Missä venttiilejä käytetään: kaikkialla!

08.11.2017 Kirjoittaja Greg Johnson

Venttiileitä löytyy nykyään melkein mistä tahansa: kodeistamme, kadun alta, liikerakennuksista ja tuhansista paikoista voima- ja vesilaitoksissa, paperitehtaissa, jalostamoissa, kemiantehtaissa ja muissa teollisuus- ja infrastruktuurilaitoksissa.
Venttiiliteollisuus on todella laaja-alaista, ja sen segmentit vaihtelevat vesijakelusta ydinvoimaan sekä öljyn ja kaasun alku- ja loppupäähän. Jokainen näistä loppukäyttäjäteollisuudesta käyttää joitakin perustyyppisiä venttiileitä; Rakentamisen yksityiskohdat ja materiaalit ovat kuitenkin usein hyvin erilaisia. Tässä näyte:

VESI TOIMII
Vedenjakelun maailmassa paineet ovat lähes aina suhteellisen alhaiset ja lämpötilat ympäristön lämpötilat. Nämä kaksi sovellustietoa mahdollistavat joukon venttiilin suunnitteluelementtejä, joita ei löydy haastavammista laitteista, kuten korkean lämpötilan höyryventtiileistä. Vesihuollon ympäristön lämpötila mahdollistaa muualle sopimattomien elastomeerien ja kumitiivisteiden käytön. Näiden pehmeiden materiaalien ansiosta vesiventtiilit voidaan varustaa tiiviisti tiivistämään tippumat.

Toinen näkökohta vesihuoltoventtiileissä on rakennusmateriaalien valinta. Valu- ja pallografiittivalurautaa käytetään laajalti vesijärjestelmissä, erityisesti suurissa ulkohalkaisijalinjoissa. Hyvin pieniä linjoja voidaan käsitellä melko hyvin pronssisilla venttiilimateriaaleilla.

Paineet, jotka useimmat vesilaitoksen venttiilit näkevät, ovat yleensä selvästi alle 200 psi. Tämä tarkoittaa, että paksuseinäisiä korkeapainemalleja ei tarvita. Kuten sanottu, on tapauksia, joissa vesiventtiilit on rakennettu käsittelemään korkeampia, jopa noin 300 psi:n paineita. Nämä sovellukset ovat yleensä pitkissä akvedukteissa lähellä painelähdettä. Joskus korkeapaineiset vesiventtiilit löytyvät myös korkean padon korkeimmasta paineesta.

American Water Works Association (AWWA) on julkaissut eritelmät, jotka kattavat monia erilaisia ​​vesilaitossovelluksissa käytettäviä venttiileitä ja toimilaitteita.

JÄTEVESI
Laitteistoon tai rakenteeseen menevän makean juomaveden kääntöpuoli on jätevesi- tai viemärilähtö. Nämä linjat keräävät kaikki jätenesteet ja kiinteät aineet ja ohjaavat ne jätevedenpuhdistamoon. Näissä puhdistuslaitoksissa on paljon matalapaineputkia ja venttiileitä "likaisen työnsä" suorittamiseksi. Vaatimukset jätevesiventtiileille ovat monissa tapauksissa paljon lievempiä kuin puhtaan veden palvelun vaatimukset. Rautaportti ja takaiskuventtiilit ovat tämän tyyppisen palvelun suosituimpia valintoja. Tämän palvelun vakioventtiilit on rakennettu AWWA-spesifikaatioiden mukaisesti.

VOIMATEOLLISUUS
Suurin osa Yhdysvalloissa tuotetusta sähköstä tuotetaan höyrylaitoksissa, joissa käytetään fossiilisia polttoaineita ja nopeita turbiineja. Nykyaikaisen voimalaitoksen kannen irrottaminen antaisi näkymän korkeapaineisiin, korkean lämpötilan putkistojärjestelmiin. Nämä päälinjat ovat kriittisimmät höyryvoimantuotantoprosessissa.

