Gdje se ventili koriste: Posvuda!

08. studenog 2017. Napisao Greg Johnson

Danas se ventili mogu naći gotovo svugdje: u našim domovima, ispod ulice, u poslovnim zgradama i na tisućama mjesta unutar elektrana i hidroelektrana, tvornica papira, rafinerija, kemijskih tvornica i drugih industrijskih i infrastrukturnih objekata.
Industrija ventila doista je široka, sa segmentima koji variraju od distribucije vode do nuklearne energije do nafte i plina uzvodno i nizvodno. Svaka od ovih industrija krajnjih korisnika koristi neke osnovne vrste ventila; međutim, detalji konstrukcije i materijala često su vrlo različiti. Evo uzorka:

VODOVOD RADOVI
U svijetu distribucije vode, pritisci su gotovo uvijek relativno niski, a temperature okoline. Te dvije činjenice o primjeni omogućuju brojne elemente dizajna ventila koji se ne bi mogli naći na zahtjevnijoj opremi kao što su parni ventili za visoke temperature. Temperatura okoline opskrbe vodom dopušta upotrebu elastomera i gumenih brtvi koje nisu prikladne drugdje. Ovi mekani materijali omogućuju opremanje vodenih ventila za čvrsto brtvljenje kapanja.

Još jedno razmatranje kod servisnih ventila za vodu je izbor materijala od kojih se izrađuju. Lijevano i nodularno željezo intenzivno se koriste u vodovodnim sustavima, posebno u vodovima velikog vanjskog promjera. S vrlo malim linijama može se prilično dobro rukovati s brončanim materijalima ventila.

Tlakovi koje vidi većina vodovodnih ventila obično su daleko ispod 200 psi. To znači da nisu potrebne izvedbe s debljim stijenkama i višim tlakom. Imajući to u vidu, postoje slučajevi u kojima su vodeni ventili izgrađeni za podnošenje viših pritisaka, do oko 300 psi. Te su primjene obično na dugim akvaduktima blizu izvora tlaka. Ponekad se vodeni ventili s višim tlakom također nalaze na točkama s najvišim tlakom u visokoj brani.

Američka udruga vodovoda (AWWA) izdala je specifikacije koje pokrivaju mnoge različite vrste ventila i aktuatora koji se koriste u aplikacijama vodovoda.

OTPADNE VODE
Druga strana svježe pitke vode koja ulazi u objekt ili strukturu je otpadna voda ili kanalizacija. Ovi vodovi skupljaju svu otpadnu tekućinu i krutine i usmjeravaju ih u postrojenje za pročišćavanje otpadnih voda. Ova postrojenja za obradu imaju puno niskotlačnih cjevovoda i ventila za obavljanje svog "prljavog posla". Zahtjevi za ventile za otpadnu vodu u mnogim su slučajevima mnogo blaži od zahtjeva za uslugu čiste vode. Željezna zasuna i nepovratni ventili najpopularniji su izbor za ovu vrstu usluge. Standardni ventili u ovoj usluzi izrađeni su u skladu sa specifikacijama AWWA.

ELEKTROPRIVREDA
Većina električne energije proizvedene u Sjedinjenim Državama proizvodi se u parnim postrojenjima koja koriste fosilna goriva i turbine velike brzine. Skidanje poklopca moderne elektrane dalo bi pogled na visokotlačne i visokotemperaturne cjevovodne sustave. Ovi glavni vodovi su najkritičniji u procesu proizvodnje parne energije.

Zasuni i dalje su glavni izbor za aplikacije za uključivanje/isključivanje elektrana, iako se također mogu naći zasuni za posebne namjene, Y-uzorak. Kuglasti ventili visokih performansi za kritične potrebe dobivaju popularnost kod nekih dizajnera elektrana i probijaju se u ovom svijetu kojim su nekoć dominirali linearni ventili.

Metalurgija je kritična za ventile u energetskim aplikacijama, posebno one koji rade u superkritičnim ili ultra-superkritičnim radnim rasponima tlaka i temperature. F91, F92, C12A, zajedno s nekoliko Inconel i legura od nehrđajućeg čelika obično se koriste u današnjim elektranama. Tlačne klase uključuju 1500, 2500 iu nekim slučajevima 4500. Modulacijska priroda vršnih elektrana (onih koje rade samo prema potrebi) također stavlja veliki pritisak na ventile i cjevovode, zahtijevajući robusne dizajne za rukovanje ekstremnom kombinacijom ciklusa, temperature i pritisak.
Uz glavne parne ventile, elektrane su opterećene pomoćnim cjevovodima, ispunjenim mnoštvom zasunskih, kuglastih, povratnih, leptirastih i kuglastih ventila.

