Unde se folosesc valvele: Peste tot!

08 noiembrie 2017 Scris de Greg Johnson

Robineții pot fi găsiți aproape oriunde astăzi: în casele noastre, sub stradă, în clădiri comerciale și în mii de locuri din centrale electrice și de apă, fabrici de hârtie, rafinării, uzine chimice și alte instalații industriale și de infrastructură.
Industria valvelor este cu adevărat diversificată, cu segmente care variază de la distribuția apei la energia nucleară, până la petrolul și gazele în amonte și în aval. Fiecare dintre aceste industrii de utilizare finală utilizează câteva tipuri de bază de valve; cu toate acestea, detaliile de construcție și materialele sunt adesea foarte diferite. Iată o mostră:

LUCRĂRI DE APĂ
În lumea distribuției apei, presiunile sunt aproape întotdeauna relativ scăzute, iar temperaturile sunt ambientale. Aceste două aspecte de aplicare permit o serie de elemente de proiectare a supapelor care nu s-ar găsi pe echipamente mai solicitante, cum ar fi supapele de abur pentru temperaturi ridicate. Temperatura ambientală a apei de serviciu permite utilizarea de elastomeri și garnituri de cauciuc care nu sunt potrivite în alte locuri. Aceste materiale moi permit ca supapele de apă să fie echipate pentru a etanșa ermetic picăturile.

O altă considerație în ceea ce privește robinetele de alimentare cu apă este alegerea materialelor de construcție. Fonta și fonta ductilă sunt utilizate pe scară largă în sistemele de apă, în special în conductele cu diametru exterior mare. Conductele foarte mici pot fi gestionate destul de bine cu materiale pentru robinete din bronz.

Presiunile la care sunt supapele pentru instalații de apă sunt de obicei mult sub 200 psi. Aceasta înseamnă că nu sunt necesare modele cu pereți mai groși pentru presiuni mai mari. Acestea fiind spuse, există cazuri în care supapele pentru apă sunt construite pentru a gestiona presiuni mai mari, de până la aproximativ 300 psi. Aceste aplicații sunt de obicei pe apeducte lungi, aproape de sursa de presiune. Uneori, supapele pentru apă cu presiune mai mare se găsesc și în punctele de presiune cea mai mare dintr-un baraj înalt.

Asociația Americană pentru Instalații de Apă (AWWA) a emis specificații care acoperă multe tipuri diferite de valve și actuatoare utilizate în aplicațiile pentru instalații de apă.

APE UZATE
Reversul medaliei apei potabile proaspete care intră într-o instalație sau structură este ieșirea apei uzate sau a canalizării. Aceste conducte colectează toate fluidele și solidele reziduale și le direcționează către o stație de epurare a apelor uzate. Aceste stații de epurare dispun de o mulțime de conducte și vane de joasă presiune pentru a-și îndeplini „munca murdară”. Cerințele pentru vanele de ape uzate sunt în multe cazuri mult mai indulgente decât cerințele pentru serviciul de apă curată. Vanele de sens și clapetele de sens din fontă sunt cele mai populare opțiuni pentru acest tip de serviciu. Vanele standard din acest serviciu sunt construite în conformitate cu specificațiile AWWA.

INDUSTRIA ENERGETICĂ
Cea mai mare parte a energiei electrice generate în Statele Unite este generată în centrale cu abur care utilizează combustibili fosili și turbine de mare viteză. Dacă am îndepărta capacul unei centrale electrice moderne, am putea vedea sisteme de conducte de înaltă presiune și temperatură ridicată. Aceste conducte principale sunt cele mai importante în procesul de generare a energiei cu abur.

Vanele cu sertar rămân o alegere principală pentru aplicațiile de pornire/oprire a centralelor electrice, deși există și vane globulare în model Y pentru scopuri speciale. Vanele cu bilă de înaltă performanță, pentru servicii critice, câștigă popularitate în rândul unor proiectanți de centrale electrice și fac progrese în această lume cândva dominată de vane liniare.

Metalurgia este esențială pentru valvele din aplicațiile energetice, în special cele care funcționează în intervale de presiune și temperatură supercritice sau ultra-supercritice. F91, F92, C12A, împreună cu mai multe aliaje de Inconel și oțel inoxidabil, sunt utilizate în mod obișnuit în centralele electrice actuale. Clasele de presiune includ 1500, 2500 și, în unele cazuri, 4500. Natura modulatoare a centralelor electrice de vârf (cele care funcționează doar după cum este necesar) pune, de asemenea, o presiune uriașă asupra valvelor și conductelor, necesitând designuri robuste pentru a gestiona combinația extremă de cicluri, temperatură și presiune.
Pe lângă valvele principale de abur, centralele electrice sunt încărcate cu conducte auxiliare, populate de o multitudine de robinete cu sertar, cu sferă, de sens, fluture și cu bilă.

