Hvor ventiler bruges: Overalt!

08. november 2017 Skrevet af Greg Johnson

Ventiler kan findes stort set overalt i dag: i vores hjem, under gaden, i erhvervsbygninger og tusindvis af steder i kraft- og vandværker, papirfabrikker, raffinaderier, kemiske anlæg og andre industri- og infrastrukturanlæg.
Ventilindustrien er virkelig bredskuldret, med segmenter der varierer fra vanddistribution til atomkraft til upstream og downstream 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:

VANDVÆRK
I vanddistributionsverdenen er trykket næsten altid relativt lavt, og temperaturen er omgivende. Disse to anvendelsesfaktorer muliggør en række ventildesignelementer, som ikke findes på mere udfordrende udstyr, såsom højtemperaturdampventiler. Omgivelsestemperaturen for vandforsyning tillader brug af elastomerer og gummitætninger, der ikke er egnede andre steder. Disse bløde materialer gør det muligt at udstyre vandventiler til at tætne dryp.

En anden overvejelse i forbindelse med vandforsyningsventiler er valg af konstruktionsmaterialer. Støbejern og duktilt jern anvendes i vid udstrækning i vandsystemer, især i rørledninger med stor udvendig diameter. Meget små rørledninger kan håndteres ret godt med ventilmaterialer i bronze.

De tryk, som de fleste vandværksventiler oplever, ligger normalt et godt stykke under 200 psi. Det betyder, at tykkervæggede designs til højere tryk 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 anvendelser er normalt på lange akvædukter tæt på trykkilden. Nogle gange findes der også højere trykvandventiler på de højeste trykpunkter i en høj dæmning.

Den amerikanske vandværksforening (AWWA) har udstedt specifikationer, der dækker mange forskellige typer ventiler og aktuatorer, der anvendes i vandværksapplikationer.

SPILDEVAND
Bagsiden af ​​frisk drikkevand, der ledes ind i et anlæg eller en bygning, er spildevands- eller kloakudløbet. Disse ledninger opsamler alt spildevand, væske og faste stoffer og leder dem til et spildevandsrensningsanlæg. Disse renseanlæg har mange lavtryksrør og ventiler til at udføre deres "beskidte arbejde". Kravene til spildevandsventiler er i mange tilfælde meget lempeligere end kravene til rent vand. Jernport- og kontraventiler er de mest populære valg til denne type service. Standardventiler i denne service er bygget i overensstemmelse med AWWA-specifikationer.

ENERGIINDUSTRIEN
Det meste af den elektriske strøm, der genereres i USA, genereres i dampanlæg, der bruger fossile brændstoffer og højhastighedsturbiner. Hvis man trækker låget af et moderne kraftværk, kan man se rørsystemer med højt tryk og høj temperatur. Disse hovedledninger er de mest kritiske i dampkraftproduktionsprocessen.

Skydeventiler er fortsat et populært valg til kraftværkers on/off-applikationer, selvom der også findes Y-formede kugleventiler til specialformål. Højtydende kugleventiler til kritiske formål vinder popularitet hos nogle kraftværksdesignere og gør fremskridt i denne engang lineærventildominerede verden.

Metallurgi er afgørende for ventiler i kraftapplikationer, især dem, der opererer i de superkritiske eller ultra-superkritiske driftsområder for tryk og temperatur. F91, F92, C12A, sammen med adskillige Inconel- og rustfri stållegeringer, anvendes almindeligvis i nutidens kraftværker. Trykklasserne 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 cyklusser, temperatur og tryk.
Ud over de primære dampventiler er kraftværker fyldt med hjælperørledninger, der er fyldt med et utal af skydeventiler, kugleventiler, kontraventiler, butterflyventiler og kugleventiler.

Atomkraftværker fungerer efter det samme princip med damp/højhastighedsturbiner. Den primære forskel er, at dampen i et atomkraftværk skabes af varme fra fissionsprocessen. Ventiler på atomkraftværker ligner deres fossildrevne fætre, bortset fra deres stamtavle og det ekstra krav om absolut pålidelighed. Atomventiler er fremstillet efter ekstremt høje standarder, hvor kvalifikations- og inspektionsdokumentationen fylder hundredvis af sider.

