Ahol szelepeket használnak: mindenhol!

2017. november 8. Írta: Greg Johnson

A szelepek manapság bárhol megtalálhatók: otthonainkban, az utca alatt, a kereskedelmi épületekben és az erőművekben, vízgyárakban, papírgyárakban, finomítókban, vegyi üzemekben, valamint egyéb ipari és infrastrukturális létesítményekben.
A szelepipar valóban széles vállú, a szegmensek a vízelosztástól az atomerőművön át az olaj- és gázáram fel- és leszármazásáig változnak. Ezen végfelhasználói iparágak mindegyike használ néhány alapvető típusú szelepet; az építkezés és az anyagok részletei azonban gyakran nagyon eltérőek. Itt egy minta:

VÍZMUNKÁK
A vízeloszlás világában a nyomás szinte mindig viszonylag alacsony, a hőmérséklet pedig a környezeti. Ez a két alkalmazási tény lehetővé teszi számos szelep kialakítási elemet, amelyek nem találhatók meg a nagyobb kihívást jelentő berendezéseken, például a magas hőmérsékletű gőzszelepeken. A vízszolgáltatás környezeti hőmérséklete lehetővé teszi másutt nem megfelelő elasztomerek és gumitömítések használatát. Ezek a puha anyagok lehetővé teszik a vízszelepek felszerelését a cseppek szoros lezárására.

A vízellátó szelepek másik szempontja az építési anyagok megválasztása. Az öntött és a gömbgrafitos vasakat széles körben használják a vízrendszerekben, különösen a nagy külső átmérőjű vezetékeknél. A nagyon kicsi vonalak bronz szelepekkel elég jól kezelhetők.

Az a nyomás, amelyet a legtöbb vízmű szelep lát, általában jóval 200 psi alatt van. Ez azt jelenti, hogy vastagabb falú, nagyobb nyomású kivitelre nincs szükség. Ennek ellenére vannak olyan esetek, amikor a vízszelepek úgy vannak kialakítva, hogy nagyobb nyomást, akár körülbelül 300 psi-t is képesek kezelni. Ezek az alkalmazások általában hosszú vízvezetékeken vannak, közel a nyomásforráshoz. Néha magasabb nyomású vízszelepeket is találunk a magas gát legmagasabb nyomású pontjain.

Az Amerikai Vízművek Szövetsége (AWWA) kiadta a vízművekben használt különféle típusú szelepekre és működtetőkre vonatkozó előírásokat.

SZENNYVÍZ
A létesítménybe vagy építménybe kerülő friss ivóvíz fordított oldala a szennyvíz vagy a csatorna kibocsátása. Ezek a vezetékek összegyűjtik az összes szennyvizet és szilárd anyagot, és egy szennyvíztisztító telepre irányítják őket. Ezek a tisztítóművek sok alacsony nyomású csővel és szeleppel rendelkeznek a „piszkos munka” elvégzéséhez. A szennyvízszelepekre vonatkozó követelmények sok esetben sokkal enyhébbek, mint a tiszta víz szolgáltatására vonatkozó követelmények. A vaskapu és a visszacsapó szelepek a legnépszerűbb választások az ilyen típusú szolgáltatásokhoz. A standard szelepek ebben a szolgáltatásban az AWWA előírásoknak megfelelően vannak felépítve.

HATALOMIPAR
Az Egyesült Államokban termelt villamos energia nagy részét fosszilis üzemanyagú és nagy sebességű turbinákat használó gőzüzemekben állítják elő. A modern erőmű burkolatának lehúzásával a magas nyomású, magas hőmérsékletű csőrendszerekről nyílik kilátás. Ezek a fő vonalak a legkritikusabbak a gőzenergia-előállítási folyamatban.

A szelepek továbbra is a fő választás az erőmű be- és kikapcsolására, bár különleges rendeltetésű, Y mintájú gömbszelepeket is találunk. A nagy teljesítményű, kritikus szervizű gömbcsapok egyre népszerűbbek az erőművek néhány tervezője körében, és előretörnek ebben az egykor lineáris szelepek által uralt világban.

