Unde sunt folosite supapele: peste tot!

08 noiembrie 2017 Scris de Greg Johnson

Supapele pot fi găsite aproape oriunde astăzi: în casele noastre, sub stradă, în clădiri comerciale și în mii de locuri din centralele electrice și de apă, fabrici de hârtie, rafinării, fabrici chimice și alte instalații industriale și de infrastructură.
Industria supapelor este cu adevărat cu umăr largi, cu segmente variind de la distribuția de apă la energie nucleară până la petrol și gaze în amonte și în aval. Fiecare dintre aceste industrii de utilizatori finali utilizează câteva tipuri de bază de supape; cu toate acestea, detaliile de construcție și materiale sunt adesea foarte diferite. Iată o mostră:

LUCRĂRI DE APĂ
În lumea distribuției apei, presiunile sunt aproape întotdeauna relativ scăzute, iar temperaturile ambiante. Aceste două aplicații permit un număr de elemente de proiectare a supapelor care nu ar fi găsite pe echipamente mai dificile, cum ar fi supapele de abur de înaltă temperatură. Temperatura ambiantă a serviciului de apă permite utilizarea de elastomeri și garnituri de cauciuc care nu sunt potrivite în altă parte. Aceste materiale moi permit echiparea supapelor de apă pentru a etanșa etanș picăturile.

O altă considerație în supapele de alimentare cu apă este alegerea materialelor de construcție. Fontele și fontele ductile sunt utilizate pe scară largă în sistemele de apă, în special în liniile cu diametru exterior mare. Conductele foarte mici pot fi manevrate destul de bine cu materiale pentru supape din bronz.

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

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

APE UZATE
Partea inversă a apei potabile proaspete care intră într-o instalație sau structură este ieșirea apei uzate sau a canalizării. Aceste linii colectează toate fluidele reziduale și solidele și le direcționează către o stație de epurare. Aceste stații de epurare au o mulțime de conducte și supape de joasă presiune pentru a-și efectua „lucrarea murdară”. Cerințele pentru supapele de apă uzată sunt în multe cazuri mult mai blânde decât cerințele pentru serviciul de apă curată. Poarta de fier și supapele de reținere sunt cele mai populare alegeri pentru acest tip de service. Supapele standard din acest serviciu sunt construite în conformitate cu specificațiile AWWA.

INDUSTRIA ELECTRICĂ
Cea mai mare parte a energiei electrice generate în Statele Unite este generată în instalații de abur folosind combustibili fosili și turbine de mare viteză. Desprinderea capacului unei centrale electrice moderne ar oferi o vedere a sistemelor de conducte de înaltă presiune și temperatură înaltă. Aceste linii principale sunt cele mai critice în procesul de generare a energiei cu abur.

Supapele cu gură rămân o alegere principală pentru aplicațiile de pornire/oprire a centralelor electrice, deși se găsesc și supape cu glob cu model Y cu scop special. Supapele cu bilă de înaltă performanță, cu servicii critice, câștigă popularitate în rândul unor proiectanți de centrale electrice și fac incursiuni în această lume, cândva dominată de supape liniare.

Metalurgia este esențială pentru supapele în aplicațiile de putere, în special pentru cele care funcționează în intervalele de funcționare supercritice sau ultra-supercritice de presiune și temperatură. F91, F92, C12A, împreună cu mai multe Inconel și aliaje din oțel inoxidabil sunt utilizate în mod obișnuit în centralele electrice de astăzi. Clasele de presiune includ 1500, 2500 și, în unele cazuri, 4500. Natura modulantă a centralelor electrice de vârf (cele care funcționează doar la nevoie) pune, de asemenea, o presiune uriașă asupra supapelor și conductelor, necesitând modele robuste pentru a face față combinației extreme de cicluri, temperatură și presiune.
Pe lângă supapa principală de abur, centralele electrice sunt încărcate cu conducte auxiliare, populate de o multitudine de robinete cu poartă, glob, reținere, fluture și robinete cu bilă.