Luistiventtiilit ovat edelleen tärkein valinta voimalaitosten päälle/pois-sovelluksiin, vaikka erikoiskäyttöisiä Y-kuvioisia palloventtiilejä löytyy myös. Tehokkaat, kriittisen palvelun palloventtiilit ovat saamassa suosiota joidenkin voimalaitossuunnittelijoiden keskuudessa, ja ne tunkeutuvat tähän ennen lineaaristen venttiilien hallitsemaan maailmaan.

Metallurgia on kriittistä tehosovellusten venttiileille, erityisesti niille, jotka toimivat ylikriittisillä tai ultra-superkriittisillä paineen ja lämpötilan toiminta-alueilla. F91, F92, C12A sekä useita Inconel- ja ruostumattoman teräksen seoksia käytetään yleisesti nykypäivän voimalaitoksissa. Paineluokat sisältävät 1500, 2500 ja joissakin tapauksissa 4500. Huippuvoimaloiden (jotka toimivat vain tarpeen mukaan) moduloiva luonne aiheuttaa myös valtavan rasituksen venttiileille ja putkistolle, mikä vaatii vankkaa rakennetta, joka kestää äärimmäisen pyöräilyn, lämpötilan ja lämpötilan yhdistelmän. paine.
Päähöyryventtiilin lisäksi voimalaitokset ovat täynnä apuputkia, joissa on lukemattomia portti-, maapallo-, tarkastus-, läppä- ja palloventtiilejä.

Ydinvoimalaitokset toimivat samalla höyry/suurnopeusturbiiniperiaatteella. Ensisijainen ero on, että ydinvoimalaitoksessa höyry syntyy fissioprosessin lämmöllä. Ydinvoimalaitosten venttiilit ovat samanlaisia ​​kuin niiden fossiilisia polttoaineita käyttävät serkut, lukuun ottamatta sukutauluaan ja lisävaatimusta ehdottomasta luotettavuudesta. Ydinventtiilit valmistetaan erittäin korkeiden standardien mukaisesti, ja pätevyys- ja tarkastusdokumentaatio täyttää satoja sivuja.

ÖLJYN JA KAASUN TUOTANTO
Öljy- ja kaasulähteet ja tuotantolaitokset käyttävät paljon venttiileitä, mukaan lukien monet raskaat venttiilit. Vaikka satojen jalkojen korkeudella ilmaan valuvia öljypursuja ei enää todennäköisesti tapahdu, kuva havainnollistaa maanalaisen öljyn ja kaasun mahdollista painetta. Tästä syystä kaivonpäät tai joulukuuset sijoitetaan kaivon pitkän putken kärkeen. Nämä kokoonpanot venttiilien ja erikoisliittimien yhdistelmällä on suunniteltu kestämään yli 10 000 psi:n paineita. Vaikka maalle kaivetuista kaivoista löytyy nykyään harvoin, äärimmäisen korkeat paineet ovat usein syvissä offshore-kaivoissa.

Kaivonpäälaitteiden suunnittelu on katettu API-spesifikaatioilla, kuten 6A, Specification for Wellhead ja Christmas Tree Equipment. 6A:n kattamat venttiilit on suunniteltu erittäin korkeille paineille mutta vaatimattomille lämpötiloille. Useimmat joulukuuset sisältävät luistiventtiilejä ja erityisiä maapalloventtiilejä, joita kutsutaan kuristimiksi. Kuristimia käytetään kaivon virtauksen säätämiseen.

Itse kaivonpäiden lisäksi öljy- tai kaasukentällä on monia apulaitoksia. Prosessilaitteet öljyn tai kaasun esikäsittelyä varten vaativat useita venttiileitä. Nämä venttiilit ovat yleensä hiiliteräksisiä, jotka on mitoitettu alemmille luokille.

Toisinaan raakaöljyvirrassa on erittäin syövyttävää nestettä - rikkivetyä. Tämä materiaali, jota kutsutaan myös hapankaasuksi, voi olla tappava. Hapan kaasun haasteiden voittamiseksi on noudatettava NACE kansainvälisen spesifikaation MR0175 mukaisia ​​erikoismateriaaleja tai materiaalinkäsittelytekniikoita.

