היכן משתמשים בשסתומים: בכל מקום!

ניתן למצוא שסתומים כמעט בכל מקום כיום: בבתים שלנו, מתחת לרחוב, במבנים מסחריים ובאלפי מקומות בתוך תחנות כוח ומים, מפעלי נייר, בתי זיקוק, מפעלים כימיים ומתקני תעשייה ותשתית אחרים.

תעשיית השסתומים היא באמת בעלת כתפיים רחבות, עם מקטעים משתנים מחלוקת מים לאנרגיה גרעינית ועד נפט וגז במעלה הזרם ובמורד הזרם. כל אחת מתעשיות משתמש קצה אלה משתמשות בכמה סוגים בסיסיים של שסתומים; עם זאת, פרטי הבנייה והחומרים לעתים קרובות שונים מאוד. הנה דגימה:

עבודות מים

בעולם חלוקת המים, הלחצים כמעט תמיד נמוכים יחסית והטמפרטורות סביבות. שתי עובדות יישום אלו מאפשרות מספר אלמנטים של עיצוב שסתומים שלא ניתן למצוא בציוד מאתגר יותר כגון שסתומי קיטור בטמפרטורה גבוהה. טמפרטורת הסביבה של שירות המים מאפשרת שימוש באלסטומרים ואטמי גומי שאינם מתאימים במקומות אחרים. חומרים רכים אלו מאפשרים לצייד שסתומי מים כדי לאטום היטב טפטופים.

שיקול נוסף בשסתומי שירות מים הוא בחירה בחומרי בנייה. ברזלים יצוקים וברזלים רקיעים נמצאים בשימוש נרחב במערכות מים, במיוחד קווים בקוטר חיצוני גדול. קווים קטנים מאוד יכולים להיות מטופלים די טוב עם חומרי שסתום ברונזה.

הלחצים שרוב שסתומי מפעלי המים רואים הם בדרך כלל הרבה מתחת ל-200 psi. משמעות הדבר היא שאין צורך בעיצובים בעלי לחץ גבוה עם דופן עבה יותר. לאחר שנאמר, ישנם מקרים בהם שסתומי מים בנויים להתמודד עם לחצים גבוהים יותר, עד סביב 300 psi. יישומים אלה הם בדרך כלל על אמות מים ארוכות הקרובות למקור הלחץ. לפעמים שסתומי מים בלחץ גבוה יותר נמצאים גם בנקודות הלחץ הגבוה ביותר בסכר גבוה.

איגוד מפעלי המים האמריקאי (AWWA) פרסם מפרטים המכסים סוגים רבים ושונים של שסתומים ומפעילים המשמשים ביישומי מפעלי מים.

מי שפכים

הצד השני של מי שתייה טריים הנכנסים למתקן או למבנה הוא תפוקת השפכים או הביוב. קווים אלו אוספים את כל פסולת הנוזלים והמוצקים ומפנים אותם למכון טיהור שפכים. מתקני טיהור אלה כוללים הרבה צנרת ושסתומים בלחץ נמוך לביצוע "העבודה המלוכלכת" שלהם. הדרישות לשסתומי שפכים במקרים רבים הרבה יותר מקלות מהדרישות לשירות מים נקיים. שער ברזל ושסתומי סימון הם האפשרויות הפופולריות ביותר עבור שירות מסוג זה. שסתומים סטנדרטיים בשירות זה בנויים בהתאם למפרטי AWWA.

תעשיית החשמל

רוב הכוח החשמלי הנוצר בארצות הברית מופק במפעלי קיטור באמצעות דלק מאובנים וטורבינות מהירות. קילוף הכיסוי של תחנת כוח מודרנית יניב נוף של מערכות צנרת בלחץ גבוה ובטמפרטורה גבוהה. קווים עיקריים אלו הם הקריטיים ביותר בתהליך ייצור כוח הקיטור.

שסתומי שער נשארים בחירה עיקרית עבור יישומי הפעלה/כיבוי של תחנות כוח, אם כי ניתן למצוא גם שסתומי גלובוס בתבנית Y למטרות מיוחדות. שסתומים כדוריים בעלי ביצועים גבוהים, בעלי שירות קריטי, צוברים פופולריות בקרב מתכנני תחנות כוח, ועושים פריצה בעולם הזה שנשלט בעבר על ידי שסתומים ליניאריים.

מטלורגיה היא קריטית עבור שסתומים ביישומי חשמל, במיוחד אלה הפועלים בטווחי הפעולה העל-קריטיים או העל-קריטיים של לחץ וטמפרטורה. F91, F92, C12A, יחד עם מספר Inconel וסגסוגות נירוסטה נמצאים בשימוש נפוץ בתחנות הכוח של היום. מחלקות הלחץ כוללות 1500, 2500 ובמקרים מסוימים 4500. האופי המווסת של תחנות כוח שיא (אלו הפועלות רק לפי הצורך) גם מפעיל עומס עצום על שסתומים וצנרת, ומצריך תכנונים חזקים כדי להתמודד עם השילוב הקיצוני של רכיבה על אופניים, טמפרטורה ו לַחַץ.

