Ahol szelepeket használnak: Mindenhol!

2017. november 8. Írta: Greg Johnson

A szelepek ma már szinte bárhol megtalálhatók: otthonainkban, az utcák alatt, kereskedelmi épületekben és ezernyi helyen, erőművekben és vízművekben, papírgyárakban, finomítókban, vegyi üzemekben és egyéb ipari és infrastrukturális létesítményekben.
A szelepipar valóban széleskörű iparág, amelynek szegmensei a vízellátástól az atomenergián át az olaj- és gáziparig terjednek. Ezen végfelhasználói iparágak mindegyike használ néhány alapvető szeleptípust; azonban a konstrukció és az anyagok részletei gyakran nagyon eltérőek. Íme egy példa:

Vízművek
A vízellátás világában a nyomás szinte mindig viszonylag alacsony, a hőmérséklet pedig környezeti. Ez a két alkalmazási tény számos olyan szeleptervezési elemet tesz lehetővé, amelyek nem találhatók meg a kihívást jelentő berendezéseken, például a magas hőmérsékletű gőzszelepeken. A vízellátás környezeti hőmérséklete lehetővé teszi az elasztomerek és gumitömítések használatát, amelyek máshol nem alkalmasak. Ezek a puha anyagok lehetővé teszik a vízszelepek felépítését a csöpögő víz szoros lezárására.

A vízszerelvényeknél egy másik szempont a gyártási anyagok megválasztása. Az öntöttvasakat és a gömbgrafitos vasakat széles körben használják vízrendszerekben, különösen a nagy külső átmérőjű vezetékekben. A nagyon kis vezetékek bronz szelepanyagokkal is jól kezelhetők.

A legtöbb vízmű szelep által elviselt nyomás általában jóval 200 psi alatt van. Ez azt jelenti, hogy nincs szükség vastagabb falú, nagyobb nyomású kivitelekre. Ennek ellenére vannak olyan esetek, amikor a vízszelepeket magasabb, akár 300 psi körüli nyomás kezelésére is építik. Ezeket az alkalmazásokat általában hosszú vízvezetékeken alkalmazzák a nyomásforrás közelében. Néha nagyobb nyomású vízszelepeket találnak egy magas gátak legmagasabb nyomáspontjain is.

Az Amerikai Vízművek Szövetsége (AWWA) specifikációkat adott ki a vízművekben használt számos különböző típusú szelepre és működtetőre vonatkozóan.

SZENNYVÍZ
Az édesvíz létesítménybe vagy építménybe jutásának másik oldala a szennyvíz vagy a csatorna kimenete. Ezek a vezetékek összegyűjtik az összes szennyvizet és szilárd anyagot, és egy szennyvíztisztító telepre vezetik. Ezek a tisztítótelepek sok alacsony nyomású csővezetékkel és szeleppel rendelkeznek a „piszkos munkájuk” elvégzéséhez. A szennyvízszelepekre vonatkozó követelmények sok esetben sokkal enyhébbek, mint a tisztavíz-szolgáltatásra vonatkozó követelmények. Az ilyen típusú szolgáltatásokhoz a vas tolózárak és a visszacsapó szelepek a legnépszerűbb választások. Az ebben a szolgáltatásban használt standard szelepek az AWWA előírásainak megfelelően készülnek.

ENERGIAIPAR
Az Egyesült Államokban termelt villamos energia nagy részét fosszilis tüzelőanyaggal és nagy sebességű turbinákkal működő gőzerőművekben állítják elő. Egy modern erőmű burkolatának lebontásakor nagynyomású, magas hőmérsékletű csővezetékrendszerek láthatók. Ezek a fővezetékek a legkritikusabbak a gőzenergia-termelési folyamatban.

A tolózárak továbbra is fő választásnak számítanak az erőművek nyit/zár alkalmazásaiban, bár speciális célú, Y-elrendezésű gömbcsapok is találhatók. A nagy teljesítményű, kritikus szervizelésű gömbcsapok egyre népszerűbbek egyes erőműtervezők körében, és utat törnek ebben az egykor lineáris szelepek által uralt világban.