A kohászat kritikus fontosságú az elektromos alkalmazások szelepeinek szempontjából, különös tekintettel azokra, amelyek a szuperkritikus vagy az ultraszuperkritikus nyomási és hőmérsékleti tartományokban működnek. Az F91, F92, C12A, valamint számos Inconel és rozsdamentes acélötvözetet általában használják a mai erőművekben. A nyomásosztályok 1500, 2500 és egyes esetekben 4500-at tartalmaznak. A csúcserőművek modulációs jellege (amelyek csak szükség szerint működnek) hatalmas megterhelést jelent a szelepeknek és csöveknek is, amelyek robusztus kialakításokat igényelnek a kerékpározás, a hőmérséklet és a hőmérséklet extrém kombinációjának kezelésére. nyomás.
A fő gőzszelep mellett az erőművek kiegészítő csővezetékekkel vannak megrakva, amelyeket számtalan kapu, gömb, visszacsapó, pillangó és gömb szelep tölt be.

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 atomerőmű szelepei hasonlóak a fosszilis tüzelésű unokatestvérükhöz, kivéve származásukat és az abszolút megbízhatóság követelményét. A nukleáris szelepeket rendkívül magas színvonalon gyártják, a minősítési és ellenőrzési dokumentáció több száz oldalt tölt ki.

OLAJ- ÉS GÁZTERMELÉS
Az olaj- és gázkutak, valamint a termelő létesítmények a szelepek, köztük számos nagy teherbírású szelepek, nagy felhasználói. Noha a levegőben több száz lábnyi levegőt elárasztó olajcseppek már nem valószínűek, a kép a föld alatti olaj és gáz lehetséges nyomását mutatja be. Ezért helyezik a kútfejeket vagy a karácsonyfákat a kút hosszú csövek tetejére. Ezeket az egységeket a szelepek és a speciális szerelvények kombinációjával úgy tervezték, hogy 10 000 psi feletti nyomást kezeljenek. Noha manapság ritkán találhatók a szárazföldön ásott kutakban, az extrém magas nyomást gyakran a mély tengeri kutaknál találjuk.

A kútfejek tervezésére olyan API előírások vonatkoznak, mint a 6A, a kútfej és karácsonyfa felszerelés specifikációja. A 6A-ban lefedett szelepeket rendkívül nagy nyomásokra, de szerény hőmérsékletre tervezték. A legtöbb karácsonyfa kapu szelepeket és speciális gömbszelepeket tartalmaz, amelyeket fojtóknak neveznek. A fojtókat a kútból történő áramlás szabályozására használják.

Maguk a kútfalak mellett számos kiegészítő létesítmény benépesít egy olaj- vagy gázmezőt. Az olaj vagy gáz előkezeléséhez szükséges technológiai berendezésekhez több szelepre van szükség. Ezek a szelepek általában alacsonyabb osztályú szénacélból készülnek.

Esetenként erősen maró folyadék - hidrogén-szulfid - van jelen a nyers kőolajáramban. Ez az anyag, más néven savanyú gáz, halálos lehet. A savanyú gáz kihívásainak leküzdéséhez speciális anyagokat vagy anyagfeldolgozási technikákat kell követni a NACE MR0175 nemzetközi előírásának megfelelően.

Tengerparti ipar
A tengeri olajfúrótornyok és termelő létesítmények csővezeték-rendszerei sokféle szelepet tartalmaznak, amelyek sokféle specifikáció szerint vannak beépítve az áramlásszabályozás sokféle kihívásának kezelésére. Ezek a létesítmények különféle vezérlőrendszer-hurkokat és nyomáscsökkentő berendezéseket is tartalmaznak.

Az olajtermelő létesítményeknél az artériás szív a tényleges olaj- vagy gázvisszanyerő csőrendszer. Noha nem mindig magában a platformon, sok gyártási rendszer olyan 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 (RP) hivatkozik rá.

A legtöbb nagy olajplatformon további eljárásokat alkalmaznak a kútfejből érkező nyers folyadékra. Ide tartozik a víz leválasztása a szénhidrogénekről, valamint a gáz és a földgáz folyadékok elválasztása a folyadékáramtól. Ezeket a karácsonyfa utáni csőrendszereket általában az Amerikai Gépészmérnökök Társaságának B31.3 csővezeték-kódjaival építik, az API szelep specifikációinak megfelelően tervezett szelepekkel, mint például az API 594, API 600, API 602, API 608 és API 609.

Ezen rendszerek némelyike ​​tartalmazhat API 6D kaput, golyót és visszacsapó szelepeket is. Mivel az emelvényen vagy a fúróhajón lévő csővezetékek a létesítmény belsejében vannak, az API 6D szelepek csővezetékekhez történő használatára vonatkozó szigorú követelmények nem érvényesek. Bár ezekben a csőrendszerekben többféle szelepet használnak, a választott szelep típus a gömbcsap.

