Де використовуються клапани: Скрізь!

Сьогодні клапани можна знайти практично будь-де: у наших будинках, під вулицею, у комерційних будівлях та в тисячах місць на електростанціях та водопостачаннях, паперових фабриках, нафтопереробних заводах, хімічних заводах та інших промислових та інфраструктурних об'єктах.

Індустрія клапанів справді охоплює широкий спектр сегментів, починаючи від водопостачання та атомної енергетики, а також видобутку та переробки нафти і газу. Кожна з цих галузей кінцевого споживача використовує деякі основні типи клапанів; однак деталі конструкції та матеріали часто дуже відрізняються. Ось приклад:

ВОДОПРОВОДНІ СПОРЯДКИ

У світі водопостачання тиск майже завжди відносно низький, а температура – ​​кімнатна. Ці два факти застосування дозволяють використовувати низку конструктивних елементів клапанів, яких немає на складнішому обладнанні, такому як високотемпературні парові клапани. Температура навколишнього середовища водопостачання дозволяє використовувати еластомери та гумові ущільнення, непридатні для використання в інших місцях. Ці м'які матеріали дозволяють обладнати водяні клапани для герметичного блокування крапель.

Ще одним фактором, який слід враховувати при виборі клапанів водопостачання, є вибір матеріалів, з яких вони виготовляються. Чавун та чавун з високою міцністю широко використовуються у водопровідних системах, особливо у трубопроводах великого зовнішнього діаметра. Бронзові клапани добре підходять для дуже маленьких трубопроводів.

Тиск, який витримує більшість клапанів водопровідних станцій, зазвичай значно нижчий за 200 фунтів на квадратний дюйм. Це означає, що конструкції з товстішими стінками для вищого тиску не потрібні. Проте, є випадки, коли водяні клапани будуються для роботи з вищим тиском, приблизно до 300 фунтів на квадратний дюйм. Такі застосування зазвичай використовуються на довгих акведуках поблизу джерела тиску. Іноді водяні клапани вищого тиску також знаходяться в точках найвищого тиску у високій дамбі.

Американська асоціація водопровідних споруд (AWWA) видала специфікації, що охоплюють багато різних типів клапанів та приводів, що використовуються у водопровідних спорудах.

СТІЧНІ ВОДИ

Зворотним боком подачі прісної питної води на об'єкт або споруду є вихід стічних вод або каналізації. Ці лінії збирають усі стічні води та тверді речовини і направляють їх на очисні споруди. Ці очисні споруди оснащені великою кількістю трубопроводів низького тиску та клапанів для виконання своєї «брудної роботи». Вимоги до клапанів для стічних вод у багатьох випадках набагато м'якші, ніж вимоги до постачання чистої води. Залізні засувки та зворотні клапани є найпопулярнішим вибором для цього типу послуг. Стандартні клапани для цієї служби виготовляються відповідно до специфікацій AWWA.

ЕНЕРГЕТИКА

Більшість електроенергії, що виробляється у Сполучених Штатах, виробляється на парових електростанціях, що використовують викопне паливо та високошвидкісні турбіни. Якщо відкрити кришку сучасної електростанції, можна побачити трубопровідні системи високого тиску та високої температури. Ці магістралі є найважливішими в процесі виробництва пари.

Засувні клапани залишаються основним вибором для вмикання/вимикання електростанцій, хоча також зустрічаються спеціальні кульові клапани Y-подібної форми. Високопродуктивні кульові клапани критичного призначення набирають популярності серед деяких проектувальників електростанцій і прокладають собі шлях у цьому світі, де колись домінували лінійні клапани.

Металургія має вирішальне значення для клапанів в енергетичних системах, особливо тих, що працюють у надкритичному або ультранадкритичному робочому діапазоні тиску та температури. F91, F92, C12A, а також кілька сплавів на основі інконелю та нержавіючої сталі зазвичай використовуються на сучасних електростанціях. Класи тиску включають 1500, 2500, а в деяких випадках і 4500. Модулюючий характер пікових потужностей (тих, що працюють лише за потреби) також створює величезне навантаження на клапани та трубопроводи, що вимагає міцних конструкцій для роботи в екстремальних умовах циклічного поєднання, температури та тиску.