A kohászat kritikus fontosságú az erőművekben használt szelepek esetében, különösen azoknál, amelyek szuperkritikus vagy ultraszuperkritikus nyomás- és hőmérsékleti tartományban működnek. Az F91, F92, C12A, valamint számos Inconel és rozsdamentes acél ötvözet széles körben használatos a mai erőművekben. A nyomásosztályok közé tartozik az 1500, 2500 és egyes esetekben a 4500. A csúcsteljesítményű erőművek moduláló jellege (amelyek csak szükség szerint működnek) hatalmas terhelést ró a szelepekre és a csővezetékekre, ami robusztus kialakítást igényel a ciklikusság, a hőmérséklet és a nyomás szélsőséges kombinációjának kezelésére.
A fő gőzszelepeken kívül az erőműveket kiegészítő csővezetékekkel is ellátják, amelyeket számtalan tolózár, gömbcsap, visszacsapó szelep, pillangószelep és gömbcsap népesít be.

Az atomerőművek ugyanazon a gőz/nagysebességű turbina elven működnek. A fő különbség az, hogy az atomerőműben a gőzt a hasadási folyamat hője állítja elő. Az atomerőművi szelepek hasonlóak fosszilis tüzelőanyaggal működő rokonaikhoz, kivéve a származásukat és az abszolút megbízhatóság további követelményét. Az atomerőművi szelepeket rendkívül magas szabványok szerint gyártják, a minősítési és ellenőrzési dokumentáció több száz oldalt tölt ki.

Olaj- és gázkitermelés
Az olaj- és gázkutak, valamint a termelőlétesítmények nagy mértékben használnak szelepeket, beleértve számos nagy teherbírású szelepet is. Bár ma már nem valószínű, hogy több száz méter magasra fújó olajáramlatok fordulnak elő, a kép a földalatti olaj és gáz potenciális nyomását szemlélteti. Ezért helyeznek kútfejeket vagy karácsonyfákat a kút hosszú csővezetékének tetejére. Ezeket a szerelvényeket, szelepek és speciális szerelvények kombinációjával, 10 000 psi-nél nagyobb nyomás elviselésére tervezték. Bár manapság ritkán fordul elő a szárazföldön ásott kutakban, a rendkívül magas nyomás gyakran előfordul mély tengeri kutakban.

A kútfej-berendezések tervezését az API-specifikációk szabályozzák, mint például a 6A, a Wellhead and Christmas Tree Equipment specifikációja. A 6A-ban tárgyalt szelepeket rendkívül magas nyomásra, de mérsékelt hőmérsékletre tervezték. A legtöbb karácsonyfa tolózárakat és speciális gömbcsapokat, úgynevezett fojtószelepeket tartalmaz. A fojtószelepek a kútból kiáramló víz mennyiségének szabályozására szolgálnak.

Magukon a kútfejeken kívül számos kiegészítő létesítmény található az olaj- vagy gázmezőn. Az olaj vagy gáz előkezeléséhez szükséges technológiai berendezésekhez számos szelepre van szükség. Ezek a szelepek általában alacsonyabb osztályú szénacélból készülnek.

A nyers kőolajáramban időnként egy erősen korrozív folyadék – hidrogén-szulfid – is jelen van. Ez az anyag, más néven savanyú gáz, halálos lehet. A savanyú gáz kihívásainak leküzdéséhez speciális anyagokat vagy anyagfeldolgozási technikákat kell követni a NACE International MR0175 specifikációjának megfelelően.

TENGERI IPAR
A tengeri olajfúrótornyok és termelési létesítmények csővezetékrendszerei számos, sokféle specifikáció szerint gyártott szelepet tartalmaznak, hogy a legkülönbözőbb áramlásszabályozási kihívásokat kezelni tudják. Ezek a létesítmények különféle vezérlőrendszer-hurkokat és nyomáscsökkentő berendezéseket is tartalmaznak.