Csővezetékek
Bár a legtöbb csővezeték rejtve van, jelenlétük általában nyilvánvaló. A „kőolajvezeték” feliratú kis táblák egyértelműen jelzik a földalatti szállítócsövek jelenlétét. Ezek a csővezetékek hosszú távon számos fontos szeleppel vannak felszerelve. A vészhelyzeti csővezeték elzáró szelepek a szabványok, kódexek és törvények által meghatározott időközönként találhatók. Ezek a szelepek azt a létfontosságú szolgáltatást szolgálják, hogy szivárgás vagy karbantartás szükségessége esetén a csővezeték egy szakaszát leválasztják.

A csővezeték nyomvonalán szétszóródtak azok a létesítmények is, amelyeknél a vonal kiér a földből, és elérhető a vonal. Ezeken az állomásokon található a „disznó” kilövő berendezés, amely a csővezetékbe behelyezett eszközökből áll a vezeték ellenőrzésére vagy tisztítására. Ezek a sertésbocsátó állomások általában több szelepet tartalmaznak, akár kapu-, akár gömbtípusúak. A csővezeték-rendszer összes szelepének teljes nyílásúnak (teljesen nyitottnak) kell lennie a sertések áthaladásának lehetővé tétele érdekében.

A csővezetékeknek energiára is szükségük van a csővezeték súrlódásának leküzdésére, valamint a vezeték nyomásának és áramlásának fenntartására. Kompresszorokat vagy szivattyútelepeket használnak, amelyek úgy néznek ki, mint egy technológiai üzem kis változatai, a magas repedéstornyok nélkül. Ezeken az állomásokon tucatnyi kapu, gömb és visszacsapó szelep található.
Magukat a csővezetékeket a különféle szabványoknak és kódoknak megfelelően tervezték, míg a csővezeték szelepek az API 6D csővezeték szelepeket követik.
Vannak kisebb csővezetékek is, amelyek házakba és kereskedelmi építményekbe táplálkoznak. Ezek a vezetékek vizet és gázt szolgáltatnak, és elzáró szelepek védik őket.
Nagy települések, különösen az Egyesült Államok északi részén biztosítják a gőzt a kereskedelmi ügyfelek fűtési szükségleteihez. Ezek a gőzellátó vezetékek különféle szelepekkel vannak felszerelve a gőzellátás vezérlésére és szabályozására. Bár a folyadék gőz, a nyomás és a hőmérséklet alacsonyabb, mint az erőmű gőztermelésénél. Különböző típusú szelepeket használnak ebben a szolgáltatásban, bár a tiszteletreméltó dugattyús szelep továbbra is népszerű választás.

FINOMÍTÁS ÉS PETROKÉMIA
A finomítói szelepek nagyobb ipari szelepfelhasználást jelentenek, mint bármely más szelepszegmens. A finomítókban maró folyadékok és bizonyos esetekben magas hőmérséklet is található.
Ezek a tényezők határozzák meg, hogy a szelepek hogyan épülnek fel az API szelep tervezési specifikációinak megfelelően, mint például az API 600 (kapu szelepek), API 608 (gömb szelepek) és az API 594 (visszacsapó szelepek). A szelepek sokaságának nehéz szolgáltatása miatt gyakran szükséges extra korróziós ráhagyás. Ez a ráhagyás nagyobb falvastagságokon keresztül nyilvánul meg, amelyeket az API tervdokumentumai határoznak meg.

Gyakorlatilag minden fő szeleptípus bőségesen megtalálható egy tipikus nagy finomítóban. A mindenütt elérhető szelep továbbra is a legnépesebb domb királya, de a negyedfordulós szelepek egyre nagyobb részét veszik ki piaci részesedésükből. A negyedfordulós termékek, amelyek sikeresen behatoltak ebben az iparágban (amelyet egykor a lineáris termékek is domináltak), magukban foglalják a nagy teljesítményű, hármas offszet pillangószelepeket és a fémülésű gömbcsapokat.