Centralele nucleare funcționează pe același principiu de turbină cu abur/de mare viteză. Diferența principală este că într-o centrală nucleară, aburul este creat de căldura din procesul de fisiune. Supapele centralei nucleare sunt similare cu verii lor alimentați cu combustibili fosili, cu excepția originii lor și a cerinței suplimentare de fiabilitate absolută. Supapele nucleare sunt fabricate la standarde extrem de înalte, cu documentația de calificare și inspecție umplând sute de pagini.

PRODUCȚIA DE ȚEIUL ȘI GAZE
Sondele de petrol și gaze și instalațiile de producție sunt utilizatori mari de supape, inclusiv multe supape pentru sarcini grele. Deși nu mai este probabil să apară țâșnituri de petrol care aruncă sute de metri în aer, imaginea ilustrează presiunea potențială a petrolului și gazelor subterane. Acesta este motivul pentru care capetele de fântâni sau pomii de Crăciun sunt plasați în partea de sus a șirului lung de țevi a unei fântâni. Aceste ansambluri, cu combinația lor de supape și fitinguri speciale, sunt proiectate pentru a gestiona presiuni de peste 10.000 psi. Deși se găsesc rar pe fântânile săpate pe uscat în zilele noastre, presiunile extrem de ridicate se găsesc adesea pe puțurile de mare adâncime.

Proiectarea echipamentului pentru cap de puț este acoperită de specificațiile API, cum ar fi 6A, Specificația pentru echipamentele pentru capul de puț și pentru pomul de Crăciun. Supapele acoperite în 6A sunt proiectate pentru presiuni extrem de ridicate, dar temperaturi modeste. Majoritatea pomilor de Crăciun conțin robinete de poartă și supape speciale cu glob, numite șocuri. Choke-urile sunt folosite pentru a regla debitul din puț.

Pe lângă capurile de sondă în sine, multe instalații auxiliare populează un câmp de petrol sau gaze. Echipamentele de proces pentru pretratarea petrolului sau gazului necesită un număr de supape. Aceste supape sunt de obicei din oțel carbon clasificate pentru clasele inferioare.

Ocazional, un fluid foarte corosiv - hidrogen sulfurat - este prezent în fluxul de petrol brut. Acest material, numit și gaz acru, poate fi letal. Pentru a depăși provocările legate de gazul acru, 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 supape construite după multe specificații diferite pentru a face față unei game largi de provocări de control al debitului. Aceste instalații conțin, de asemenea, diferite bucle de sistem de control și dispozitive de reducere a presiunii.

Pentru instalațiile de producție de petrol, inima arterială este sistemul propriu-zis de conducte de recuperare a petrolului sau a gazelor. Deși nu întotdeauna pe platformă în sine, multe sisteme de producție folosesc brazi de Crăciun și sisteme de conducte care funcționează la adâncimi inospitaliere de 10.000 de picioare sau mai mult. Acest echipament de producție este construit în conformitate cu multe standarde stricte ale American Petroleum Institute (API) și sunt menționate în mai multe practici recomandate (RP) API.

Pe majoritatea platformelor petroliere mari, procesele suplimentare sunt aplicate fluidului brut care vine din capul sondei. Acestea includ separarea apei de hidrocarburi și separarea gazelor și a lichidelor de gaz natural din fluxul de fluid. Aceste sisteme de conducte post-pom de Crăciun sunt în general construite conform codurilor de conducte ale Societății Americane de Ingineri Mecanici B31.3, cu supapele proiectate în conformitate cu specificațiile supapelor API, 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 reținere API 6D. Întrucât orice conducte de pe platformă sau nava de foraj sunt interne ale instalației, cerințele stricte de utilizare a supapelor API 6D pentru conducte nu se aplică. Deși în aceste sisteme de conducte sunt utilizate mai multe tipuri de supape, tipul de supapă ales este robinetul cu bilă.

