Ahol a szelepeket használják: mindenhol!

2017. november 8. Írta: Greg Johnson

Szelepek ma szinte bárhol megtalálhatók: otthonainkban, az utca alatt, kereskedelmi épületekben és több ezer helyen az erőművekben és vízművekben, papírgyárakban, finomítókban, vegyi üzemekben és más ipari és infrastrukturális létesítményekben.
A szelepipar valóban széles vállú, a szegmensek a vízelosztástól az atomenergián át az olaj- és gáztermelésig. Ezen végfelhasználói iparágak mindegyike használ néhány alapvető szeleptípust; azonban a felépítés és az anyagok részletei gyakran nagyon eltérőek. Íme egy minta:

VÍZ MŰKÖDIK
A vízelosztás világában a nyomások szinte mindig viszonylag alacsonyak és a környezeti hőmérsékletek. Ez a két alkalmazási tény számos szelep tervezési elemet tesz lehetővé, amelyek nem találhatók meg nagyobb kihívást jelentő berendezéseken, például magas hőmérsékletű gőzszelepeken. A vízszolgáltatás környezeti hőmérséklete lehetővé teszi máshol nem megfelelő elasztomerek és gumitömítések használatát. Ezek a puha anyagok lehetővé teszik a vízszelepek felszerelését a cseppek szoros lezárására.

Egy másik szempont a vízellátó szelepeknél az építési anyagok megválasztása. Az öntött és gömbgrafitos vasakat széles körben használják vízrendszerekben, különösen nagy külső átmérőjű vezetékekben. A nagyon kis vonalak egészen jól kezelhetők bronzszelepes anyagokkal.

A legtöbb vízmű szelep által látott nyomás általában jóval 200 psi alatt van. Ez azt jelenti, hogy nincs szükség vastagabb falú, nagyobb nyomású kialakításokra. Ennek ellenére vannak olyan esetek, amikor a vízszelepeket nagyobb nyomás kezelésére építik, akár körülbelül 300 psi-ig. Ezek az alkalmazások általában hosszú vízvezetékeken vannak, közel a nyomásforráshoz. Néha magasabb nyomású vízszelepek is találhatók egy magas gát legmagasabb nyomású pontjain.

Az American Water Works Association (AWWA) specifikációkat adott ki a vízművekben használt különféle típusú szelepekre és aktuátorokra.

SZENNYVÍZ
A létesítménybe vagy építménybe jutó friss ivóvíz másik oldala a szennyvíz vagy a csatorna kimenet. Ezek a vezetékek összegyűjtik az összes hulladékfolyadékot és szilárd anyagot, és egy szennyvíztisztító telepre irányítják. Ezek a tisztítótelepek sok alacsony nyomású csővezetékkel és szeleppel rendelkeznek, hogy elvégezzék „piszkos munkájukat”. A szennyvízszelepekkel szemben támasztott követelmények sok esetben sokkal enyhébbek, mint a tisztavíz-szolgáltatás követelményei. A vaskapu és a visszacsapó szelepek a legnépszerűbb választások az ilyen típusú szolgáltatásokhoz. A szolgáltatás standard szelepei az AWWA specifikációi szerint készülnek.

ERŐIPAR
Az Egyesült Államokban megtermelt elektromos energia nagy részét fosszilis tüzelőanyagot használó és nagy sebességű turbinákat használó gőzművekben állítják elő. Egy modern erőmű burkolatának lefejtése nagynyomású, magas hőmérsékletű csőrendszerek látványát nyújtaná. Ezek a fő vonalak a legkritikusabbak a gőzenergia-termelési folyamatban.

A tolózárak továbbra is a fő választás az erőművek be- és kikapcsolása esetén, bár speciális célú, Y-mintás gömbszelepek is megtalálhatók. A nagy teljesítményű, kritikus kiszolgálást biztosító golyóscsapok egyre népszerűbbek egyes erőművek tervezői körében, és betörnek ebben az egykor lineáris szelepek által uralt világban.

