Hvor ventiler brukes: Overalt!

08. nov 2017 Skrevet av Greg Johnson

Ventiler kan finnes omtrent hvor som helst i dag: i hjemmene våre, under gaten, i næringsbygg og på tusenvis av steder innenfor kraft- og vannverk, papirfabrikker, raffinerier, kjemiske anlegg og andre industri- og infrastrukturanlegg.
Ventilindustrien er virkelig bredskuldret, med segmenter som varierer fra vanndistribusjon til kjernekraft til oppstrøms og nedstrøms olje og gass. Hver av disse sluttbrukerindustriene bruker noen grunnleggende typer ventiler; detaljene i konstruksjon og materialer er imidlertid ofte svært forskjellige. Her er et utvalg:

VANN VIRKER
I vanndistribusjonens verden er trykket nesten alltid relativt lavt og temperaturene omgivende. Disse to applikasjonsfakta tillater en rekke ventildesignelementer som ikke vil bli funnet på mer utfordret utstyr som høytemperatur dampventiler. Omgivelsestemperaturen til vannservice tillater bruk av elastomerer og gummipakninger som ikke er egnet andre steder. Disse myke materialene gjør at vannventiler kan utstyres for å tette tett av drypp.

En annen vurdering i vannserviceventiler er valg av konstruksjonsmaterialer. Støpejern og duktilt jern brukes mye i vannsystemer, spesielt linjer med stor utvendig diameter. Svært små linjer kan håndteres ganske bra med bronseventilmaterialer.

Trykkene som de fleste vannverksventiler ser er vanligvis godt under 200 psi. Dette betyr at tykkere vegger med høyere trykk ikke er nødvendig. Når det er sagt, er det tilfeller der vannventiler er bygget for å håndtere høyere trykk, opp til rundt 300 psi. Disse applikasjonene er vanligvis på lange akvedukter nær trykkkilden. Noen ganger er vannventiler med høyere trykk også funnet på de høyeste trykkpunktene i en høy demning.

American Water Works Association (AWWA) har utstedt spesifikasjoner som dekker mange forskjellige typer ventiler og aktuatorer som brukes i vannverksapplikasjoner.

AVLOPPSVANN
Baksiden av ferskt drikkevann som går inn i et anlegg eller en struktur er avløpsvannet eller kloakkutslippet. Disse linjene samler opp all avfallsvæske og faste stoffer og leder dem til et renseanlegg. Disse renseanleggene har mange lavtrykksrør og ventiler for å utføre sitt "skitne arbeid". Kravene til avløpsventiler er i mange tilfeller mye mildere enn kravene til rentvannsservice. Jernport og tilbakeslagsventiler er de mest populære valgene for denne typen tjenester. Standardventiler i denne tjenesten er bygget i henhold til AWWA-spesifikasjoner.

KRAFTINDUSTRI
Mesteparten av den elektriske kraften som genereres i USA genereres i dampanlegg som bruker fossilt brensel og høyhastighetsturbiner. Å skrelle tilbake dekselet til et moderne kraftverk ville gi et syn på høytrykks- og høytemperaturrørsystemer. Disse hovedlinjene er de mest kritiske i dampkraftproduksjonsprosessen.

Slukeventiler er fortsatt et hovedvalg for av/på-applikasjoner for kraftverk, selv om det også finnes Y-mønsterklodeventiler for spesielle formål. Høyytelses kuleventiler med kritisk service blir stadig mer populært hos noen kraftverkdesignere og gjør inntog i denne en gang lineære ventildominerte verden.

Metallurgi er kritisk for ventiler i kraftapplikasjoner, spesielt de som opererer i de superkritiske eller ultra-superkritiske driftsområdene for trykk og temperatur. F91, F92, C12A, sammen med flere Inconel og rustfrie stållegeringer er ofte brukt i dagens kraftverk. Trykkklasser inkluderer 1500, 2500 og i noen tilfeller 4500. Den modulerende naturen til toppkraftverk (de som kun opererer etter behov) legger også en enorm belastning på ventiler og rør, og krever robuste design for å håndtere den ekstreme kombinasjonen av sykling, temperatur og trykk.
I tillegg til hoveddampventilen, er kraftverk lastet med hjelperørledninger, befolket av et mylder av port-, globus-, sjekk-, butterfly- og kuleventiler.

