Каде се користат вентили: Насекаде!

08 ноември 2017 година Напишано од Грег Џонсон

Вентили може да се најдат речиси насекаде денес: во нашите домови, под улица, во комерцијални згради и на илјадници места во електрани и водоводни централи, фабрики за хартија, рафинерии, хемиски постројки и други индустриски и инфраструктурни објекти.
Индустријата за вентили е навистина широка, со сегменти кои варираат од дистрибуција на вода до нуклеарна енергија, па сè до нафта и гас нагоре и надолу по течението. Секоја од овие индустрии за крајни корисници користи некои основни видови вентили; сепак, деталите за конструкцијата и материјалите често се многу различни. Еве еден примерок:

ВОДОВОДНИ РАБОТИ
Во светот на дистрибуцијата на вода, притисоците се речиси секогаш релативно ниски, а температурите се амбиентални. Овие два факти за примена овозможуваат голем број елементи за дизајн на вентили што не би се нашле на посложени уреди, како што се вентилите за пареа со висока температура. Атмосферската температура на водоснабдувањето овозможува употреба на еластомери и гумени заптивки што не се соодветни на друго место. Овие меки материјали овозможуваат вентилите за вода да бидат опремени за цврсто затворање на капките.

Друга работа што треба да се земе предвид кај вентилите за водоснабдување е изборот на материјали за конструкција. Лиените и дуктилните железа се користат широко во водоводните системи, особено во водоводните цевки со голем надворешен дијаметар. Многу малите водоводни цевки можат да се обработуваат доста добро со бронзени материјали за вентили.

Притисоците што ги доживуваат повеќето вентили за водовод обично се далеку под 200 psi. Ова значи дека не се потребни дизајни со подебели ѕидови за повисок притисок. Сепак, постојат случаи каде што вентилите за вода се изградени за да се справат со поголем притисок, до околу 300 psi. Овие апликации обично се на долги аквадукти блиску до изворот на притисок. Понекогаш вентилите за вода со повисок притисок се наоѓаат и на точките со највисок притисок во висока брана.

Американската асоцијација за водоводни работи (AWWA) издаде спецификации што опфаќаат многу различни видови вентили и актуатори што се користат во водоводните работи.

ОТПАДНИ ВОДИ
Другата страна на свежата вода за пиење што влегува во објект или структура е излезот на отпадни води или канализација. Овие цевки ги собираат сите отпадни течности и цврсти материи и ги насочуваат кон постројка за третман на отпадни води. Овие постројки за третман имаат многу цевки и вентили со низок притисок за да ја извршат својата „валкана работа“. Барањата за вентили за отпадни води во многу случаи се многу поблаги од барањата за услуга за чиста вода. Железните порти и неповратните вентили се најпопуларните избори за овој тип на услуга. Стандардните вентили во оваа услуга се изградени во согласност со спецификациите на AWWA.

ЕЛЕКТРОЕНЕРГИЈА
Поголемиот дел од електричната енергија произведена во Соединетите Американски Држави се генерира во парни централи кои користат фосилни горива и турбини со голема брзина. Отстранувањето на капакот на модерна електрана би дало поглед на цевководни системи со висок притисок и висока температура. Овие главни водови се најкритични во процесот на производство на енергија од пареа.

Вратните вентили остануваат главен избор за апликации за вклучување/исклучување на електраните, иако се среќаваат и глобусни вентили со Y-модел за посебна намена. Високо-перформансните, критични топчести вентили добиваат на популарност кај некои дизајнери на електрани и се пробиваат во овој некогаш доминиран свет на линеарни вентили.

Металургијата е критична за вентилите во енергетските апликации, особено оние што работат во надкритични или ултра-надкритични работни опсези на притисок и температура. F91, F92, C12A, заедно со неколку легури од Inconel и не'рѓосувачки челик, најчесто се користат во денешните електрани. Класите на притисок вклучуваат 1500, 2500, а во некои случаи и 4500. Модулираната природа на врвните електрани (оние што работат само по потреба) исто така става огромен товар врз вентилите и цевките, барајќи робустен дизајн за справување со екстремната комбинација на цикличност, температура и притисок.
Покрај главните парни вентили, електраните се оптоварени со помошни цевководи, населени со безброј вентили со порти, глобуси, контра, пеперутки и топчести вентили.