CONDUCTE
Deși majoritatea conductelor sunt ascunse vederii, prezența lor este de obicei evidentă. Semnele mici care menționează „conducta de petrol” sunt un indicator evident al prezenței conductelor de transport subterane. Aceste conducte sunt echipate cu multe supape importante pe toată lungimea lor. Supapele de închidere a conductelor de urgență se găsesc la intervale specificate de standarde, coduri și legi. Aceste supape servesc serviciului vital de a izola o secțiune a unei conducte în cazul unei scurgeri sau atunci când este necesară întreținere.

De asemenea, împrăștiate de-a lungul traseului conductei sunt instalații în care linia iese din sol și este disponibil accesul la linie. Aceste stații sunt casa pentru echipamentele de lansare „porc”, care constă în dispozitive introduse în conducte fie pentru a inspecta, fie pentru a curăța linia. Aceste stații de lansare porc conțin de obicei mai multe supape, fie cu poartă, fie cu bile. Toate supapele dintr-un sistem de conducte trebuie să aibă orificiu complet (deschidere completă) pentru a permite trecerea porcilor.

De asemenea, conductele au nevoie de energie pentru a combate frecarea conductei și pentru a menține presiunea și debitul conductei. Sunt utilizate stații de compresoare sau de pompare care arată ca versiuni mici ale unei fabrici de proces fără turnurile înalte de cracare. Aceste stații găzduiesc zeci de robinete cu poartă, cu bilă și pentru conducte de reținere.
Conductele în sine sunt proiectate în conformitate cu diferite standarde și coduri, în timp ce supapele de conducte urmează API 6D Pipeline Valves.
Există, de asemenea, conducte mai mici care alimentează case și structuri comerciale. Aceste linii furnizează apă și gaz și sunt protejate de supape de închidere.
Municipalitățile mari, în special în partea de nord a Statelor Unite, furnizează abur pentru cerințele de încălzire ale clienților comerciali. Aceste linii de alimentare cu abur sunt echipate cu o varietate de supape pentru a controla și regla alimentarea cu abur. Deși fluidul este abur, presiunile și temperaturile sunt mai mici decât cele găsite în generarea de abur din centralele electrice. În acest serviciu sunt utilizate o varietate de tipuri de supape, deși venerabilul supapă cu dop este încă o alegere populară.

RAFINARIE SI PETROCHIMICA
Supapele de rafinărie reprezintă o utilizare mai mare a supapelor industriale decât orice alt segment de supape. Rafinăriile găzduiesc atât fluide corozive, cât și, în unele cazuri, temperaturi ridicate.
Acești factori dictează modul în care supapele sunt construite în conformitate cu specificațiile de proiectare a supapelor API, cum ar fi API 600 (supape cu gură), API 608 (supape cu bilă) și API 594 (supape de reținere). Datorită serviciului dur întâlnit de multe dintre aceste supape, este adesea necesară o cantitate suplimentară de coroziune. Această toleranță se manifestă prin grosimi mai mari ale pereților care sunt specificate în documentele de proiectare API.

Practic, fiecare tip de supapă major poate fi găsit din abundență într-o rafinărie mare tipică. Ventilul omniprezent este încă regele dealului cu cea mai mare populație, dar supapele cu un sfert de tură ocupă o cantitate din ce în ce mai mare din cota lor de piață. Produsele cu un sfert de tură care au făcut incursiuni de succes în această industrie (care a fost, de asemenea, cândva dominată de produsele liniare) includ supape fluture triple offset de înaltă performanță și supape cu bilă cu scaun metalic.