Nuklearne elektrane rade na istom principu parne/brze turbine. Glavna razlika je u tome što u nuklearnoj elektrani para nastaje toplinom iz procesa fisije. Ventili nuklearnih elektrana slični su svojim rođacima na fosilna goriva, osim po svom pedigreu i dodatnom zahtjevu apsolutne pouzdanosti. Nuklearni ventili proizvode se prema iznimno visokim standardima, a dokumentacija o kvalifikacijama i inspekciji ispunjava stotine stranica.

PROIZVODNJA NAFTE I PLINA
Naftne i plinske bušotine i proizvodna postrojenja često koriste ventile, uključujući mnoge ventile za teške uvjete rada. Iako više nije vjerojatno da će se pojaviti izljevi nafte koji izbacuju stotine stopa u zrak, slika ilustrira potencijalni pritisak podzemne nafte i plina. Zbog toga se glave bunara ili božićna drvca postavljaju na vrh dugačkog niza cijevi bunara. Ovi sklopovi, sa svojom kombinacijom ventila i posebnih priključaka, dizajnirani su za rad s pritiscima većim od 10 000 psi. Dok se danas rijetko nalaze u bušotinama iskopanim na kopnu, ekstremno visoki pritisci često se nalaze na dubokim bušotinama na moru.

Projektiranje opreme za ušće bušotine pokriveno je API specifikacijama kao što je 6A, Specifikacija za opremu za ušće bušotine i božićno drvce. Ventili obuhvaćeni u 6A dizajnirani su za ekstremno visoke tlakove, ali skromne temperature. Većina božićnih drvaca sadrži zasune i posebne kuglaste ventile koji se nazivaju prigušnice. Prigušnice služe za regulaciju protoka iz bunara.

Osim samih bušotina, mnogi pomoćni objekti nastanjuju naftno ili plinsko polje. Procesna oprema za prethodnu obradu nafte ili plina zahtijeva brojne ventile. Ovi ventili obično su od ugljičnog čelika ocijenjeni za niže klase.

Povremeno je vrlo korozivna tekućina - sumporovodik - prisutna u struji sirove nafte. Ovaj materijal, koji se naziva i kiseli plin, može biti smrtonosan. Kako bi se pobijedili izazovi kiselog plina, moraju se slijediti posebni materijali ili tehnike obrade materijala u skladu s NACE međunarodnom specifikacijom MR0175.

OFFSHORE INDUSTRIJA
Sustavi cjevovoda za naftne platforme i proizvodne objekte na moru sadrže mnoštvo ventila izgrađenih prema mnogim različitim specifikacijama kako bi se nosili sa širokim spektrom izazova kontrole protoka. Ovi objekti također sadrže različite petlje sustava upravljanja i uređaje za rasterećenje tlaka.

Za postrojenja za proizvodnju nafte, arterijsko srce je stvarni sustav cjevovoda za prikupljanje nafte ili plina. Iako ne uvijek na samoj platformi, mnogi proizvodni sustavi koriste božićna drvca i sustave cjevovoda koji rade na negostoljubivim dubinama od 10 000 stopa ili više. Ova proizvodna oprema izrađena je prema mnogim strogim standardima Američkog instituta za naftu (API) i navedena je u nekoliko API-jevih preporučenih praksi (RP).

Na većini velikih naftnih platformi, dodatni procesi se primjenjuju na sirovu tekućinu koja dolazi iz ušća bušotine. To uključuje odvajanje vode od ugljikovodika i odvajanje plina i tekućina prirodnog plina od struje fluida. Ovi sustavi cjevovoda nakon božićnog drvca općenito su izgrađeni prema kodovima cjevovoda Američkog društva inženjera strojarstva B31.3 s ventilima dizajniranim u skladu sa specifikacijama API ventila kao što su API 594, API 600, API 602, API 608 i API 609.

Neki od ovih sustava mogu također sadržavati API 6D zasun, kuglaste i povratne ventile. Budući da su svi cjevovodi na platformi ili brodu za bušenje unutar objekta, strogi zahtjevi za korištenje API 6D ventila za cjevovode se ne primjenjuju. Iako se u ovim sustavima cjevovoda koristi više tipova ventila, tip ventila po izboru je kuglasti ventil.