Az olajtermelő létesítmények artériás szíve maga az olaj- vagy gázkitermelő csővezeték-rendszer. Bár nem mindig magán a platformon található, sok termelési rendszer karácsonyfákat és csővezeték-rendszereket használ, amelyek 3 000 méteres vagy annál nagyobb, barátságtalan mélységben működnek. Ez a termelési berendezés az Amerikai Kőolajintézet (API) számos szigorú szabványa szerint készül, és számos API ajánlott gyakorlatban (RP) is hivatkozik rá.

A legtöbb nagy olajplatformon további eljárásokat alkalmaznak a kútfejből érkező nyersfolyadékra. Ezek közé tartozik a víz elválasztása a szénhidrogénektől, valamint a gáz és a földgázfolyadékok elválasztása a folyadékáramtól. Ezeket a karácsonyfa utáni csővezeték-rendszereket általában az Amerikai Gépészmérnöki Társaság B31.3 csővezeték-szabványai szerint építik, a szelepeket pedig az API szelepspecifikációk, például az API 594, API 600, API 602, API 608 és API 609 szerint tervezik.

Ezen rendszerek némelyike ​​API 6D tolózár-, gömb- és visszacsapó szelepeket is tartalmazhat. Mivel a platformon vagy a fúróhajón lévő csővezetékek a létesítményen belül találhatók, az API 6D szelepek csővezetékekre vonatkozó szigorú követelményei nem érvényesek. Bár ezekben a csővezeték-rendszerekben többféle szeleptípust használnak, a választott szeleptípus a gömbcsap.

CSŐVEZETÉKEK
Bár a legtöbb csővezeték rejtve van, jelenlétük általában egyértelmű. A „kőolajvezeték” feliratú kis táblák egyértelmű jelzései a földalatti szállítócsövek jelenlétének. Ezek a csővezetékek teljes hosszukban számos fontos szeleppel vannak felszerelve. A vészhelyzeti csővezeték-elzáró szelepek a szabványok, előírások és törvények által meghatározott időközönként találhatók. Ezek a szelepek létfontosságú szerepet játszanak a csővezeték egy szakaszának elszigetelésében szivárgás esetén vagy karbantartás esetén.

A csővezeték nyomvonala mentén elszórva találhatók olyan létesítmények is, ahol a vezeték a földből emelkedik ki, és a vezetékhez hozzáférés biztosított. Ezek az állomások adják az úgynevezett „görényindító” berendezések otthonát, amelyek a csővezetékekbe helyezett eszközökből állnak, amelyek a vezeték ellenőrzésére vagy tisztítására szolgálnak. Ezek a görényindító állomások általában több szelepet tartalmaznak, amelyek lehetnek tolózárasak vagy golyós szelepek. A csővezeték-rendszer összes szelepének teljes átömlőnyílásúnak kell lennie, hogy a görények áthaladhassanak.

A csővezetékeknek energiára van szükségük a csővezeték súrlódásának leküzdéséhez, valamint a vezeték nyomásának és áramlásának fenntartásához. Olyan kompresszor- vagy szivattyúállomásokat használnak, amelyek egy feldolgozóüzem kisebb változataira hasonlítanak, magas krakkolótornyok nélkül. Ezek az állomások több tucat tolózárnak, golyós- és visszacsapó szelepnek adnak otthont.
Magukat a csővezetékeket különféle szabványoknak és előírásoknak megfelelően tervezték, míg a csővezeték-szelepek az API 6D csővezeték-szelepeket követik.
Vannak kisebb csővezetékek is, amelyek házakba és kereskedelmi épületekbe táplálkoznak. Ezek a vezetékek vizet és gázt biztosítanak, és elzárószelepekkel vannak védve.
A nagy települések, különösen az Egyesült Államok északi részén, biztosítanak gőzt a kereskedelmi ügyfelek fűtési igényeinek kielégítésére. Ezek a gőzellátó vezetékek különféle szelepekkel vannak felszerelve a gőzellátás szabályozására és szabályozására. Bár a folyadék gőz, a nyomás és a hőmérséklet alacsonyabb, mint az erőművek gőzfejlesztésénél. Ebben a szolgáltatásban különféle szeleptípusokat használnak, bár a tiszteletre méltó dugós szelep továbbra is népszerű választás.