Нуклеарните електрани работат на истиот принцип на пареа/брзинска турбина. Примарната разлика е во тоа што во нуклеарната централа, пареата се создава од топлината од процесот на фисија. Вентилите на нуклеарните централи се слични на нивните роднини на фосилни горива, освен по нивното потекло и дополнителниот услов за апсолутна сигурност. Нуклеарните вентили се произведуваат според исклучително високи стандарди, а квалификациската и инспекциската документација пополнуваат стотици страници.

ПРОИЗВОДСТВО НА НАФТА И ГАС
Нафтените и гасните бунари и производствените капацитети се големи корисници на вентили, вклучувајќи многу вентили со голема моќност. Иако повеќе не е веројатно да се појават излевања на нафта што исфрлаат стотици метри во воздухот, сликата го илустрира потенцијалниот притисок на подземната нафта и гас. Затоа главите на бунарите или божиќните елки се поставуваат на врвот од долгата низа цевки на бунарот. Овие склопови, со нивната комбинација од вентили и специјални фитинзи, се дизајнирани да издржат притисоци над 10.000 psi. Иако ретко се наоѓаат на бунари ископани на копно денес, екстремно високите притисоци често се наоѓаат на длабоки офшор бунари.

Дизајнот на опремата за бунари е опфатен со API спецификациите, како што е 6А, Спецификација за опрема за бунари и божиќни елки. Вентилите опфатени во 6А се дизајнирани за екстремно високи притисоци, но скромни температури. Повеќето божиќни елки содржат затворачки вентили и специјални глобусни вентили наречени пригушувачи. Пригушувачите се користат за регулирање на протокот од бунарот.

Покрај самите глави на бунарите, многу помошни објекти се наоѓаат на нафтено или гасно поле. Преработувачката опрема за претходна обработка на нафтата или гасот бара голем број вентили. Овие вентили обично се изработени од јаглероден челик оценет за пониски класи.

Повремено, во суровиот нафтен тек е присутна високо корозивна течност - водород сулфид. Овој материјал, исто така наречен кисел гас, може да биде смртоносен. За да се надминат предизвиците на киселиот гас, мора да се следат специјални материјали или техники за обработка на материјали во согласност со NACE International спецификацијата MR0175.

Офшор ИНДУСТРИЈА
Цевководните системи за нафтени платформи и производствени погони на отворено море содржат мноштво вентили изградени според многу различни спецификации за да се справат со широкиот спектар на предизвици за контрола на протокот. Овие погони, исто така, содржат различни јамки на контролниот систем и уреди за ослободување на притисокот.

За постројките за производство на нафта, артериското срце е вистинскиот систем за цевки за обновување на нафта или гас. Иако не секогаш на самата платформа, многу производствени системи користат божиќни елки и цевководи кои работат на негостољубиви длабочини од 10.000 стапки или повеќе. Оваа производствена опрема е изградена според многу строги стандарди на Американскиот институт за нафта (API) и е наведена во неколку препорачани практики (RP) на API.

На повеќето големи нафтени платформи, дополнителни процеси се применуваат на суровата течност што доаѓа од главата на бунарот. Тие вклучуваат одвојување на водата од јаглеводородите и одвојување на гасот и течните природни гасови од протокот на флуиди. Овие системи за цевки по божиќната елка генерално се градат според кодовите за цевки B31.3 на Американското здружение на машински инженери, со вентили дизајнирани во согласност со спецификациите за вентили на API, како што се API 594, API 600, API 602, API 608 и API 609.

Некои од овие системи може да содржат и API 6D затворачки, топчести и неповратни вентили. Бидејќи сите цевководи на платформата или бродот за дупчење се внатре во објектот, не важат строгите барања за употреба на API 6D вентили за цевководи. Иако во овие цевководни системи се користат повеќе типови вентили, типот на вентил што се избира е топчест вентил.