Robinetele standard cu poarta, globul și supapele de reținere se găsesc încă în masă și, din cauza designului lor generos și a economiei de producție, nu vor dispărea prea curând.
Presiunea nominală pentru supapele de rafinărie acoperă gama de la Clasa 150 la Clasa 1500, clasa 300 fiind cea mai populară.
Oțelurile carbonice simple, cum ar fi gradul WCB (turnat) și A-105 (forjate) sunt cele mai populare materiale specificate și utilizate în supape pentru serviciul de rafinărie. Multe aplicații ale procesului de rafinare împing limitele superioare de temperatură ale oțelurilor carbon simple și pentru aceste aplicații sunt specificate aliaje cu temperaturi mai ridicate. Cele mai populare dintre acestea sunt oțelurile crom/moly, 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 supape de toate tipurile și materialele. De la fabricile de loturi mici până la complexele petrochimice uriașe găsite pe coasta Golfului, supapele reprezintă o parte uriașă a sistemelor de conducte ale proceselor chimice.

Majoritatea aplicațiilor în procesele chimice au o presiune mai mică decât multe procese de rafinare și generarea de energie. Cele mai populare clase de presiune pentru supapele și conductele din fabricile chimice sunt Clasele 150 și 300. Fabricile chimice au fost, de asemenea, cel mai mare factor de preluare a cotei de piață pe care supapele cu bilă au luat-o de la supapele liniare în ultimii 40 de ani. Supapa cu bilă cu scaun elastic, cu închiderea sa fără scurgeri, se potrivește perfect pentru multe aplicații ale instalațiilor chimice. Dimensiunea compactă a supapei cu bilă este, de asemenea, o caracteristică populară.
Există încă unele fabrici chimice și procese de fabrică în care sunt preferate supapele liniare. În aceste cazuri, supapele populare proiectate de API 603, cu pereți mai subțiri și greutăți mai ușoare, sunt de obicei robinetul cu poartă sau cu glob de alegere. Controlul unor substanțe chimice este, de asemenea, realizat în mod eficient cu supape cu diafragmă sau prin strângere.
Datorită naturii corozive a multor substanțe chimice și procese de fabricare a substanțelor chimice, selecția materialului este critică. Materialul de facto este oțel inoxidabil austenitic de calitate 316/316L. Acest material funcționează bine pentru a lupta împotriva coroziunii de la o serie de fluide uneori urâte.

Pentru unele aplicații corozive mai dure, este nevoie de mai multă protecție. Alte clase de oțel inoxidabil austenitic de înaltă performanță, precum 317, 347 și 321 sunt adesea alese în aceste situații. Alte aliaje care sunt folosite din când în când pentru controlul fluidelor chimice includ Monel, Alloy 20, Inconel și 17-4 PH.

SEPARARE GNL ȘI GAZ
Atât gazele naturale lichide (GNL), cât și procesele necesare pentru separarea gazelor se bazează pe conducte extinse. Aceste aplicații necesită supape care pot funcționa la temperaturi criogenice foarte scăzute. Industria GNL, care crește rapid în Statele Unite, caută în mod continuu să modernizeze și să îmbunătățească procesul de lichefiere a gazului. În acest scop, conductele și supapele au devenit mult mai mari și cerințele de presiune au fost crescute.

Această situație a impus producătorilor de supape să dezvolte modele care să îndeplinească parametrii mai duri. Robinetele cu bilă și fluture cu un sfert de tură sunt populare pentru serviciul GNL, cu 316ss [oțel inoxidabil] cel mai popular material. Clasa ANSI 600 este plafonul obișnuit de presiune pentru majoritatea aplicațiilor GNL. Deși produsele cu un sfert de tură sunt cele mai populare tipuri de supape, supapele cu poartă, glob și reținere pot fi găsite și în fabrici.

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

Atât instalațiile de GNL, cât și de separare a gazelor au supape de temperatură scăzută care trebuie să rămână operabile în aceste condiții criogenice. Aceasta înseamnă că sistemul de etanșare a supapelor trebuie să fie înălțat departe de fluidul la temperatură joasă prin utilizarea unei coloane de gaz sau de condensare. Această coloană de gaz împiedică fluidul să formeze o minge de gheață în jurul zonei de ambalare, ceea ce ar împiedica tija supapei să se rotească sau să se ridice.

