Къде се използват клапани

Къде се използват клапаните: навсякъде!

08 ноември 2017 г. Написано от Грег Джонсън

Днес клапаните могат да бъдат намерени почти навсякъде: в домовете ни, под улицата, в търговски сгради и на хиляди места в електроцентрали и водни централи, фабрики за хартия, рафинерии, химически заводи и други промишлени и инфраструктурни съоръжения.
Промишлеността на вентилите е наистина широка, със сегменти, вариращи 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 видове клапани;обаче детайлите на конструкцията и материалите често са много различни.Ето една извадка:

ВОДНИ РАБОТИ
В света на разпределението на водата, наляганията са почти винаги относително ниски, а температурите на околната среда.Тези два факта за приложение позволяват редица конструктивни елементи на клапана, които не биха били открити на по-предизвикателно оборудване като високотемпературни парни клапани.Температурата на околната среда на водата позволява използването на еластомери и гумени уплътнения, които не са подходящи другаде.Тези меки материали позволяват да бъдат оборудвани водни клапани за плътно затваряне на капките.

Друго съображение при вентилите за водоснабдяване е изборът на материали на конструкцията.Чугуните и чугуните се използват широко във водните системи, особено в линиите с голям външен диаметър.Много малки линии могат да се справят доста добре с бронзови вентилни материали.

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

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

ОТПАДЪЧНИ ВОДИ
Обратната страна на прясната питейна вода, която влиза в съоръжение или структура, е изходът за отпадъчни води или канализация.Тези линии събират всички отпадъчни течности и твърди вещества и ги насочват към пречиствателна станция.Тези пречиствателни станции разполагат с много тръбопроводи с ниско налягане и клапани за извършване на „мръсната работа“.Изискванията към вентилите за отпадъчни води в много случаи са много по-снизходителни от изискванията за обслужване на чиста вода.Железната порта и възвратните клапани са най-популярният избор за този вид услуга.Стандартните клапани в тази услуга са изградени в съответствие със спецификациите на AWWA.

ЕНЕРГЕТИКА
По-голямата част от електроенергията, произведена в Съединените щати, се генерира в парни инсталации, използващи изкопаеми горива и високоскоростни турбини.Отлепването на капака на модерна електроцентрала ще даде представа за тръбопроводни системи с високо налягане и висока температура.Тези основни линии са най-критичните в процеса на производство на парна енергия.

Затворните клапани остават основен избор за приложения за включване/изключване на електроцентрали, въпреки че се срещат и глобуси с Y-образен образец.Високопроизводителните сферични кранове с критично обслужване набират популярност сред някои дизайнери на електроцентрали и пробиват в този някога свят, доминиран от линейни клапани.

Металургията е от решаващо значение за клапаните в енергийните приложения, особено тези, работещи в свръхкритични или свръх-свръхкритични работни диапазони на налягане и температура.F91, F92, C12A, заедно с няколко Inconel 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 върховите електроцентрали (тези, които работят само при необходимост) също налага огромно натоварване на клапаните и тръбопроводите, изисквайки здрави конструкции, за да се справят с екстремната комбинация от цикли, температура и налягане.
В допълнение към главния парен вентил, електроцентралите са заредени със спомагателни тръбопроводи, населени от безброй вентили, глобуси, контролни, дросели и сферични кранове.

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

imng

ДОБИВ НА НЕФТ И ГАЗ
Нефтените и газовите кладенци и производствените съоръжения са тежки потребители на клапани, включително много клапани за тежки натоварвания.Въпреки че вече не е вероятно да се появят блики нефт, бълващи стотици фута във въздуха, изображението илюстрира потенциалното налягане на подземния нефт и газ.Ето защо главите на кладенеца или коледни елхи се поставят на върха на дългата нишка 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 срещат в кладенци, изкопани на сушата в наши дни, екстремно високото налягане често се среща в дълбоки офшорни кладенци.

Проектирането на оборудването за устье на кладенец е обхванато от спецификациите на API като 6A, Спецификация за оборудване за устье на сондаж и коледно дърво.Вентилите, обхванати от 6A, са проектирани за изключително високи налягания, но умерени температури.Повечето коледни елхи съдържат вентили и специални клапи, наречени дросели.Дроселите се използват за регулиране на потока от кладенеца.

В допълнение към самите кладенци, много спомагателни съоръжения заселват нефтено или газово находище.Технологичното оборудване за предварителна обработка на нефт или газ изисква редица клапани.Тези клапани обикновено са от въглеродна стомана, предназначени за по-ниски класове.

