Kje se uporabljajo ventili: povsod!

08. november 2017 Avtor: Greg Johnson

Ventile lahko danes najdemo skoraj povsod: v naših domovih, pod ulico, v poslovnih zgradbah in na tisočih mestih v elektrarnah in vodnih obratih, papirnicah, rafinerijah, kemičnih obratih in drugih industrijskih in infrastrukturnih objektih.
Industrija ventilov je resnično široka, s segmenti, ki se razlikujejo od distribucije vode do jedrske energije do nafte in plina navzgor in navzdol. Vsaka od teh industrij končnih uporabnikov uporablja nekaj osnovnih tipov ventilov; vendar so podrobnosti konstrukcije in materiali pogosto zelo različni. Tukaj je vzorec:

VODNA DELA
V svetu distribucije vode so pritiski skoraj vedno razmeroma nizki in temperature okolice. Ti dve dejstvi uporabe omogočata številne elemente zasnove ventilov, ki jih ne bi našli na zahtevnejši opremi, kot so visokotemperaturni parni ventili. Temperatura okolice vodnega servisa dovoljuje uporabo elastomerov in gumijastih tesnil, ki niso primerna drugje. Ti mehki materiali omogočajo opremo vodnih ventilov za tesno zapiranje kapljanja.

Drug premislek pri vodovodnih ventilih je izbira materialov za izdelavo. Litine in nodularne litine se v veliki meri uporabljajo v vodnih sistemih, zlasti v ceveh z velikim zunanjim premerom. Z bronastimi materiali za ventile je mogoče precej dobro obvladati zelo majhne črte.

Tlaki, ki jih vidi večina vodovodnih ventilov, so običajno precej pod 200 psi. To pomeni, da konstrukcije z debelejšimi stenami in višjim tlakom niso potrebne. Kot rečeno, obstajajo primeri, ko so vodni ventili zgrajeni za obvladovanje višjih pritiskov, do približno 300 psi. Te aplikacije so običajno na dolgih akvaduktih blizu vira tlaka. Včasih so vodni ventili z višjim pritiskom na najvišjih točkah visokega jezu.

Ameriško združenje vodovodov (AWWA) je izdalo specifikacije, ki zajemajo številne različne tipe ventilov in aktuatorjev, ki se uporabljajo v vodovodnih aplikacijah.

ODPADNE VODE
Druga stran sveže pitne vode, ki gre v objekt ali zgradbo, je odpadna voda ali kanalizacija. Ti vodi zbirajo vse odpadne tekočine in trdne snovi ter jih usmerjajo v čistilno napravo. Te čistilne naprave imajo veliko nizkotlačnih cevi in ​​ventilov za opravljanje svojega "umazanega dela". Zahteve za ventile za odpadne vode so v mnogih primerih veliko blažje od zahtev za storitve čiste vode. Železna vrata in nepovratni ventili so najbolj priljubljena izbira za tovrstne storitve. Standardni ventili v tej storitvi so izdelani v skladu s specifikacijami AWWA.

ELEKTROENERGETIKA
Večino električne energije, proizvedene v Združenih državah Amerike, proizvedejo v parnih obratih, ki uporabljajo fosilna goriva in visokohitrostne turbine. Odstranjevanje pokrova sodobne elektrarne bi omogočilo pogled na visokotlačne in visokotemperaturne cevne sisteme. Ti glavni vodi so najbolj kritični v procesu proizvodnje parne energije.

Zaporni ventili ostajajo glavna izbira za vklop/izklop elektrarn, čeprav so na voljo tudi zaporni ventili za posebne namene z vzorcem Y. Visokozmogljivi krogelni ventili za kritično uporabo postajajo vse bolj priljubljeni pri nekaterih oblikovalcih elektrarn in si prodirajo v tem svetu, kjer so nekoč prevladovali linearni ventili.

Metalurgija je kritična za ventile v energetskih aplikacijah, zlasti tiste, ki delujejo v nadkritičnih ali ultra-superkritičnih delovnih območjih tlaka in temperature. F91, F92, C12A, skupaj z več zlitinami Inconel in nerjavnega jekla, se običajno uporabljajo v današnjih elektrarnah. Tlačni razredi vključujejo 1500, 2500 in v nekaterih primerih 4500. Modulirajoča narava elektrarn z največjo močjo (tistih, ki delujejo samo po potrebi) predstavlja tudi veliko obremenitev za ventile in cevovode, kar zahteva robustne zasnove za obvladovanje ekstremne kombinacije kroženja, temperature in pritisk.
Poleg glavne ventilacije za paro so elektrarne obremenjene s pomožnimi cevovodi, ki jih sestavlja nešteto zapornih, krožnih, nepovratnih, metuljastih in krogelnih ventilov.