ЦЕВОКОВОДИ
Иако повеќето цевководи се скриени од поглед, нивното присуство е обично очигледно. Малите знаци на кои пишува „нафтен цевковод“ се еден очигледен показател за присуство на подземни транспортни цевки. Овие цевководи се опремени со многу важни вентили по целата нивна должина. Вентили за итно затворање на цевководот се наоѓаат во интервали како што е наведено во стандардите, кодовите и законите. Овие вентили служат како витална функција за изолирање на дел од цевководот во случај на истекување или кога е потребно одржување.

Исто така, расфрлани по должината на трасата на цевководот се наоѓаат објекти каде што линијата излегува од земјата и е достапен пристап до линијата. Овие станици се дом на опрема за лансирање „pig“, која се состои од уреди вметнати во цевководите или за проверка или за чистење на линијата. Овие станици за лансирање pig обично содржат неколку вентили, тип со врата или топка. Сите вентили на цевководниот систем мора да бидат со целосен отвор (целосно отворање) за да се овозможи премин на pig-овите.

На цевководите им е потребна и енергија за борба против триењето на цевководот и одржување на притисокот и протокот на линијата. Се користат компресорски или пумпни станици кои изгледаат како мали верзии на преработувачка постројка без високи кули за пукање. Овие станици се дом на десетици затворачки, топчести и контролни вентили за цевковод.
Самите цевководи се дизајнирани во согласност со различни стандарди и кодови, додека вентилите за цевководи ги следат API 6D вентилите за цевководи.
Исто така, постојат помали цевководи што водат до куќи и комерцијални објекти. Овие водови обезбедуваат вода и гас и се заштитени со вентили за исклучување.
Големите општини, особено во северниот дел на Соединетите Американски Држави, обезбедуваат пареа за потребите за греење на комерцијалните клиенти. Овие цевки за снабдување со пареа се опремени со различни вентили за контрола и регулирање на снабдувањето со пареа. Иако флуидот е пареа, притисоците и температурите се пониски од оние што се наоѓаат во производството на пареа во електраните. Во оваа услуга се користат различни типови вентили, иако почитуваниот вентил со приклучоци е сè уште популарен избор.

РАФИНЕРИЈА И ПЕТРОХЕМИСКА ИНДУСТРИЈА
Вентилите на рафинериите се користат повеќе во индустријата отколку во кој било друг сегмент на вентили. Рафинериите се дом и на корозивни течности, а во некои случаи и на високи температури.
Овие фактори диктираат како вентилите се градат во согласност со спецификациите за дизајн на API вентили, како што се API 600 (вентили за затворање), API 608 (топчести вентили) и API 594 (вентили за враќање). Поради суровата употреба со која се соочуваат многу од овие вентили, честопати е потребен дополнителен додаток за корозија. Овој додаток се манифестира преку поголема дебелина на ѕидовите што е специфицирана во документите за дизајн на API.

Практично секој поголем тип на вентил може да се најде во изобилство во типична голема рафинерија. Сеприсутниот портен вентил е сè уште крал на ридот со најголема популација, но четвртински ротационите вентили заземаат сè поголем дел од својот пазарен удел. Четврт-ротационите производи што успешно се пробиваат во оваа индустрија (која некогаш доминираше и од линеарни производи) вклучуваат високо-ефикасни тројно поместени пеперутки вентили и метални топчести вентили.

Стандардните вентили за врата, глобус и неповратни вентили сè уште се наоѓаат масовно, и поради економичноста на нивниот дизајн и економичноста на производството, нема да исчезнат наскоро.
Оценките на притисокот за рафинериските вентили се движат од класа 150 до класа 1500, при што класата 300 е најпопуларна.
Обичните јаглеродни челици, како што се WCB (лиени) и A-105 (ковани) се најпопуларните материјали што се специфицирани и користени во вентилите за рафинериски услуги. Многу апликации во процесот на рафинирање ги поместуваат горните температурни граници на обичните јаглеродни челици, а за овие апликации се специфицирани легури со повисока температура. Најпопуларни од нив се хром/молибденските челици како што се 1-1/4% Cr, 2-1/4% Cr, 5% Cr и 9% Cr. Нерѓосувачките челици и легури со висока содржина на никел се користат и во некои особено сурови процеси на рафинирање.