A kohászat kritikus fontosságú az energiaellátó alkalmazások szelepei számára, különösen azok esetében, amelyek a nyomás és hőmérséklet szuperkritikus vagy ultra-szuperkritikus működési tartományában működnek. Az F91, F92, C12A, valamint számos Inconel és rozsdamentes acélötvözet általánosan használatos a mai erőművekben. A nyomásosztályok közé tartozik az 1500, 2500 és bizonyos esetekben 4500. A csúcserőművek moduláló jellege (amelyek csak szükség szerint működnek) szintén nagy terhelést jelentenek a szelepekre és a csővezetékekre, ezért robusztus kialakításra van szükség ahhoz, hogy kezelni tudja a ciklusok, a hőmérséklet és a hőmérséklet extrém kombinációit. nyomás.
Az erőműveket a fő gőzszelepen kívül kiegészítő csővezetékekkel is megterhelték, számtalan kapu-, földgömb-, ellenőrző-, pillangó- és golyóscsappal.

Az atomerőművek ugyanazon a gőz/nagy sebességű turbina elven működnek. Az elsődleges különbség az, hogy egy atomerőműben a gőzt a hasadási folyamat hője hozza létre. Az atomerőművi szelepek hasonlóak a fosszilis tüzelésű rokonaikhoz, kivéve törzskönyvüket és az abszolút megbízhatóság további követelményét. A nukleáris szelepek gyártása rendkívül magas színvonalon történik, a minősítési és ellenőrzési dokumentáció több száz oldalt megtölt.

OLAJ- ÉS GÁZTERMELÉS
Az olaj- és gázkutak, valamint a termelési létesítmények nagymértékben használják a szelepeket, köztük sok nagy teljesítményű szelepet. Bár valószínűleg már nem fordul elő több száz lábnyi magas olajcsepp a levegőben, a képen látható a föld alatti olaj és gáz lehetséges nyomása. Ez az oka annak, hogy a kútfejeket vagy a karácsonyfákat a kút hosszú pipasorának tetejére helyezik. Ezeket a szerelvényeket a szelepek és speciális szerelvények kombinációjával 10 000 psi feletti nyomás kezelésére tervezték. Míg manapság ritkán fordul elő a szárazföldön ásott kutaknál, az extrém magas nyomás gyakran a mély, tengeri kutaknál található.

A kútfej berendezések tervezésére olyan API-specifikációk vonatkoznak, mint a 6A, a kútfej- és karácsonyfa-berendezések specifikációja. A 6A alá tartozó szelepeket rendkívül magas nyomásra, de szerény hőmérsékletre tervezték. A legtöbb karácsonyfa tolózárat és speciális gömbszelepet, úgynevezett fojtószelepet tartalmaz. A fojtószelepek a kút áramlásának szabályozására szolgálnak.

Magukon a kútfejeken kívül számos kiegészítő létesítmény is benépesít egy olaj- vagy gázmezőt. Az olaj vagy gáz előkezeléséhez szükséges technológiai berendezésekhez számos szelep szükséges. Ezek a szelepek általában szénacélból készülnek, alacsonyabb osztályokba sorolva.

Alkalmanként egy erősen korrozív folyadék – hidrogén-szulfid – van jelen a nyers kőolajáramban. Ez az anyag, amelyet savanyú gáznak is neveznek, halálos lehet. A savanyú gáz kihívásainak leküzdéséhez a NACE MR0175 nemzetközi specifikációjának megfelelő speciális anyagokat vagy anyagfeldolgozási technikákat kell követni.

OFFSHORE IPAR
A tengeri olajfúró fúrótornyok és termelési létesítmények csőrendszerei számos szelepet tartalmaznak, amelyek sokféle specifikáció szerint készültek az áramlásszabályozási kihívások széles skálájának kezelésére. Ezek a létesítmények különféle vezérlőrendszer-hurkokat és nyomáscsökkentő eszközöket is tartalmaznak.

