Где се користе вентили: Свуда!

08. новембар 2017. Аутор: Грег Џонсон

Вентили се данас могу наћи готово свуда: у нашим домовима, испод улице, у пословним зградама и на хиљадама места у електранама и водопостројењима, фабрикама папира, рафинеријама, хемијским постројењима и другим индустријским и инфраструктурним објектима.
Индустрија вентила је заиста широког спектра, са сегментима који варирају од дистрибуције воде до нуклеарне енергије, па све до нафте и гаса. Свака од ових индустрија крајњих корисника користи неке основне типове вентила; међутим, детаљи конструкције и материјала су често веома различити. Ево једног узорка:

ВОДОВОД
У свету дистрибуције воде, притисци су скоро увек релативно ниски, а температуре собне. Ове две чињенице примене омогућавају употребу бројних елемената дизајна вентила који се не би нашли на захтевнијој опреми, као што су високотемпературни парни вентили. Температура околине водоснабдевања омогућава употребу еластомера и гумених заптивача који нису погодни ни на другим местима. Ови меки материјали омогућавају да вентили за воду буду опремљени тако да чврсто затварају капање.

Још једно разматрање код вентила за воду је избор материјала за израду. Ливено и нодуларно гвожђе се широко користи у водоводним системима, посебно у цевима великог спољашњег пречника. Веома мали водови се могу прилично добро обрадити бронзаним материјалима за вентиле.

Притисци које већина вентила водовода открије обично су знатно испод 200 psi. То значи да нису потребне конструкције са дебљим зидовима за виши притисак. Уз то речено, постоје случајеви када су вентили за воду направљени да поднесу веће притиске, до око 300 psi. Ове примене су обично на дугим аквадуктима близу извора притиска. Понекад се вентили за воду вишег притиска налазе и на тачкама највишег притиска у високој брани.

Америчко удружење водовода (AWWA) издало је спецификације које покривају многе различите типове вентила и актуатора који се користе у водоводним применама.

ОТПАДНЕ ВОДЕ
Друга страна свеже воде за пиће која улази у објекат или структуру је излаз отпадних вода или канализације. Ови водови сакупљају сву отпадну течност и чврсте материје и усмеравају их до постројења за пречишћавање отпадних вода. Ова постројења за пречишћавање имају много цеви ниског притиска и вентила за обављање свог „прљавог посла“. Захтеви за вентиле за отпадне воде у многим случајевима су много блажи од захтева за услугу чисте воде. Гвоздени запорни вентили и неповратни вентили су најпопуларнији избори за ову врсту услуге. Стандардни вентили у овој служби су изграђени у складу са AWWA спецификацијама.

ЕНЕРГЕТИЧКА ИНДУСТРИЈА
Већина електричне енергије произведене у Сједињеним Државама производи се у парним електранама које користе фосилна горива и турбине велике брзине. Скидањем поклопца модерне електране добио би се поглед на системе цевовода под високим притиском и високом температуром. Ови главни водови су најкритичнији у процесу производње парне енергије.

Запорни вентили остају главни избор за примене укључивања/искључивања у електранама, мада се могу наћи и кугласти вентили посебне намене, у облику слова Y. Високо ефикасни кугласти вентили за критичне услове рада добијају на популарности код неких пројектаната електрана и пробијају се у овај свет у којем су некада доминирали линеарни вентили.

Металургија је кључна за вентиле у енергетским применама, посебно оне који раде у суперкритичним или ултра-суперкритичним радним опсезима притиска и температуре. F91, F92, C12A, заједно са неколико легура Inconel и нерђајућег челика, често се користе у данашњим електранама. Класе притиска укључују 1500, 2500, а у неким случајевима и 4500. Модулирајућа природа вршних електрана (оних које раде само по потреби) такође ставља огроман напор на вентиле и цевоводе, захтевајући робусне дизајне за подношење екстремне комбинације циклуса, температуре и притиска.
Поред главних парних вентила, електране су оптерећене помоћним цевоводима, са мноштвом запорних, кугластих, неповратних, лептирских и кугличних вентила.

Нуклеарне електране раде на истом принципу парне/брзе турбине. Основна разлика је у томе што се у нуклеарној електрани пара ствара топлотом из процеса фисије. Вентили нуклеарних електрана су слични својим рођацима на фосилна горива, осим по свом пореклу и додатном захтеву за апсолутном поузданошћу. Нуклеарни вентили се производе по изузетно високим стандардима, а квалификациона и инспекцијска документација испуњава стотине страница.