A szokásos kapu-, földgömb- és visszacsapó szelepek még mindig tömegesen megtalálhatók, és kialakításuk és gyártási gazdaságosságuk miatt nem tűnnek el egyhamar.
A finomítói szelepek nyomásértékei a 150-től 1500-ig terjednek, a 300-as osztály a legnépszerűbb.
Az egyszerű szénacélok, mint például a WCB (öntött) és az A-105 (kovácsolt) a legnépszerűbb anyagok, amelyeket a finomítói szelepekben határoznak meg és használnak. Számos finomítási folyamat alkalmazásával a sima szénacélok felső hőmérsékleti határait túllépik, és ezekhez az alkalmazásokhoz magasabb hőmérsékletű ötvözeteket határoznak meg. Ezek közül a legnépszerűbbek a króm / mol acélok, például 1-1 / 4% Cr, 2-1 / 4% Cr, 5% Cr és 9% Cr. A rozsdamentes acélokat és a magas nikkelötvözeteket néhány különösen kemény finomítási eljárásban is használják.

KÉMIAI
A vegyipar minden típusú és anyagú szelepek nagy felhasználója. A szelepek a kisméretű szakaszos üzemektől kezdve az öböl partján található hatalmas petrolkémiai komplexumokig a vegyi folyamatok csővezetékrendszereinek hatalmas részét képezik.

A kémiai folyamatokban a legtöbb alkalmazás nyomása alacsonyabb, mint sok finomítási folyamatnál és az áramtermelésnél. A vegyi üzemek szelepeinek és csöveinek legnépszerűbb nyomásosztálya a 150. és a 300. osztály. A vegyi üzemek voltak a legnagyobb mozgatórugói annak a piaci részesedés-átvételnek, amelyet a gömbcsapok az elmúlt 40 évben lineáris szelepektől vívtak. A rugalmasan ülő gömbcsap szivárgásmentes elzárásával tökéletesen illeszkedik számos vegyipari üzem alkalmazásához. A gömbcsap kompakt mérete szintén népszerű jellemző.
Még mindig vannak olyan vegyi üzemek és növényi folyamatok, ahol a lineáris szelepeket részesítik előnyben. Ezekben az esetekben a népszerű API 603 által tervezett, vékonyabb falú és könnyebb súlyú szelepek általában a választott kapu- vagy gömbszelepek. Egyes vegyi anyagok ellenőrzése membrán- vagy szorítószelepekkel is hatékonyan valósul meg.
Sok vegyi anyag maró jellege és a vegyszerkészítési folyamat miatt az anyagválasztás kritikus fontosságú. A defacto anyag a 316 / 316L minőségű ausztenites rozsdamentes acél. Ez az anyag jól használható a sok, néha csúnya folyadék okozta korrózió leküzdésében.

Egyes szigorúbb maró hatású alkalmazásokhoz nagyobb védelemre van szükség. Más nagy teljesítményű ausztenites rozsdamentes acélokat, például a 317, 347 és 321 gyakran választják ezekben a helyzetekben. Egyéb ötvözetek, amelyeket időről időre használnak kémiai folyadékok szabályozására, a Monel, Alloy 20, Inconel és 17-4 PH.

LNG- és gázgátlás
Mind a folyékony földgáz (LNG), mind a gázelválasztáshoz szükséges folyamatok kiterjedt csővezetékeken alapulnak. Ezekhez az alkalmazásokhoz olyan szelepekre van szükség, amelyek nagyon alacsony kriogén hőmérsékleten működhetnek. Az Egyesült Államokban gyorsan növekvő LNG-ipar folyamatosan a gáz cseppfolyósításának korszerűsítésére és fejlesztésére törekszik. Ennek érdekében a csövek és a szelepek sokkal nagyobbak lettek, és megnőttek a nyomásigények.

Ez a helyzet megkövetelte, hogy a szelepgyártók olyan terveket dolgozzanak ki, amelyek megfelelnek a szigorúbb paramétereknek. A negyedfordulatú gömb- és pillangószelepek népszerűek az LNG szolgáltatásban, a legnépszerűbb anyag a 316ss [rozsdamentes acél]. Az ANSI 600 osztály a szokásos nyomásplafon a legtöbb LNG alkalmazáshoz. Bár a negyedfordulatú termékek a legnépszerűbb szelepek, a kapuk, a gömbök és a visszacsapó szelepek megtalálhatók az üzemekben is.

A gázelválasztási szolgáltatás magában foglalja a gáz felosztását az egyes alapelemeire. Például a légelválasztási módszerek nitrogént, oxigént, héliumot és más nyomgázokat eredményeznek. A folyamat nagyon alacsony hőmérsékletű jellege azt jelenti, hogy sok kriogén szelepre van szükség.