Понякога в потока от суров петрол присъства силно корозивна течност - сероводород.Този материал, наричан още кисел газ, може да бъде смъртоносен.За да се преодолеят предизвикателствата на киселия газ, трябва да се спазват специални материали или техники за обработка на материали в съответствие с международната спецификация на NACE 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 контури на системата за управление и устройства за освобождаване на налягането.

За съоръженията за добив на петрол артериалното сърце е действителната тръбопроводна система за оползотворяване на нефт или газ.Въпреки че 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 изградено според много взискателни стандарти на Американския петролен институт (API) и е посочено в няколко препоръчани практики на API (RPs).

На повечето големи петролни платформи се прилагат допълнителни процеси към суровия флуид, идващ от кладенеца.Те включват отделяне на вода от въглеводороди и отделяне на газ и течности от природен газ от потока на флуида.Тези тръбопроводни системи след коледна елха обикновено са изградени според кодовете за тръбопроводи B31.3 на Американското дружество на машинните инженери с клапаните, проектирани в съответствие със спецификациите на клапаните на API като API 594, API 600, API 602, API 608 и API 609.

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

Тръбопроводи
Въпреки че повечето тръбопроводи са скрити от погледа, тяхното присъствие обикновено е очевидно.Малките табели с надпис „нефтопровод“ са един очевиден индикатор за наличието на подземни транспортни тръби.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 тръбопровода в случай на теч или когато е необходима поддръжка.

По трасето на тръбопровода също са разпръснати съоръжения, където линията излиза от земята и има достъп до линията.Тези станции са домът за оборудване за изстрелване на „свиня“, което се състои от устройства, поставени в тръбопроводите за проверка или почистване на линията.Тези станции за изстрелване на прасета обикновено съдържат няколко клапана, тип порта или сачми.Всички клапани на тръбопроводната система трябва да са с пълен порт (пълно отваряне), за да позволят преминаването на прасета.

Тръбопроводите също се нуждаят от енергия, за да се борят с триенето на тръбопровода и да поддържат налягането и потока на линията.Използват се компресорни или помпени станции, които изглеждат като малки версии на технологична инсталация без високите кули за крекинг.Тези станции са дом на десетки вентили, сачмени и контролни тръбопроводи.
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 се захранват в 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 нуждите на търговските клиенти за отопление.Тези линии за подаване на пара са оборудвани с различни клапани за контрол и регулиране на подаването на пара.Въпреки че течността е пара, наляганията и температурите са по-ниски от тези, намиращи се при производството на пара в електроцентрала.В тази услуга се използват различни типове клапани, въпреки че почитаемият тапа клапан все още е популярен избор.

РАФИНЕРИЯ И НЕФТОХИМИЯ
Рафинерийните клапани представляват по-голямо използване на индустриални клапани, отколкото всеки друг сегмент на клапаните.Рафинериите са дом както на корозивни течности, така и в някои случаи на високи температури.
Тези фактори диктуват как клапаните се изграждат в съответствие със спецификациите за проектиране на клапани API, като API 600 (затворни клапани), API 608 (сферични вентили) и API 594 (възвратни клапани).Поради тежкото обслужване, с което се сблъскват много от тези клапани, често е необходимо допълнително количество корозия.Това разрешение се проявява чрез по-големи дебелини на стените, които са посочени в проектните документи на API.

Почти всеки основен тип клапан може да се намери в изобилие в типична голяма рафинерия.Вездесъщият шибърен вентил все още е кралят на хълма с най-голямо население, но клапаните с четвърт оборот заемат все по-голяма част от пазарния си дял.Продуктите с четвърт оборот, които успешно навлизат в тази индустрия (която също някога е била доминирана от линейни продукти), включват високоефективни тройни офсетни дросели и сферични кранове с метално седло.

Стандартните порти, глобуси и възвратни клапани все още се срещат масово и поради сърдечността на техния дизайн и икономичността на производство, няма да изчезнат скоро.
Номиналните стойности на налягането за рафинерийните клапани обхващат гамата от клас 150 до клас 1500, като клас 300 е най-популярен.
Обикновените въглеродни стомани, като клас WCB (лят) и A-105 (ковани) са най-популярните материали, посочени и използвани в клапаните за рафинерии.Много приложения на процеса на рафиниране увеличават горните температурни граници на обикновените въглеродни стомани и за тези приложения са определени високотемпературни сплави.Най-популярните от тях са хром/молни 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 тежки процеси на рафиниране.

sdagag

ХИМИЧЕСКИ
Химическата индустрия е голям потребител на клапани от всякакви видове и материали.От малки партидни инсталации до огромните нефтохимически комплекси, намиращи се на брега на Персийския залив, клапаните са огромна част от тръбопроводните системи за химически процеси.