OFFSHORE-TEOLLISUUS
Offshore-öljynporauslautojen ja tuotantolaitosten putkistojärjestelmät sisältävät useita venttiileitä, jotka on rakennettu useiden eri spesifikaatioiden mukaan, jotta ne voivat käsitellä monenlaisia ​​virtauksensäätöhaasteita. Nämä tilat sisältävät myös erilaisia ​​ohjausjärjestelmän silmukoita ja paineenalennuslaitteita.

Öljyntuotantolaitoksissa valtimosydän on varsinainen öljyn tai kaasun talteenottoputkisto. Vaikka ei aina itse alustalla, monet tuotantojärjestelmät käyttävät joulukuusia ja putkistojärjestelmiä, jotka toimivat epämiellyttävässä 10 000 jalan syvyydessä tai enemmän. Tämä tuotantolaitteisto on rakennettu monien tiukkojen American Petroleum Instituten (API) standardien mukaan, ja siihen viitataan useissa API suositelluissa käytännöissä (RPs).

Useimmilla suurilla öljynporauslautoilla kaivon päästä tulevaan raakanesteeseen sovelletaan lisäprosesseja. Näitä ovat veden erottaminen hiilivedyistä ja kaasun ja maakaasunesteiden erottaminen nestevirrasta. Nämä joulukuusen jälkeiset putkijärjestelmät on yleensä rakennettu American Society of Mechanical Engineers B31.3 -putkistokoodien mukaisesti, ja venttiilit on suunniteltu API-venttiilispesifikaatioiden, kuten API 594, API 600, API 602, API 608 ja API 609, mukaisesti.

Jotkut näistä järjestelmistä voivat sisältää myös API 6D -portin, pallo- ja takaiskuventtiilit. Koska kaikki lavan tai porausaluksen putkistot ovat laitoksen sisäisiä, tiukat vaatimukset API 6D -venttiilien käytöstä putkistoissa eivät koske. Vaikka näissä putkijärjestelmissä käytetään useita venttiilityyppejä, valittu venttiilityyppi on palloventtiili.

PUTKIT
Vaikka useimmat putket ovat piilossa näkyviltä, ​​niiden läsnäolo on yleensä ilmeinen. Pienet kyltit, joissa lukee "öljyputki" ovat yksi ilmeinen osoitus maanalaisten kuljetusputkien olemassaolosta. Nämä putkistot on varustettu monilla tärkeillä venttiileillä koko pituudeltaan. Putkilinjojen hätäsulkuventtiilejä löytyy standardien, määräysten ja lakien määrittelemin välein. Nämä venttiilit palvelevat elintärkeää palvelua putkilinjan osan eristämiseksi vuodon sattuessa tai kun huoltoa tarvitaan.

Putkilinjan reitin varrella on myös hajallaan tiloja, joissa linja nousee maasta ja linjalle on pääsy. Nämä asemat ovat koti "sian" laukaisulaitteistolle, joka koostuu laitteista, jotka on asetettu putkistoon joko linjan tarkastamiseksi tai puhdistamiseksi. Nämä sikojen laukaisuasemat sisältävät yleensä useita venttiileitä, joko portti- tai pallotyyppisiä. Kaikkien putkistojärjestelmän venttiilien on oltava täysin aukeavia, jotta siat pääsevät kulkemaan.

Putket tarvitsevat myös energiaa putkilinjan kitkan torjumiseen ja linjan paineen ja virtauksen ylläpitämiseen. Käytetään kompressoreita tai pumppuasemia, jotka näyttävät prosessilaitoksen pieniltä versioilta ilman korkeita halkeilutorneja. Näillä asemilla on kymmeniä luisti-, pallo- ja takaiskuputkiventtiilejä.
Itse putkistot on suunniteltu erilaisten standardien ja koodien mukaisesti, kun taas putkilinjaventtiilit noudattavat API 6D -putkiventtiilejä.
On myös pienempiä putkia, jotka syötetään taloihin ja kaupallisiin rakenteisiin. Nämä linjat tuottavat vettä ja kaasua, ja ne on suojattu sulkuventtiileillä.
Suuret kunnat, erityisesti Yhdysvaltojen pohjoisosassa, tarjoavat höyryä kaupallisten asiakkaiden lämmitystarpeisiin. Nämä höyrynsyöttölinjat on varustettu erilaisilla venttiileillä höyryn syötön ohjaamiseksi ja säätämiseksi. Vaikka neste on höyryä, paineet ja lämpötilat ovat alhaisemmat kuin voimalaitoshöyryn tuotannossa. Tässä palvelussa käytetään erilaisia ​​venttiilityyppejä, vaikkakin kunniallinen tulppaventtiili on edelleen suosittu valinta.