Jedrske elektrarne delujejo po istem principu parne/hitroturbinske turbine. Glavna razlika je v tem, da v jedrski elektrarni para nastane s toploto iz procesa cepitve. Ventili za jedrske elektrarne so podobni svojim sorodnikom na fosilna goriva, razen po rodovniku in dodatni zahtevi po absolutni zanesljivosti. Jedrski ventili so izdelani po izjemno visokih standardih, dokumentacija o kvalifikacijah in inšpekcijskih pregledih pa obsega na stotine strani.

PROIZVODNJA NAFTE IN PLINA
Naftne in plinske vrtine ter proizvodni obrati pogosto uporabljajo ventile, vključno s številnimi težkimi ventili. Čeprav ni več verjetno, da bi prišlo do bruhanja nafte, ki bruha na stotine metrov v zrak, slika ponazarja potencialni pritisk podzemne nafte in plina. Zato so glave vodnjakov ali božična drevesca postavljene na vrh dolgega niza cevi vodnjaka. Ti sklopi s svojo kombinacijo ventilov in posebnih priključkov so zasnovani za obvladovanje tlakov nad 10.000 psi. Medtem ko jih dandanes le redko najdemo v vodnjakih, izkopanih na kopnem, so izjemno visoki pritiski pogosto prisotni v globokih vodnjakih na morju.

Načrtovanje opreme za vrtino je zajeto v specifikacijah API, kot je 6A, specifikacija za opremo za vrtino in božično drevo. Ventili, zajeti v 6A, so zasnovani za izjemno visoke tlake, a skromne temperature. Večina božičnih drevesc vsebuje zaporne ventile in posebne ventile, imenovane dušilke. Dušilke se uporabljajo za regulacijo pretoka iz vodnjaka.

Poleg samih vrtin je na naftnem ali plinskem polju veliko pomožnih objektov. Procesna oprema za predhodno obdelavo nafte ali plina zahteva številne ventile. Ti ventili so običajno iz ogljikovega jekla, ocenjenega za nižje razrede.

Občasno je v toku surove nafte prisotna zelo jedka tekočina – vodikov sulfid. Ta snov, imenovana tudi kisli plin, je lahko smrtonosna. Za premagovanje izzivov kislega plina je treba upoštevati posebne materiale ali tehnike obdelave materialov v skladu z mednarodno specifikacijo NACE MR0175.

OFFSHORE INDUSTRIJA
Cevni sistemi za naftne ploščadi na morju in proizvodne obrate vsebujejo množico ventilov, zgrajenih po številnih različnih specifikacijah za obvladovanje najrazličnejših izzivov nadzora pretoka. Ti objekti vsebujejo tudi različne zanke krmilnega sistema in naprave za razbremenitev tlaka.

Za objekte za proizvodnjo nafte je arterijsko srce dejanski cevni sistem za pridobivanje nafte ali plina. Čeprav ne vedno na sami platformi, številni proizvodni sistemi uporabljajo božična drevesca in sisteme cevi, ki delujejo v negostoljubnih globinah 10.000 čevljev ali več. Ta proizvodna oprema je izdelana v skladu s številnimi strogimi standardi Ameriškega inštituta za nafto (API) in je navedena v več priporočenih praksah API (RP).

Na večini velikih naftnih ploščadi se za surovo tekočino, ki prihaja iz ustja vrtine, uporabljajo dodatni postopki. Ti vključujejo ločevanje vode od ogljikovodikov ter ločevanje plina in tekočin zemeljskega plina od toka tekočine. Ti cevni sistemi po božičnem drevesu so običajno zgrajeni v skladu s kodami cevovodov Ameriškega združenja strojnih inženirjev B31.3 z ventili, zasnovanimi v skladu s specifikacijami ventilov API, kot so API 594, API 600, API 602, API 608 in API 609.

Nekateri od teh sistemov lahko vsebujejo tudi vratne, kroglične in povratne ventile API 6D. Ker so vsi cevovodi na ploščadi ali vrtalni ladji v notranjosti objekta, stroge zahteve za uporabo ventilov API 6D za cevovode ne veljajo. Čeprav se v teh cevovodnih sistemih uporablja več vrst ventilov, je izbrana vrsta ventila krogelni ventil.