בנוסף לשסתומי הקיטור הראשיים, תחנות כוח עמוסות בצינורות נלווים, המאוכלסים במספר עצום של שסתומי שער, גלובוס, סימון, פרפר וכדור.

תחנות כוח גרעיניות פועלות על אותו עקרון קיטור/טורבינה מהירה. ההבדל העיקרי הוא שבתחנת כוח גרעינית, הקיטור נוצר על ידי חום מתהליך הביקוע. שסתומי תחנת כוח גרעינית דומים לבני דודיהם המונעים בדלק מאובנים, מלבד ייחוסם והדרישה הנוספת של אמינות מוחלטת. שסתומים גרעיניים מיוצרים בסטנדרטים גבוהים במיוחד, כאשר תיעוד הכשירות והבדיקה ממלא מאות עמודים.

ייצור נפט וגז

בארות נפט וגז ומתקני ייצור הם משתמשים כבדים של שסתומים, לרבות שסתומים כבדים רבים. אף על פי שכבר לא צפויים להתרחש יציאות של נפט הפולחות מאות מטרים באוויר, התמונה ממחישה את הלחץ הפוטנציאלי של נפט וגז תת-קרקעיים. זו הסיבה שראשי באר או עצי חג המולד ממוקמים בחלק העליון של מחרוזת צינור ארוכה של באר. מכלולים אלה, עם שילובם של שסתומים ואביזרים מיוחדים, מתוכננים להתמודד עם לחצים של מעל 10,000 psi. אמנם לעתים נדירות נמצא בבארות שנחפרו ביבשה בימינו, הלחצים הגבוהים הקיצוניים נמצאים לעתים קרובות בבארות עמוקות מהחוף.

עיצוב ציוד Wellhead מכוסה במפרטי API כגון 6A, מפרט לציוד Wellhead ועץ חג המולד. השסתומים המכוסים ב-6A מיועדים ללחצים גבוהים במיוחד אך לטמפרטורות מתונות. רוב עצי חג המולד מכילים שסתומי שער ושסתומי גלובוס מיוחדים הנקראים משנקים. המשנקים משמשים לוויסות הזרימה מהבאר.

בנוסף לראשי הבארות עצמם, מתקנים נלווים רבים מאכלסים שדה נפט או גז. ציוד עיבוד לטיפול מוקדם בנפט או בגז דורש מספר שסתומים. שסתומים אלה הם בדרך כלל פלדת פחמן המדורגת למעמדות נמוכים יותר.

מדי פעם, נוזל מאכל מאוד - מימן גופרתי - קיים בזרם הנפט הגולמי. חומר זה, הנקרא גם גז חמוץ, יכול להיות קטלני. כדי לנצח את האתגרים של גז חמוץ, יש לעקוב אחר חומרים מיוחדים או טכניקות עיבוד חומרים בהתאם למפרט הבינלאומי של NACE MR0175.

תעשיית החוץ

מערכות הצנרת עבור אסדות נפט ומתקני ייצור בים מכילות שפע של שסתומים שנבנו לפי מפרטים רבים ושונים כדי להתמודד עם המגוון הרחב של אתגרי בקרת הזרימה. מתקנים אלה מכילים גם לולאות שונות של מערכת בקרה והתקני שחרור לחץ.

עבור מתקני הפקת נפט, הלב העורקי הוא מערכת הצנרת האמיתית של נפט או גז. למרות שלא תמיד על הפלטפורמה עצמה, מערכות ייצור רבות משתמשות בעצי חג המולד ובמערכות צנרת הפועלות בעומקים בלתי מסבירי פנים של 10,000 רגל או יותר. ציוד ייצור זה נבנה לפי תקנים רבים של מכון הנפט האמריקאי (API) ומתייחס אליו במספר שיטות מומלצות של API (RPs).

ברוב פלטפורמות הנפט הגדולות מופעלים תהליכים נוספים על הנוזל הגולמי המגיע מראש הבאר. אלה כוללים הפרדת מים מהפחמימנים והפרדת גז ונוזלי גז טבעי מזרם הנוזלים. מערכות צנרת אלו לאחר חג המולד בנויות בדרך כלל לפי קודי צנרת B31.3 של החברה האמריקאית של מהנדסי מכונות, כאשר השסתומים מתוכננים בהתאם למפרטי שסתומי API כגון API 594, API 600, API 602, API 608 ו-API 609.

חלק מהמערכות הללו עשויות להכיל גם שער API 6D, כדור ושסתומי סימון. מכיוון שכל צינורות על הפלטפורמה או ספינת הקידוח הם פנימיים למתקן, הדרישות המחמירות לשימוש בשסתומי API 6D עבור צינורות אינן חלות. למרות שסוגי שסתומים מרובים משמשים במערכות צנרת אלו, סוג השסתומים הנבחר הוא השסתום הכדורי.

