Клапаны сегодня можно найти практически где угодно: в наших домах, под улицами, в коммерческих зданиях и в тысячах мест на электростанциях и гидроэлектростанциях, бумажных фабриках, нефтеперерабатывающих заводах, химических заводах и других промышленных и инфраструктурных объектах.
Арматурная промышленность действительно широко развита, ее сегменты варьируются от водораспределения до атомной энергетики и до и после добычи нефти и газа.В каждой из этих отраслей конечных пользователей используются некоторые основные типы клапанов;однако детали конструкции и материалы часто сильно различаются.Вот выборка:
ВОДНЫЕ РАБОТЫ
В мире распределения воды давление почти всегда относительно низкое, а температура равна температуре окружающей среды.Эти два факта применения позволяют использовать ряд элементов конструкции клапана, которых нет в более сложном оборудовании, таком как высокотемпературные паровые клапаны.Температура окружающей среды, в которой работает вода, позволяет использовать эластомеры и резиновые уплотнения, не подходящие для других целей.Эти мягкие материалы позволяют оборудовать водяные клапаны для плотного закрытия капель.
Еще одним соображением при выборе клапанов для водоснабжения является выбор материалов конструкции.Чугуны и чугуны с шаровидным графитом широко используются в системах водоснабжения, особенно в трубопроводах с большим наружным диаметром.С очень маленькими линиями можно довольно хорошо справиться с клапанами из бронзы.
Давление, которое воспринимает большинство клапанов водопроводных сооружений, обычно значительно ниже 200 фунтов на квадратный дюйм.Это означает, что конструкции с более толстыми стенками для более высокого давления не нужны.При этом бывают случаи, когда водяные клапаны рассчитаны на более высокое давление, примерно до 300 фунтов на квадратный дюйм.Эти приложения обычно находятся на длинных акведуках рядом с источником давления.Иногда водяные клапаны с более высоким давлением также находятся в точках с самым высоким давлением в высокой плотине.
Американская ассоциация водопроводных сооружений (AWWA) выпустила спецификации, охватывающие множество различных типов клапанов и приводов, используемых в системах водоснабжения.
СТОЧНЫЕ ВОДЫ
Оборотной стороной свежей питьевой воды, поступающей в помещение или сооружение, являются сточные воды или канализация.Эти линии собирают все сточные жидкости и твердые частицы и направляют их на очистные сооружения.Эти очистные сооружения имеют множество трубопроводов низкого давления и клапанов для выполнения своей «грязной работы».Требования к клапанам для сточных вод во многих случаях намного мягче, чем требования к чистой воде.Железные затворы и обратные клапаны являются наиболее популярным выбором для этого вида услуг.Стандартные клапаны для этой службы изготавливаются в соответствии со спецификациями AWWA.
ЭНЕРГЕТИКА
Большая часть электроэнергии, вырабатываемой в Соединенных Штатах, вырабатывается на паровых электростанциях, использующих ископаемое топливо и высокоскоростные турбины.Откинув крышку современной электростанции, можно увидеть системы трубопроводов высокого давления и высокой температуры.Эти основные линии являются наиболее важными в процессе производства паровой энергии.
Задвижки остаются основным выбором для включения / выключения электростанций, хотя также встречаются запорные клапаны Y-образной формы специального назначения.Высокопроизводительные шаровые краны для критических условий эксплуатации завоевывают популярность у некоторых проектировщиков электростанций и проникают в этот мир, где когда-то доминировали линейные клапаны.
Металлургия имеет решающее значение для клапанов в энергетических приложениях, особенно для тех, которые работают в сверхкритических или ультрасверхкритических рабочих диапазонах давления и температуры.F91, F92, C12A, а также несколько сплавов Inconel и нержавеющей стали обычно используются в современных электростанциях.Классы давления включают 1500, 2500 и, в некоторых случаях, 4500. Модулирующий характер пиковых электростанций (тех, которые работают только по мере необходимости) также создает огромную нагрузку на клапаны и трубопроводы, требуя прочных конструкций, чтобы выдерживать экстремальное сочетание циклов, температуры и давление.