ПРОИЗВОДЊА НАФТЕ И ГАСА
Нафтни и гасни бушотине и производни постројења су велики корисници вентила, укључујући многе вентиле велике снаге. Иако више није вероватно да ће се појавити млазеви нафте који избацују стотине стопа у ваздух, слика илуструје потенцијални притисак подземне нафте и гаса. Због тога се главе бунара или „божићна дрвца“ постављају на врх дугачке цеви бунара. Ови склопови, са својом комбинацијом вентила и посебних фитинга, дизајнирани су да поднесу притиске веће од 10.000 psi. Иако се данас ретко налазе на бунарима ископаним на копну, екстремно високи притисци се често налазе на дубоким приобалним бушотинама.

Пројектовање опреме за ушће бушотине обухваћено је API спецификацијама као што је 6А, Спецификација за ушће бушотине и опрему за бушотине. Вентили обухваћени 6А су пројектовани за изузетно високе притиске, али умерене температуре. Већина бушотина садржи запорне вентиле и посебне глобусне вентиле који се називају пригушнице. Пригушнице се користе за регулисање протока из бушотине.

Поред самих бушотина, нафтна или гасна поља садрже и многе помоћне објекте. Процесна опрема за претходну обраду нафте или гаса захтева одређени број вентила. Ови вентили су обично од угљеничног челика, класификованог за ниже класе.

Повремено, у току сировог нафте присутна је високо корозивна течност — водоник сулфид. Овај материјал, који се назива и киселим гасом, може бити смртоносан. Да би се превазишли изазови киселог гаса, морају се поштовати посебни материјали или технике обраде материјала у складу са NACE International спецификацијом MR0175.

ОФШОРНА ИНДУСТРИЈА
Цевоводни системи за нафтне платформе и производне постројења на мору садрже мноштво вентила направљених према различитим спецификацијама како би се носили са широким спектром изазова контроле протока. Ови објекти такође садрже разне петље система контроле и уређаје за растерећење притиска.

За постројења за производњу нафте, артеријско срце је стварни систем цевовода за добијање нафте или гаса. Иако нису увек на самој платформи, многи производни системи користе „божићна дрвца“ и системе цевовода који раде на негостољубивим дубинама од 3.000 метара или више. Ова производна опрема је изграђена према многим строгим стандардима Америчког нафтног института (АПИ) и наведена је у неколико препоручених пракси АПИ-ја (РП).

На већини великих нафтних платформи, додатни процеси се примењују на сирову течност која долази из ушћа бушотине. То укључује одвајање воде од угљоводоника и одвајање гаса и течног природног гаса од тока флуида. Ови цевоводни системи „пост-божићне јелке“ су генерално изграђени према прописима за цевоводе Америчког друштва машинских инжењера B31.3, а вентили су пројектовани у складу са API спецификацијама вентила као што су API 594, API 600, API 602, API 608 и API 609.

Неки од ових система могу такође да садрже API 6D запорне, кугласте и неповратне вентиле. Пошто се сви цевоводи на платформи или броду за бушење налазе унутар постројења, строги захтеви за употребу API 6D вентила за цевоводе се не примењују. Иако се у овим системима цевовода користи више врста вентила, тип вентила по избору је куглични вентил.

ЦЕВОВОДИ
Иако је већина цевовода скривена од погледа, њихово присуство је обично очигледно. Мали знакови са натписом „нафтоводовод“ су један очигледан показатељ присуства подземних транспортних цевовода. Ови цевоводи су опремљени многим важним вентилима дуж целе своје дужине. Вентили за затварање цевовода у случају нужде налазе се у интервалима који су прописани стандардима, прописима и законима. Ови вентили служе виталној улози изоловања дела цевовода у случају цурења или када је потребно одржавање.

Такође, дуж трасе цевовода налазе се објекти где линија излази из земље и где је приступ линији могућ. Ове станице су дом опреме за лансирање „свиња“, која се састоји од уређаја уметнутих у цевоводе ради инспекције или чишћења линије. Ове станице за лансирање свиња обично садрже неколико вентила, било типа затварача или кугле. Сви вентили на систему цевовода морају бити потпуно отворени како би се омогућио пролаз свиња.

Цевоводима је такође потребна енергија за борбу против трења у цевоводу и одржавање притиска и протока у линији. Користе се компресорске или пумпне станице које изгледају као мање верзије процесног постројења без високих торњева за крекинг. Ове станице су дом десетинама запорних, кугличних и неповратних вентила цевовода.
Сами цевоводи су пројектовани у складу са различитим стандардима и прописима, док вентили за цевоводе прате API 6D стандард за вентиле за цевоводе.
Постоје и мањи цевоводи који се доводе у куће и пословне објекте. Ови водови обезбеђују воду и гас и заштићени су запорним вентилима.
Велике општине, посебно у северном делу Сједињених Држава, обезбеђују пару за грејање комерцијалних купаца. Ови водови за довод паре опремљени су разним вентилима за контролу и регулацију снабдевања паром. Иако је флуид пара, притисци и температуре су нижи од оних који се налазе у производњи паре у електранама. У овој служби се користе разни типови вентила, иако је познати чепни вентил и даље популаран избор.