CEVOVODI
Čeprav je večina cevovodov skritih očem, je njihova prisotnost običajno očitna. Majhni znaki z napisom "naftovod" so očiten pokazatelj prisotnosti podzemnih transportnih cevi. Ti cevovodi so po vsej dolžini opremljeni s številnimi pomembnimi ventili. Zaporni ventili za cevovode v sili se nahajajo v intervalih, ki jih določajo standardi, kodeksi in zakoni. Ti ventili služijo ključni funkciji izolacije odseka cevovoda v primeru puščanja ali ko je potrebno vzdrževanje.

Vzdolž trase cevovoda so razpršeni tudi objekti, kjer vod izhaja iz tal in je na voljo dostop do voda. Te postaje so dom za opremo za izstrelitev prašičev, ki je sestavljena iz naprav, vstavljenih v cevovode za pregled ali čiščenje linije. Te postaje za izstrelitev prašičev običajno vsebujejo več ventilov, vratnih ali krogličnih. Vsi ventili na cevovodnem sistemu morajo imeti polno odprtino (popolno odprtino), da omogočijo prehod prašičev.

Cevovodi potrebujejo tudi energijo za boj proti trenju v cevovodu ter vzdrževanje tlaka in pretoka v vodu. Uporabljajo se kompresorske ali črpalne postaje, ki izgledajo kot majhne različice procesnega obrata brez visokih razpokanih stolpov. Te postaje so dom na desetine vratnih, krogelnih in povratnih cevovodnih ventilov.
Sami cevovodi so zasnovani v skladu z različnimi standardi in kodeksi, cevovodni ventili pa sledijo API 6D cevovodnim ventilom.
Obstajajo tudi manjši cevovodi, ki se napajajo v hiše in poslovne strukture. Ti vodi zagotavljajo vodo in plin ter so zaščiteni z zapornimi ventili.
Velike občine, zlasti v severnem delu Združenih držav, zagotavljajo paro za ogrevanje komercialnih odjemalcev. Ti vodi za dovod pare so opremljeni z različnimi ventili za nadzor in regulacijo dovoda pare. Čeprav je tekočina para, so tlaki in temperature nižji od tistih pri proizvodnji pare v elektrarnah. V tej storitvi se uporabljajo različni tipi ventilov, čeprav je častitljivi vtični ventil še vedno priljubljena izbira.

RAFINERIJA IN PETROKEMIJA
Rafinerijski ventili predstavljajo večjo uporabo industrijskih ventilov kot kateri koli drug segment ventilov. Rafinerije so dom jedkih tekočin in v nekaterih primerih visokih temperatur.
Ti dejavniki narekujejo, kako so ventili izdelani v skladu s konstrukcijskimi specifikacijami ventilov API, kot so API 600 (zaporni ventili), API 608 (krogelni ventili) in API 594 (povratni ventili). Zaradi težkega delovanja, s katerim se soočajo številni od teh ventilov, je pogosto potreben dodaten dodatek proti koroziji. Ta dodatek se kaže v večjih debelinah sten, ki so določene v projektni dokumentaciji API.

V tipični veliki rafineriji je v izobilju mogoče najti skoraj vse večje vrste ventilov. Vseprisotni zaporni ventili so še vedno kralj hriba z največjo populacijo, vendar četrtobratni ventili prevzemajo vse večji delež njihovega trga. Četrtobratni izdelki, ki uspešno prodirajo v to industrijo (v kateri so prav tako nekoč prevladovali linearni izdelki), vključujejo visoko zmogljive metuljaste ventile s trojnim zamikom in krogelne ventile s kovinskim sedežem.

Standardne zasunke, krožne in protipovratne ventile še vedno najdemo množično in zaradi srčnosti njihove zasnove in ekonomičnosti izdelave še ne bodo kmalu izginile.
Tlačne vrednosti za ventile za rafinerije segajo od razreda 150 do razreda 1500, pri čemer je razred 300 najbolj priljubljen.
Navadna ogljikova jekla, kot sta razred WCB (lito) in A-105 (kovano), so najbolj priljubljeni materiali, določeni in uporabljeni v ventilih za rafinerije. Številne aplikacije postopkov rafiniranja dvigujejo zgornje temperaturne meje navadnih ogljikovih jekel in za te aplikacije so določene zlitine pri višjih temperaturah. Najbolj priljubljena med njimi so krom/moli jekla, kot so 1-1/4 % Cr, 2-1/4 % Cr, 5 % Cr in 9 % Cr. Nerjavna jekla in zlitine z visoko vsebnostjo niklja se uporabljajo tudi v nekaterih posebej zahtevnih postopkih rafiniranja.