FINOMÍTÓ ÉS PETROLKÉMIA
A finomítói szelepek az ipari szelepfelhasználásban nagyobb szerepet játszanak, mint bármely más szelepszegmens. A finomítókban korrozív folyadékok és bizonyos esetekben magas hőmérsékletek is előfordulnak.
Ezek a tényezők határozzák meg, hogyan kell a szelepeket az API szeleptervezési specifikációinak, például az API 600 (tolózárak), az API 608 (gömbcsapok) és az API 594 (visszacsapó szelepek) megfelelően gyártani. Mivel ezeknek a szelepeknek sok esetben zord üzemi körülmények között kell dolgozniuk, gyakran szükség van extra korróziós tűréshatárra. Ez a tűréshatár nagyobb falvastagságban nyilvánul meg, amelyet az API tervezési dokumentációi határoznak meg.

Gyakorlatilag minden nagyobb szeleptípus bőségesen megtalálható egy tipikus nagy finomítóban. A mindenütt jelenlévő tolózár továbbra is a legnagyobb népességű és népszerűségnek örvend, de a negyedfordulatos szelepek egyre nagyobb piaci részesedést szereznek. A negyedfordulatos termékek, amelyek sikeresen betörnek az iparágba (amelyet egykor a lineáris termékek is uraltak), közé tartoznak a nagy teljesítményű, háromszoros eltolással ellátott pillangószelepek és a fémülékes gömbcsapok.

A szabványos tolózárak, gömbcsapok és visszacsapó szelepek még mindig tömegesen megtalálhatók, és a tervezésük precízsége, valamint a gyártás gazdaságossága miatt nem fognak egyhamar eltűnni.
A finomítói szelepek nyomásbesorolása a 150-es osztálytól az 1500-as osztályig terjed, a 300-as osztály a legnépszerűbb.
A sima szénacélok, mint például a WCB (öntött) és az A-105 (kovácsolt) minőségűek, a finomítói szelepekben előírt és használt legnépszerűbb anyagok. Számos finomítási folyamat feszegeti a sima szénacélok felső hőmérsékleti határait, és ezekhez az alkalmazásokhoz magasabb hőmérsékletű ötvözeteket írnak elő. Ezek közül a legnépszerűbbek a króm/molibdén acélok, például az 1-1/4% Cr, 2-1/4% Cr, 5% Cr és 9% Cr. Rozsdamentes acélokat és magas nikkeltartalmú ötvözeteket is használnak egyes különösen zord finomítási folyamatokban.

KÉMIAI
A vegyipar nagy felhasználója a különféle típusú és anyagú szelepeknek. A kis tételben előállított üzemektől a Mexikói-öböl partvidékén található hatalmas petrolkémiai komplexumokig a szelepek a kémiai folyamatok csővezeték-rendszereinek hatalmas részét képezik.

A vegyipari folyamatokban alkalmazott alkalmazások többsége alacsonyabb nyomáson működik, mint számos finomítói folyamat és energiatermelési folyamat. A vegyi üzemek szelepeinek és csővezetékeinek legnépszerűbb nyomásosztályai a 150-es és a 300-as osztályok. A vegyi üzemek voltak a legnagyobb mozgatórugói annak a piaci részesedésnek is, amelyet a golyóscsapok az elmúlt 40 évben a lineáris szelepektől elvettek. A rugalmas tömítésű golyósszelep nulla szivárgásmentes elzáróval tökéletesen illeszkedik számos vegyi üzemi alkalmazáshoz. A golyósszelep kompakt mérete is népszerű tulajdonság.
Még mindig vannak olyan vegyi üzemek és üzemi folyamatok, ahol a lineáris szelepeket részesítik előnyben. Ezekben az esetekben általában a népszerű API 603 szabvány szerint tervezett, vékonyabb falú és könnyebb szelepek a választott tolózárak vagy gömbcsapok. Egyes vegyi anyagok szabályozása membrános vagy fojtószelepekkel is hatékonyan megvalósítható.
Mivel számos vegyi anyag és vegyipari gyártási folyamat korrozív tulajdonságokkal rendelkezik, az anyagválasztás kritikus fontosságú. A tényleges anyag a 316/316L minőségű ausztenites rozsdamentes acél. Ez az anyag jól működik a számos, néha kellemetlen folyadék okozta korrózió elleni küzdelemben.