Повечето приложения в химичните процеси са с по-ниско налягане от много процеси на рафиниране и производство на електроенергия.Най-популярните класове на налягане за клапани и тръбопроводи за химически заводи са класове 150 и 300. Химическите заводи също са най-големият двигател за превземането на пазарния дял, който сферичните кранове се борят от линейните клапани през последните 40 години.Сферичният кран с еластично седло, със своето затваряне без изтичане, 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 клапани.В тези случаи популярните клапани, проектирани от API 603, с по-тънки стени и по-леки тежести, обикновено са избраният вентил или глобус.Контролът на някои химикали също се осъществява ефективно с диафрагмени или щипкови клапани.
Поради корозивния характер на много химикали и химически процеси, изборът на материал е от решаващо значение.Дефакто материалът е клас 316/316L от аустенитна неръждаема стомана.Този материал работи добре за борба с корозията от множество понякога неприятни течности.

За някои по-трудни 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 течен природен газ (LNG), така и процесите, необходими за разделяне на газа, разчитат на обширни тръбопроводи.Тези приложения изискват клапани, които могат да работят при много ниски криогенни температури.Индустрията за втечнен природен газ, 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 клапани да разработят проекти, които да отговарят на по-строги параметри.Съчмени и дросели клапани с четвърт оборот са популярни за услугите на LNG, като 316s [неръждаема стомана] е най-популярният материал.ANSI Class 600 е обичайният таван на налягането за повечето приложения на LNG.Въпреки че продуктите с четвърт оборот са най-популярните типове клапани, в заводите могат да се намерят и порти, глобуси и възвратни клапани.

Услугата за разделяне на газ включва разделяне на газа на отделните му 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.

И инсталациите за втечнен природен газ, и инсталациите за разделяне на газ имат нискотемпературни клапани, които трябва да останат работещи при тези криогенни условия.Това означава, че системата за уплътняване на клапана трябва да бъде издигната далеч от нискотемпературната течност чрез използване на газова или кондензационна колона.Тази газова колона предотвратява образуването на ледена топка около уплътняващата зона на флуида, което би предотвратило завъртането или издигането на стеблото на клапана.

dsfsg

ТЪРГОВСКИ СГРАДИ
Търговските сгради ни заобикалят, но освен ако не обърнем специално внимание, докато се строят, нямаме никаква представа за множеството течни артерии, скрити в стените им от зидария, стъкло и метал.

Общ знаменател на практика във всяка сграда е водата.Всички тези структури съдържат различни тръбопроводни системи, носещи много комбинации от водородно/кислородно съединение под формата на течности за пиене, отпадъчни води, топла вода, сива вода и противопожарна защита.

От гледна точка на оцеляването на сградата, противопожарните системи са най-критични.Противопожарната защита в сградите почти повсеместно се захранва и пълни с чиста вода.За да бъдат ефективни системите за противопожарна вода, 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 същата услуга за водно налягане на горните етажи като долните етажи, така че трябва да се използват помпи и тръбопроводи с високо налягане, за да се издигне водата нагоре.Тръбопроводните системи обикновено са клас 300 или 600, в зависимост от височината на сградата.В тези приложения се използват всички видове клапани;обаче, проектите на клапаните трябва да бъдат одобрени от Underwriters Laboratories или Factory Mutual за главен пожарен сервиз.

Същите класове и типове клапани, 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 пренос 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 дроселите и сферичните кранове, тези типове са станали популярни в охладителните системи за ОВК.

От страна на парата някои клапани с четвърт оборот са направили намеса в употреба, но много водопроводни инженери все още разчитат на линейни вентили и глобални клапани, 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.Сферични и дросели клапани с еластично седло на четвърт оборот са много популярни, въпреки че все още се използват някои линейни дизайни.

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 клапани винаги са наблизо.Има дори клапани в двигателя на автомобила, използвани за достигане до тези места като тези в карбуратора, които контролират потока на горивото в двигателя и тези в двигателя, които контролират потока на бензин в буталата и отново навън.И ако тези клапани 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, в които 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, аерокосмическа, геотермална 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, заместник-председател е на комитета по комуникациите на VMA и е бивш президент на Обществото за стандартизация на производителите.


Време за публикуване: 29 септември 2020 г

Приложение

Underground pipeline

Подземен тръбопровод

Irrigation System

Напоителна система

Water Supply System

Водоснабдителна система

Equipment supplies

Доставки на оборудване