краища. За тези приложения с умерена пара стоманата е заела мястото на чугуна поради заваряемостта на стоманата.

Някои отоплителни системи използват гореща вода вместо пара като преносна течност. Тези системи се обслужват добре от бронзови или железни клапани. Четвърт оборотните гъвкави сферични и дроселови клапи са много популярни, въпреки че все още се използват някои линейни конструкции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Въпреки че доказателствата за приложенията на клапаните, споменати в тази статия, може да не се виждат по време на пътуване до Starbucks или до къщата на баба, някои много важни вентили винаги са наблизо. Има дори клапани в двигателя на колата, използвани за достигане до тези места, като тези в карбуратора, които контролират потока на гориво в двигателя и тези в двигателя, които контролират потока на бензин в буталата и обратно. И ако тези клапи не са достатъчно близо до ежедневието ни, помислете за реалността, че сърцата ни бият редовно чрез четири жизненоважни устройства за контрол на потока.

Това е просто още един пример за реалността, че: клапаните са наистина навсякъде. VM
Част II на тази статия обхваща допълнителни индустрии, където се използват клапани. Отидете на www.valvemagazine.com, за да прочетете за целулоза и хартия, морски приложения, язовири и водноелектрическа енергия, слънчева енергия, желязо и стомана, космическа енергия, геотермална енергия и занаятчийско пивоварство и дестилация.

ГРЕГ ДЖОНСЪН е президент на United Valve (www.unitedvalve.com) в Хюстън. Той е сътрудник на списание VALVE, бивш председател на Съвета за ремонт на клапани и настоящ член на борда на VRC. Той също така служи в Комитета за образование и обучение на VMA, е заместник-председател на Комитета по комуникации на VMA и е бивш президент на Обществото за стандартизация на производителите.