Де використовуються клапани: скрізь!

Сьогодні клапани можна знайти майже скрізь: у наших будинках, під вулицею, у комерційних будівлях і в тисячах місць на електростанціях і гідростанціях, паперових фабриках, нафтопереробних заводах, хімічних заводах та інших промислових та інфраструктурних об’єктах.

Галузь арматури справді широка, її сегменти варіюються від розподілу води до ядерної енергетики до нафти та газу. Кожна з цих галузей кінцевого споживача використовує кілька основних типів клапанів; однак деталі конструкції та матеріали часто сильно відрізняються. Ось вибірка:

ВОДОВОДИ

У світі розподілу води тиск майже завжди відносно низький, а температура навколишнього середовища. Ці два факти застосування дозволяють використовувати ряд елементів конструкції клапана, які не можна знайти на більш складному обладнанні, такому як високотемпературні парові клапани. Температура навколишнього середовища водопостачання дозволяє використовувати еластомери та гумові ущільнювачі, які не підходять в іншому місці. Ці м’які матеріали дозволяють обладнати водяні клапани для щільного закриття крапель.

Іншим фактором, який слід враховувати при створенні клапанів для водопостачання, є вибір матеріалів конструкції. Чавуни широко використовуються в системах водопостачання, особливо в лініях великого зовнішнього діаметра. Дуже дрібні лінії можна досить добре обробляти за допомогою бронзових матеріалів клапана.

Тиск, який відчувають більшість водопровідних клапанів, зазвичай значно нижче 200 psi. Це означає, що товстіші конструкції з високим тиском не потрібні. З огляду на це, є випадки, коли водяні клапани побудовані для роботи з більш високим тиском, приблизно до 300 psi. Ці застосування зазвичай застосовуються на довгих акведуках поблизу джерела тиску. Іноді водяні клапани з високим тиском також знаходяться в точках найвищого тиску у високій греблі.

Американська асоціація водопровідних споруд (AWWA) випустила специфікації, що охоплюють багато різних типів клапанів і приводів, що використовуються у системах водопостачання.

СТІЧНІ ВОДИ

Зворотною стороною прісної питної води, що надходить у приміщення чи споруду, є вихід стічних вод чи каналізації. Ці лінії збирають усі відпрацьовані рідини та тверді речовини та направляють їх на очисні споруди. Ці очисні споруди мають багато трубопроводів низького тиску та клапанів для виконання своєї «брудної роботи». Вимоги до каналізаційних клапанів у багатьох випадках набагато м’якші, ніж вимоги до чистої води. Залізні шибери та зворотні клапани є найпопулярнішим вибором для цього виду послуг. Стандартні клапани в цій службі побудовані відповідно до специфікацій AWWA.

ЕНЕРГЕТИКА

Більшість електроенергії, що виробляється в Сполучених Штатах, виробляється на парових установках, які використовують викопне паливо та високошвидкісні турбіни. Знявши кришку сучасної електростанції, можна було б побачити системи трубопроводів високого тиску та високої температури. Ці магістральні лінії є найбільш критичними в процесі виробництва парової енергії.

Засувки залишаються основним вибором для вмикання/вимкнення електростанцій, хоча також зустрічаються запірні засувки спеціального призначення Y-образного типу. Високопродуктивні кульові крани для критичних умов експлуатації набувають популярності серед деяких розробників електростанцій і прокладають собі дорогу в цьому світі, де колись домінували лінійні клапани.

Металургія має вирішальне значення для клапанів в енергетиці, особливо тих, що працюють у надкритичному або надкритичному робочому діапазоні тиску та температури. F91, F92, C12A, а також кілька сплавів інконель і нержавіюча сталь зазвичай використовуються на сучасних електростанціях. Класи тиску включають 1500, 2500 і в деяких випадках 4500. Модулюючий характер пікових електростанцій (тих, які працюють лише за потреби) також створює велике навантаження на клапани та трубопроводи, вимагаючи надійних конструкцій для роботи з екстремальною комбінацією циклів, температури та тиск.