Kjernekraftverk opererer på samme damp-/høyhastighetsturbinprinsipp. Den primære forskjellen er at i et kjernekraftverk skapes dampen av varme fra fisjonsprosessen. Kjernekraftverksventiler ligner på deres fossildrevne fettere, bortsett fra deres stamtavle og det ekstra kravet om absolutt pålitelighet. Atomventiler er produsert etter ekstremt høye standarder, med kvalifiserings- og inspeksjonsdokumentasjonen som fyller hundrevis av sider.

OLJE- OG GASSPRODUKSJON
Olje- og gassbrønner og produksjonsanlegg er storbrukere av ventiler, inkludert mange kraftige ventiler. Selv om det ikke lenger er sannsynlig at oljesprut som spyr hundrevis av meter opp i luften, illustrerer bildet det potensielle trykket til underjordisk olje og gass. Dette er grunnen til at brønnhoder eller juletrær er plassert på toppen av en brønns lange rørstreng. Disse sammenstillingene, med sin kombinasjon av ventiler og spesialbeslag, er designet for å håndtere trykk på oppover 10 000 psi. Selv om det sjelden finnes på brønner gravd på land i disse dager, er de ekstreme høytrykkene ofte funnet på dype offshorebrønner.

Brønnhodeutstyrsdesign dekkes av API-spesifikasjoner som 6A, spesifikasjon for brønnhode- og juletreutstyr. Ventilene dekket i 6A er designet for ekstremt høye trykk, men moderate temperaturer. De fleste juletrær inneholder portventiler og spesielle klodeventiler kalt chokes. Droslene brukes til å regulere strømmen fra brønnen.

I tillegg til selve brønnhodene, befolker mange hjelpeanlegg et olje- eller gassfelt. Prosessutstyr for å forbehandle oljen eller gassen krever en rekke ventiler. Disse ventilene er vanligvis karbonstål vurdert for lavere klasser.

Noen ganger er en svært etsende væske - hydrogensulfid - tilstede i den rå petroleumsstrømmen. Dette materialet, også kalt sur gass, kan være dødelig. For å overvinne utfordringene med sur gass, må spesielle materialer eller materialbehandlingsteknikker i henhold til NACE International-spesifikasjon MR0175 følges.

OFFSHORE INDUSTRI
Rørsystemene for offshore oljerigger og produksjonsanlegg inneholder en mengde ventiler bygget etter mange forskjellige spesifikasjoner for å håndtere det store utvalget av strømningskontrollutfordringer. Disse fasilitetene inneholder også ulike styresystemsløyfer og trykkavlastningsanordninger.

For oljeproduksjonsanlegg er det arterielle hjertet selve olje- eller gassgjenvinningsrørsystemet. Selv om det ikke alltid er på selve plattformen, bruker mange produksjonssystemer juletrær og rørsystemer som opererer i de ugjestmilde dypene på 10 000 fot eller mer. Dette produksjonsutstyret er bygget i henhold til mange krevende American Petroleum Institute (API)-standarder og referert til i flere API-anbefalte praksiser (RPer).

På de fleste store oljeplattformer påføres ytterligere prosesser på råvæsken som kommer fra brønnhodet. Disse inkluderer separering av vann fra hydrokarboner og separering av gass og naturgassvæsker fra fluidstrømmen. Disse rørsystemene etter juletre er generelt bygget etter American Society of Mechanical Engineers B31.3 rørkoder med ventilene designet i samsvar med API-ventilspesifikasjoner som API 594, API 600, API 602, API 608 og API 609.

Noen av disse systemene kan også inneholde API 6D port-, kule- og tilbakeslagsventiler. Siden eventuelle rørledninger på plattformen eller boreskipet er interne i anlegget, gjelder ikke de strenge kravene til bruk av API 6D-ventiler for rørledninger. Selv om flere ventiltyper brukes i disse rørsystemene, er kuleventilen den valgte ventiltypen.