OLIE- OG GASPRODUKTION
Olie- og gasbrønde og produktionsfaciliteter bruger i høj grad ventiler, herunder mange kraftige ventiler. Selvom det ikke længere er sandsynligt, at der opstår oliesprøjt, der sprøjter hundredvis af meter op i luften, illustrerer billedet det potentielle tryk fra underjordisk olie og gas. Derfor placeres brøndhoveder eller juletræer øverst på en brønds lange rørstreng. Disse samlinger, med deres kombination af ventiler og specielle fittings, er designet til at håndtere tryk på op til 10.000 psi. Selvom de sjældent findes på brønde gravet på land i disse dage, findes de ekstremt høje tryk ofte på dybe offshore-brønde.

Design af brøndhovedudstyr er dækket af API-specifikationer såsom 6A, Specifikation for brøndhoved- og juletræsudstyr. Ventilerne, der er dækket af 6A, er designet til ekstremt høje tryk, men moderate temperaturer. De fleste juletræer indeholder skydeventiler og specielle kugleventiler kaldet drosler. Droslerne bruges til at regulere strømmen fra brønden.

Ud over selve brøndhovederne er der mange hjælpeanlæg, der fylder et olie- eller gasfelt. Procesudstyr til forbehandling af olien eller gassen kræver et antal ventiler. Disse ventiler er normalt lavet af kulstofstål, der er klassificeret til lavere klasser.

Lejlighedsvis er en stærkt ætsende væske - hydrogensulfid - til stede i den rå oliestrøm. Dette materiale, også kaldet sur gas, kan være dødeligt. For at imødegå udfordringerne med sur gas skal der følges særlige materialer eller materialeforarbejdningsteknikker i overensstemmelse med NACE International-specifikationen MR0175.

OFFSHORE-INDUSTRIEN
Rørsystemerne til offshore olieplatforme og produktionsfaciliteter indeholder en lang række ventiler, der er bygget efter mange forskellige specifikationer for at håndtere den brede vifte af flowkontroludfordringer. Disse faciliteter indeholder også forskellige styresystemsløjfer og trykaflastningsanordninger.

For olieproduktionsanlæg er det arterielle hjerte selve rørsystemet til olie- eller gasgenvinding. Selvom det ikke altid er på selve platformen, bruger mange produktionssystemer juletræer og rørsystemer, der opererer i de ugæstfri dybder på 10.000 fod eller mere. Dette produktionsudstyr er bygget efter mange krævende standarder fra American Petroleum Institute (API) og refereres til i adskillige API-anbefalede praksisser (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 juletræsudvinding er generelt bygget i henhold til American Society of Mechanical Engineers B31.3-rørkoder, hvor ventilerne er 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 skydeventiler, kugleventiler og kontraventiler. Da alle rørledninger på platformen eller boreskibet er interne i anlægget, gælder de strenge krav til brug af API 6D-ventiler til rørledninger ikke. Selvom der anvendes flere ventiltyper i disse rørsystemer, er den foretrukne ventiltype kugleventilen.

RØRLEDNINGER
Selvom de fleste rørledninger er skjult for syne, er deres tilstedeværelse normalt tydelig. Små skilte med teksten "olierørledning" er en tydelig indikator for tilstedeværelsen af ​​underjordiske transportrør. Disse rørledninger er udstyret med mange vigtige ventiler langs hele deres længde. Nødventiler til rørledninger findes med intervaller som angivet i standarder, koder og love. Disse ventiler tjener den vitale funktion at isolere en sektion af en rørledning i tilfælde af en lækage eller når vedligeholdelse er påkrævet.

Spredt langs en rørledningsrute er der også faciliteter, hvor ledningen stikker ud af jorden, og hvor der er adgang til ledningen. Disse stationer er hjemsted for "pig"-udsendelsesudstyr, som består af anordninger, der indsættes i rørledningerne enten for at inspicere eller rengøre ledningen. Disse pig-udsendelsesstationer indeholder normalt flere ventiler, enten af ​​​​skyde- eller kugletypen. Alle ventiler på et rørledningssystem skal have fuld port (fuld åbning) for at tillade passage af pigs.