JALOSTAMO JA PETROKEMIAN
Jalostamoiden venttiileitä käytetään enemmän teollisissa venttiileissä kuin mikään muu venttiilisegmentti. Jalostamoissa on sekä syövyttäviä nesteitä että joissain tapauksissa korkeita lämpötiloja.
Nämä tekijät sanelevat, kuinka venttiilit rakennetaan API-venttiilien suunnitteluspesifikaatioiden, kuten API 600 (luistiventtiilit), API 608 (palloventtiilit) ja API 594 (takaiskuventtiilit), mukaisesti. Koska monet näistä venttiileistä kohtaavat ankaran palvelun, tarvitaan usein ylimääräistä korroosiovaraa. Tämä lisäys ilmenee suurempina seinämäpaksuuksina, jotka on määritelty API-suunnitteluasiakirjoissa.

Käytännössä kaikki suuret venttiilityypit löytyvät runsaasti tyypillisestä suuresta jalostamosta. Kaikkialla oleva luistiventtiili on edelleen suurimman asukkaan kukkulan kuningas, mutta neljänneskierrosventtiilit vievät yhä suuremman osan markkinaosuudestaan. Neljänneskierrostuotteita, jotka ovat menestyneet tällä alalla (jolla myös aikoinaan hallitsivat lineaariset tuotteet), ovat tehokkaat kolminkertaiset läppäventtiilit ja metalliset palloventtiilit.

Vakioporttia, palloa ja takaiskuventtiilejä löytyy edelleen massana, eivätkä ne katoa niiden suunnittelun ja valmistuksen taloudellisuuden vuoksi lähiaikoina.
Jalostamoiden venttiilien paineluokitukset vaihtelevat luokasta 150 luokkaan 1500, ja luokka 300 on suosituin.
Tavalliset hiiliteräkset, kuten laatu WCB (valu) ja A-105 (taottu), ovat suosituimpia jalostamoiden huoltoventtiileissä määritellyt ja käytetyt materiaalit. Monet jalostusprosessisovellukset ylittävät tavallisten hiiliterästen lämpötilan ylärajoja, ja näihin sovelluksiin on määritelty korkeamman lämpötilan seokset. Näistä suosituimpia ovat kromi/molyteräkset, kuten 1-1/4 % Cr, 2-1/4 % Cr, 5 % Cr ja 9 % Cr. Ruostumattomia teräksiä ja runsaasti nikkeliä sisältäviä seoksia käytetään myös joissakin erityisen ankarissa jalostusprosesseissa.

KEMIALLINEN
Kemianteollisuus on suuri kaikentyyppisten ja -materiaalien venttiilien käyttäjä. Pienistä erätehtaista Persianlahden rannikolla löydettäviin valtaviin petrokemian komplekseihin venttiilit ovat valtava osa kemiallisten prosessien putkistojärjestelmiä.

Suurin osa kemiallisten prosessien sovelluksista on paineistettua alhaisempi kuin monet jalostusprosessit ja sähköntuotanto. Suosituimmat paineluokat kemiantehtaan venttiileissä ja putkistossa ovat luokat 150 ja 300. Kemiantehtaat ovat myös olleet suurin liikkeellepaneva tekijä markkinaosuuden valtauksessa, jonka palloventtiilit ovat painineet lineaarisista venttiileistä viimeisen 40 vuoden aikana. Joustava istukkainen palloventtiili, jossa on nollavuotosulku, sopii täydellisesti moniin kemiantehdassovelluksiin. Palloventtiilin kompakti koko on myös suosittu ominaisuus.
Joissakin kemian tehtaissa ja tehdasprosesseissa lineaariventtiilejä suositaan edelleen. Näissä tapauksissa suositut API 603 -suunnitellut venttiilit, joissa on ohuemmat seinämät ja kevyemmät, ovat yleensä luisti- tai palloventtiili. Joidenkin kemikaalien hallinta onnistuu myös tehokkaasti kalvo- tai puristusventtiileillä.
Koska monet kemikaalit ja kemikaalien valmistusprosessit ovat syövyttäviä, materiaalin valinta on kriittinen. Defacto-materiaalina on 316/316L austeniittista ruostumatonta terästä. Tämä materiaali toimii hyvin taistelemaan korroosiota vastaan ​​​​joukon joskus ikäviä nesteitä.