Centralele nucleare funcționează pe același principiu cu turbină cu abur și viteză mare. Principala diferență este că, într-o centrală nucleară, aburul este creat de căldura rezultată din procesul de fisiune. Valvele centralelor nucleare sunt similare cu cele ale verișoarelor lor pe bază de combustibili fosili, cu excepția pedigree-ului lor și a cerinței suplimentare de fiabilitate absolută. Valvele nucleare sunt fabricate la standarde extrem de înalte, documentația de calificare și inspecție ocupând sute de pagini.

PRODUCȚIA DE PETROL ȘI GAZE
Puțurile de petrol și gaze și instalațiile de producție sunt utilizatori înrăiți de valve, inclusiv multe valve pentru sarcini grele. Deși nu mai este probabil să apară jetoane de petrol care țâșnesc la sute de metri în aer, imaginea ilustrează presiunea potențială a petrolului și gazelor subterane. Acesta este motivul pentru care capetele de sondă sau pomii de Crăciun sunt plasați în partea superioară a lungii garnituri de conducte a unei sonde. Aceste ansambluri, cu combinația lor de valve și fitinguri speciale, sunt proiectate să suporte presiuni de peste 10.000 psi. Deși sunt rareori găsite la puțurile săpate pe uscat în zilele noastre, presiunile extrem de ridicate se găsesc adesea la puțurile offshore de mare adâncime.

Proiectarea echipamentelor pentru cap de sondă este acoperită de specificațiile API, cum ar fi 6A, Specificația pentru echipamente pentru cap de sondă și pom de Crăciun. Valvele acoperite în 6A sunt proiectate pentru presiuni extrem de mari, dar temperaturi modeste. Majoritatea pomilor de Crăciun conțin valve cu sertar și valve globulare speciale numite drenaje. Drenajele sunt utilizate pentru a regla debitul din sondă.

Pe lângă capetele de sondă în sine, multe instalații auxiliare populează un câmp de petrol sau gaze. Echipamentele de procesare pentru pretratarea petrolului sau a gazelor necesită o serie de valve. Aceste valve sunt de obicei din oțel carbon, clasificate pentru clase inferioare.

Ocazional, în fluxul de petrol brut este prezent un fluid extrem de coroziv - hidrogen sulfurat. Acest material, numit și gaz acid, poate fi letal. Pentru a depăși provocările reprezentate de gazul acid, trebuie respectate materiale speciale sau tehnici de prelucrare a materialelor, în conformitate cu specificația internațională NACE MR0175.

INDUSTRIA OFFSHORE
Sistemele de conducte pentru platformele petroliere offshore și instalațiile de producție conțin o multitudine de valve construite conform multor specificații diferite pentru a face față gamei largi de provocări legate de controlul debitului. Aceste instalații conțin, de asemenea, diverse bucle de sistem de control și dispozitive de reliefare a presiunii.

Pentru instalațiile de producție de petrol, inima arterială este sistemul propriu-zis de conducte de recuperare a petrolului sau gazelor. Deși nu se află întotdeauna pe platformă, multe sisteme de producție utilizează brazi de Crăciun și sisteme de conducte care funcționează la adâncimi inospitaliere de 3.000 de metri sau mai mult. Aceste echipamente de producție sunt construite conform multor standarde stricte ale Institutului American al Petrolului (API) și sunt menționate în mai multe practici recomandate (RP) ale API.

Pe majoritatea platformelor petroliere mari, se aplică procese suplimentare fluidului brut provenit de la gura de sondă. Acestea includ separarea apei de hidrocarburi și separarea gazelor și a gazelor naturale lichide de fluxul de fluid. Aceste sisteme de conducte post-pom de Crăciun sunt în general construite conform codurilor de conducte B31.3 ale Societății Americane de Ingineri Mecanici, iar supapele sunt proiectate în conformitate cu specificațiile API pentru supape, cum ar fi API 594, API 600, API 602, API 608 și API 609.