CJEVOVODI
Iako je većina cjevovoda skrivena od pogleda, njihova je prisutnost obično očita. Mali znakovi s natpisom "naftovod" očiti su pokazatelj prisutnosti podzemnih transportnih cjevovoda. Ovi su cjevovodi opremljeni mnogim važnim ventilima duž cijele svoje duljine. Ventili za zatvaranje cjevovoda za hitne slučajeve nalaze se u intervalima kako je određeno standardima, kodeksima i zakonima. Ovi ventili služe vitalnoj funkciji izolacije dijela cjevovoda u slučaju curenja ili kada je potrebno održavanje.

Duž trase cjevovoda raštrkani su i objekti gdje cjevovod izlazi iz zemlje i gdje je dostupan pristup cjevovodu. Ove stanice su dom za "svinju" opremu za lansiranje, koja se sastoji od uređaja umetnutih u cjevovode za pregled ili čišćenje linije. Ove stanice za lansiranje svinja obično sadrže nekoliko ventila, bilo tipa vrata ili kugle. Svi ventili na sustavu cjevovoda moraju imati puni ulaz (puno otvaranje) kako bi omogućili prolaz svinja.

Cjevovodi također trebaju energiju za borbu protiv trenja cjevovoda i održavanje tlaka i protoka u cjevovodu. Koriste se kompresorske ili crpne stanice koje izgledaju kao male verzije procesnog postrojenja bez visokih tornjeva za pucanje. Ove stanice su dom desecima zasun, kugla i nepovratnih cjevovodnih ventila.
Sami cjevovodi su projektirani u skladu s različitim standardima i kodeksima, dok ventili za cjevovode slijede API 6D ventile za cjevovode.
Postoje i manji cjevovodi koji ulaze u kuće i poslovne objekte. Ovi vodovi osiguravaju vodu i plin i zaštićeni su zapornim ventilima.
Velike općine, osobito u sjevernom dijelu Sjedinjenih Država, opskrbljuju parom potrebe za grijanjem komercijalnih kupaca. Ovi vodovi za dovod pare opremljeni su raznim ventilima za kontrolu i regulaciju dovoda pare. Iako je tekućina para, tlakovi i temperature niži su od onih koji se nalaze u proizvodnji pare u elektranama. Različiti tipovi ventila koriste se u ovoj usluzi, iako je cijenjeni čep ventil još uvijek popularan izbor.

RAFINERIJA I PETROKEMIJ
Rafinerijski ventili imaju veću industrijsku upotrebu nego bilo koji drugi segment ventila. Rafinerije su dom korozivnih tekućina, au nekim slučajevima i visokih temperatura.
Ovi čimbenici određuju način na koji se ventili izrađuju u skladu s API specifikacijama dizajna ventila kao što su API 600 (zasuni), API 608 (kuglasti ventili) i API 594 (nepovratni ventili). Zbog teškog rada s kojim se susreću mnogi od ovih ventila, često je potreban dodatni dodatak za koroziju. Taj se dodatak očituje kroz veće debljine stijenki koje su navedene u projektnoj dokumentaciji API-ja.

Gotovo svaki veliki tip ventila može se naći u izobilju u tipičnoj velikoj rafineriji. Sveprisutni zasun još uvijek je kralj brda s najvećom populacijom, ali četvrtokretni ventili zauzimaju sve veći dio njihovog tržišnog udjela. Četvrtokretni proizvodi koji su uspješno prodrli u ovu industriju (kojom su također nekada dominirali linearni proizvodi) uključuju trostruko pomaknute leptir ventile visokih performansi i kuglaste ventile s metalnim sjedištem.

Standardni zasuni, kuglasti i nepovratni ventili još uvijek se nalaze masovno, a zbog srčanosti njihovog dizajna i ekonomičnosti proizvodnje, neće nestati u skorije vrijeme.
Ocjene tlaka za rafinerijske ventile kreću se od klase 150 do klase 1500, s klasom 300 najpopularnijom.
Obični ugljični čelici, kao što su WCB (lijevani) i A-105 (kovani) najpopularniji su materijali specificirani i korišteni u ventilima za rafinerije. Mnoge primjene procesa rafiniranja pomiču gornje temperaturne granice običnih ugljičnih čelika, a za te su primjene određene legure s višim temperaturama. Najpopularniji od njih su krom/mol čelici kao što su 1-1/4% Cr, 2-1/4% Cr, 5% Cr i 9% Cr. Nehrđajući čelici i legure s visokim udjelom nikla također se koriste u nekim posebno oštrim procesima rafiniranja.

