محل استفاده از سوپاپ ها: همه جا!
08 نوامبر 2017 نوشته شده توسط گرگ جانسون
شیرآلات امروزه تقریباً در هر جایی یافت میشوند: در خانههای ما، زیر خیابان، ساختمانهای تجاری و در هزاران مکان در نیروگاههای برق و آب، کارخانههای کاغذ، پالایشگاهها، کارخانههای شیمیایی و سایر تأسیسات صنعتی و زیرساختی.
صنعت شیرآلات واقعاً گسترده است و بخشهایی از توزیع آب تا انرژی هستهای تا بالادست و پایین دست نفت و گاز متفاوت است. هر یک از این صنایع مصرف کننده نهایی از انواع پایه شیرها استفاده می کنند. با این حال، جزئیات ساخت و ساز و مواد اغلب بسیار متفاوت است. در اینجا یک نمونه است:
آب کار می کند
در دنیای توزیع آب، فشارها تقریباً همیشه نسبتاً کم و دماهای محیطی هستند. این دو واقعیت کاربردی به تعدادی از عناصر طراحی سوپاپ اجازه می دهند که در تجهیزات چالش برانگیزتر مانند شیرهای بخار با دمای بالا یافت نمی شوند. دمای محیط سرویس آب امکان استفاده از الاستومرها و درزگیرهای لاستیکی را فراهم می کند که در جاهای دیگر مناسب نیستند. این مواد نرم اجازه می دهد تا دریچه های آب مجهز شوند تا قطرات را محکم ببندند.
نکته دیگر در شیرآلات سرویس آب، انتخاب مصالح ساختمانی است. چدن های چدنی و داکتیل به طور گسترده در سیستم های آب، به ویژه خطوط با قطر بیرونی بزرگ استفاده می شود. خطوط بسیار کوچک را می توان به خوبی با مواد دریچه برنز اداره کرد.
فشاری که اکثر شیرهای آبرسانی می بینند معمولاً زیر 200 psi است. این بدان معناست که به طراحی های با فشار بالاتر دیواره های ضخیم تر نیازی نیست. همانطور که گفته شد، مواردی وجود دارد که دریچه های آب برای تحمل فشارهای بالاتر، تا حدود 300 psi ساخته می شوند. این کاربردها معمولاً در قنات های طولانی نزدیک به منبع فشار هستند. گاهی اوقات دریچه های آب با فشار بالاتر نیز در نقاط پرفشار در یک سد بلند یافت می شوند.
انجمن کار آب آمریکا (AWWA) مشخصاتی را صادر کرده است که انواع مختلفی از شیرها و محرک های مورد استفاده در کاربردهای آب را پوشش می دهد.
فاضلاب
طرف دیگر آب آشامیدنی تازه که به یک تأسیسات یا سازه می رود، خروجی فاضلاب یا فاضلاب است. این خطوط تمام مایعات زباله و مواد جامد را جمع آوری کرده و به تصفیه خانه فاضلاب هدایت می کنند. این تصفیه خانه ها دارای لوله ها و شیرهای کم فشار زیادی برای انجام "کار کثیف" خود هستند. الزامات دریچه های فاضلاب در بسیاری از موارد بسیار ملایم تر از الزامات مربوط به سرویس آب تمیز است. دریچه آهنی و شیر چک محبوب ترین انتخاب ها برای این نوع سرویس ها هستند. شیرهای استاندارد در این سرویس مطابق با مشخصات AWWA ساخته می شوند.
صنعت برق
بیشتر انرژی الکتریکی تولید شده در ایالات متحده در نیروگاه های بخار با استفاده از سوخت فسیلی و توربین های پرسرعت تولید می شود. با کندن روکش یک نیروگاه مدرن، دیدی از سیستم های لوله کشی با فشار بالا و دمای بالا ایجاد می شود. این خطوط اصلی در فرآیند تولید برق بخار بسیار مهم هستند.
شیرهای دروازه ای انتخاب اصلی برای کاربردهای روشن/خاموش نیروگاه باقی می مانند، اگرچه شیرهای گلوب با الگوی Y نیز یافت می شوند. شیرهای توپی با کارایی بالا و خدمات حیاتی در بین برخی از طراحان نیروگاه محبوبیت پیدا کرده اند و در دنیایی که زمانی تحت سلطه دریچه های خطی بود، نفوذ می کنند.