CLĂDIRI COMERCIALE
Clădirile comerciale ne înconjoară, dar dacă nu acordăm o atenție deosebită în timp ce sunt construite, nu avem nicio idee despre multitudinea de artere fluide ascunse în pereții 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 multe combinații de compus hidrogen/oxigen sub formă de fluide potabile, ape uzate, apă caldă, apă gri și protecție împotriva incendiilor.

Din punct de vedere al supraviețuirii clădirii, sistemele de incendiu sunt cele mai critice. Protecția împotriva incendiilor în clădiri este aproape universal alimentată și umplută cu apă curată. Pentru ca sistemele de apă pentru incendiu să fie eficiente, acestea trebuie să fie fiabile, să aibă suficientă presiune și să fie amplasate convenabil în întreaga structură. Aceste sisteme sunt proiectate să se alimenteze automat în caz de incendiu.
Clădirile înalte necesită același serviciu de presiune a apei la etajele superioare ca și la etajele inferioare, așa că trebuie folosite pompe de înaltă presiune și conducte pentru a ridica apa. Sistemele de conducte sunt de obicei clasa 300 sau 600, în funcție de înălțimea clădirii. Toate tipurile de supape sunt utilizate în aceste aplicații; cu toate acestea, modelele de supape trebuie să fie aprobate de Underwriters Laboratories sau Factory Mutual pentru serviciul principal de incendiu.

Aceleași clase și tipuri de supape utilizate pentru supapele de pompieri sunt utilizate pentru distribuția apei potabile, deși procesul de aprobare nu este la fel de strict.
Sistemele comerciale de aer condiționat care se găsesc în structurile de afaceri mari, cum ar fi clădirile de birouri, hoteluri și spitale sunt de obicei centralizate. Au o unitate de răcire mare sau un cazan pentru a răci sau a încălzi fluidul utilizat pentru transferul de frig sau temperatură ridicată. Aceste sisteme trebuie adesea să gestioneze agenți frigorifici precum R-134a, o hidro-fluorocarbură sau, în cazul sistemelor majore de încălzire, abur. Datorită dimensiunii compacte a supapelor fluture și cu bilă, aceste tipuri au devenit populare în sistemele de răcire HVAC.

Pe partea de abur, unele supape cu un sfert de tura au făcut progrese în utilizare, totuși mulți ingineri sanitari se bazează în continuare pe robinete liniare cu poartă și cu glob, mai ales dacă conductele necesită capete sudate cap la cap. Pentru aceste aplicații moderate cu abur, oțelul a luat locul fontei din cauza sudabilității oțelului.

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

CONCLUZIE
Deși dovezile aplicațiilor supapelor menționate în acest articol ar putea să nu fie vizibile în timpul unei călătorii la Starbucks sau la casa bunicii, 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. Și dacă acele supape nu sunt suficient de aproape de viața noastră de zi cu zi, luați în considerare realitatea că inimile noastre bat în mod regulat prin intermediul a patru dispozitive vitale de control al fluxului.

Acesta este doar un alt exemplu al realității că: supapele sunt cu adevărat peste tot. VM
Partea a II-a a acestui articol acoperă industrii suplimentare în care sunt utilizate supape. Accesați www.valvemagazine.com pentru a citi despre celuloză și hârtie, aplicații marine, baraje și energie hidroelectrică, solar, fier și oțel, aerospațial, geotermal și fabricarea și distilarea artizanală.

GREG JOHNSON este președintele United Valve (www.unitedvalve.com) din Houston. El este redactor colaborator la VALVE Magazine, fost președinte al Consiliului de reparare a supapelor și actual membru al consiliului VRC. De asemenea, face parte din Comitetul de educație și formare al VMA, este vicepreședinte al Comitetului de comunicații al VMA și este fost președinte al Societății de standardizare a producătorilor.