Az olajtermelő létesítmények esetében az artériás szív a tényleges olaj- vagy gázvisszanyerő csőrendszer. Bár nem mindig magán a platformon, sok termelési rendszer karácsonyfákat és csőrendszereket használ, amelyek 10 000 láb vagy annál nagyobb mélységben működnek. Ez a gyártóberendezés számos szigorú American Petroleum Institute (API) szabvány szerint készült, és számos API ajánlott gyakorlatban (RPs) hivatkozik rá.

A legtöbb nagy olajfúró platformon további eljárásokat alkalmaznak a kútfejből érkező nyers folyadékra. Ezek közé tartozik a víz elválasztása a szénhidrogénektől, valamint a gáz és a földgáz folyadékok elválasztása a folyadékáramból. Ezeket a karácsonyfa utáni csőrendszereket általában az American Society of Mechanical Engineers B31.3 csővezeték-kódjai szerint építik, és a szelepeket az API szelep specifikációi szerint tervezték, mint például az API 594, API 600, API 602, API 608 és API 609.

Néhány ilyen rendszer API 6D kaput, golyós és visszacsapó szelepeket is tartalmazhat. Mivel a platformon vagy a fúróhajón lévő csővezetékek a létesítményen belül vannak, az API 6D szelepek csővezetékekhez való használatára vonatkozó szigorú követelmények nem vonatkoznak. Bár ezekben a csőrendszerekben többféle szeleptípust használnak, a választott szeleptípus a gömbcsap.

CSŐVEZETÉKEK
Bár a legtöbb csővezeték rejtve van a szem elől, jelenlétük általában nyilvánvaló. A „kőolajvezeték” feliratú kis táblák nyilvánvaló jelei a földalatti szállítócsövek jelenlétének. Ezek a csővezetékek hosszukban számos fontos szeleppel vannak felszerelve. Vészhelyzeti csővezeték-elzáró szelepek a szabványok, kódok és törvények által meghatározott időközönként találhatók. Ezek a szelepek a csővezeték egy részének leválasztásának létfontosságú szolgáltatását szolgálják szivárgás vagy karbantartás szükségessége esetén.

Szintén a csővezeték nyomvonala mentén elszórtan találhatók olyan létesítmények, ahol a vezeték a talajból emelkedik ki, és a vezetékhez elérhető. Ezek az állomások adnak otthont a „disznó” kilövő berendezéseknek, amelyek a vezetékek ellenőrzésére vagy tisztítására szolgáló csővezetékekbe helyezett eszközökből állnak. Ezek a sertésindító állomások általában több szelepet tartalmaznak, akár kapu, akár golyós típusú. A csővezetékrendszer összes szelepének teljes nyílásúnak (teljesen nyílónak) kell lennie, hogy lehetővé tegye a sertések áthaladását.

A csővezetékeknek energiára van szükségük a csővezeték súrlódásának leküzdéséhez, valamint a vezeték nyomásának és áramlásának fenntartásához. Olyan kompresszor- vagy szivattyúállomásokat használnak, amelyek úgy néznek ki, mint egy technológiai üzem kis változata a magas repesztőtornyok nélkül. Ezek az állomások tucatnyi kapu-, golyós- és visszacsapó csővezeték-szelepnek adnak otthont.
Magukat a csővezetékeket különféle szabványoknak és kódoknak megfelelően tervezték, míg a csővezeték szelepek az API 6D Pipeline Valves-t követik.
Vannak kisebb csővezetékek is, amelyek házakba és kereskedelmi építményekbe táplálkoznak. Ezek a vezetékek vizet és gázt szolgáltatnak, és elzárószelepekkel vannak védve.
A nagy települések, különösen az Egyesült Államok északi részén, biztosítják a gőzt a kereskedelmi ügyfelek fűtési igényeinek kielégítésére. Ezek a gőzellátó vezetékek különféle szelepekkel vannak felszerelve a gőzellátás vezérlésére és szabályozására. Bár a folyadék gőz, a nyomások és hőmérsékletek alacsonyabbak, mint az erőművi gőztermelésben. Különféle szeleptípusokat használnak ebben a szolgáltatásban, bár a tiszteletreméltó dugós szelep továbbra is népszerű választás.