متالورژی برای شیرها در کاربردهای برق، به ویژه آنهایی که در محدوده عملکرد فوق بحرانی یا فوق بحرانی فشار و دما کار می کنند، حیاتی است. F91, F92, C12A همراه با چندین آلیاژ Inconel و فولاد ضد زنگ معمولاً در نیروگاه های امروزی استفاده می شود. کلاسهای فشار شامل 1500، 2500 و در برخی موارد 4500 میشوند. ماهیت تعدیلکننده نیروگاههای اوج (آنهایی که فقط در صورت نیاز کار میکنند) همچنین فشار زیادی را بر شیرها و لولهها وارد میکند و نیاز به طراحیهای قوی برای مدیریت ترکیب شدید دوچرخهسواری، دما و فشار
علاوه بر دریچه بخار اصلی، نیروگاه ها با خطوط لوله فرعی بارگیری می شوند که با تعداد بی شماری از شیرهای دروازه، کره، چک، پروانه و توپ پر شده است.
نیروگاه های هسته ای بر اساس همان اصل بخار/توربین با سرعت بالا کار می کنند. تفاوت اصلی این است که در یک نیروگاه هسته ای، بخار توسط گرما از فرآیند شکافت ایجاد می شود. دریچه های نیروگاه هسته ای به جز شجره نامه آنها و نیاز اضافه شده به قابلیت اطمینان مطلق، مشابه شیر عموهای خود با سوخت فسیلی هستند. دریچه های هسته ای با استانداردهای بسیار بالا تولید می شوند و اسناد واجد شرایط و بازرسی صدها صفحه را پر می کنند.
تولید نفت و گاز
چاههای نفت و گاز و تأسیسات تولیدی، استفادهکنندگان سنگین شیرآلات از جمله بسیاری از شیرآلات سنگین هستند. اگرچه فورانهای نفتی که صدها فوت در هوا پرتاب میشوند دیگر به احتمال زیاد رخ نمیدهند، این تصویر فشار بالقوه نفت و گاز زیرزمینی را نشان میدهد. به همین دلیل است که سر چاه یا درخت کریسمس در بالای رشته لوله بلند چاه قرار می گیرد. این مجموعه ها با ترکیبی از شیرها و اتصالات ویژه، برای تحمل فشارهای بالای 10000 psi طراحی شده اند. در حالی که این روزها به ندرت در چاه های حفر شده در خشکی یافت می شود، فشارهای بسیار بالا اغلب در چاه های عمیق دریایی یافت می شود.
طراحی تجهیزات سرچاهی توسط مشخصات API مانند 6A، مشخصات تجهیزات سرچاهی و درخت کریسمس پوشش داده شده است. دریچه های پوشش داده شده در 6A برای فشارهای بسیار بالا اما دماهای متوسط طراحی شده اند. اکثر درختان کریسمس دارای شیرهای دروازه و شیرهای مخصوص کره به نام چوک هستند. از چوک ها برای تنظیم جریان از چاه استفاده می شود.
علاوه بر خود دهانههای چاه، بسیاری از تأسیسات جانبی نیز دارای یک میدان نفتی یا گازی هستند. تجهیزات فرآیند برای پیش تصفیه روغن یا گاز به تعدادی شیر نیاز دارد. این شیرها معمولاً فولاد کربنی برای کلاس های پایین تر هستند.
گاهی اوقات، یک سیال بسیار خورنده - سولفید هیدروژن - در جریان نفت خام وجود دارد. این ماده که گاز ترش نیز نامیده می شود، می تواند کشنده باشد. برای غلبه بر چالش های گاز ترش، مواد خاص یا تکنیک های پردازش مواد مطابق با مشخصات بین المللی NACE MR0175 باید دنبال شود.
صنعت فراساحل
سیستمهای لولهکشی برای سکوهای نفتی دریایی و تأسیسات تولیدی حاوی تعداد زیادی از شیرها هستند که با مشخصات مختلف ساخته شدهاند تا طیف گستردهای از چالشهای کنترل جریان را مدیریت کنند. این امکانات همچنین شامل حلقه های سیستم کنترل مختلف و دستگاه های کاهش فشار می باشد.