ХЕМИСКИ
Хемиската индустрија е голем корисник на вентили од сите видови и материјали. Од мали фабрики до огромните петрохемиски комплекси што се наоѓаат на брегот на Мексиканскиот Залив, вентилите се огромен дел од системите за цевководи за хемиски процеси.

Повеќето примени во хемиските процеси се со помал притисок од многу процеси на рафинирање и производство на енергија. Најпопуларните класи на притисок за вентили и цевки во хемиските постројки се класите 150 и 300. Хемиските постројки се исто така најголемиот двигател на преземањето на пазарниот удел што топчестите вентили го презедоа од линеарните вентили во текот на изминатите 40 години. Топчестиот вентил со еластично седиште, со исклучување без протекување, е совршено решение за многу примени во хемиските постројки. Компактната големина на топчестиот вентил е исто така популарна карактеристика.
Сè уште постојат некои хемиски фабрики и фабрички процеси каде што се претпочитаат линеарни вентили. Во овие случаи, популарните вентили дизајнирани според API 603, со потенки ѕидови и полесни тежини, обично се претпочитаат како вентили со порта или глобус. Контролата на некои хемикалии се постигнува ефикасно и со дијафрагма или вентили со штипка.
Поради корозивната природа на многу хемикалии и процеси на производство на хемикалии, изборот на материјал е клучен. Дефакто материјалот е аустенитен не'рѓосувачки челик со степен 316/316L. Овој материјал е добар за борба против корозијата од мноштво понекогаш штетни течности.

За некои потешки корозивни апликации, потребна е поголема заштита. Во овие ситуации често се избираат други високо-перформансни класи на аустенитен не'рѓосувачки челик, како што се 317, 347 и 321. Други легури што се користат од време на време за контрола на хемиски течности вклучуваат Monel, Alloy 20, Inconel и 17-4 PH.

ОДВОЈУВАЊЕ НА ЛНГ И ГАС
И течниот природен гас (LNG) и процесите потребни за сепарација на гасови се потпираат на обемни цевководи. Овие апликации бараат вентили кои можат да работат на многу ниски криогени температури. Индустријата за LNG, која брзо расте во Соединетите Американски Држави, постојано се стреми кон надградба и подобрување на процесот на втечнување на гас. За таа цел, цевководите и вентилите станаа многу поголеми, а барањата за притисок се зголемени.

Оваа ситуација ги принуди производителите на вентили да развијат дизајни што ќе ги исполнат построгите параметри. Топчестите вентили и вентилите со пеперутка со четврт-вртење се популарни за услуги на течен природен гас (LNG), при што 316ss [нерѓосувачки челик] е најпопуларниот материјал. ANSI класа 600 е вообичаената граница на притисок за повеќето апликации на LNG. Иако производите со четврт-вртење се најпопуларните типови вентили, во постројките може да се најдат и вентили со закрила, глобус и неповратни вентили.

Услугата за сепарација на гасови вклучува делење на гасот на неговите поединечни основни елементи. На пример, методите за сепарација на воздух даваат азот, кислород, хелиум и други гасови во траги. Многу ниската температура на процесот значи дека се потребни многу криогени вентили.

И постројките за сепарација на течен природен гас (LNG) и постројките за сепарација на гас имаат вентили со ниска температура кои мора да останат оперативни во овие криогени услови. Ова значи дека системот за пакување на вентилите мора да се подигне подалеку од течноста со ниска температура преку употреба на гасна или кондензациска колона. Оваа гасна колона спречува течноста да формира топка мраз околу областа на пакување, што би спречило вртење или подигнување на стеблото на вентилот.