FINOMÍTÓ ÉS PETROVÉMIAI
A finomítói szelepek több ipari szelepet használnak, mint bármely más szelepszegmens. A finomítókban korrozív folyadékok és bizonyos esetekben magas hőmérséklet is található.
Ezek a tényezők határozzák meg, hogy a szelepek hogyan épülnek fel az API szelepek tervezési specifikációinak megfelelően, mint például az API 600 (tolószelepek), az API 608 (gömbcsapok) és az API 594 (visszacsapó szelepek). A sok ilyen szelepnél tapasztalható kemény szervizelés miatt gyakran szükség van extra korróziós ráhagyásra. Ez a ráhagyás az API tervezési dokumentumokban meghatározott nagyobb falvastagságokon keresztül nyilvánul meg.

Gyakorlatilag minden nagyobb szeleptípus bőségesen megtalálható egy tipikus nagy finomítóban. A mindenütt jelenlévő tolózár még mindig a legnagyobb lélekszámú hegyek királya, de a negyedfordulatú szelepek egyre nagyobb részét veszik ki piaci részesedésükből. Az ebben az iparágban (amelyet egykor a lineáris termékek uraltak) sikeresen betörő negyedfordulatú termékek közé tartoznak a nagy teljesítményű háromszoros eltolt pillangószelepek és a fémüléses golyósszelepek.

A szabványos kapu-, gömb- és visszacsapó szelepek továbbra is tömegesen megtalálhatók, és tervezésük alapos volta és a gyártás gazdaságossága miatt nem tűnnek el egyhamar.
A finomítói szelepek nyomásértékei a 150-es osztálytól az 1500-as osztályig terjednek, és a 300-as a legnépszerűbb.
A sima szénacélok, mint például a WCB (öntvény) és az A-105 (kovácsolt) a legnépszerűbb anyagok, amelyeket a finomítói szolgáltatásban használt szelepekben határoztak meg és használnak. Számos finomítási eljárási alkalmazás kitágítja a sima szénacélok felső hőmérsékleti határait, és ezekhez az alkalmazásokhoz magasabb hőmérsékletű ötvözetek vannak előírva. Ezek közül a legnépszerűbbek a króm/moly acélok, mint az 1-1/4% Cr, 2-1/4% Cr, 5% Cr és 9% Cr. Rozsdamentes acélokat és magas nikkeltartalmú ötvözeteket is használnak néhány különösen kemény finomítási folyamatban.

KÉMIAI
A vegyipar nagy felhasználója minden típusú és anyagú szelepnek. A kis szakaszos üzemektől az Öböl partján található hatalmas petrolkémiai komplexumokig a szelepek a vegyi folyamatok csőrendszereinek hatalmas részét képezik.

A kémiai eljárásokban alkalmazott legtöbb alkalmazás nyomása alacsonyabb, mint sok finomítási folyamat és energiatermelés. A vegyi üzemek szelepeinek és csővezetékeinek legnépszerűbb nyomásosztályai a 150-es és a 300-as osztályok. A vegyi üzemek voltak a legnagyobb hajtóereje annak a piaci részesedésnek is, amelyet a golyósszelepek a lineáris szelepektől az elmúlt 40 évben kiharcoltak. A rugalmas ülésű golyóscsap a szivárgásmentes lezárásával tökéletesen illeszkedik számos vegyi üzemhez. A gömbcsap kompakt mérete szintén népszerű jellemző.
Még mindig vannak olyan vegyi üzemek és üzemi eljárások, ahol a lineáris szelepeket részesítik előnyben. Ezekben az esetekben általában a népszerű API 603-as tervezésű, vékonyabb falú és könnyebb súlyú szelepek a választott toló- vagy gömbszelepek. Egyes vegyszerek szabályozása hatékonyan megoldható membrános vagy szorítószelepekkel is.
Számos vegyszer és vegyszer-előállítási folyamat korrozív természete miatt az anyagválasztás kritikus fontosságú. A defacto anyaga 316/316L minőségű ausztenites rozsdamentes acél. Ez az anyag jól küzd a sok, néha kellemetlen folyadék okozta korrózió ellen.