Rørledninger kræver også energi for at bekæmpe friktionen i rørledningen og opretholde trykket og flowet i ledningen. Der anvendes kompressor- eller pumpestationer, der ligner små versioner af et procesanlæg uden de høje revnetårne. Disse stationer huser snesevis af skyde-, kugle- og kontraventiler i rørledningen.
Selve rørledningerne er designet i overensstemmelse med forskellige standarder og koder, mens rørledningsventiler følger API 6D rørledningsventiler.
Der er også mindre rørledninger, der fører ind i huse og erhvervsbygninger. Disse ledninger leverer vand og gas og er beskyttet af afspærringsventiler.
Store kommuner, især i den nordlige del af USA, leverer damp til opvarmning af erhvervskunder. 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 kraftværkers dampproduktion. En række forskellige ventiltyper anvendes i denne tjeneste, selvom den ærværdige propventil stadig er et populært valg.

RAFFINADERI OG PETROKEMI
Raffinaderiventiler tegner sig for mere industriel ventilbrug 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 (skydeventiler), API 608 (kugleventiler) og API 594 (kontraventiler). På grund af den barske belastning, som mange af disse ventiler udsættes for, er der ofte behov for ekstra korrosionstillæg. Dette tillæg manifesteres 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 skydeventil er stadig kongen af ​​bakken med den største population, men kvartdrejningsventiler tager en stadig større del af deres markedsandele. Kvartdrejningsprodukterne, der gør succes i denne industri (som også engang var domineret af lineære produkter), omfatter højtydende triple offset butterflyventiler og metalsædede kugleventiler.

Standard skydeventiler, kugleventiler og kontraventiler findes stadig i massevis, og på grund af deres solide design og produktionsøkonomi vil de ikke forsvinde lige foreløbig.
Trykklassificeringer for raffinaderiventiler spænder fra klasse 150 til klasse 1500, hvor klasse 300 er den mest populære.
Uforarbejdede kulstofstål, såsom WCB (støbt) og A-105 (smedet), er de mest populære materialer, der specificeres og anvendes i ventiler til raffinaderibrug. Mange raffineringsprocesser presser de øvre temperaturgrænser for uforarbejdede kulstofstål, og der specificeres legeringer til højere temperaturer til disse anvendelser. 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 højnikkellegeringer anvendes også i nogle særligt barske raffineringsprocesser.

KEMISK
Den kemiske industri er en stor bruger af ventiler af alle typer og materialer. Fra små batchfabrikker til de enorme petrokemiske komplekser, der findes på Golfkysten, er ventiler en stor del af rørsystemer til kemiske processer.

De fleste anvendelser i kemiske processer har lavere tryk end mange raffineringsprocesser og kraftproduktion. De mest populære trykklasser for ventiler og rørledninger i kemiske anlæg er klasse 150 og 300. Kemiske anlæg har også været den største drivkraft bag den markedsovertagelse, som kugleventiler har erobret fra lineære ventiler i løbet af de sidste 40 år. Den elastisk sædende kugleventil med sin lækagefri afspærring er 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 vægt normalt den foretrukne skyde- eller kugleventil. Styring af nogle kemikalier opnås også effektivt med membran- eller klemmeventiler.
På grund af den korrosive natur af mange kemikalier og kemikaliefremstillingsprocesser er materialevalg afgørende. Standardmaterialet er austenitisk rustfrit stål i kvaliteten 316/316L. Dette materiale fungerer godt til at bekæmpe korrosion fra en række til tider ubehagelige væsker.

Til nogle mere krævende korrosive anvendelser 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 styre kemiske væsker, omfatter Monel, Alloy 20, Inconel og 17-4 PH.

LNG- OG GASSEPARATION
Både flydende naturgas (LNG) og de processer, der kræves til gasseparation, er afhængige af omfattende rørledninger. Disse applikationer kræver ventiler, der kan fungere ved meget lave kryogene temperaturer. LNG-industrien, som vokser hurtigt i USA, søger løbende at opgradere og forbedre processen med gasfortætning. Med dette for øje er rørledninger og ventiler blevet meget større, og trykkravene er blevet hævet.

Denne situation har krævet, at ventilproducenter har udviklet designs, der opfylder strengere parametre. Kvartdrejnings-kugle- og butterflyventiler er populære til LNG-applikationer, hvor 316ss [rustfrit stål] er det mest populære materiale. ANSI klasse 600 er det sædvanlige trykloft for de fleste LNG-applikationer. Selvom kvartdrejningsprodukter er de mest populære ventiltyper, kan skydeventiler, kugleventiler og kontraventiler også findes på anlæggene.

