Hvor ventiler bruges: Overalt!

08. nov. 2017 Skrevet af Greg Johnson

Ventiler kan findes stort set overalt i dag: i vores hjem, under gaden, i kommercielle bygninger og tusindvis af steder i kraft- og vandværker, papirfabrikker, raffinaderier, kemiske fabrikker og andre industri- og infrastrukturanlæg.
Ventilindustrien er virkelig bredskuldret, med segmenter, der varierer fra vanddistribution til atomkraft til opstrøms og nedstrøms olie og gas. Hver af disse slutbrugerindustrier bruger nogle grundlæggende typer ventiler; detaljerne i konstruktion og materialer er dog ofte meget forskellige. Her er et udpluk:

VAND VIRKER
I vanddistributionsverdenen er trykket næsten altid relativt lavt og temperaturerne omgivende. Disse to anvendelsesfakta tillader en række ventildesignelementer, som ikke ville kunne findes på mere udfordret udstyr såsom højtemperaturdampventiler. Omgivelsestemperaturen for vandservice tillader brug af elastomerer og gummitætninger, der ikke er egnede andre steder. Disse bløde materialer gør det muligt at udstyre vandventiler til tæt at forsegle dryp.

En anden overvejelse i forbindelse med vandserviceventiler er valg af konstruktionsmaterialer. Støbejern og duktilt jern bruges i vid udstrækning i vandsystemer, især linjer med stor udvendig diameter. Meget små ledninger kan håndteres ganske godt med bronzeventilmaterialer.

De tryk, som de fleste vandværksventiler ser, er normalt et godt stykke under 200 psi. Dette betyder, at tykkere væggede højtryksdesign ikke er nødvendige. Når det er sagt, er der tilfælde, hvor vandventiler er bygget til at håndtere højere tryk, op til omkring 300 psi. Disse applikationer er normalt på lange akvædukter tæt på trykkilden. Nogle gange findes vandventiler med højere tryk også ved de højeste trykpunkter i en høj dæmning.

American Water Works Association (AWWA) har udstedt specifikationer, der dækker mange forskellige typer ventiler og aktuatorer, der anvendes i vandværksapplikationer.

SPILDEVAND
Bagsiden af ​​frisk drikkevand, der går ind i et anlæg eller en struktur, er spildevands- eller kloakafgangen. Disse ledninger opsamler al spildvæske og faste stoffer og leder dem til et rensningsanlæg. Disse behandlingsanlæg har en masse lavtryksrør og ventiler til at udføre deres "snavsede arbejde". Kravene til spildevandsventiler er i mange tilfælde meget lempeligere end kravene til rentvandsservice. Jernport og kontraventiler er de mest populære valg til denne type service. Standardventiler i denne service er bygget i overensstemmelse med AWWA-specifikationerne.

KRAFTINDUSTRI
Det meste af den elektriske strøm, der genereres i USA, genereres i dampanlæg, der bruger fossilt brændstof og højhastighedsturbiner. Hvis du skræller dækslet af et moderne kraftværk tilbage, vil det give et billede af højtryks- og højtemperaturrørsystemer. Disse hovedlinjer er de mest kritiske i dampkraftproduktionsprocessen.

Portventiler forbliver et hovedvalg til tænd/sluk-applikationer i kraftværker, selvom der også findes Y-mønsterkugleventiler til specielle formål. Højtydende kugleventiler med kritisk service vinder popularitet hos nogle kraftværksdesignere og gør indtog i denne engang lineære ventildominerede verden.

Metallurgi er kritisk for ventiler i kraftapplikationer, især dem, der arbejder i de superkritiske eller ultra-superkritiske driftsområder for tryk og temperatur. F91, F92, C12A, sammen med flere Inconel og rustfri stållegeringer er almindeligt anvendt i nutidens kraftværker. Trykklasser omfatter 1500, 2500 og i nogle tilfælde 4500. Den modulerende karakter af spidskraftværker (dem, der kun fungerer efter behov) lægger også en enorm belastning på ventiler og rør, hvilket kræver robuste designs til at håndtere den ekstreme kombination af cykling, temperatur og tryk.
Ud over hoveddampventilen er kraftværker fyldt med hjælperørledninger, befolket af et utal af port-, globus-, check-, butterfly- og kugleventiler.