Окрім головної парової арматури, електростанції оснащені допоміжними трубопроводами, що містять безліч засувок, кульових клапанів, зворотних клапанів, дросельних та кульових клапанів.

Атомні електростанції працюють за тим самим принципом пари/високошвидкісної турбіни. Основна відмінність полягає в тому, що на атомній електростанції пара створюється теплом, що утворюється в процесі поділу. Клапани атомних електростанцій схожі на своїх аналогів, що працюють на викопному паливі, за винятком свого походження та додаткової вимоги абсолютної надійності. Ядерні клапани виготовляються за надзвичайно високими стандартами, а кваліфікаційна та інспекційна документація займає сотні сторінок.

ВИДОБУТОК НАФТИ ТА ГАЗУ

Нафтогазові свердловини та виробничі об'єкти активно використовують клапани, зокрема багато надміцних. Хоча фонтани нафти, що викидаються на сотні футів у повітря, більше не трапляються, зображення ілюструє потенційний тиск підземної нафти та газу. Саме тому оголовки свердловин або «різдвяні ялинки» розміщують у верхній частині довгої труби свердловини. Ці вузли з їх комбінацією клапанів та спеціальних фітингів розраховані на тиск понад 10 000 фунтів на квадратний дюйм. Хоча в наші дні їх рідко можна знайти на свердловинах, викопаних на суші, надзвичайно високий тиск часто зустрічається на глибоких морських свердловинах.

Проектування обладнання гирла свердловини охоплюється специфікаціями API, такими як 6A, Специфікація для обладнання гирла свердловини та різдвяних ялинок. Клапани, що розглядаються в 6A, розроблені для надзвичайно високого тиску, але помірних температур. Більшість різдвяних ялинок містять засувки та спеціальні кульові клапани, які називаються дроселями. Дроселі використовуються для регулювання потоку зі свердловини.

Окрім самих гирл свердловин, на нафтовому або газовому родовищі є багато допоміжних споруд. Технологічне обладнання для попередньої обробки нафти або газу вимагає певної кількості клапанів. Ці клапани зазвичай виготовляються з вуглецевої сталі нижчих класів.

Іноді в потоці сирої нафти присутня висококорозійна рідина — сірководень. Ця речовина, яку також називають сірководнем, може бути смертельною. Щоб подолати проблеми, пов'язані з сірководнем, необхідно використовувати спеціальні матеріали або методи обробки матеріалів відповідно до міжнародної специфікації NACE MR0175.

ОФШОРНА ПРОМИСЛОВІСТЬ

Системи трубопроводів для морських нафтових платформ та виробничих об'єктів містять безліч клапанів, побудованих за різними специфікаціями, для вирішення широкого спектру завдань з регулювання потоку. Ці об'єкти також містять різні контури систем керування та пристрої для скидання тиску.

Для нафтовидобувних установок артеріальним серцем є фактична система трубопроводів для видобутку нафти або газу. Хоча це не завжди відбувається на самій платформі, багато виробничих систем використовують «різдвяні ялинки» та трубопровідні системи, які працюють на несприятливих глибинах 10 000 футів і більше. Це виробниче обладнання побудовано відповідно до багатьох суворих стандартів Американського інституту нафти (API) та згадується в кількох Рекомендованих практиках (RP) API.

На більшості великих нафтових платформ до сирої рідини, що надходить з гирла свердловини, застосовуються додаткові процеси. До них належать відділення води від вуглеводнів та відділення газу та рідких нафтових сполук природного газу від потоку рідини. Ці трубопровідні системи, що використовуються після реконструкції, зазвичай будуються відповідно до норм трубопроводів B31.3 Американського товариства інженерів-механіків, а клапани розроблені відповідно до специфікацій клапанів API, таких як API 594, API 600, API 602, API 608 та API 609.

Деякі з цих систем можуть також містити засувні, кульові та зворотні клапани API 6D. Оскільки будь-які трубопроводи на платформі або буровому судні є внутрішніми по відношенню до об'єкта, суворі вимоги щодо використання клапанів API 6D для трубопроводів не застосовуються. Хоча в цих трубопровідних системах використовується кілька типів клапанів, найкращим типом клапана є кульовий клапан.