צינורות

למרות שרוב הצינורות נסתרים מהעין, נוכחותם ניכרת בדרך כלל. שלטים קטנים המציינים "צינור נפט" הם אינדיקטור ברור לנוכחות של צנרת תחבורה תת קרקעית. צינורות אלו מצוידים בשסתומים חשובים רבים לכל אורכם. שסתומי סגירה של צנרת חירום נמצאים במרווחי זמן כמפורט בתקנים, קודים וחוקים. שסתומים אלה משרתים את השירות החיוני של בידוד קטע של צינור במקרה של דליפה או כאשר נדרשת תחזוקה.

כמו כן פזורים לאורך תוואי צינור מתקנים שבהם הקו יוצא מהקרקע וניתנת גישה לקו. תחנות אלו הן הבית לציוד שיגור "חזירים", המורכב ממכשירים המוכנסים לצנרת כדי לבדוק או לנקות את הקו. תחנות שיגור חזירים אלה מכילות בדרך כלל מספר שסתומים, סוג שער או כדור. כל השסתומים במערכת צינורות חייבים להיות בעלי יציאה מלאה (פתיחה מלאה) כדי לאפשר מעבר של חזירים.

צינורות זקוקים גם לאנרגיה כדי להילחם בחיכוך הצינור ולשמור על הלחץ והזרימה של הקו. נעשה שימוש בתחנות מדחס או שאיבה שנראות כמו גרסאות קטנות של מפעל תהליך ללא מגדלי הפיצוח הגבוהים. תחנות אלו הן ביתם של עשרות שסתומי צינור, שער, כדור ובדיקה.

הצינורות עצמם מתוכננים בהתאם לתקנים וקודים שונים, בעוד שסתומי צינור עוקבים אחר שסתומי צינור API 6D.

ישנם גם צינורות קטנים יותר המוזנים לבתים ולמבנים מסחריים. קווים אלו מספקים מים וגז ומוגנים על ידי שסתומי סגירה.

עיריות גדולות, במיוחד בחלק הצפוני של ארצות הברית, מספקות קיטור לדרישות החימום של לקוחות מסחריים. קווי אספקת קיטור אלו מצוידים במגוון שסתומים לשליטה וויסות אספקת הקיטור. למרות שהנוזל הוא קיטור, הלחצים והטמפרטורות נמוכים מאלה שנמצאים בייצור קיטור של תחנת כוח. בשירות זה נעשה שימוש במגוון סוגי שסתומים, אם כי שסתום התקע המכובד הוא עדיין בחירה פופולרית.

זיקוק ופטרוכימיה

שסתומי בתי הזיקוק מספקים שימוש רב יותר בשסתומים תעשייתיים מכל קטע שסתומים אחר. בתי הזיקוק הם ביתם של נוזלים קורוזיביים ובמקרים מסוימים גם לטמפרטורות גבוהות.

גורמים אלו מכתיבים כיצד שסתומים בנויים בהתאם למפרטי עיצוב שסתומי API כגון API 600 (שסתומי שער), API 608 (שסתומים כדוריים) ו-API 594 (שסתומי סימון). בגלל השירות הקשה בו נתקלים רבים מהשסתומים הללו, לעיתים קרובות יש צורך בתוספת קורוזיה. הקצבה זו באה לידי ביטוי באמצעות עובי דופן גדולים יותר המצוינים במסמכי התכנון של ה-API.

כמעט כל סוג שסתומים עיקרי ניתן למצוא בשפע בבית זיקוק גדול טיפוסי. שסתום השער שנמצא בכל מקום הוא עדיין מלך הגבעה עם האוכלוסייה הגדולה ביותר, אבל שסתומי רבע סיבוב תופסים כמות גדולה יותר ויותר מנתח השוק שלהם. מוצרי רבע הסיבוב שעושים פריצות מוצלחות בתעשייה זו (שגם היא נשלטה בעבר על ידי מוצרים ליניאריים) כוללים שסתומי פרפר משולשים עם ביצועים גבוהים ושסתומי כדור עם מושב מתכת.

שסתומי שער, גלובוס ושסתומים סטנדרטיים עדיין נמצאים בהמוניהם, ובגלל הלבבות של העיצוב שלהם וחסכון בייצור, לא ייעלמו בזמן הקרוב.

דירוגי הלחץ לשסתומי בתי הזיקוק פועלים בטווח מ-Class 150 ל-Class 1500, כאשר Class 300 הוא הפופולרי ביותר.

פלדות פחמן רגילות, כגון WCB בדרגה (יצוק) ו-A-105 (מחושלת) הם החומרים הפופולריים ביותר שצוינו ומשמשים בשסתומים לשירות בתי זיקוק. יישומי תהליך זיקוק רבים דוחפים את גבולות הטמפרטורה העליונים של פלדות פחמן רגילות, וסגסוגות בטמפרטורה גבוהה יותר מוגדרות עבור יישומים אלה. הפופולריים שבהם הם פלדות הכרום/מולי כגון 1-1/4% Cr, 2-1/4% Cr, 5% Cr ו-9% Cr. פלדות אל חלד וסגסוגות ניקל גבוהות משמשות גם בכמה תהליכי זיקוק קשים במיוחד.