Atomkraftværker fungerer efter samme damp-/højhastigheds-turbineprincip. Den primære forskel er, at i et atomkraftværk skabes dampen af ​​varme fra fissionsprocessen. Atomkraftværksventiler ligner deres fætre med fossilt brændstof, bortset fra deres stamtavle og det ekstra krav om absolut pålidelighed. Nukleare ventiler er fremstillet efter ekstremt høje standarder, hvor kvalificerende og inspektionsdokumentation fylder hundredvis af sider.

OLIE- OG GASPRODUKTION
Olie- og gasbrønde og produktionsfaciliteter er storbrugere af ventiler, herunder mange kraftige ventiler. Selvom der ikke længere er sandsynlighed for, at der vil opstå bølger af olie, der spyr flere hundrede meter i luften, illustrerer billedet det potentielle tryk af underjordisk olie og gas. Derfor er brøndhoveder eller juletræer placeret i toppen af ​​en brønds lange rørstreng. Disse enheder, med deres kombination af ventiler og specielle fittings, er designet til at håndtere tryk på op til 10.000 psi. Selvom det sjældent findes på brønde gravet på land i disse dage, findes de ekstreme høje tryk ofte på dybe offshorebrønde.

Brøndhovedudstyrsdesign er dækket af API-specifikationer såsom 6A, Specifikation for Brøndhoved og Juletræsudstyr. Ventilerne dækket af 6A er designet til ekstremt høje tryk, men beskedne temperaturer. De fleste juletræer indeholder spjældventiler og specielle kugleventiler kaldet chokes. Droslerne bruges til at regulere flowet fra brønden.

Ud over selve brøndhovederne befolker mange hjælpeanlæg et olie- eller gasfelt. Procesudstyr til at forbehandle olien eller gassen kræver et antal ventiler. Disse ventiler er normalt kulstofstål klassificeret til lavere klasser.

Lejlighedsvis er en stærkt ætsende væske - svovlbrinte - til stede i råoliestrømmen. Dette materiale, også kaldet sur gas, kan være dødeligt. For at overvinde udfordringerne med sur gas skal specielle materialer eller materialebehandlingsteknikker i overensstemmelse med NACE International specifikation MR0175 følges.

OFFSHORE INDUSTRI
Rørsystemerne til offshore olierigge og produktionsfaciliteter indeholder et væld af ventiler bygget til mange forskellige specifikationer til at håndtere de mange forskellige flowkontroludfordringer. Disse faciliteter indeholder også forskellige styresystemsløjfer og trykaflastningsanordninger.

For olieproduktionsanlæg er det arterielle hjerte det egentlige olie- eller gasgenvindingsrørsystem. Selvom det ikke altid er på selve platformen, bruger mange produktionssystemer juletræer og rørsystemer, der opererer i de ugæstfrie dybder på 10.000 fod eller mere. Dette produktionsudstyr er bygget efter mange krævende American Petroleum Institute (API) standarder og refereret til i flere API Recommended Practices (RP'er).

På de fleste store olieplatforme anvendes yderligere processer på den rå væske, der kommer fra brøndhovedet. Disse omfatter adskillelse af vand fra kulbrinter og adskillelse af gas og naturgasvæsker fra væskestrømmen. Disse rørsystemer efter juletræ er generelt bygget til American Society of Mechanical Engineers B31.3 rørkoder med ventilerne designet i overensstemmelse med API-ventilspecifikationer såsom API 594, API 600, API 602, API 608 og API 609.

Nogle af disse systemer kan også indeholde API 6D port-, kugle- og kontraventiler. Da eventuelle rørledninger på platformen eller boreskibet er interne i anlægget, gælder de strenge krav til brug af API 6D-ventiler til rørledninger ikke. Selvom der bruges flere ventiltyper i disse rørsystemer, er den valgte ventiltype kugleventilen.