Unele dintre aceste sisteme pot conține, de asemenea, robinete cu poartă, cu bilă și de sens invers API 6D. Deoarece orice conducte de pe platformă sau navă de foraj sunt interne instalației, cerințele stricte de utilizare a robinetelor API 6D pentru conducte nu se aplică. Deși în aceste sisteme de conducte se utilizează mai multe tipuri de robinete, tipul de robinet ales este robinetul cu bilă.

CONDUCTE
Deși majoritatea conductelor sunt ascunse vederii, prezența lor este de obicei evidentă. Micile semne care menționează „conductă petrolieră” sunt un indicator evident al prezenței conductelor subterane de transport. Aceste conducte sunt echipate cu multe valve importante pe toată lungimea lor. Valve de închidere de urgență a conductelor se găsesc la intervale specificate de standarde, coduri și legi. Aceste valve servesc serviciului vital de izolare a unei secțiuni a conductei în caz de scurgere sau când este necesară întreținerea.

De asemenea, de-a lungul traseului unei conducte sunt împrăștiate instalații unde conducta iese din pământ și este disponibil accesul la conductă. Aceste stații găzduiesc echipamentele de lansare a „porcilor”, care constau în dispozitive introduse în conducte fie pentru a inspecta, fie pentru a curăța conducta. Aceste stații de lansare a porcilor conțin de obicei mai multe valve, fie de tip cu poartă, fie cu bilă. Toate valvele dintr-un sistem de conducte trebuie să aibă orificiu complet (deschidere completă) pentru a permite trecerea porcilor.

Conductele au nevoie și de energie pentru a combate frecarea din conductă și pentru a menține presiunea și debitul liniei. Se utilizează stații de compresor sau de pompare care arată ca niște versiuni mici ale unei instalații de procesare, fără turnurile înalte de cracare. Aceste stații găzduiesc zeci de vane cu poartă, cu bilă și de sens invers.
Conductele în sine sunt proiectate în conformitate cu diverse standarde și coduri, în timp ce valvele pentru conducte respectă standardul API 6D.
Există, de asemenea, conducte mai mici care alimentează case și structuri comerciale. Aceste conducte furnizează apă și gaz și sunt protejate de robinete de închidere.
Municipalitățile mari, în special cele din partea de nord a Statelor Unite, furnizează abur pentru nevoile de încălzire ale clienților comerciali. Aceste linii de alimentare cu abur sunt echipate cu o varietate de valve pentru a controla și regla alimentarea cu abur. Deși fluidul este abur, presiunile și temperaturile sunt mai mici decât cele întâlnite în generarea de abur din centralele electrice. În acest serviciu se utilizează o varietate de tipuri de valve, deși venerabila valvă cu cep este încă o alegere populară.

RAFINĂRIE ȘI PETROCHIMĂ
Robinetele de rafinărie reprezintă o utilizare industrială mai mare decât orice alt segment de robinete. Rafinăriile găzduiesc atât fluide corozive, cât și, în unele cazuri, temperaturi ridicate.
Acești factori dictează modul în care sunt construite supapele în conformitate cu specificațiile de proiectare a supapelor API, cum ar fi API 600 (stea), API 608 (stea cu bilă) și API 594 (stea de sens). Din cauza utilizării dure la care sunt supuse multe dintre aceste supape, este adesea necesară o toleranță suplimentară la coroziune. Această toleranță se manifestă prin grosimi mai mari ale pereților, specificate în documentele de proiectare API.

Practic, fiecare tip major de valvă poate fi găsit din abundență într-o rafinărie mare tipică. Omniprezenta valvă cu poartă este încă regele muntelui, cu cea mai mare populație, dar valvele cu un sfert de tură ocupă o cotă de piață din ce în ce mai mare. Produsele cu un sfert de tură care au succes în această industrie (care a fost odată dominată și de produse liniare) includ valve fluture de înaltă performanță cu triplu decalaj și valve cu bilă cu scaun metalic.

Robineții standard cu poartă, cu bilă și cu sens invers se găsesc încă în masă și, datorită robusteții designului lor și economiei de fabricație, nu vor dispărea prea curând.
Presiunile nominale pentru valvele de rafinărie variază de la Clasa 150 la Clasa 1500, Clasa 300 fiind cea mai populară.
Oțelurile carbon simple, cum ar fi WCB (turnat) și A-105 (forjat), sunt cele mai populare materiale specificate și utilizate în fabricarea valvelor pentru rafinării. Multe aplicații din procesele de rafinare împing limitele superioare de temperatură ale oțelurilor carbon simple, iar pentru aceste aplicații sunt specificate aliaje pentru temperaturi mai ridicate. Cele mai populare dintre acestea sunt oțelurile crom/molibden, cum ar fi 1-1/4% Cr, 2-1/4% Cr, 5% Cr și 9% Cr. Oțelurile inoxidabile și aliajele cu conținut ridicat de nichel sunt, de asemenea, utilizate în unele procese de rafinare deosebit de dure.