РАФИНИЈА И ПЕТРОХЕМИЈА
Рафинеријски вентили чине већу употребу индустријских вентила него било који други сегмент вентила. Рафинерије су дом и корозивних течности, а у неким случајевима и високих температура.
Ови фактори диктирају како се вентили граде у складу са API спецификацијама дизајна вентила као што су API 600 (запорни вентили), API 608 (кугласти вентили) и API 594 (неповратни вентили). Због тешких услова рада са којима се сусрећу многи од ових вентила, често је потребан додатни дозвољени износ за корозију. Овај дозвољени износ се манифестује кроз веће дебљине зидова које су наведене у API документима о пројектовању.

Готово сваки главни тип вентила може се наћи у изобиљу у типичној великој рафинерији. Свеприсутни запорни вентил је и даље краљ брда са највећом популацијом, али четвртоокретни вентили заузимају све већи део њиховог тржишног удела. Производи са четвртоокретним вентилима који успешно продиру у ову индустрију (којом су некада доминирали и линеарни производи) укључују високоперформансне троструко офсетне лептир вентиле и кугличне вентиле са металним седиштем.

Стандардни запорни, кугласти и неповратни вентили се и даље налазе у великој мери и због срдачности њиховог дизајна и економичности производње, неће ускоро нестати.
Оцене притиска за рафинеријске вентиле крећу се од класе 150 до класе 1500, при чему је класа 300 најпопуларнија.
Обични угљенични челици, као што су класа WCB (ливени) и A-105 (ковани), су најпопуларнији материјали који се наводе и користе у вентилима за рафинеријске услуге. Многе примене у процесима рафинирања померају горње температурне границе обичних угљеничних челика, а за ове примене су наведене легуре за више температуре. Најпопуларнији од њих су хром/молибденски челици као што су 1-1/4% Cr, 2-1/4% Cr, 5% Cr и 9% Cr. Нерђајући челици и легуре са високим садржајем никла се такође користе у неким посебно тешким процесима рафинирања.

ХЕМИЈСКО
Хемијска индустрија је велики корисник вентила свих врста и материјала. Од малих постројења за производњу шаржних производа до огромних петрохемијских комплекса који се налазе на обали Мексичког залива, вентили су огроман део цевоводних система за хемијске процесе.

Већина примена у хемијским процесима је нижег притиска него многи процеси рафинирања и производње електричне енергије. Најпопуларније класе притиска за вентиле и цеви у хемијским постројењима су класе 150 и 300. Хемијска постројења су такође била највећи покретач преузимања тржишног удела који су куглични вентили преузели од линеарних вентила током протеклих 40 година. Куглични вентил са еластичним седиштем, са својим затварањем без цурења, савршено се уклапа у многе примене у хемијским постројењима. Компактна величина кугличног вентила је такође популарна карактеристика.
И даље постоје нека хемијска постројења и процеси у постројењима где се преферирају линеарни вентили. У тим случајевима, популарни вентили дизајнирани по API 603 стандарду, са тањим зидовима и лакшом тежином, обично су запорни или кугласти вентил по избору. Контрола неких хемикалија се такође ефикасно постиже помоћу мембранских или штипајућих вентила.
Због корозивне природе многих хемикалија и процеса њихове производње, избор материјала је кључан. Де факто материјал је аустенитни нерђајући челик класе 316/316L. Овај материјал добро функционише у борби против корозије из мноштва понекад непријатних течности.

За неке теже корозивне примене, потребна је већа заштита. У овим ситуацијама се често бирају друге висококвалитетне врсте аустенитног нерђајућег челика, као што су 317, 347 и 321. Друге легуре које се повремено користе за контролу хемијских флуида укључују монел, легуру 20, инконел и 17-4 PH.

ОДВАЈАЊЕ ТНГ-а И ГАСА
И течни природни гас (ТПГ) и процеси потребни за раздвајање гаса ослањају се на опсежне цевоводе. Ове примене захтевају вентиле који могу да раде на веома ниским криогеним температурама. Индустрија ТПГ-а, која брзо расте у Сједињеним Државама, континуирано настоји да надогради и побољша процес утечњавања гаса. У том циљу, цеви и вентили су постали много већи, а захтеви за притиском су повећани.

Ова ситуација је захтевала од произвођача вентила да развију дизајне који задовољавају строже параметре. Куглични и лептир вентили са четврт окрета су популарни за ТНГ сервис, а нерђајући челик 316ss је најпопуларнији материјал. ANSI класа 600 је уобичајени плафон притиска за већину ТНГ примена. Иако су производи са четврт окрета најпопуларнији типови вентила, у постројењима се могу наћи и запорни, кугласти и неповратни вентили.