Az LNG-ben és a gázelválasztó üzemekben egyaránt vannak alacsony hőmérsékletű szelepek, amelyeknek működniük kell ezekben a kriogén körülmények között. Ez azt jelenti, hogy a szeleptömörítő rendszert gáz- vagy kondenzációs oszlop segítségével az alacsony hőmérsékletű folyadéktól el kell távolítani. Ez a gázoszlop megakadályozza, hogy a folyadék jéggömböt képezzen a csomagolási terület körül, ami megakadályozná a szelepszár elfordulását vagy emelkedését.

KERESKEDELMI ÉPÜLETEK
Kereskedelmi épületek vesznek körül minket, de hacsak nem figyelünk odafigyelés alatt építésük során, kevés a sejtésünk arról, hogy mennyi folyadék artéria rejtőzik faluk falában, üvegből vagy fémből.

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

Az épület túlélése szempontjából a tűzoltó rendszerek a legkritikusabbak. Az épületek tűzvédelmét szinte univerzálisan táplálják és tiszta vízzel töltik fel. A tűzoltó rendszerek hatékony működéséhez megbízhatóaknak, kellő nyomással kell rendelkezniük, és az egész szerkezeten kényelmesen el kell helyezkedniük. Ezeket a rendszereket úgy tervezték, hogy tűz esetén automatikusan bekapcsoljanak energiát.
A sokemeletes épületek ugyanazt a víznyomás-szolgáltatást igénylik a legfelső emeleten, mint az alsó emeletek, ezért nagynyomású szivattyúkat és csöveket kell használni a víz felfelé juttatásához. A csőrendszerek általában 300 vagy 600 osztályúak, az épület magasságától függően. Minden típusú szelepet használnak ezekben az alkalmazásokban; a szelep terveket azonban az Underwriters Laboratories-nak vagy a Factory Mutual-nak jóvá kell hagynia a tűzoltáshoz.

Az ivóvíz elosztására ugyanazokat az osztályokat és típusú szelepeket használják, mint a tűzoltó szelepek, bár a jóváhagyási 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 átadásához használt folyadék hűtésére vagy melegítésére. Ezeknek a rendszereknek gyakran olyan hűtőközegeket kell kezelniük, mint az R-134a, egy hidrogén-fluor-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 negyedfordulatú szelep előrehaladt a használatban, mégis sok vízvezeték-mérnök továbbra is a lineáris kapu- és gömbszelepekre támaszkodik, különösen, ha a csővezetékhez fenékhegesztés szükséges. E mérsékelt gőz-alkalmazásokhoz az acél hegeszthetősége miatt az öntöttvas helyét veszi át.

Néhány fűtési rendszer gőz helyett forró vizet használ átadó folyadékként. Ezeket a rendszereket bronz vagy vas szelepek szolgálják ki jól. A negyedfordulatú rugalmas ülésekű gömb- és pillangószelepek nagyon népszerűek, bár néhány lineáris kivitelt még mindig használnak.

KÖVETKEZTETÉS
Bár az ebben a cikkben említett szelepalkalmazások bizonyítékai nem feltétlenül láthatók a Starbucks-ba vagy a nagymama házába tett utazás során, néhány nagyon fontos szelep mindig a közelben van. A kocsi motorjában még szelepek is vannak, amelyek eljutnak azokhoz a helyekhez, például a porlasztóba, amelyek szabályozzák az üzemanyag áramlását a motorba, és azok, amelyek a motorban szabályozzák a benzin áramlását a dugattyúkba és vissza. És ha ezek a szelepek nincsenek elég közel a mindennapjainkhoz, vegye figyelembe azt a valóságot, amelyet szívünk rendszeresen dobban át négy létfontosságú áramlásszabályozó eszközön keresztül.

Ez csak egy példa arra a valóságra, hogy: a szelepek valóban mindenhol vannak. VM
A cikk II. Része további ágazatokra vonatkozik, ahol szelepeket használnak. Látogasson el a www.valvemagazine.com oldalra, ahol olvashat a cellulóz és papír, a tengeri alkalmazások, a gátak és a vízerőművek, a napenergia, a vas és az acél, az űrkutatás, a geotermikus és a kézműves sör és desztilláció témakörében.

GREG JOHNSON a Houston-i United Valve (www.unitedvalve.com) elnöke. A VALVE Magazine közreműködő szerkesztője, a Szelepjavító Tanács korábbi elnöke és a VRC jelenlegi tagja. Emellett a VMA Oktatási és Képzési Bizottságának tagja, a VMA Kommunikációs Bizottságának alelnöke és a Gyártók Szabványügyi Társaságának korábbi elnöke.