CHIMIC
Industria chimică este un mare utilizator de valve de toate tipurile și materialele. De la instalațiile mici de producție până la complexele petrochimice uriașe de pe Coasta Golfului, valvele reprezintă o parte importantă a sistemelor de conducte pentru procesele chimice.

Majoritatea aplicațiilor din procesele chimice au o presiune mai mică decât multe procese de rafinare și de generare a energiei. Cele mai populare clase de presiune pentru robinetele și conductele din instalațiile chimice sunt clasele 150 și 300. Instalațiile chimice au fost, de asemenea, cel mai mare factor determinant al preluării cotei de piață pe care robinetele cu bilă au câștigat-o de la robinetele liniare în ultimii 40 de ani. Robina cu bilă cu scaun elastic, cu închidere fără scurgeri, este perfectă pentru multe aplicații din instalațiile chimice. Dimensiunea compactă a robinetului cu bilă este, de asemenea, o caracteristică populară.
Există încă unele instalații chimice și procese industriale unde se preferă robinetele liniare. În aceste cazuri, robinetele populare proiectate conform standardului API 603, cu pereți mai subțiri și greutăți mai ușoare, sunt de obicei robinetele cu poartă sau cu bilă preferate. Controlul unor substanțe chimice se realizează eficient și cu robinete cu diafragmă sau cu mâner.
Din cauza naturii corozive a multor substanțe chimice și a proceselor de fabricare a substanțelor chimice, alegerea materialelor este esențială. Materialul folosit este oțelul inoxidabil austenitic de calitate 316/316L. Acest material este eficient în combaterea coroziunii cauzate de o multitudine de fluide, uneori periculoase.

Pentru unele aplicații corozive mai dure, este necesară o protecție sporită. Alte clase de oțel inoxidabil austenitic de înaltă performanță, cum ar fi 317, 347 și 321, sunt adesea alese în aceste situații. Alte aliaje care sunt utilizate din când în când pentru a controla fluidele chimice includ Monel, Alloy 20, Inconel și 17-4 PH.

SEPARAREA GNL ȘI A GAZELOR
Atât gazul natural lichefiat (GNL), cât și procesele necesare pentru separarea gazelor se bazează pe conducte extinse. Aceste aplicații necesită valve care pot funcționa la temperaturi criogenice foarte scăzute. Industria GNL, care se dezvoltă rapid în Statele Unite, caută în permanență să modernizeze și să îmbunătățească procesul de lichefiere a gazelor. În acest scop, conductele și valvele au devenit mult mai mari, iar cerințele de presiune au fost crescute.

Această situație a obligat producătorii de valve să dezvolte modele care să respecte parametri mai stricti. Valvele cu bilă și fluture cu un sfert de tură sunt populare pentru serviciul GNL, oțelul inoxidabil 316ss fiind cel mai popular material. Clasa ANSI 600 este plafonul de presiune obișnuit pentru majoritatea aplicațiilor GNL. Deși produsele cu un sfert de tură sunt cele mai populare tipuri de valve, în instalații se pot găsi și valve cu poartă, cu glob și de sens.

Serviciul de separare a gazelor implică împărțirea gazului în elementele sale individuale de bază. De exemplu, metodele de separare a aerului produc azot, oxigen, heliu și alte gaze în urme. Natura la temperatură foarte scăzută a procesului înseamnă că sunt necesare multe valve criogenice.

Atât instalațiile de separare a GNL, cât și cele de separare a gazelor au valve de joasă temperatură care trebuie să rămână funcționale în aceste condiții criogenice. Aceasta înseamnă că sistemul de etanșare a valvelor trebuie ridicat departe de fluidul de temperatură joasă prin utilizarea unei coloane de gaz sau de condensare. Această coloană de gaz împiedică fluidul să formeze o bilă de gheață în jurul zonei de etanșare, ceea ce ar împiedica rotirea sau ridicarea tijei valvei.

CLĂDIRI COMERCIALE
Clădirile comerciale ne înconjoară, dar dacă nu acordăm o atenție deosebită în timp ce sunt construite, nu avem prea multe idei despre multitudinea de artere de fluid ascunse în interiorul pereților lor de zidărie, sticlă și metal.