RØRLEDNINGER
Selvom de fleste rørledninger er skjulte, er deres tilstedeværelse normalt tydelig. Små skilte med angivelse af "råolierørledning" er en åbenlys indikator for tilstedeværelsen af ​​underjordiske transportrør. Disse rørledninger er udstyret med mange vigtige ventiler langs hele deres længde. Nødrørledningsafspærringsventiler findes med intervaller som specificeret af standarder, koder og love. Disse ventiler tjener den vitale tjeneste at isolere en sektion af en rørledning i tilfælde af en lækage, eller når vedligeholdelse er påkrævet.

Også spredt langs en rørledningsrute er faciliteter, hvor ledningen kommer ud af jorden, og ledningsadgang er tilgængelig. Disse stationer er hjemsted for "grise"-udsætningsudstyr, som består af enheder indsat i rørledningerne enten for at inspicere eller rense ledningen. Disse griseudsætningsstationer indeholder normalt flere ventiler, enten port- eller kugletyper. Alle ventiler på et rørledningssystem skal have fuld port (fuld åbning) for at tillade passage af grise.

Rørledninger har også brug for energi for at bekæmpe rørledningens friktion og opretholde trykket og flowet i ledningen. Der bruges kompressor- eller pumpestationer, der ligner små udgaver af et procesanlæg uden de høje revnetårne. Disse stationer er hjemsted for snesevis af port-, kugle- og kontrolrørledningsventiler.
Selve rørledningerne er designet i overensstemmelse med forskellige standarder og koder, mens rørledningsventiler følger API 6D rørledningsventiler.
Der er også mindre rørledninger, der føder ind i huse og kommercielle strukturer. Disse ledninger giver vand og gas og er beskyttet af afspærringsventiler.
Store kommuner, især i den nordlige del af USA, leverer damp til kommercielle kunders varmebehov. Disse dampforsyningsledninger er udstyret med en række ventiler til at styre og regulere dampforsyningen. Selvom væsken er damp, er trykket og temperaturerne lavere end dem, der findes i kraftværkets dampproduktion. En række forskellige ventiltyper bruges i denne service, selvom den ærværdige propventil stadig er et populært valg.

REFINADERI OG PETROKEMI
Raffinaderiventiler tegner sig for mere industrielt ventilforbrug end noget andet ventilsegment. Raffinaderier er hjemsted for både ætsende væsker og i nogle tilfælde høje temperaturer.
Disse faktorer dikterer, hvordan ventiler bygges i overensstemmelse med API-ventildesignspecifikationer, såsom API 600 (portventiler), API 608 (kugleventiler) og API 594 (kontraventiler). På grund af den hårde service, som mange af disse ventiler støder på, er der ofte behov for ekstra korrosionsgodtgørelse. Dette tillæg kommer til udtryk gennem større vægtykkelser, der er specificeret i API-designdokumenterne.

Stort set alle større ventiltyper kan findes i overflod i et typisk stort raffinaderi. Den allestedsnærværende portventil er stadig kongen af ​​bakken med den største befolkning, men kvartsvingsventiler tager en stadig større del af deres markedsandel. Kvartalssvingsprodukterne, der gør succesfulde indtog i denne industri (som også engang var domineret af lineære produkter), omfatter højtydende tredobbelt offset sommerfugleventiler og metalsiddende kugleventiler.

Standard gate-, globe- og kontraventiler findes stadig i massevis, og på grund af deres design og produktionsøkonomi vil de ikke forsvinde i den nærmeste fremtid.
Trykklassificeringer for raffinaderiventiler går fra klasse 150 til klasse 1500, hvor klasse 300 er den mest populære.
Almindeligt kulstofstål, såsom kvalitet WCB (støbt) og A-105 (smedet) er de mest populære materialer, der er specificeret og brugt i ventiler til raffinaderiservice. Mange raffineringsprocesapplikationer skubber de øvre temperaturgrænser for almindeligt kulstofstål, og legeringer med højere temperatur er specificeret til disse applikationer. De mest populære af disse er krom/moly-stål såsom 1-1/4% Cr, 2-1/4% Cr, 5% Cr og 9% Cr. Rustfrit stål og høj-nikkel-legeringer bruges også i nogle særligt barske raffineringsprocesser.