KEMIJSKI
Kemijska industrija veliki je korisnik ventila svih vrsta i materijala. Od malih serijskih postrojenja do golemih petrokemijskih kompleksa koji se nalaze na obali Meksičkog zaljeva, ventili su veliki dio cjevovodnih sustava kemijskih procesa.

Većina primjena u kemijskim procesima ima niži tlak od mnogih procesa rafiniranja i proizvodnje električne energije. Najpopularnije klase tlaka za ventile i cjevovode kemijskih tvornica su klase 150 i 300. Kemijske tvornice također su bile najveći pokretač preuzimanja tržišnog udjela koji su kuglasti ventili izborili s linearnim ventilima tijekom posljednjih 40 godina. Kuglasti ventil s elastičnim sjedištem, s zatvaračem bez propuštanja, savršeno odgovara mnogim aplikacijama u kemijskim postrojenjima. Kompaktna veličina kuglastog ventila također je popularna značajka.
Još uvijek postoje neka kemijska postrojenja i procesi u pogonima u kojima se preferiraju linearni ventili. U tim slučajevima, popularni API 603 dizajnirani ventili, s tanjim stijenkama i manjom težinom, obično su zasun ili kuglasti ventil izbora. Kontrola nekih kemikalija također se učinkovito postiže pomoću membranskih ili kliznih ventila.
Zbog korozivne prirode mnogih kemikalija i procesa proizvodnje kemikalija, odabir materijala je kritičan. Defacto materijal je 316/316L stupanj austenitnog nehrđajućeg čelika. Ovaj materijal dobro djeluje u borbi protiv korozije izazvane mnoštvom ponekad neugodnih tekućina.

Za neke jače korozivne primjene potrebna je veća zaštita. Drugi visokoučinkoviti stupnjevi austenitnog nehrđajućeg čelika, poput 317, 347 i 321, često se biraju u tim situacijama. Druge legure koje se s vremena na vrijeme koriste za kontrolu kemijskih tekućina uključuju Monel, Alloy 20, Inconel i 17-4 PH.

ODVAJANJE LNG-a I PLINA
I tekući prirodni plin (LNG) i procesi potrebni za odvajanje plina oslanjaju se na opsežne cjevovode. Ove primjene zahtijevaju ventile koji mogu raditi na vrlo niskim kriogenim temperaturama. Industrija LNG-a, koja brzo raste u Sjedinjenim Državama, neprestano nastoji unaprijediti i poboljšati proces ukapljivanja plina. U tu su svrhu cjevovodi i ventili postali mnogo veći, a zahtjevi za tlakom su povećani.

Ova situacija je zahtijevala od proizvođača ventila da razviju dizajne koji zadovoljavaju oštrije parametre. Kuglični i leptir ventili s četvrtokretnim zakretanjem popularni su za LNG usluge, a najpopularniji materijal je 316s [nehrđajući čelik]. ANSI klasa 600 je uobičajeni gornji tlak za većinu LNG aplikacija. Iako su četvrtokretni proizvodi najpopularnije vrste ventila, zasun, kuglasti i nepovratni ventil također se mogu naći u pogonima.

Usluga separacije plina podrazumijeva podjelu plina na njegove pojedine osnovne elemente. Na primjer, metode odvajanja zraka daju dušik, kisik, helij i druge plinove u tragovima. Vrlo niskotemperaturna priroda procesa znači da su potrebni mnogi kriogeni ventili.

I LNG i postrojenja za odvajanje plina imaju niskotemperaturne ventile koji moraju ostati operativni u ovim kriogenim uvjetima. To znači da se sustav brtve ventila mora odmaknuti od tekućine niske temperature korištenjem plinske ili kondenzacijske kolone. Ovaj stupac plina sprječava da tekućina formira ledenu kuglu oko područja pakiranja, što bi spriječilo okretanje ili podizanje stabla ventila.