ТРУБОПРОВОДИ

Хоча більшість трубопроводів приховані від очей, їхня присутність зазвичай очевидна. Невеликі знаки з написом «нафтопровід» є одним із очевидних показників наявності підземних транспортних трубопроводів. Ці трубопроводи обладнані багатьма важливими клапанами по всій своїй довжині. Аварійні запірні клапани трубопроводів розташовані з інтервалами, визначеними стандартами, нормами та законами. Ці клапани виконують життєво важливу функцію ізоляції ділянки трубопроводу у разі витоку або коли потрібне технічне обслуговування.

Також вздовж маршруту трубопроводу розкидані споруди, де лінія виходить із землі та забезпечується доступ до лінії. На цих станціях розміщується обладнання для запуску «скребків», яке складається з пристроїв, що вставляються в трубопроводи для огляду або очищення лінії. Ці станції запуску скребків зазвичай містять кілька клапанів, шиберних або кульових. Усі клапани трубопровідної системи повинні бути повністю відкритими, щоб забезпечити прохід скребків.

Трубопроводи також потребують енергії для боротьби з тертям у трубопроводі та підтримки тиску й потоку в лінії. Використовуються компресорні або насосні станції, які виглядають як зменшені версії технологічної установки без високих крекінгових веж. На цих станціях встановлені десятки засувок, кульових та зворотних клапанів трубопроводів.

Самі трубопроводи спроектовані відповідно до різних стандартів та норм, а трубопровідна арматура відповідає стандарту API 6D для трубопровідних клапанів.

Також є менші трубопроводи, які підводять живлення до будинків та комерційних споруд. Ці лінії забезпечують водопостачання та газопостачання і захищені запірними клапанами.

Великі муніципалітети, особливо в північній частині Сполучених Штатів, постачають пару для опалення комерційних споживачів. Ці паропроводи оснащені різноманітними клапанами для контролю та регулювання подачі пари. Хоча рідиною є пара, тиск і температура в ній нижчі, ніж у парогенераторі електростанцій. У цій службі використовується різноманітна кількість клапанів, хоча популярним залишається відомим пробковим клапаном.

НПЗ ТА НАФТОХІМІЯ

На нафтопереробні заводи припадає більше промислових клапанів, ніж на будь-який інший сегмент клапанів. Нафтопереробні заводи працюють як з агресивними рідинами, так і, в деяких випадках, з високими температурами.

Ці фактори визначають, як клапани будуються відповідно до специфікацій API на конструкцію клапанів, таких як API 600 (засувні клапани), API 608 (кульові клапани) та API 594 (зворотні клапани). Через жорсткі умови експлуатації багатьох із цих клапанів часто потрібен додатковий припуск на корозію. Цей припуск проявляється у більшій товщині стінок, що зазначена в конструкторській документації API.

Практично кожен основний тип клапанів можна знайти у великій кількості на типовому великому нафтопереробному заводі. Повсюдно поширені засувки все ще є королем гори з найбільшою кількістю, але чвертьобертові клапани займають дедалі більшу частку їхнього ринку. Чвертьобертові продукти, що успішно проникають у цю галузь (в якій колись домінували лінійні продукти), включають високопродуктивні потрійні зміщені дросельні клапани та кульові клапани з металевим сідлом.

Стандартні засувні, кульові та зворотні клапани досі широко поширені, і завдяки продуманості їхньої конструкції та економічності виробництва вони не зникнуть найближчим часом.

Номінальний тиск для клапанів нафтопереробного заводу варіюється від класу 150 до класу 1500, причому клас 300 є найпопулярнішим.

Звичайні вуглецеві сталі, такі як марки WCB (литі) та A-105 (ковані), є найпопулярнішими матеріалами, що вимагаються та використовуються в клапанах для нафтопереробних заводів. Багато застосувань у процесах нафтопереробки розширюють верхні температурні межі звичайних вуглецевих сталей, тому для цих застосувань вимагаються високотемпературні сплави. Найпопулярнішими з них є хромомолібденові сталі, такі як 1-1/4% Cr, 2-1/4% Cr, 5% Cr та 9% Cr. Нержавіючі сталі та високонікелеві сплави також використовуються в деяких особливо жорстких процесах нафтопереробки.