KEMISK
Den kemiske industri er storbruger af ventiler af alle typer og materialer. Fra små batch-anlæg til de enorme petrokemiske komplekser, der findes på Gulf Coast, er ventiler en stor del af kemiske procesrørsystemer.

De fleste anvendelser i kemiske processer er lavere i tryk end mange raffineringsprocesser og elproduktion. De mest populære trykklasser for kemiske anlægs ventiler og rør er klasse 150 og 300. Kemiske anlæg har også været den største drivkraft bag markedsandelsovertagelsen, som kugleventiler har vristet fra lineære ventiler gennem de sidste 40 år. Den fjedrende kugleventil med sin lækagefri afspærring passer perfekt til mange kemiske anlæg. Kugleventilens kompakte størrelse er også en populær funktion.
Der er stadig nogle kemiske anlæg og anlægsprocesser, hvor lineære ventiler foretrækkes. I disse tilfælde er de populære API 603-designede ventiler, med tyndere vægge og lettere vægte, sædvanligvis den foretrukne port- eller kugleventil. Kontrol af nogle kemikalier udføres også effektivt med membran- eller klemventiler.
På grund af den ætsende karakter af mange kemikalier og kemiske fremstillingsprocesser er materialevalg afgørende. Defacto-materialet er 316/316L-klassen af ​​austenitisk rustfrit stål. Dette materiale fungerer godt til at bekæmpe korrosion fra et væld af til tider grimme væsker.

Til nogle hårdere korrosive applikationer er der behov for mere beskyttelse. Andre højtydende kvaliteter af austenitisk rustfrit stål, såsom 317, 347 og 321, vælges ofte i disse situationer. Andre legeringer, der fra tid til anden bruges til at kontrollere kemiske væsker, omfatter Monel, Alloy 20, Inconel og 17-4 PH.

LNG OG GASSEPPARATION
Både flydende naturgas (LNG) og de processer, der kræves til gasseparation, er afhængige af omfattende rørføring. Disse applikationer kræver ventiler, der kan fungere ved meget lave kryogene temperaturer. LNG-industrien, som vokser hurtigt i USA, søger konstant at opgradere og forbedre processen med at flydende gas. Til dette formål er rør og ventiler blevet meget større, og trykkravene er blevet hævet.

Denne situation har krævet, at ventilproducenter har udviklet design, der opfylder skrappere parametre. Quarter-turn kugle- og sommerfugleventiler er populære til LNG-service, med 316ss [rustfrit stål] det mest populære materiale. ANSI Class 600 er det sædvanlige trykloft for de fleste LNG-applikationer. Selvom kvartsvingsprodukter er de mest populære ventiltyper, kan port-, globe- og kontraventiler også findes i fabrikkerne.

Gasadskillelsestjeneste involverer opdeling af gas i dets individuelle grundelementer. For eksempel giver luftseparationsmetoder nitrogen, oxygen, helium og andre sporgasser. Den meget lave temperatur af processen betyder, at der kræves mange kryogene ventiler.

Både LNG- og gasseparationsanlæg har lavtemperaturventiler, der skal forblive i drift under disse kryogene forhold. Det betyder, at ventilpakningssystemet skal hæves væk fra lavtemperaturvæsken ved brug af en gas- eller kondenseringskolonne. Denne gassøjle forhindrer væsken i at danne en iskugle rundt om pakningsområdet, hvilket ville forhindre ventilspindlen i at dreje eller hæve sig.

ERHVERVSBYGNINGER
Kommercielle bygninger omgiver os, men medmindre vi er meget opmærksomme, når de bygges, har vi kun lidt anelse om mængden af ​​væskearterier, der er gemt inden for deres murværk, glas og metal.