برای تاسیسات تولید نفت، قلب شریانی سیستم لوله کشی بازیافت نفت یا گاز واقعی است. اگرچه همیشه روی پلت فرم نیست، بسیاری از سیستمهای تولید از درختان کریسمس و سیستمهای لولهکشی استفاده میکنند که در اعماق نامناسب 10000 فوت یا بیشتر کار میکنند. این تجهیزات تولید بر اساس بسیاری از استانداردهای دقیق مؤسسه نفت آمریکا (API) ساخته شده و در چندین روش توصیه شده API (RPs) به آن اشاره شده است.
در اکثر سکوهای نفتی بزرگ، فرآیندهای اضافی برای سیال خامی که از دهانه چاه می آید اعمال می شود. اینها شامل جداسازی آب از هیدروکربن ها و جداسازی گاز و مایعات گاز طبیعی از جریان سیال است. این سیستمهای لولهکشی پس از درخت کریسمس عموماً بر اساس کدهای لولهکشی B31.3 انجمن مهندسین مکانیک آمریکا ساخته میشوند و دریچههایی مطابق با مشخصات شیر API مانند API 594، API 600، API 602، API 608 و API 609 طراحی شدهاند.
برخی از این سیستمها ممکن است حاوی گیت، توپ و سوپاپ API 6D باشند. از آنجایی که هر خط لوله روی سکو یا کشتی حفاری داخلی تاسیسات است، الزامات سختگیرانه برای استفاده از شیرهای API 6D برای خطوط لوله اعمال نمی شود. اگرچه در این سیستمهای لولهکشی از چندین نوع شیر استفاده میشود، اما نوع شیر انتخابی، شیر توپی است.
خطوط لوله
اگرچه بیشتر خطوط لوله از دید پنهان هستند، اما حضور آنها معمولاً مشهود است. علائم کوچکی که نشان می دهد "خط لوله نفت" یکی از شاخص های آشکار وجود لوله های حمل و نقل زیرزمینی است. این خطوط لوله با بسیاری از شیرهای مهم در تمام طول خود مجهز هستند. شیرهای قطع اضطراری خط لوله در فواصل زمانی مشخص شده توسط استانداردها، کدها و قوانین یافت می شوند. این شیرها خدمات حیاتی جداسازی بخشی از خط لوله را در صورت نشتی یا زمانی که نیاز به تعمیر و نگهداری دارد، انجام می دهند.
همچنین در امتداد یک مسیر خط لوله، امکاناتی وجود دارد که در آن خط از زمین خارج می شود و دسترسی به خط در دسترس است. این ایستگاهها خانه تجهیزات پرتاب «خوک» است که شامل دستگاههایی است که برای بازرسی یا تمیز کردن خط در خطوط لوله قرار میگیرند. این ایستگاههای پرتاب خوک معمولاً حاوی چندین دریچه، از نوع دروازه یا توپ هستند. تمام شیرهای یک سیستم خط لوله باید تمام پورت (کاملا باز) باشند تا امکان عبور خوک ها فراهم شود.
خطوط لوله همچنین برای مقابله با اصطکاک خط لوله و حفظ فشار و جریان خط به انرژی نیاز دارند. ایستگاه های کمپرسور یا پمپاژ که شبیه نسخه های کوچک یک کارخانه فرآیندی بدون برج های ترک بلند هستند استفاده می شود. در این ایستگاه ها ده ها شیر خط لوله دروازه ای، توپی و چکی وجود دارد.
خطوط لوله خود مطابق با استانداردها و کدهای مختلف طراحی شده اند، در حالی که شیرهای خط لوله از شیرهای خط لوله API 6D پیروی می کنند.
همچنین خطوط لوله کوچکتری وجود دارد که وارد خانه ها و سازه های تجاری می شود. این خطوط آب و گاز را تامین می کنند و توسط شیرهای قطع کننده محافظت می شوند.
شهرداری های بزرگ، به ویژه در بخش شمالی ایالات متحده، بخار را برای گرمایش مورد نیاز مشتریان تجاری فراهم می کنند. این خطوط تامین بخار به انواع دریچه ها برای کنترل و تنظیم تامین بخار مجهز شده اند. اگرچه سیال بخار است، اما فشارها و دماها کمتر از آنهایی است که در تولید بخار نیروگاه وجود دارد. انواع مختلفی از شیرها در این سرویس استفاده می شود، اگرچه شیر پلاگین ارجمند هنوز یک انتخاب محبوب است.