Gasseparation involverer opdeling af gas i dens individuelle grundstoffer. For eksempel giver luftseparationsmetoder nitrogen, ilt, helium og andre sporgasser. Processens meget lave temperatur betyder, at der kræves mange kryogene ventiler.

Både LNG- og gasseparationsanlæg har lavtemperaturventiler, der skal forblive funktionsdygtige under disse kryogene forhold. Det betyder, at ventilpakningssystemet skal løftes væk fra lavtemperaturvæsken ved hjælp af en gas- eller kondenseringskolonne. Denne gaskolonne forhindrer væsken i at danne en isklump omkring pakningsområdet, hvilket ville forhindre ventilspindlen i at dreje eller hæve sig.

ERHVERVSBYGNINGER
Kommercielle bygninger omgiver os, men medmindre vi er meget opmærksomme, mens de bygges, har vi ingen anelse om de mange flydende arterier, der er skjult i deres vægge af murværk, glas og metal.

En fællesnævner i stort set alle bygninger er vand. Alle disse strukturer indeholder en række forskellige rørsystemer, der fører mange kombinationer af hydrogen/ilt-forbindelsen i form af drikkevand, spildevand, varmt vand, gråvand og brandbeskyttelse.

Fra et bygningsoverlevelsessynspunkt er brandsystemer yderst kritiske. Brandbeskyttelse i bygninger er næsten universelt forsynet og fyldt med rent vand. For at brandvandssystemer kan være effektive, skal de være pålidelige, have tilstrækkeligt tryk og være bekvemt placeret i hele strukturen. Disse systemer er designet til automatisk at aktiveres i tilfælde af brand.
Højhuse kræver samme vandtryk på de øverste etager som på de nederste etager, så der skal bruges højtrykspumper og rør til at få vandet opad. Rørsystemerne er normalt klasse 300 eller 600, afhængigt af bygningens højde. Alle typer ventiler anvendes i disse applikationer; ventildesignene skal dog godkendes af Underwriters Laboratories eller Factory Mutual til brandledningsservice.

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

På dampsiden har nogle kvartdrejningsventiler gjort fremskridt i brug, men mange VVS-ingeniører er stadig afhængige af lineære skyde- og kugleventiler, især hvis rørene kræver svejseender. Til disse moderate dampapplikationer har stål erstattet støbejern på grund af stålets svejseegenskaber.

Nogle varmesystemer bruger varmt vand i stedet for damp som overføringsvæske. Disse systemer er velegnede til ventiler i bronze eller jern. Kugle- og butterflyventiler med kvart omdrejningsmoment og elastisk sæde er meget populære, selvom nogle lineære designs stadig anvendes.

KONKLUSION
Selvom beviser på de ventilanvendelser, der er nævnt i denne artikel, måske ikke er synlige under en tur til Starbucks eller til bedstemors hus, er der altid nogle meget vigtige ventiler i nærheden. Der er endda ventiler i bilens motor, der bruges til at nå disse steder, såsom dem i karburatoren, der styrer brændstoftilførslen ind i motoren, og dem i motoren, der styrer benzintilførslen ind i stemplerne og ud igen. Og hvis disse ventiler ikke er tæt nok på vores hverdag, så overvej den kendsgerning, at vores hjerter slår regelmæssigt gennem fire vitale flowkontrolenheder.

Dette er blot endnu et eksempel på den realitet, at ventiler virkelig findes overalt. VM
Del II af denne artikel dækker yderligere industrier, hvor ventiler anvendes. Gå til www.valvemagazine.com for at læse om papirmasse og papir, marine anvendelser, dæmninger og vandkraft, solenergi, jern og stål, luftfart, geotermisk energi samt håndbryggeri og destillering.

GREG JOHNSON er præsident for United Valve (www.unitedvalve.com) i Houston. Han er bidragydende redaktør for VALVE Magazine, tidligere formand for Valve Repair Council og nuværende medlem af VRC's bestyrelse. Han sidder også i VMA's uddannelses- og træningsudvalg, er næstformand for VMA's kommunikationsudvalg og er tidligere præsident for Manufacturers Standardization Society.