Joissakin kovemmissa syövyttävissä sovelluksissa tarvitaan enemmän suojaa. Näissä tilanteissa valitaan usein muita korkean suorituskyvyn austeniittisen ruostumattoman teräksen laatuja, kuten 317, 347 ja 321. Muita seoksia, joita käytetään ajoittain kemiallisten nesteiden säätelyyn, ovat Monel, Alloy 20, Inconel ja 17-4 PH.

LNG:N JA KAASUN EROTTAMINEN
Sekä nestemäinen maakaasu (LNG) että kaasun erottamiseen tarvittavat prosessit perustuvat laajaan putkistoon. Nämä sovellukset vaativat venttiileitä, jotka voivat toimia erittäin alhaisissa kryogeenisissa lämpötiloissa. LNG-teollisuus, joka kasvaa nopeasti Yhdysvalloissa, etsii jatkuvasti kaasun nesteytysprosessin päivittämistä ja parantamista. Tätä varten putkistosta ja venttiileistä on tullut paljon suurempia ja painevaatimuksia on nostettu.

Tämä tilanne on vaatinut venttiilien valmistajia kehittämään malleja, jotka täyttävät tiukemmat parametrit. Neljänneskierrospallo- ja läppäventtiilit ovat suosittuja LNG-palveluissa, ja 316ss [ruostumaton teräs] on suosituin materiaali. ANSI Class 600 on tavallinen painekatto useimmille LNG-sovelluksille. Vaikka neljänneskierrostuotteet ovat suosituimpia venttiilityyppejä, tehtailta löytyy myös luisti-, pallo- ja takaiskuventtiilejä.

Kaasunerotuspalvelu käsittää kaasun jakamisen sen yksittäisiin peruselementteihin. Esimerkiksi ilmanerotusmenetelmillä saadaan aikaan typpeä, happea, heliumia ja muita hivenkaasuja. Prosessin erittäin alhaisen lämpötilan luonne tarkoittaa, että tarvitaan useita kryogeenisiä venttiileitä.

Sekä LNG- että kaasunerotuslaitoksissa on matalan lämpötilan venttiilit, joiden on pysyttävä toiminnassa näissä kryogeenisissa olosuhteissa. Tämä tarkoittaa, että venttiilin tiivistejärjestelmä on nostettava pois matalan lämpötilan nesteestä käyttämällä kaasu- tai lauhdutuskolonnia. Tämä kaasupylväs estää nestettä muodostamasta jääpalloa tiivistealueen ympärille, mikä estäisi venttiilin karaa kääntymästä tai nousemasta.

KAUPALLISET RAKENNUKSET
Kaupalliset rakennukset ympäröivät meitä, mutta ellemme kiinnitä erityistä huomiota niiden rakennusvaiheessa, meillä on vain vähän aavistustakaan niiden muurattujen, lasi- ja metalliseinien sisään piilotetuista nestemäisistä valtimoista.

Lähes jokaisessa rakennuksessa yhteinen nimittäjä on vesi. Kaikki nämä rakenteet sisältävät erilaisia ​​putkistojärjestelmiä, joissa on useita vety/happiyhdistelmiä juomakelpoisten nesteiden, jäteveden, kuuman veden, harmaan veden ja palosuojauksen muodossa.