پالایشگاهی و پتروشیمی
شیرهای پالایشگاهی بیش از هر بخش شیری دیگر مصرف شیر صنعتی دارند. پالایشگاه ها خانه سیالات خورنده و در برخی موارد دمای بالا هستند.
این عوامل تعیین می کنند که چگونه شیرها مطابق با مشخصات طراحی شیر API مانند API 600 (دریچه های دروازه)، API 608 (شیرهای توپی) و API 594 (چک شیرها) ساخته شوند. به دلیل خدمات سختی که بسیاری از این شیرها با آن مواجه می شوند، اغلب به خوردگی اضافی نیاز است. این کمک هزینه از طریق ضخامت دیواره بیشتر که در اسناد طراحی API مشخص شده است آشکار می شود.
تقریباً هر نوع شیر اصلی را می توان به وفور در یک پالایشگاه بزرگ معمولی یافت. دریچه دروازه ای که در همه جا حاضر است هنوز هم پادشاه تپه با بیشترین جمعیت است، اما شیرهای یک چهارم چرخشی سهم بیشتری از بازار خود را به خود اختصاص می دهند. محصولات یک چهارم چرخشی که در این صنعت (که زمانی تحت سلطه محصولات خطی نیز بود) موفقیت آمیز شدند، شامل شیرهای پروانه ای افست سه گانه و شیرهای توپی فلزی هستند.
دریچه های استاندارد، گلوب و چک دریچه ها هنوز به صورت انبوه یافت می شوند و به دلیل دلچسب بودن طراحی و صرفه جویی در ساخت آنها، به این زودی ها ناپدید نمی شوند.
درجه بندی فشار برای شیرهای پالایشگاهی از کلاس 150 تا کلاس 1500، با کلاس 300 محبوب ترین است.
فولادهای کربنی ساده، مانند گرید WCB (ریخته گری) و A-105 ( آهنگری) محبوب ترین موادی هستند که در شیرهای خدمات پالایشگاهی مشخص و مورد استفاده قرار می گیرند. بسیاری از کاربردهای فرآیند پالایش محدودیتهای دمایی فولادهای کربنی ساده را افزایش میدهند و آلیاژهای با دمای بالاتر برای این کاربردها مشخص میشوند. محبوب ترین آنها فولادهای کروم/مولی مانند 1-1/4% کروم، 2-1/4% کروم، 5% کروم و 9% کروم هستند. فولادهای زنگ نزن و آلیاژهای با نیکل بالا نیز در برخی از فرآیندهای پالایش سخت استفاده می شوند.
شیمیایی
صنایع شیمیایی مصرف کننده بزرگی از انواع شیرآلات و مواد است. از کارخانههای دستهای کوچک گرفته تا مجتمعهای پتروشیمی عظیمی که در ساحل خلیج فارس یافت میشوند، شیرها بخش بزرگی از سیستمهای لولهکشی فرآیند شیمیایی هستند.
بیشتر کاربردها در فرآیندهای شیمیایی فشار کمتری نسبت به بسیاری از فرآیندهای پالایش و تولید برق دارند. محبوبترین کلاسهای فشار برای شیرآلات و لولهکشی کارخانههای شیمیایی کلاسهای 150 و 300 هستند. کارخانههای شیمیایی همچنین بزرگترین محرک در تصاحب سهم بازار بودهاند که شیرهای توپی در 40 سال گذشته از شیرهای خطی جدا شدهاند. شیر توپی انعطافپذیر، با قطع کننده نشتی صفر، برای بسیاری از کاربردهای کارخانههای شیمیایی مناسب است. اندازه جمع و جور شیر توپی نیز یک ویژگی محبوب است.
هنوز برخی از کارخانه های شیمیایی و فرآیندهای کارخانه وجود دارند که دریچه های خطی ترجیح داده می شوند. در این موارد، شیرهای محبوب طراحی شده با API 603، با دیوارههای نازکتر و وزنهای سبکتر، معمولاً شیر دروازه یا گلوب انتخابی هستند. کنترل برخی از مواد شیمیایی نیز به طور موثر با شیرهای دیافراگمی یا پینچ انجام می شود.