Услуга раздвајања гасова подразумева поделу гаса на његове појединачне основне елементе. На пример, методе раздвајања ваздухом дају азот, кисеоник, хелијум и друге гасове у траговима. Веома ниска температура процеса значи да је потребно много криогених вентила.

И постројења за течни природни гас (LNG) и постројења за сепарацију гаса имају нискотемпературне вентиле који морају остати оперативни у овим криогеним условима. То значи да систем заптивања вентила мора бити подигнут даље од флуида ниске температуре употребом гасне или кондензационе колоне. Ова гасна колона спречава да флуид формира ледену куглу око подручја заптивања, што би спречило окретање или подизање вретена вентила.

КОМЕРЦИЈАЛНЕ ЗГРАДЕ
Комерцијалне зграде нас окружују, али уколико не обратимо пажњу док се граде, имамо мало појма о мноштву флуидних артерија скривених унутар њихових зидова од зида, стакла и метала.

Заједнички именилац у готово свакој згради је вода. Све ове структуре садрже разне цевоводне системе који преносе многе комбинације једињења водоника/кисеоника у облику питких течности, отпадних вода, топле воде, сиве воде и противпожарне заштите.

Са становишта преживљавања зграда, противпожарни системи су најкритичнији. Заштита од пожара у зградама се готово универзално напаја и пуни чистом водом. Да би системи за гашење пожара били ефикасни, морају бити поуздани, имати довољан притисак и бити погодно постављени широм објекта. Ови системи су пројектовани да се аутоматски активирају у случају пожара.
Високе зграде захтевају исти притисак воде на горњим спратовима као и на доњим спратовима, тако да се морају користити пумпе и цеви високог притиска да би се вода подигла навише. Цевоводни системи су обично класе 300 или 600, у зависности од висине зграде. У овим применама се користе све врсте вентила; међутим, дизајн вентила мора бити одобрен од стране Underwriters Laboratories или Factory Mutual за услуге главног противпожарног водова.

Исте класе и типови вентила који се користе за вентиле за ватрогасне службе користе се за дистрибуцију питке воде, иако процес одобравања није толико строг.
Комерцијални системи климатизације који се налазе у великим пословним објектима као што су канцеларијске зграде, хотели и болнице обично су централизовани. Имају велику расхладну јединицу или бојлер за хлађење или загревање флуида који се користи за пренос хладноће или високе температуре. Ови системи често морају да рукују расхладним средствима као што је R-134a, хидрофлуороугљеник или, у случају великих система грејања, пара. Због компактне величине лептир и кугличних вентила, ови типови су постали популарни у HVAC расхладним системима.

На страни паре, неки четвртоокретни вентили су се проширили у употреби, али многи водоинсталатери се и даље ослањају на линеарне запорне и глобусне вентиле, посебно ако цевовод захтева заваривање на чело. За ове умерене примене са паром, челик је заменио ливено гвожђе због заварљивости челика.

Неки системи грејања користе топлу воду уместо паре као преносну течност. Овим системима добро одговарају бронзани или гвоздени вентили. Куглични и лептир вентили са четвртоокретним еластичним седиштем су веома популарни, иако се неки линеарни дизајни и даље користе.

ЗАКЉУЧАК
Иако докази о примени вентила поменутих у овом чланку можда нису видљиви током путовања у Старбакс или код баке, неки веома важни вентили су увек у близини. Постоје чак и вентили у мотору аутомобила који се користе да би се дошло до тих места, као што су они у карбуратору који контролишу проток горива у мотор и они у мотору који контролишу проток бензина у клипове и назад. А ако ти вентили нису довољно близу нашем свакодневном животу, размислите о чињеници да наша срца редовно куцају кроз четири витална уређаја за контролу протока.

Ово је само још један пример стварности да: вентили су заиста свуда. ВМ
Други део овог чланка покрива додатне индустрије у којима се користе вентили. Посетите www.valvemagazine.com да бисте прочитали о целулози и папиру, поморским применама, бранама и хидроелектранама, соларној енергији, гвожђу и челику, ваздухопловству, геотермалној енергији и занатском пиварству и дестилацији.

ГРЕГ ЏОНСОН је председник компаније United Valve (www.unitedvalve.com) у Хјустону. Он је сарадник уредника часописа VALVE, бивши председник Савета за поправку вентила и тренутни члан управног одбора VRC-а. Такође је члан Одбора за образовање и обуку VMA, потпредседник је Одбора за комуникације VMA и бивши је председник Друштва за стандардизацију произвођача.