Néhány szívósabb korrozív alkalmazáshoz nagyobb védelemre van szükség. Ilyen helyzetekben gyakran választanak más nagy teljesítményű ausztenites rozsdamentes acélokat, mint például a 317, 347 és 321. Más ötvözetek, amelyeket időről időre használnak a kémiai folyadékok szabályozására, többek között a monel, az Alloy 20, az Inconel és a 17-4 PH.

LNG ÉS GÁZ SZÉTVÁLASZTÁSA
Mind a cseppfolyósított földgáz (LNG), mind a gázszétválasztáshoz szükséges folyamatok kiterjedt csővezetékekre támaszkodnak. Ezek az alkalmazások olyan szelepeket igényelnek, amelyek nagyon alacsony kriogén hőmérsékleten is működhetnek. Az Egyesült Államokban gyorsan növekvő LNG-ipar folyamatosan a gázcseppfolyósítási folyamat korszerűsítésére és javítására törekszik. Ennek érdekében a csővezetékek és a szelepek sokkal nagyobbak lettek, a nyomáskövetelmények pedig emelkedtek.

Ez a helyzet arra késztette a szelepgyártókat, hogy szigorúbb paramétereknek megfelelő terveket fejlesszenek ki. A negyedfordulatú golyós- és pillangószelepek népszerűek az LNG-szolgáltatásokban, a 316ss [rozsdamentes acél] a legnépszerűbb anyag. Az ANSI 600-as osztály a szokásos nyomásplafon a legtöbb LNG-alkalmazásnál. Bár a negyedfordulatú termékek a legnépszerűbb szeleptípusok, a gyárakban tolózárak, gömbcsapok és visszacsapó szelepek is találhatók.

A gázszétválasztási szolgáltatás magában foglalja a gáz szétválasztását az egyes alapelemeire. Például a levegős szétválasztási módszerek nitrogént, oxigént, héliumot és más nyomokban keletkező gázokat eredményeznek. A folyamat nagyon alacsony hőmérsékletű jellege azt jelenti, hogy sok kriogén szelepre van szükség.

Mind az LNG-, mind a gázszétválasztó üzemek alacsony hőmérsékletű szelepekkel rendelkeznek, amelyeknek ilyen kriogén körülmények között is működőképesnek kell maradniuk. Ez azt jelenti, hogy a szeleptömítő rendszert egy gáz- vagy kondenzációs oszlop segítségével el kell emelni az alacsony hőmérsékletű folyadéktól. Ez a gázoszlop megakadályozza, hogy a folyadék jéggömböt képezzen a tömítőfelület körül, ami megakadályozná a szelepszár elfordulását vagy felemelkedését.

ÜZLETI ÉPÜLETEK
Kereskedelmi épületek vesznek körül minket, de hacsak nem figyelünk oda alaposan építésükre, fogalmunk sincs a falazott, üvegből és fémből készült falaik mögött megbúvó folyadékerek sokaságáról.

Gyakorlatilag minden épületben közös nevező a víz. Mindezek a szerkezetek különféle csővezeték-rendszereket tartalmaznak, amelyek a hidrogén/oxigén vegyület számos kombinációját szállítják ivóvíz, szennyvíz, melegvíz, szürkevíz és tűzvédelmi eszközök formájában.

