محل استفاده از سوپاپ ها: همه جا!

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 طول مسیر خط لوله، تأسیساتی 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، توپ و چک می باشد.

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 شیر دیگری 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.