به دلیل ماهیت خورنده بسیاری از مواد شیمیایی و فرآیندهای شیمیایی، انتخاب مواد بسیار مهم است. ماده defacto درجه 316/316L از فولاد ضد زنگ آستنیتی است. این ماده برای مقابله با خوردگی ناشی از مجموعه ای از مایعات گاهی اوقات بد به خوبی عمل می کند.
برای برخی از کاربردهای خورنده سخت تر، حفاظت بیشتری مورد نیاز است. سایر گریدهای با کارایی بالا از فولاد زنگ نزن آستنیتی مانند 317، 347 و 321 اغلب در این شرایط انتخاب می شوند. از دیگر آلیاژهایی که هر از چند گاهی برای کنترل سیالات شیمیایی استفاده می شود می توان به مونل، آلیاژ 20، اینکونل و PH 17-4 اشاره کرد.
جداسازی LNG و گاز
هم گاز طبیعی مایع (LNG) و هم فرآیندهای مورد نیاز برای جداسازی گاز به لوله کشی گسترده متکی هستند. این کاربردها به دریچه هایی نیاز دارند که بتوانند در دمای بسیار پایین برودتی کار کنند. صنعت LNG که به سرعت در ایالات متحده در حال رشد است، به طور مداوم به دنبال ارتقا و بهبود فرآیند مایع سازی گاز است. برای این منظور، لوله ها و شیرها بسیار بزرگتر شده اند و فشار مورد نیاز افزایش یافته است.
این وضعیت تولید کنندگان شیر را ملزم کرده است تا طرح هایی را برای برآورده کردن پارامترهای سخت تری توسعه دهند. سوپاپهای توپی و پروانهای ربع گردش برای خدمات LNG محبوب هستند و 316ss [فولاد ضد زنگ] محبوبترین مواد هستند. ANSI کلاس 600 سقف فشار معمول برای اکثر کاربردهای LNG است. اگرچه محصولات یک چهارم چرخشی محبوب ترین انواع شیرها هستند، شیرهای دروازه، گلوب و چک در کارخانه ها نیز یافت می شوند.
خدمات جداسازی گاز شامل تقسیم گاز به عناصر اصلی آن است. به عنوان مثال، روشهای جداسازی هوا، نیتروژن، اکسیژن، هلیوم و سایر گازهای کمیاب تولید میکنند. ماهیت دمای بسیار پایین این فرآیند به این معنی است که دریچه های برودتی زیادی مورد نیاز است.
هر دو نیروگاه LNG و جداسازی گاز دارای شیرهایی با دمای پایین هستند که باید در این شرایط برودتی قابل استفاده باقی بمانند. این بدان معنی است که سیستم بسته بندی شیر باید از طریق استفاده از یک گاز یا ستون متراکم از سیال با دمای پایین دور شود. این ستون گاز از تشکیل یک توپ یخی سیال در اطراف ناحیه بسته بندی جلوگیری می کند که از چرخش یا بالا آمدن ساقه سوپاپ جلوگیری می کند.
ساختمان های تجاری
ساختمانهای تجاری ما را احاطه کردهاند، اما اگر هنگام ساخت آنها توجه دقیقی نکنیم، سرنخ کمی از تعداد زیادی شریانهای سیال پنهان در دیوارههای بنایی، شیشه و فلز آنها داریم.
یک مخرج مشترک تقریباً در هر ساختمانی آب است. همه این سازه ها شامل انواع سیستم های لوله کشی هستند که ترکیبات زیادی از ترکیب هیدروژن/اکسیژن را به شکل مایعات آشامیدنی، فاضلاب، آب گرم، آب خاکستری و حفاظت در برابر آتش حمل می کنند.
از دیدگاه بقای ساختمان، سیستم های آتش نشانی بسیار مهم هستند. حفاظت در برابر آتش در ساختمان ها تقریباً به طور جهانی با آب تمیز تغذیه و پر می شود. برای اینکه سیستم های آب آتش نشانی موثر باشند، باید قابل اعتماد باشند، فشار کافی داشته باشند و به راحتی در سرتاسر سازه قرار گیرند. این سیستم ها به گونه ای طراحی شده اند که در مواقع آتش سوزی به طور خودکار انرژی می گیرند.