KEMIČNA
Kemična industrija je velik uporabnik ventilov vseh vrst in materialov. Od majhnih serijskih obratov do ogromnih petrokemičnih kompleksov na obali Meliškega zaliva so ventili velik del cevovodnih sistemov kemičnih procesov.

Večina aplikacij v kemičnih procesih ima nižji tlak kot številni postopki rafiniranja in pridobivanja energije. Najbolj priljubljena tlačna razreda za ventile in cevovode v kemičnih tovarnah sta razreda 150 in 300. Kemične tovarne so bile tudi največje gonilo prevzema tržnega deleža, ki so ga kroglični ventili v zadnjih 40 letih premagali linearnim ventilom. Krogelni ventil z elastičnim sedežem in z zaporo brez puščanja se odlično prilega številnim aplikacijam v kemičnih obratih. Priljubljena lastnost je tudi kompaktna velikost krogelnega ventila.
Še vedno obstajajo nekatere kemične tovarne in procesi v obratih, kjer imajo prednost linearni ventili. V teh primerih so priljubljeni ventili, oblikovani po standardu API 603, s tanjšimi stenami in lažjo težo, običajno izbrani zaporni ali krožni ventil. Nadzor nekaterih kemikalij se učinkovito doseže tudi z membranskimi ali ščipalnimi ventili.
Zaradi korozivne narave številnih kemikalij in postopkov izdelave kemikalij je izbira materiala kritična. Dejanski material je avstenitno nerjavno jeklo razreda 316/316L. Ta material se dobro obnese proti koroziji zaradi množice včasih neprijetnih tekočin.

Za nekatere močnejše korozivne aplikacije je potrebna večja zaščita. V teh situacijah se pogosto izberejo druge visoko zmogljive stopnje avstenitnega nerjavnega jekla, kot so 317, 347 in 321. Druge zlitine, ki se občasno uporabljajo za nadzor kemičnih tekočin, so Monel, Alloy 20, Inconel in 17-4 PH.

LOČEVANJE UZP IN PLINA
Tako tekoči zemeljski plin (LNG) kot postopki, potrebni za ločevanje plina, temeljijo na obsežnih cevovodih. Te aplikacije zahtevajo ventile, ki lahko delujejo pri zelo nizkih kriogenih temperaturah. Industrija utekočinjenega zemeljskega plina, ki v ZDA hitro raste, si nenehno prizadeva nadgraditi in izboljšati proces utekočinjanja plina. V ta namen so cevi in ​​ventili postali veliko večji, zahteve glede tlaka pa so se povečale.

Ta situacija je od proizvajalcev ventilov zahtevala, da razvijejo modele, ki ustrezajo strožjim parametrom. Četrtvrtilne kroglične in metuljne lopute so priljubljene za storitve LNG, pri čemer je najbolj priljubljen material 316ss [nerjaveče jeklo]. ANSI razred 600 je običajna zgornja meja tlaka za večino aplikacij LNG. Čeprav so četrtobratni izdelki najbolj priljubljeni tipi ventilov, je v obratih mogoče najti tudi zaporne, krožne in povratne ventile.

Storitev ločevanja plinov vključuje razdelitev plina na posamezne osnovne elemente. Metode ločevanja zraka na primer dajejo dušik, kisik, helij in druge pline v sledovih. Zelo nizkotemperaturna narava postopka pomeni, da je potrebnih veliko kriogenih ventilov.

Tako naprave za UZP kot naprave za ločevanje plinov imajo nizkotemperaturne ventile, ki morajo ostati delujoči v teh kriogenih pogojih. To pomeni, da je treba sistem tesnilnega ventila dvigniti stran od nizkotemperaturne tekočine z uporabo plinske ali kondenzacijske kolone. Ta plinski stolpec preprečuje, da bi tekočina oblikovala ledeno kroglo okoli območja embalaže, kar bi preprečilo obračanje ali dvig stebla ventila.