RØRLEDNINGER
Selv om de fleste rørledninger er skjult, er deres tilstedeværelse vanligvis tydelig. Små skilt som sier "petroleumsrørledning" er en åpenbar indikator på tilstedeværelsen av underjordiske transportrør. Disse rørledningene er utstyrt med mange viktige ventiler langs hele lengden. Nødrørledningsavstengningsventiler finnes med intervaller som spesifisert av standarder, koder og lover. Disse ventilene tjener den viktige tjenesten å isolere en del av en rørledning i tilfelle en lekkasje eller når vedlikehold er nødvendig.

Også spredt langs en rørledningstrasé er anlegg hvor ledningen kommer ut av bakken og ledningsadkomst er tilgjengelig. Disse stasjonene er hjemmet for "grise" utsettingsutstyr, som består av enheter satt inn i rørledningene enten for å inspisere eller rense linjen. Disse utsettingsstasjonene inneholder vanligvis flere ventiler, enten port- eller kuletyper. Alle ventilene på et rørsystem må ha full port (full åpning) for å tillate passasje av griser.

Rørledninger trenger også energi for å bekjempe friksjonen i rørledningen og opprettholde trykket og flyten i ledningen. Det brukes kompressor- eller pumpestasjoner som ser ut som små versjoner av et prosessanlegg uten de høye sprekktårnene. Disse stasjonene er hjemsted for dusinvis av port-, kule- og kontrollrørledningsventiler.
Selve rørledningene er designet i henhold til ulike standarder og koder, mens rørledningsventiler følger API 6D rørledningsventiler.
Det er også mindre rørledninger som går inn i hus og kommersielle strukturer. Disse ledningene gir vann og gass og er bevoktet av stengeventiler.
Store kommuner, spesielt i den nordlige delen av USA, sørger for damp for oppvarmingsbehov til kommersielle kunder. Disse damptilførselsledningene er utstyrt med en rekke ventiler for å kontrollere og regulere damptilførselen. Selv om væsken er damp, er trykket og temperaturene lavere enn de som finnes i kraftverks dampproduksjon. En rekke ventiltyper brukes i denne tjenesten, selv om den ærverdige pluggventilen fortsatt er et populært valg.

REFINERI OG PETROKJEMISK
Raffineriventiler står for mer industriell ventilbruk enn noe annet ventilsegment. Raffinerier er hjemsted for både etsende væsker og i noen tilfeller høye temperaturer.
Disse faktorene dikterer hvordan ventiler bygges i samsvar med API-ventildesignspesifikasjoner som API 600 (portventiler), API 608 (kuleventiler) og API 594 (tilbakeslagsventiler). På grunn av den harde servicen mange av disse ventilene møter, er det ofte behov for ekstra korrosjonstillegg. Dette tilskuddet kommer til uttrykk gjennom større veggtykkelser som er spesifisert i API-designdokumentene.

Praktisk talt alle hovedventiltyper kan finnes i overflod i et typisk stort raffineri. Den allestedsnærværende portventilen er fortsatt kongen av bakken med den største befolkningen, men kvartsvingsventiler tar en stadig større del av markedsandelen. Kvartalssvingsproduktene som gjør vellykkede inntog i denne industrien (som også en gang var dominert av lineære produkter) inkluderer høyytelses trippel-offset-spjeldventiler og metall-setede kuleventiler.

Standard gate-, globus- og tilbakeslagsventiler finnes fortsatt i massevis, og på grunn av deres design og produksjonsøkonomi vil de ikke forsvinne med det første.
Trykkklassifiseringer for raffineriventiler går fra klasse 150 til klasse 1500, med klasse 300 den mest populære.
Vanlige karbonstål, slik som klasse WCB (støpt) og A-105 (smidd) er de mest populære materialene som er spesifisert og brukt i ventiler for raffineriservice. Mange raffineringsprosessapplikasjoner presser de øvre temperaturgrensene for vanlig karbonstål, og legeringer med høyere temperatur er spesifisert for disse applikasjonene. De mest populære av disse er krom/moly-stål som 1-1/4% Cr, 2-1/4% Cr, 5% Cr og 9% Cr. Rustfritt stål og høy-nikkel-legeringer brukes også i noen spesielt tøffe raffineringsprosesser.