На додаток до основної парової арматури, електростанції оснащені допоміжними трубопроводами, заповненими безліччю шиберних, запірних, зворотних, дискових і кульових кранів.

Атомні електростанції працюють за тим же принципом парова/високошвидкісна турбіна. Основна відмінність полягає в тому, що на атомній електростанції пара утворюється за рахунок тепла від процесу поділу. Клапани на атомних електростанціях схожі на своїх двоюрідних братів, які працюють на викопному паливі, за винятком свого походження та додаткової вимоги щодо абсолютної надійності. Атомні клапани виготовляються за надзвичайно високими стандартами, а кваліфікаційна та перевірочна документація займає сотні сторінок.

ВИДОБУВАННЯ НАФТИ І ГАЗУ

На нафтових і газових свердловинах і виробничих потужностях часто використовуються клапани, в тому числі багато клапанів для важких умов експлуатації. Хоча фонтани нафти, які викидають сотні футів у повітря, навряд чи виникнуть, зображення ілюструє потенційний тиск підземної нафти та газу. Ось чому головки колодязів або різдвяні ялинки ставлять у верхній частині довгої нитки труб колодязів. Ці вузли з їхньою комбінацією клапанів і спеціальних фітингів розроблені для роботи з тиском понад 10 000 psi. Незважаючи на те, що в наші дні рідко зустрічається в свердловинах, викопаних на землі, надзвичайно високий тиск часто зустрічається в глибоких морських свердловинах.

Конструкція гирлового обладнання охоплюється такими специфікаціями API, як 6A, специфікація обладнання для гирла свердловини та різдвяної ялинки. Клапани, описані в 6A, розроблені для надзвичайно високого тиску, але помірних температур. Більшість новорічних ялинок мають засувки та спеціальні засувки, які називаються дроселями. Дроселі використовуються для регулювання витрати зі свердловини.

Крім самих гирл свердловин, багато допоміжних споруд заповнюють нафтове або газове родовище. Технологічне обладнання для попередньої обробки нафти або газу потребує кількох клапанів. Ці клапани, як правило, виготовлені з вуглецевої сталі, призначеної для нижчих класів.

Іноді в потоці сирої нафти присутній сильно корозійна рідина — сірководень. Цей матеріал, який також називають кислим газом, може бути смертельним. Щоб подолати проблеми, пов’язані з кислим газом, необхідно дотримуватися спеціальних матеріалів або технологій обробки матеріалів відповідно до міжнародної специфікації NACE MR0175.

ОФШОРНА ПРОМИСЛОВІСТЬ

Системи трубопроводів для морських нафтових вишок і виробничих потужностей містять безліч клапанів, створених за багатьма різними специфікаціями, щоб вирішувати різноманітні проблеми з контролем потоку. Ці установки також містять різні контури системи керування та пристрої для скидання тиску.

Для нафтовидобувних об’єктів артеріальне серце є фактичною системою трубопроводів для видобутку нафти або газу. Хоча не завжди на самій платформі, багато виробничих систем використовують різдвяні ялинки та системи трубопроводів, які працюють на негостинних глибинах 10 000 футів або більше. Це виробниче обладнання створено за багатьма строгими стандартами Американського інституту нафти (API) і містить посилання в кількох рекомендаціях API (RP).

На більшості великих нафтових платформ до сирої рідини, що надходить із гирла свердловини, застосовуються додаткові процеси. Вони включають відділення води від вуглеводнів і відділення газу та рідкого природного газу від потоку рідини. Ці системи трубопроводів після різдвяної ялинки, як правило, побудовані відповідно до кодів трубопроводів Американського товариства інженерів-механіків B31.3 із клапанами, розробленими 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 шиберні, кульові та зворотні клапани API 6D. Оскільки будь-які трубопроводи на платформі чи буровому судні є внутрішніми для об’єкта, суворі вимоги щодо використання клапанів API 6D для трубопроводів не застосовуються. Незважаючи на те, що в цих системах трубопроводів використовується декілька типів клапанів, кращим типом клапана є кульовий кран.