Un numitor comun în aproape fiecare clădire este apa. Toate aceste structuri conțin o varietate de sisteme de conducte care transportă numeroase combinații ale compusului hidrogen/oxigen sub formă de fluide potabile, ape uzate, apă caldă, apă gri și protecție împotriva incendiilor.

Din punctul de vedere al supraviețuirii clădirilor, sistemele de stingere a incendiilor sunt cele mai importante. Protecția împotriva incendiilor în clădiri este aproape universal alimentată și umplută cu apă curată. Pentru ca sistemele de apă antiincendiu să fie eficiente, acestea trebuie să fie fiabile, să aibă o presiune suficientă și să fie amplasate convenabil în întreaga structură. Aceste sisteme sunt proiectate să se activeze automat în caz de incendiu.
Clădirile înalte necesită aceeași presiune a apei la etajele superioare ca și la etajele inferioare, așadar trebuie utilizate pompe și conducte de înaltă presiune pentru a transporta apa în sus. Sistemele de conducte sunt de obicei din clasa 300 sau 600, în funcție de înălțimea clădirii. În aceste aplicații se utilizează toate tipurile de vane; cu toate acestea, proiectele vanelor trebuie aprobate de Underwriters Laboratories sau Factory Mutual pentru instalațiile principale de incendiu.

Aceleași clase și tipuri de robinete utilizate pentru robinetele de stingere a incendiilor sunt utilizate și pentru distribuția apei potabile, deși procesul de aprobare nu este la fel de strict.
Sistemele de aer condiționat comerciale găsite în structuri comerciale mari, cum ar fi clădiri de birouri, hoteluri și spitale, sunt de obicei centralizate. Acestea au o unitate de răcire mare sau un cazan pentru a răci sau încălzi fluidul utilizat pentru transferul de frig sau temperatură ridicată. Aceste sisteme trebuie adesea să gestioneze agenți frigorifici precum R-134a, un hidrofluorocarbon sau, în cazul sistemelor majore de încălzire, abur. Datorită dimensiunilor compacte ale robinetelor fluture și cu bilă, aceste tipuri au devenit populare în sistemele de răcire HVAC.

În ceea ce privește aburul, unele robinete cu un sfert de tură au făcut progrese în utilizare, însă mulți ingineri instalatori se bazează încă pe robinete liniare cu poartă și robinete cu glob, în ​​special dacă țevile necesită capete sudate cap la cap. Pentru aceste aplicații moderate cu abur, oțelul a luat locul fontei datorită sudabilității oțelului.

Unele sisteme de încălzire folosesc apă caldă în loc de abur ca fluid de transfer. Aceste sisteme sunt bine deservite de robinete din bronz sau fier. Robinetele cu bilă și fluture cu scaun elastic cu un sfert de tură sunt foarte populare, deși încă se folosesc unele modele liniare.

CONCLUZIE
Deși dovezile aplicațiilor supapelor menționate în acest articol s-ar putea să nu fie vizibile în timpul unei vizite la Starbucks sau la bunica acasă, unele supape foarte importante sunt întotdeauna în apropiere. Există chiar și supape în motorul mașinii folosite pentru a ajunge în acele locuri, cum ar fi cele din carburator care controlează fluxul de combustibil în motor și cele din motor care controlează fluxul de benzină în pistoane și din nou în afara acestuia. Și dacă aceste supape nu sunt suficient de aproape de viața noastră de zi cu zi, luați în considerare realitatea că inimile noastre bat regulat prin intermediul a patru dispozitive vitale de control al fluxului.

Acesta este doar un alt exemplu al realității că: valvele sunt cu adevărat peste tot. VM
Partea a II-a a acestui articol acoperă și alte industrii în care se utilizează supape. Accesați www.valvemagazine.com pentru a citi despre celuloză și hârtie, aplicații marine, baraje și energie hidroelectrică, energie solară, fier și oțel, aerospațială, geotermală și fabricarea și distilația artizanală a berii.

GREG JOHNSON este președintele United Valve (www.unitedvalve.com) din Houston. Este redactor colaborator la revista VALVE, fost președinte al Consiliului de Reparare a Valvelor și actual membru al consiliului de administrație VRC. De asemenea, face parte din Comitetul de Educație și Formare al VMA, este vicepreședinte al Comitetului de Comunicare al VMA și fost președinte al Societății de Standardizare a Producătorilor.