KJEMISK
Kjemisk industri er en stor bruker av ventiler av alle typer og materialer. Fra små batch-anlegg til de enorme petrokjemiske kompleksene som finnes på Gulf Coast, er ventiler en stor del av kjemiske prosessrørsystemer.

De fleste anvendelser i kjemiske prosesser har lavere trykk enn mange raffineringsprosesser og kraftproduksjon. De mest populære trykkklassene for ventiler og rørledninger for kjemiske anlegg er klasse 150 og 300. Kjemiske anlegg har også vært den største driveren for overtakelsen av markedsandeler som kuleventiler har kjempet fra lineære ventiler de siste 40 årene. Den elastiske kuleventilen, med sin nulllekkasjeavstengning, passer perfekt for mange bruksområder for kjemiske anlegg. Den kompakte størrelsen på kuleventilen er også en populær funksjon.
Det er fortsatt noen kjemiske anlegg og anleggsprosesser hvor lineære ventiler foretrekkes. I disse tilfellene er de populære API 603-designede ventilene, med tynnere vegger og lettere vekter, vanligvis den valgte port- eller kuleventilen. Kontroll av enkelte kjemikalier utføres også effektivt med membran- eller klemventiler.
På grunn av den korrosive naturen til mange kjemikalier og kjemiske produksjonsprosesser, er materialvalg avgjørende. Defacto-materialet er 316/316L klasse av austenittisk rustfritt stål. Dette materialet fungerer godt for å bekjempe korrosjon fra en rekke til tider ekle væsker.

For noen tøffere korrosive applikasjoner er det nødvendig med mer beskyttelse. Andre høyytelseskvaliteter av austenittisk rustfritt stål, som 317, 347 og 321, velges ofte i disse situasjonene. Andre legeringer som brukes fra tid til annen for å kontrollere kjemiske væsker inkluderer Monel, Alloy 20, Inconel og 17-4 PH.

LNG OG GASSSEPARERING
Både flytende naturgass (LNG) og prosessene som kreves for gassseparasjon er avhengige av omfattende rørledninger. Disse applikasjonene krever ventiler som kan operere ved svært lave kryogene temperaturer. LNG-industrien, som vokser raskt i USA, ser kontinuerlig etter å oppgradere og forbedre prosessen med flytende gass. For dette formål har rør og ventiler blitt mye større og trykkkravene er økt.

Denne situasjonen har krevd at ventilprodusenter har utviklet design for å møte tøffere parametere. Kvartslags kule- og sommerfuglventiler er populære for LNG-tjenester, med 316ss [rustfritt stål] det mest populære materialet. ANSI klasse 600 er det vanlige trykktaket for de fleste LNG-applikasjoner. Selv om kvartsvingsprodukter er de mest populære ventiltypene, kan port-, globe- og tilbakeslagsventiler også finnes i anleggene.

Gassseparasjonstjeneste innebærer å dele opp gass i sine individuelle grunnelementer. For eksempel gir luftseparasjonsmetoder nitrogen, oksygen, helium og andre sporgasser. Den svært lave temperaturen til prosessen betyr at det kreves mange kryogene ventiler.

Både LNG- og gassseparasjonsanlegg har lavtemperaturventiler som må forbli operative under disse kryogene forholdene. Dette betyr at ventilpakningssystemet må heves bort fra lavtemperaturvæsken ved bruk av en gass- eller kondenseringskolonne. Denne gasskolonnen hindrer væsken i å danne en iskule rundt pakkeområdet, noe som ville hindre ventilstammen i å snu eller heve seg.