В дополнение к основной паровой арматуре электростанции загружены вспомогательными трубопроводами, населенными множеством задвижек, запорных, обратных, дроссельных и шаровых кранов.
Атомные электростанции работают по тому же принципу пара/высокоскоростная турбина.Основное отличие состоит в том, что на атомной электростанции пар создается за счет тепла в процессе ядерного деления.Клапаны для атомных электростанций похожи на своих собратьев, работающих на ископаемом топливе, за исключением их родословной и дополнительного требования абсолютной надежности.Ядерные клапаны изготавливаются в соответствии с чрезвычайно высокими стандартами, а квалификационная и инспекционная документация занимает сотни страниц.
ДОБЫЧА НЕФТИ И ГАЗА
Нефтяные и газовые скважины и производственные объекты интенсивно используют клапаны, в том числе многие клапаны для тяжелых условий эксплуатации.Хотя фонтаны нефти, извергающиеся на сотни футов в воздух, уже вряд ли возникнут, изображение иллюстрирует потенциальное давление подземной нефти и газа.Вот почему оголовки колодцев или рождественские елки размещают наверху длинной колонны труб колодца.Эти узлы с комбинацией клапанов и специальных фитингов рассчитаны на давление до 10 000 фунтов на квадратный дюйм.Хотя в наши дни редко можно встретить скважины, вырытые на суше, экстремально высокое давление часто встречается в глубоких морских скважинах.
Конструкция устьевого оборудования соответствует спецификациям API, таким как 6A, Спецификация для устьевого оборудования и оборудования для рождественской елки.Клапаны, описываемые в 6A, рассчитаны на чрезвычайно высокое давление, но умеренные температуры.Большинство рождественских елок содержат задвижки и специальные шаровые клапаны, называемые дросселями.Дроссели используются для регулирования потока из скважины.
В дополнение к самим устьям скважин на нефтяном или газовом месторождении находится множество вспомогательных сооружений.Технологическое оборудование для предварительной обработки нефти или газа требует наличия нескольких клапанов.Эти клапаны обычно изготавливаются из углеродистой стали, рассчитанной на более низкие классы.
Иногда в потоке сырой нефти присутствует высококоррозионная жидкость — сероводород.Этот материал, также называемый кислым газом, может быть смертельным.Чтобы решить проблемы, связанные с высокосернистым газом, необходимо использовать специальные материалы или методы обработки материалов в соответствии с международной спецификацией NACE MR0175.
ОФШОРНАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ
Трубопроводные системы для морских нефтяных вышек и производственных объектов содержат множество клапанов, изготовленных в соответствии с различными спецификациями, для решения широкого круга задач управления потоком.Эти объекты также содержат различные контуры системы управления и устройства сброса давления.
Для объектов нефтедобычи артериальным сердцем является фактическая система трубопроводов для добычи нефти или газа.Хотя не всегда на самой платформе, во многих производственных системах используются рождественские елки и системы трубопроводов, которые работают на неблагоприятных глубинах 10 000 футов и более.Это производственное оборудование построено в соответствии со многими строгими стандартами Американского института нефти (API) и упоминается в нескольких рекомендуемых методах API (RP).
На большинстве крупных нефтяных платформ к сырой жидкости, поступающей из устья скважины, применяются дополнительные процессы.К ним относятся отделение воды от углеводородов и отделение газа и сжиженного природного газа от потока жидкости.Эти системы трубопроводов после рождественской елки обычно строятся в соответствии с кодами трубопроводов B31.3 Американского общества инженеров-механиков с клапанами, разработанными в соответствии со спецификациями API для клапанов, такими как API 594, API 600, API 602, API 608 и API 609.
Некоторые из этих систем могут также содержать задвижки, шаровые и обратные клапаны API 6D.Поскольку любые трубопроводы на платформе или буровом судне являются внутренними по отношению к объекту, строгие требования по использованию клапанов API 6D для трубопроводов не применяются.Хотя в этих трубопроводных системах используется несколько типов клапанов, предпочтительным типом клапана является шаровой кран.