POSLOVNE STAVBE
Komercialne zgradbe nas obdajajo, a če nismo pozorno pozorni na njihovo gradnjo, nimamo pojma o množici tekočih arterij, ki se skrivajo v njihovih zidovih, steklu in kovini.

Skupni imenovalec v skoraj vseh stavbah je voda. Vse te strukture vsebujejo različne cevne sisteme, ki prenašajo številne kombinacije spojine vodik/kisik v obliki pitnih tekočin, odpadne vode, tople vode, sive vode in požarne zaščite.

Z vidika preživetja stavb so požarni sistemi najbolj kritični. Protipožarna zaščita v stavbah se skoraj povsod napaja in polni s čisto vodo. Da bi bili sistemi požarne vode učinkoviti, morajo biti zanesljivi, imeti zadosten pritisk in biti na priročnem mestu po celotni zgradbi. Ti sistemi so zasnovani za samodejno vklop v primeru požara.
Visoke stavbe zahtevajo enak pritisk vode v zgornjih nadstropjih kot v spodnjih, zato je treba uporabiti visokotlačne črpalke in cevi, da se voda spusti navzgor. Cevni sistemi so običajno razreda 300 ali 600, odvisno od višine zgradbe. V teh aplikacijah se uporabljajo vse vrste ventilov; vendar mora zasnove ventilov odobriti Underwriters Laboratories ali Factory Mutual za glavne požarne storitve.

Isti razredi in tipi ventilov, ki se uporabljajo za gasilske ventile, se uporabljajo za distribucijo pitne vode, čeprav postopek odobritve ni tako strog.
Komercialni klimatski sistemi v velikih poslovnih strukturah, kot so poslovne stavbe, hoteli in bolnišnice, so običajno centralizirani. Imajo veliko hladilno enoto ali kotel za hlajenje ali ogrevanje tekočine, ki se uporablja za prenos mraza ali visoke temperature. Ti sistemi morajo pogosto delovati s hladilnimi sredstvi, kot je R-134a, hidro-fluoroogljikovodik, ali v primeru večjih ogrevalnih sistemov, para. Zaradi kompaktne velikosti metuljastih in krogelnih ventilov so ti tipi postali priljubljeni v sistemih HVAC hladilnih agregatov.

Na strani pare so nekateri četrtobratni ventili napredovali v uporabi, vendar se mnogi inženirji vodovodnih inštalacij še vedno zanašajo na linearne zasunke in kroglaste ventile, zlasti če so za cevovode potrebni sočelno zvarjeni konci. Za te zmerne uporabe s paro je jeklo prevzelo mesto litega železa zaradi varljivosti jekla.

Nekateri ogrevalni sistemi kot prenosno tekočino uporabljajo vročo vodo namesto pare. Te sisteme dobro služijo bronasti ali železni ventili. Četrtobratni prožni kroglični in metuljasti ventili so zelo priljubljeni, čeprav se nekatere linearne izvedbe še vedno uporabljajo.

ZAKLJUČEK
Čeprav dokazov o aplikacijah ventilov, omenjenih v tem članku, morda ne boste videli med potovanjem v Starbucks ali v babičino hišo, so nekateri zelo pomembni ventili vedno v bližini. V motorju avtomobila so celo ventili, ki se uporabljajo za dostop do teh mest, kot so tisti v uplinjaču, ki nadzorujejo pretok goriva v motor, in tisti v motorju, ki nadzorujejo pretok bencina v bate in spet ven. In če ti ventili niso dovolj blizu našemu vsakdanjemu življenju, upoštevajte dejstvo, da naša srca redno bijejo prek štirih vitalnih naprav za nadzor pretoka.

To je le še en primer realnosti, da so: ventili res povsod. VM
Del II tega člena zajema dodatne industrije, kjer se uporabljajo ventili. Pojdite na www.valvemagazine.com in preberite o celulozi in papirju, pomorskih aplikacijah, jezovih in hidroelektrični energiji, sončni energiji, železu in jeklu, vesoljski energiji, geotermalni energiji ter obrtnem pivovarstvu in destilaciji.

GREG JOHNSON je predsednik United Valve (www.unitedvalve.com) v Houstonu. Je sodelujoči urednik revije VALVE, nekdanji predsednik Sveta za popravilo ventilov in trenutni član upravnega odbora VRC. Deluje tudi v odboru za izobraževanje in usposabljanje VMA, je podpredsednik odbora za komuniciranje VMA in nekdanji predsednik Društva za standardizacijo proizvajalcev.