Rakennuksen selviytymisen kannalta palojärjestelmät ovat kriittisimpiä. Rakennusten palosuojaus syötetään ja täytetään lähes yleisesti puhtaalla vedellä. Jotta palovesijärjestelmät olisivat tehokkaita, niiden on oltava luotettavia, riittävän paineita ja sijoitettava kätevästi koko rakenteeseen. Nämä järjestelmät on suunniteltu käynnistymään automaattisesti tulipalon sattuessa.
Korkeat rakennukset vaativat saman vedenpainepalvelun yläkerroksissa kuin alakerroksissa, joten korkeapainepumppuja ja putkia on käytettävä veden nostamiseen. Putkijärjestelmät ovat yleensä luokkaa 300 tai 600 rakennuksen korkeudesta riippuen. Näissä sovelluksissa käytetään kaikentyyppisiä venttiileitä; kuitenkin Underwriters Laboratoriesin tai Factory Mutualin tulee hyväksyä venttiilien suunnittelu palojohtohuoltoa varten.

Juomaveden jakelussa käytetään samoja venttiileitä kuin paloventtiileissä, vaikka hyväksyntäprosessi ei olekaan niin tiukka.
Kaupalliset ilmastointijärjestelmät, joita löytyy suurista yritysrakenteista, kuten toimistorakennuksista, hotelleista ja sairaaloista, ovat yleensä keskitettyjä. Niissä on suuri jäähdytysyksikkö tai kattila kylmän tai korkean lämpötilan siirtämiseen käytettävän nesteen jäähdyttämiseksi tai lämmittämiseksi. Näissä järjestelmissä on usein käsiteltävä kylmäaineita, kuten R-134a, fluorihiilivetyä, tai suurten lämmitysjärjestelmien tapauksessa höyryä. Läppä- ja palloventtiilien kompaktin koon vuoksi näistä tyypeistä on tullut suosittuja LVI-jäähdytysjärjestelmissä.

Höyrypuolella jotkut neljänneskierrosventtiilit ovat tunkeutuneet käyttöön, mutta monet putkiasennusinsinöörit luottavat edelleen lineaarisiin luisti- ja palloventtiileihin, varsinkin jos putkisto vaatii päittäishitsien päät. Näissä kohtalaisissa höyrysovelluksissa teräs on korvannut valuraudan teräksen hitsattavuuden vuoksi.

Jotkut lämmitysjärjestelmät käyttävät kuumaa vettä höyryn sijaan siirtonesteenä. Näitä järjestelmiä palvelevat hyvin pronssi- tai rautaventtiilit. Neljänneskierroksiset kimmoisikkaiset pallo- ja läppäventtiilit ovat erittäin suosittuja, vaikka joitain lineaarisia malleja käytetään edelleen.

PÄÄTELMÄ
Vaikka todisteet tässä artikkelissa mainituista venttiilisovelluksista eivät ehkä ole nähtävissä Starbucks-matkan tai mummon talon aikana, jotkut erittäin tärkeät venttiilit ovat aina lähellä. Auton moottorissa on jopa venttiileitä, joita käytetään päästämään niihin paikkoihin, kuten kaasuttimessa, jotka ohjaavat polttoaineen virtausta moottoriin ja moottorissa, jotka ohjaavat bensiinin virtausta mäntiin ja takaisin ulos. Ja jos nuo venttiilit eivät ole tarpeeksi lähellä jokapäiväistä elämäämme, harkitse tosiasiaa, että sydämemme lyö säännöllisesti neljän tärkeän virtauksen säätölaitteen kautta.

Tämä on vain yksi esimerkki todellisuudesta: venttiilejä on todella kaikkialla. VM
Tämän artikkelin osa II kattaa muita toimialoja, joilla venttiilejä käytetään. Siirry osoitteeseen www.valvemagazine.com lukeaksesi massasta ja paperista, merenkulun sovelluksista, padoista ja vesivoimasta, aurinko-, rauta- ja teräsvoimasta, ilmailusta, geotermisestä sekä käsityöpanimosta ja tislauksesta.

GREG JOHNSON on United Valven (www.unitedvalve.com) puheenjohtaja Houstonissa. Hän on VALVE-lehden avustava toimittaja, entinen Venttiilien korjausneuvoston puheenjohtaja ja nykyinen VRC:n hallituksen jäsen. Hän toimii myös VMA:n koulutus- ja koulutuskomiteassa, on VMA:n viestintäkomitean varapuheenjohtaja ja Manufacturers Standardization Societyn entinen puheenjohtaja.