ТРУБОПРОВОДЫ
Хотя большинство трубопроводов скрыты от глаз, их присутствие обычно очевидно.Небольшие таблички с надписью «нефтепровод» являются очевидным индикатором наличия подземных транспортных трубопроводов.Эти трубопроводы оснащены множеством важных клапанов по всей их длине.Аварийная запорная арматура трубопровода устанавливается с интервалами, установленными стандартами, нормами и законами.Эти клапаны выполняют жизненно важную функцию изоляции участка трубопровода в случае утечки или при необходимости технического обслуживания.
Вдоль трассы трубопровода также разбросаны объекты, где линия выходит из-под земли и имеется доступ к линии.На этих станциях находится оборудование для запуска «скребков», состоящее из устройств, вставленных в трубопроводы либо для осмотра, либо для очистки линии.Эти станции запуска скребков обычно содержат несколько клапанов, шиберных или шаровых.Все клапаны в трубопроводной системе должны быть полнопроходными (полностью открывающимися), чтобы обеспечить проход скребков.
Трубопроводам также нужна энергия для борьбы с трением в трубопроводе и поддержания давления и потока в трубопроводе.Используются компрессорные или насосные станции, которые выглядят как уменьшенные версии технологического завода без высоких крекинг-башен.На этих станциях установлены десятки задвижек, шаровых и обратных трубопроводных клапанов.
Сами трубопроводы спроектированы в соответствии с различными стандартами и нормами, а трубопроводная арматура соответствует трубопроводной арматуре API 6D.
Есть также более мелкие трубопроводы, которые подводятся к домам и коммерческим строениям.Эти линии обеспечивают водой и газом и охраняются запорной арматурой.
Крупные муниципалитеты, особенно в северной части Соединенных Штатов, поставляют пар для отопления коммерческих потребителей.Эти линии подачи пара оснащены различными клапанами для контроля и регулирования подачи пара.Хотя текучей средой является пар, давление и температура ниже, чем при производстве пара на электростанциях.В этой службе используются различные типы клапанов, хотя старый пробковый клапан по-прежнему популярен.
НПЗ И НЕФТЕХИМИЯ
На клапаны нефтеперерабатывающих заводов приходится больше промышленных клапанов, чем на любой другой сегмент клапанов.Нефтеперерабатывающие заводы являются домом как для агрессивных жидкостей, так и в некоторых случаях для высоких температур.
Эти факторы определяют, как изготавливаются клапаны в соответствии со спецификациями конструкции клапанов API, такими как API 600 (задвижки), API 608 (шаровые краны) и API 594 (обратные клапаны).Из-за тяжелых условий эксплуатации, с которыми сталкиваются многие из этих клапанов, часто требуется дополнительный припуск на коррозию.Этот допуск проявляется в большей толщине стенки, указанной в проектной документации API.
Практически все основные типы клапанов можно найти в изобилии на типичном крупном нефтеперерабатывающем заводе.Вездесущие задвижки по-прежнему являются королем горы с наибольшим числом потребителей, но четвертьоборотные задвижки занимают все большую долю рынка.Четвертьоборотные изделия, успешно завоевавшие популярность в этой отрасли (где также когда-то доминировали линейные изделия), включают высокоэффективные дисковые затворы с тройным эксцентриситетом и шаровые краны с металлическим седлом.
Стандартные запорные, шаровые и обратные клапаны все еще встречаются в массовом порядке, и из-за добротности их конструкции и экономичности производства они не исчезнут в ближайшее время.
Номинальные значения давления для клапанов нефтеперерабатывающих заводов варьируются от класса 150 до класса 1500, причем класс 300 является наиболее популярным.
Простые углеродистые стали, такие как марки WCB (литые) и A-105 (кованые), являются наиболее популярными материалами, указанными и используемыми в клапанах для нефтеперерабатывающих заводов.Многие процессы рафинирования расширяют верхний температурный предел для простых углеродистых сталей, и для этих применений предназначены высокотемпературные сплавы.Наиболее популярными из них являются хромо-молибденовые стали, такие как 1-1/4% Cr, 2-1/4% Cr, 5% Cr и 9% Cr.Нержавеющие стали и сплавы с высоким содержанием никеля также используются в некоторых особенно жестких процессах очистки.
Время публикации: 10 июля 2020 г.