Egyes keményebb korrozív alkalmazásoknál nagyobb védelemre van szükség. Ilyen esetekben gyakran választanak más, nagy teljesítményű ausztenites rozsdamentes acélt, mint például a 317, 347 és 321. Egyéb ötvözetek, amelyeket időről időre használnak a vegyi folyadékok szabályozására, közé tartozik a Monel, az Alloy 20, az Inconel és a 17-4 PH.

LNG ÉS GÁZ LEVÁLASZTÁSA
Mind a cseppfolyós földgáz (LNG), mind a gázleválasztáshoz szükséges eljárások kiterjedt csővezetékekre támaszkodnak. Ezekhez az alkalmazásokhoz olyan szelepekre van szükség, amelyek nagyon alacsony kriogén hőmérsékleten működnek. Az LNG-ipar, amely gyorsan növekszik az Egyesült Államokban, folyamatosan igyekszik korszerűsíteni és javítani a gáz cseppfolyósítási folyamatát. Ennek érdekében a csövek és a szelepek sokkal nagyobbak lettek, és megemelkedett a nyomásigény.

Ez a helyzet megkövetelte a szelepgyártóktól, hogy olyan terveket dolgozzanak ki, amelyek megfelelnek a szigorúbb paramétereknek. A negyedfordulatú golyós- és pillangószelepek népszerűek az LNG-szolgáltatásban, a 316ss [rozsdamentes acél] a legnépszerűbb anyag. Az ANSI Class 600 a szokásos nyomásplafon a legtöbb LNG-alkalmazáshoz. Bár a negyedfordulatú termékek a legnépszerűbb szeleptípusok, az üzemekben megtalálhatóak a toló-, gömb- és visszacsapószelepek is.

A gázleválasztási szolgáltatás a gáz egyedi alapelemekre történő felosztását jelenti. Például a levegős leválasztási módszerek nitrogént, oxigént, héliumot és egyéb nyomgázokat termelnek. A folyamat nagyon alacsony hőmérsékletű jellege azt jelenti, hogy sok kriogén szelepre van szükség.

Mind az LNG, mind a gázleválasztó üzemek alacsony hőmérsékletű szelepekkel rendelkeznek, amelyeknek működőképesnek kell maradniuk ilyen kriogén körülmények között. Ez azt jelenti, hogy a szeleptömítést gáz- vagy kondenzációs oszlop használatával távol kell tartani az alacsony hőmérsékletű folyadéktól. Ez a gázoszlop megakadályozza, hogy a folyadék jéggolyót képezzen a tömítési terület körül, ami megakadályozza a szelepszár elfordulását vagy felemelkedését.

KERESKEDELMI ÉPÜLETEK
Kereskedelmi épületek vesznek körül bennünket, de hacsak nem figyelünk oda jobban az építésükkor, nem sok sejtelmünk van a falazatból, üvegből és fémből készült falakban megbúvó folyékony artériák sokaságáról.

Gyakorlatilag minden épületben közös nevező a víz. Mindezek a szerkezetek különféle csőrendszereket tartalmaznak, amelyek a hidrogén/oxigén vegyület számos kombinációját hordozzák ivófolyadék, szennyvíz, meleg víz, szürke víz és tűzvédelem formájában.