Az épületek túlélési szempontjából a tűzvédelmi rendszerek a legfontosabbak. Az épületek tűzvédelmét szinte mindenhol tiszta vízzel látják el és töltik fel. Ahhoz, hogy a tűzoltóvíz-rendszerek hatékonyak legyenek, megbízhatóaknak kell lenniük, megfelelő nyomással kell rendelkezniük, és a szerkezetben kényelmesen kell elhelyezkedniük. Ezeket a rendszereket úgy tervezték, hogy tűz esetén automatikusan bekapcsoljanak.
A toronyházak felső emeletein ugyanolyan víznyomásra van szükség, mint az alsó emeleteken, ezért nagynyomású szivattyúkat és csöveket kell használni a víz felfelé juttatásához. A csővezetékrendszerek általában 300-as vagy 600-as osztályúak, az épület magasságától függően. Ezekben az alkalmazásokban minden típusú szelepet használnak; azonban a szelepterveket az Underwriters Laboratories vagy a Factory Mutual kell jóváhagyatnia a tűzoltóvezeték-szolgáltatáshoz.

Az ivóvízelosztáshoz ugyanazokat az osztályú és típusú szelepeket használják, mint a tűzvédelmi szelepekhez, bár az engedélyezési folyamat nem olyan szigorú.
A nagy üzleti struktúrákban, például irodaházakban, szállodákban és kórházakban található kereskedelmi légkondicionáló rendszerek általában központosítottak. Nagy hűtőegységgel vagy kazánnal rendelkeznek a hideg vagy magas hőmérséklet szállítására használt folyadék hűtésére vagy melegítésére. Ezeknek a rendszereknek gyakran olyan hűtőközegeket kell kezelniük, mint az R-134a, egy hidrofluorozott szénhidrogén, vagy nagyobb fűtési rendszerek esetén a gőz. A pillangó- és gömbszelepek kompakt mérete miatt ezek a típusok népszerűvé váltak a HVAC hűtőrendszerekben.

A gőz oldalon néhány negyedfordulatos szelep terjedt el, mégis sok vízvezeték-szerelő még mindig lineáris tolózárakat és gömbcsapokat használ, különösen, ha a csővezeték hegeszthető végeket igényel. Ezeknél a mérsékelt gőzalkalmazásoknál az acél hegeszthetősége miatt az öntöttvas helyét vette át.

Néhány fűtési rendszer forró vizet használ gőz helyett szállítófolyadékként. Ezeket a rendszereket bronz vagy vas szelepek szolgálják ki jól. A negyedfordulatos, rugalmas tömítésű golyós- és pillangószelepek nagyon népszerűek, bár néhány lineáris kivitelt még mindig használnak.

KÖVETKEZTETÉS
Bár a cikkben említett szelepalkalmazások bizonyítékai esetleg nem láthatók egy Starbucksban vagy a nagymama házában tett kirándulás során, néhány nagyon fontos szelep mindig a közelben van. Vannak szelepek az autó motorjában is, amelyekkel el lehet jutni ezekhez a helyekhez, például a karburátorban lévők, amelyek az üzemanyag áramlását szabályozzák a motorba, és a motorban lévők, amelyek a benzin áramlását szabályozzák a dugattyúkba és onnan ki. És ha ezek a szelepek nem elég közel állnak a mindennapi életünkhöz, vegyük figyelembe azt a valóságot, hogy a szívünk négy létfontosságú áramlásszabályozó eszközön keresztül ver rendszeresen.

Ez csak egy újabb példa arra a valóságra, hogy: a szelepek valóban mindenhol jelen vannak. VM
A cikk II. része további olyan iparágakat tárgyal, ahol szelepeket használnak. Látogasson el a www.valvemagazine.com oldalra, ahol további információkat talál a cellulóz- és papíriparról, a tengeri alkalmazásokról, a gátakról és a vízerőművekről, a nap-, a vas- és acéliparról, a repülőgépiparról, a geotermikus energiáról, valamint a kézműves sörfőzésről és lepárlásról.

GREG JOHNSON a houstoni United Valve (www.unitedvalve.com) elnöke. A VALVE Magazine munkatársa, a Szelepjavító Tanács korábbi elnöke, jelenlegi VRC igazgatósági tagja. Emellett tagja a VMA Oktatási és Képzési Bizottságának, a VMA Kommunikációs Bizottságának alelnöke, valamint a Gyártók Szabványügyi Társaságának korábbi elnöke.