En fællesnævner i stort set alle bygninger er vand. Alle disse strukturer indeholder en række forskellige rørsystemer, der bærer mange kombinationer af brint/iltforbindelsen i form af drikkevæsker, spildevand, varmt vand, gråt vand og brandbeskyttelse.

Fra et bygningsoverlevelsessynspunkt er brandsystemer mest kritiske. Brandsikring i bygninger er næsten universelt fodret og fyldt med rent vand. For at brandvandssystemer skal være effektive, skal de være pålidelige, have tilstrækkeligt tryk og være bekvemt placeret i hele strukturen. Disse systemer er designet til automatisk at aktivere i tilfælde af brand.
Højhuse kræver samme vandtryksservice på de øverste etager som de nederste etager, så der skal bruges højtrykspumper og rør for at få vandet opad. Rørsystemerne er normalt klasse 300 eller 600, afhængig af bygningshøjde. Alle typer ventiler bruges i disse applikationer; dog skal ventildesignerne godkendes af Underwriters Laboratories eller Factory Mutual til brandvæsen.

De samme klasser og typer af ventiler, der bruges til brandvæsenets ventiler, bruges til distribution af drikkevand, selvom godkendelsesprocessen ikke er så streng.
Kommercielle klimaanlæg, der findes i store forretningsstrukturer såsom kontorbygninger, hoteller og hospitaler, er normalt centraliserede. De har en stor køleenhed eller kedel til at afkøle eller opvarme væske, der bruges til at overføre kold eller høj temperatur. Disse systemer skal ofte håndtere kølemidler såsom R-134a, en hydro-fluorcarbon, eller i tilfælde af større varmesystemer, damp. På grund af den kompakte størrelse af sommerfugle- og kugleventiler er disse typer blevet populære i HVAC-kølesystemer.

På dampsiden har nogle kvart-omdrejningsventiler gjort indhug i brugen, men alligevel er mange VVS-ingeniører stadig afhængige af lineære port- og kugleventiler, især hvis rørføringen kræver stødsvejsning. Til disse moderate dampanvendelser har stål overtaget stedet for støbejern på grund af stålets svejsbarhed.

Nogle varmesystemer bruger varmt vand i stedet for damp som overføringsvæske. Disse systemer betjenes godt af bronze- eller jernventiler. Kugle- og sommerfuglventiler med fjedrende sæde i kvart omgang er meget populære, selvom nogle lineære design stadig bruges.

KONKLUSION
Selvom beviser for ventilapplikationerne nævnt i denne artikel muligvis ikke kan ses under en tur til Starbucks eller til bedstemors hus, er nogle meget vigtige ventiler altid i nærheden. Der er endda ventiler i motoren på bilen, der bruges til at komme til de steder, såsom dem i karburatoren, der styrer strømmen af ​​brændstof ind i motoren og dem i motoren, der styrer strømmen af ​​benzin ind i stemplerne og ud igen. Og hvis disse ventiler ikke er tæt nok på vores hverdag, så overvej den virkelighed, at vores hjerter slår regelmæssigt gennem fire vitale flowkontrolenheder.

Dette er blot endnu et eksempel på den virkelighed, at: ventiler er virkelig overalt. VM
Del II af denne artikel dækker yderligere industrier, hvor der anvendes ventiler. Gå til www.valvemagazine.com for at læse om papirmasse og papir, marine applikationer, dæmninger og vandkraft, solenergi, jern og stål, rumfart, geotermisk og håndværksbrygning og destillering.

GREG JOHNSON er præsident for United Valve (www.unitedvalve.com) i Houston. Han er en medvirkende redaktør for VALVE Magazine, tidligere formand for Valve Repair Council og et nuværende VRC-bestyrelsesmedlem. Han tjener også i VMA's Education & Training Committee, er næstformand for VMA's Communications Committee og er tidligere præsident for Manufacturers Standardization Society.