POSLOVNE ZGRADE
Okružuju nas komercijalne zgrade, ali ako ne obratimo pažnju na njihovu izgradnju, nemamo pojma o mnoštvu tekućih arterija skrivenih unutar njihovih zidova od cigle, stakla i metala.

Zajednički nazivnik u gotovo svakoj zgradi je voda. Sve te strukture sadrže različite sustave cjevovoda koji prenose mnoge kombinacije spoja vodik/kisik u obliku tekućina za piće, otpadne vode, tople vode, sive vode i zaštite od požara.

Sa stajališta opstanka zgrade, protupožarni sustavi su najkritičniji. Zaštita od požara u zgradama gotovo se univerzalno napaja i puni čistom vodom. Kako bi sustavi protupožarne vode bili učinkoviti, moraju biti pouzdani, imati dovoljan pritisak i biti prikladno smješteni u cijeloj strukturi. Ovi sustavi su dizajnirani za automatsko uključivanje u slučaju požara.
Visoke zgrade zahtijevaju isti pritisak vode na gornjim katovima kao i na donjim katovima, tako da se moraju koristiti visokotlačne pumpe i cjevovod da bi se voda digla prema gore. Sustavi cjevovoda obično su klase 300 ili 600, ovisno o visini zgrade. U ovim se primjenama koriste sve vrste ventila; međutim, dizajn ventila mora odobriti Underwriters Laboratories ili Factory Mutual za glavne vatrogasne usluge.

Iste klase i tipovi ventila koji se koriste za vatrogasne ventile koriste se za distribuciju pitke vode, iako postupak odobravanja nije toliko strog.
Komercijalni klimatizacijski sustavi koji se nalaze u velikim poslovnim strukturama kao što su uredske zgrade, hoteli i bolnice obično su centralizirani. Imaju veliku rashladnu jedinicu ili kotao za hlađenje ili zagrijavanje tekućine koja se koristi za prijenos hladne ili visoke temperature. Ovi sustavi često moraju koristiti rashladna sredstva kao što je R-134a, hidro-fluorougljik, ili u slučaju velikih sustava grijanja, paru. Zbog kompaktne veličine leptirastih i kuglastih ventila, ove su vrste postale popularne u HVAC rashladnim sustavima.

Što se tiče pare, neki četvrtokretni ventili su se probili u upotrebi, no mnogi inženjeri vodoinstalatera i dalje se oslanjaju na linearne zasune i kuglaste ventile, osobito ako cjevovod zahtijeva sučeono zavarene krajeve. Za ove umjerene primjene pare, čelik je zauzeo mjesto lijevanog željeza zbog zavarljivosti čelika.

Neki sustavi grijanja koriste toplu vodu umjesto pare kao tekućinu za prijenos. Ovi sustavi dobro služe brončanim ili željeznim ventilima. Kuglasti i leptirasti ventili s četvrtokretnim elastičnim sjedištem vrlo su popularni, iako se još uvijek koriste neki linearni dizajni.

ZAKLJUČAK
Iako dokazi o primjeni ventila spomenuti u ovom članku možda neće biti vidljivi tijekom putovanja u Starbucks ili u bakinu kuću, neki vrlo važni ventili uvijek su u blizini. Postoje čak i ventili u motoru automobila koji se koriste za dolazak do tih mjesta kao što su oni u rasplinjaču koji kontroliraju protok goriva u motor i oni u motoru koji kontroliraju protok benzina u klipove i opet van. A ako ti ventili nisu dovoljno blizu našem svakodnevnom životu, uzmite u obzir činjenicu da naša srca redovito kucaju kroz četiri vitalna uređaja za kontrolu protoka.

Ovo je samo još jedan primjer stvarnosti: ventili su uistinu posvuda. VM
Dio II ovog članka pokriva dodatne industrije u kojima se koriste ventili. Posjetite www.valvemagazine.com kako biste pročitali o celulozi i papiru, primjeni u moru, branama i hidroelektranama, solarnoj energiji, željezu i čeliku, zrakoplovstvu, geotermalnoj energiji te craft pivarstvu i destilaciji.

GREG JOHNSON je predsjednik United Valvea (www.unitedvalve.com) u Houstonu. On je urednik časopisa VALVE, bivši predsjednik Vijeća za popravak ventila i trenutni član odbora VRC-a. Također je član Odbora za obrazovanje i obuku VMA-a, potpredsjednik je Odbora za komunikacije VMA-a i bivši je predsjednik Društva za standardizaciju proizvođača.