ساختمانهای مرتفع نیاز به همان سرویس فشار آب در طبقات بالا دارند، بنابراین باید از پمپها و لولههای فشار قوی برای بالا بردن آب استفاده کرد. سیستم های لوله کشی بسته به ارتفاع ساختمان معمولاً کلاس 300 یا 600 هستند. در این کاربردها از انواع شیرها استفاده می شود. با این حال، طراحی شیر باید توسط Underwriters Laboratories یا Factory Mutual برای خدمات اصلی آتش نشانی تایید شود.
همان کلاس ها و انواع شیرهای مورد استفاده برای شیرآلات آتش نشانی برای توزیع آب آشامیدنی استفاده می شود، اگرچه روند تایید آنچنان سختگیرانه نیست.
سیستمهای تهویه مطبوع تجاری که در ساختارهای تجاری بزرگ مانند ساختمانهای اداری، هتلها و بیمارستانها یافت میشوند معمولاً متمرکز هستند. آنها یک واحد چیلر یا دیگ بزرگ برای خنک کردن یا گرم کردن سیال دارند که برای انتقال دمای سرد یا بالا استفاده می شود. این سیستمها اغلب باید مبردهایی مانند R-134a، هیدروفلوئوروکربن، یا در مورد سیستمهای گرمایش اصلی، بخار را کنترل کنند. به دلیل اندازه فشرده شیرهای پروانه ای و توپی، این نوع در سیستم های چیلر HVAC رایج شده است.
در سمت بخار، برخی از شیرهای یک چهارم چرخشی در حال استفاده هستند، با این حال بسیاری از مهندسان لوله کشی هنوز به شیرهای دروازه و کره خطی تکیه می کنند، به خصوص اگر لوله کشی به انتهای جوش لب به لب نیاز داشته باشد. برای این کاربردهای بخار متوسط، فولاد به دلیل قابلیت جوشکاری فولاد، جای چدن را گرفته است.
برخی از سیستم های گرمایشی از آب گرم به جای بخار به عنوان سیال انتقال استفاده می کنند. این سیستم ها به خوبی توسط شیرهای برنزی یا آهنی سرو می شوند. دریچه های توپی و پروانه ای ارتجاعی ربع چرخشی بسیار محبوب هستند، اگرچه برخی از طرح های خطی هنوز استفاده می شوند.
نتیجه گیری
اگرچه ممکن است شواهدی از کاربردهای شیر ذکر شده در این مقاله در طول سفر به استارباکس یا خانه مادربزرگ قابل مشاهده نباشد، برخی از شیرهای بسیار مهم همیشه در نزدیکی شما هستند. حتی سوپاپ هایی در موتور خودرو وجود دارد که برای رسیدن به آن مکان هایی مانند آنهایی در کاربراتور که جریان سوخت را به داخل موتور کنترل می کنند و سوپاپ هایی در موتور که جریان بنزین را به پیستون ها و دوباره خارج می کنند، استفاده می شود. و اگر این دریچه ها به اندازه کافی به زندگی روزمره ما نزدیک نیستند، این واقعیت را در نظر بگیرید که قلب ما به طور منظم از طریق چهار دستگاه کنترل جریان حیاتی می تپد.
این فقط نمونه دیگری از واقعیت است که: دریچه ها واقعاً همه جا هستند. VM
بخش دوم این مقاله صنایع دیگری را که در آنها از شیرها استفاده می شود، پوشش می دهد. برای مطالعه در مورد خمیر و کاغذ، کاربردهای دریایی، سدها و نیروی برق آبی، خورشیدی، آهن و فولاد، هوافضا، زمین گرمایی، و دم کردن و تقطیر صنایع دستی، به www.valvemagazine.com مراجعه کنید.
گرگ جانسون رئیس United Valve (www.unitedvalve.com) در هیوستون است. او یکی از سردبیران مجله VALVE، رئیس سابق شورای تعمیرات شیر و یکی از اعضای فعلی هیئت مدیره VRC است. او همچنین در کمیته آموزش و آموزش VMA، نایب رئیس کمیته ارتباطات VMA و رئیس سابق انجمن استانداردسازی تولیدکنندگان است.
زمان ارسال: سپتامبر 29-2020