Az épületek túlélése szempontjából a tűzvédelmi rendszerek a legkritikusabbak. Az épületek tűzvédelmét szinte mindenhol tiszta vízzel táplálják és töltik fel. Ahhoz, hogy a tűzivíz-rendszerek hatékonyak legyenek, megbízhatónak kell lenniük, elegendő nyomással kell rendelkezniük, és kényelmesen kell elhelyezkedniük az egész szerkezetben. Ezeket a rendszereket úgy tervezték, hogy tűz esetén automatikusan bekapcsoljanak.
A sokemeletes épületek a legfelső emeleteken ugyanolyan víznyomás-szolgáltatást igényelnek, mint az alsó emeleteken, ezért nagynyomású szivattyúkat és csővezetékeket kell használni a víz felfelé juttatásához. A csőrendszerek általában 300-as vagy 600-as osztályúak, az épület magasságától függően. Ezekben az alkalmazásokban minden típusú szelepet használnak; azonban a szelepterveket az Underwriters Laboratories-nak vagy a Factory Mutualnak jóvá kell hagynia a tűzoltóvezeték-szolgáltatáshoz.

Az ivóvíz elosztásához ugyanazokat az osztályokat és típusú szelepeket használják, mint a tűzvédelmi szelepeknél, bár a jóváhagyási eljárás 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 átvitelére használt folyadék hűtésére vagy melegítésére. Ezeknek a rendszereknek gyakran olyan hűtőközegeket kell kezelniük, mint az R-134a, egy fluor-szénhidrogén, vagy nagyobb fűtési rendszerek esetén a gőz. A pillangó- és gömbcsapok kompakt mérete miatt ezek a típusok népszerűvé váltak a HVAC hűtőrendszerekben.

A gőzoldalon néhány negyedfordulatú szelep betört a használatba, ennek ellenére sok vízvezeték-szerelő továbbra is a lineáris tolózár- és gömbszelepekre támaszkodik, különösen, ha a csővezetékekhez tompahegesztési végekre van szükség. Ezekben a mérsékelt gőzalkalmazásokban az acél az öntöttvas helyét vette át az acél hegeszthetősége miatt.

Egyes fűtési rendszerek gőz helyett meleg vizet használnak transzferfolyadékként. Ezeket a rendszereket jól szolgálják a bronz vagy vas szelepek. A negyedfordulatú, rugalmas ülésű golyós- és pillangószelepek nagyon népszerűek, bár néhány lineáris kialakítást még mindig használnak.

KÖVETKEZTETÉS
Bár a cikkben említett szelepalkalmazások bizonyítékai nem feltétlenül láthatók a Starbucksba vagy a nagymama házába tett utazás során, néhány nagyon fontos szelep mindig a közelben van. Az autó motorjában még olyan szelepek is találhatók, amelyek azokra a helyekre jutnak el, mint például a karburátorban, amelyek szabályozzák az üzemanyag áramlását a motorba, és a motorban lévők, amelyek szabályozzák a benzin áramlását a dugattyúkba, majd vissza. És ha ezek a szelepek nem állnak elég közel a mindennapi életünkhöz, vegyük figyelembe azt a tényt, hogy szívünk rendszeresen ver négy létfontosságú áramlásszabályozó eszközön keresztül.

Ez csak egy újabb példa a valóságra: a szelepek valóban mindenhol vannak. VM
A cikk II. része további iparágakra vonatkozik, ahol szelepeket használnak. Látogasson el a www.valvemagazine.com oldalra, ahol a cellulóz és papír, a tengeri alkalmazások, a gátak és a vízenergia, a napenergia, a vas és acél, az űrrepülés, a geotermikus energia, valamint a kézműves sörfőzés és lepárlás témáiról olvashat.

GREG JOHNSON a United Valve (www.unitedvalve.com) elnöke Houstonban. A VALVE Magazine közreműködő szerkesztője, a Szelepjavítási Tanács korábbi elnöke és jelenlegi VRC igazgatósági tagja. Emellett a VMA Oktatási és Képzési Bizottságának tagja, a VMA Kommunikációs Bizottságának alelnöke, valamint a Manufacturers Standardization Society korábbi elnöke.