КОМЕРЦИЈАЛНИ ЗГРАДИ
Комерцијални згради нè опкружуваат, но освен ако не обрнеме внимателно внимание додека се градат, имаме малку поим за мноштвото течни артерии скриени во нивните ѕидови од ѕидарија, стакло и метал.

Заеднички именител во практично секоја зграда е водата. Сите овие структури содржат различни цевководни системи кои носат многу комбинации од соединението водород/кислород во форма на течности за пиење, отпадни води, топла вода, сива вода и противпожарна заштита.

Од гледна точка на преживување на зградите, противпожарните системи се најкритични. Противпожарната заштита во зградите е речиси универзално напојувана и исполнета со чиста вода. За да бидат ефикасни противпожарните системи за вода, тие мора да бидат сигурни, да имаат доволен притисок и да бидат погодно лоцирани низ целата структура. Овие системи се дизајнирани автоматски да се активираат во случај на пожар.
Високите згради бараат ист притисок на водата на горните катови како и на долните катови, па затоа мора да се користат пумпи и цевки со висок притисок за да се насочи водата нагоре. Системите на цевки обично се од класа 300 или 600, во зависност од висината на зградата. Во овие апликации се користат сите видови вентили; сепак, дизајните на вентилите мора да бидат одобрени од Underwriters Laboratories или Factory Mutual за противпожарна услуга.

Истите класи и типови на вентили што се користат за противпожарни вентили се користат и за дистрибуција на вода за пиење, иако процесот на одобрување не е толку строг.
Комерцијалните системи за климатизација што се наоѓаат во големи деловни објекти како што се канцелариски згради, хотели и болници обично се централизирани. Тие имаат голема единица за ладење или загревање на течност што се користи за пренесување на студ или висока температура. Овие системи честопати мора да ракуваат со фреон како што се R-134a, хидрофлуоројаглерод или, во случај на големи системи за греење, со пареа. Поради компактната големина на пеперутките и топчестите вентили, овие типови станаа популарни во HVAC системите за ладење.

На страната на пареата, некои вентили со четврт-вртење се пробиваат во употреба, но многу водоводџии сè уште се потпираат на линеарни вентили со порти и глобуси, особено ако цевките бараат краеви со челно заварување. За овие умерени апликации со пареа, челикот го заменил леаното железо поради заварливоста на челикот.

Некои системи за греење користат топла вода наместо пареа како преносна течност. Овие системи добро се опремени со бронзени или железни вентили. Топчести вентили и вентили со пеперутка со еластично седиште во облик на четвртина од вртење се многу популарни, иако сè уште се користат некои линеарни дизајни.

ЗАКЛУЧОК
Иако доказите за примената на вентилите споменати во оваа статија можеби не се видливи за време на патувањето до „Старбакс“ или во куќата на баба, некои многу важни вентили секогаш се во близина. Дури има и вентили во моторот на автомобилот што се користат за да се стигне до тие места, како што се оние во карбураторот што го контролираат протокот на гориво во моторот и оние во моторот што го контролираат протокот на бензин во клиповите и повторно надвор. И ако тие вентили не се доволно блиску до нашиот секојдневен живот, земете ја предвид реалноста дека нашите срца чукаат редовно преку четири витални уреди за контрола на протокот.

Ова е само уште еден пример за реалноста дека: вентилите се навистина насекаде. ВМ.
Дел II од овој напис опфаќа дополнителни индустрии каде што се користат вентили. Посетете ја страницата www.valvemagazine.com за да прочитате за пулпа и хартија, поморски апликации, брани и хидроелектрична енергија, сончева енергија, железо и челик, воздухопловство, геотермална енергија и занаетчиско производство на пиво и дестилација.

ГРЕГ ЏОНСОН е претседател на „Јунајтед Валв“ (www.unitedvalve.com) во Хјустон. Тој е уредник-соработник на списанието „ВАЛВ“, поранешен претседател на Советот за поправка на вентили и моментален член на одборот на ВРЦ. Тој е и член на Комитетот за образование и обука на ВМА, потпретседател е на Комитетот за комуникации на ВМА и поранешен претседател на Друштвото за стандардизација на производители.