ТРУБОПРОВОДИ

Хоча більшість трубопроводів приховані від очей, їх присутність зазвичай помітна. Невеликі таблички з написом «нафтопровід» є одним з очевидних ознак наявності підземних транспортних труб. Ці трубопроводи оснащені багатьма важливими клапанами по всій довжині. Аварійна запірна арматура трубопроводу встановлюється з інтервалами, визначеними стандартами, кодексами та законами. Ці клапани виконують важливу функцію ізоляції ділянки трубопроводу в разі витоку або коли потрібне технічне обслуговування.

Уздовж маршруту трубопроводу також розкидані об’єкти, де лінія виходить із землі та є доступ до лінії. Ці станції є домом для «свинячого» пускового обладнання, яке складається з пристроїв, вставлених у трубопроводи для перевірки або очищення лінії. Ці станції запуску свиней зазвичай містять кілька клапанів, або затворного, або кульового типу. Усі клапани в трубопровідній системі мають бути повними портами (повним відкриттям), щоб забезпечити прохід свиней.

Трубопроводи також потребують енергії для боротьби з тертям трубопроводу та підтримки тиску та потоку в трубопроводі. Використовуються компресорні або насосні станції, які виглядають як невеликі версії технологічної установки без високих крекінг-башт. Ці станції містять десятки засувок, кульових і зворотних трубопроводів.

Самі трубопроводи розроблені відповідно до різних стандартів і кодів, а трубопровідна арматура відповідає API 6D Pipeline Valves.

Існують також менші трубопроводи, які живлять будинки та комерційні споруди. Ці лінії подають воду та газ і охороняються запірною арматурою.

Великі муніципалітети, особливо в північній частині Сполучених Штатів, постачають пару для потреб комерційних клієнтів. Ці лінії подачі пари оснащені різними клапанами для контролю та регулювання подачі пари. Незважаючи на те, що рідина є парою, тиск і температура нижчі, ніж у електростанції, яка виробляє пару. У цій службі використовуються різноманітні типи клапанів, хоча популярним вибором все ще залишається славний пробковий клапан.

НАФТОПЕРЕРБНА ТА НАФТОХІМІЯ

Клапани на нафтопереробних заводах використовують більшу кількість промислових клапанів, ніж будь-який інший сегмент клапанів. Нафтопереробні заводи є домом як для корозійних рідин, так і в деяких випадках для високих температур.

Ці фактори визначають, як клапани будуються відповідно до специфікацій конструкції клапанів API, таких як API 600 (засувки), API 608 (кульові крани) та API 594 (зворотні клапани). Через важкі умови експлуатації, з якими стикаються багато з цих клапанів, часто потрібен додатковий припуск на корозію. Цей припуск проявляється через більшу товщину стінок, яка вказана в проектній документації API.

Практично всі основні типи клапанів можна знайти у великій кількості на типовому великому нафтопереробному заводі. Усюдисуща засувка все ще є королем гори з найбільшою популяцією, але чвертьобертові засувки займають дедалі більшу частку їх ринку. Чвертьобертові вироби, які успішно проникають у цю галузь (у якій також колись домінували лінійні вироби), включають високоефективні поворотні клапани з потрійним зсувом і кульові крани з металевим сидінням.

Стандартні шиберні, прохідні та зворотні клапани все ще зустрічаються масово, і через привабливість їх конструкції та економічність виробництва вони не зникнуть найближчим часом.

Номінальний тиск для нафтопереробної арматури варіюється від класу 150 до класу 1500, з класом 300 найпопулярнішим.

Звичайна вуглецева сталь, така як марка WCB (лита) і A-105 (кована), є найпопулярнішими матеріалами, визначеними та використовуваними у клапанах для обслуговування нафтопереробних заводів. Багато процесів рафінування підвищують верхні температурні межі простих вуглецевих сталей, і для цих застосувань призначені високотемпературні сплави. Найпопулярнішими з них є хромовані/молілієві сталі, такі як 1-1/4% Cr, 2-1/4% Cr, 5% Cr і 9% Cr. Нержавіючі сталі та сплави з високим вмістом нікелю також використовуються в деяких особливо жорстких процесах рафінування.