KOMMERSIELLE BYGG
Kommersielle bygninger omgir oss, men med mindre vi følger nøye med når de bygges, har vi liten anelse om mengden av væskearterier som er gjemt innenfor veggene deres av mur, glass og metall.

En fellesnevner i praktisk talt alle bygninger er vann. Alle disse strukturene inneholder en rekke rørsystemer som bærer mange kombinasjoner av hydrogen/oksygenforbindelsen i form av drikkevæsker, avløpsvann, varmt vann, gråvann og brannbeskyttelse.

Fra et bygningsoverlevelsessynspunkt er brannsystemer mest kritiske. Brannvern i bygninger er nesten universelt matet og fylt med rent vann. For at brannvannsystemer skal være effektive, må de være pålitelige, ha tilstrekkelig trykk og være praktisk plassert i hele strukturen. Disse systemene er konstruert for å aktiveres automatisk i tilfelle brann.
Høyhus krever samme vanntrykktjeneste i de øverste etasjene som de nederste etasjene, så høytrykkspumper og rørledninger må brukes for å få vannet oppover. Rørsystemene er vanligvis klasse 300 eller 600, avhengig av byggehøyde. Alle typer ventiler brukes i disse applikasjonene; Ventildesignene må imidlertid være godkjent av Underwriters Laboratories eller Factory Mutual for hovedbrannservice.

De samme klassene og typene ventiler som brukes til brannvesenets ventiler, brukes til distribusjon av drikkevann, selv om godkjenningsprosessen ikke er like streng.
Kommersielle klimaanlegg som finnes i store forretningsstrukturer som kontorbygg, hoteller og sykehus er vanligvis sentralisert. De har en stor kjøleenhet eller kjele for å kjøle eller varme væske som brukes til å overføre kald eller høy temperatur. Disse systemene må ofte håndtere kjølemedier som R-134a, et hydrofluorkarbon, eller i tilfelle store varmesystemer, damp. På grunn av den kompakte størrelsen på sommerfugl- og kuleventiler, har disse typene blitt populære i HVAC-kjølesystemer.

På dampsiden har noen kvartsvingsventiler gjort inngrep i bruk, men mange rørleggeringeniører er fortsatt avhengige av lineære port- og kuleventiler, spesielt hvis rørene krever stumpsveisede ender. For disse moderate dampapplikasjonene har stål tatt plassen til støpejern på grunn av stålets sveisbarhet.

Noen varmesystemer bruker varmt vann i stedet for damp som overføringsvæske. Disse systemene betjenes godt av bronse- eller jernventiler. Fjærende kule- og sommerfuglventiler i kvartsving er veldig populære, selv om noen lineære design fortsatt brukes.

KONKLUSJON
Selv om bevis på ventilapplikasjonene nevnt i denne artikkelen kanskje ikke er synlige under en tur til Starbucks eller til bestemors hus, er det alltid noen svært viktige ventiler i nærheten. Det er til og med ventiler i motoren på bilen som brukes for å komme til de stedene som de i forgasseren som kontrollerer strømmen av drivstoff inn i motoren og de i motoren som kontrollerer strømmen av bensin inn i stemplene og ut igjen. Og hvis disse ventilene ikke er nær nok til hverdagen vår, tenk på realiteten at hjertene våre slår regelmessig gjennom fire vitale strømningskontrollenheter.

Dette er bare nok et eksempel på at: ventiler er virkelig overalt. VM
Del II av denne artikkelen dekker flere bransjer der ventiler brukes. Gå til www.valvemagazine.com for å lese om tremasse og papir, marine applikasjoner, demninger og vannkraft, solenergi, jern og stål, romfart, geotermisk og håndverksbrygging og destillering.

GREG JOHNSON er president for United Valve (www.unitedvalve.com) i Houston. Han er en medvirkende redaktør for VALVE Magazine, tidligere styreleder i Valve Repair Council og et nåværende styremedlem i VRC. Han tjener også i VMAs Education & Training Committee, er nestleder i VMAs Communications Committee og er tidligere president i Manufacturers Standardization Society.