Gdje se koriste ventili: Svugdje!

Ventili se danas mogu naći gotovo svugdje: u našim domovima, ispod ulice, u poslovnim zgradama i na hiljadama mjesta unutar elektrana i vodovoda, tvornica papira, rafinerija, hemijskih postrojenja i drugih industrijskih i infrastrukturnih objekata.

Industrija ventila je zaista širokog spektra, sa segmentima koji variraju od distribucije vode do nuklearne energije, nafte i plina, uzvodno i nizvodno. Svaka od ovih industrija krajnjih korisnika koristi neke osnovne tipove ventila; međutim, detalji konstrukcije i materijala često su vrlo različiti. Evo uzorka:

VODOVOD

U svijetu distribucije vode, pritisci su gotovo uvijek relativno niski, a temperature sobne. Ove dvije činjenice primjene omogućavaju niz elemenata dizajna ventila koji se ne bi našli na zahtjevnijoj opremi, kao što su visokotemperaturni parni ventili. Okolna temperatura vodovoda omogućava upotrebu elastomera i gumenih zaptivki koje nisu prikladne nigdje drugdje. Ovi mekani materijali omogućavaju da ventili za vodu budu opremljeni tako da čvrsto zatvaraju kapanje.

Još jedno razmatranje kod ventila za vodovod je izbor materijala za izradu. Liveno i nodularno željezo se široko koriste u vodovodnim sistemima, posebno u vodovima velikog vanjskog promjera. Vrlo mali vodovi se mogu prilično dobro nositi s bronzanim materijalima za ventile.

Pritisci koje većina ventila vodovodnih sistema podnosi obično su znatno ispod 200 psi. To znači da nisu potrebne konstrukcije s debljim zidovima za viši pritisak. Uz to rečeno, postoje slučajevi kada su ventili za vodu izgrađeni da podnose veće pritiske, do oko 300 psi. Ove primjene se obično nalaze na dugim akvaduktima blizu izvora pritiska. Ponekad se ventili za vodu višeg pritiska nalaze i na tačkama najvišeg pritiska u visokim branama.

Američko udruženje vodovodnih preduzeća (AWWA) izdalo je specifikacije koje pokrivaju mnoge različite vrste ventila i aktuatora koji se koriste u vodovodnim sistemima.

OTPADNE VODE

Druga strana svježe pitke vode koja ulazi u objekt ili građevinu je izlaz otpadnih voda ili kanalizacije. Ove cijevi prikupljaju sve otpadne tekućine i čvrste tvari i usmjeravaju ih u postrojenje za prečišćavanje otpadnih voda. Ova postrojenja za prečišćavanje imaju mnogo niskotlačnih cijevi i ventila za obavljanje svog "prljavog posla". Zahtjevi za ventile za otpadne vode u mnogim slučajevima su mnogo blaži od zahtjeva za uslugu čiste vode. Željezni zatvarači i nepovratni ventili su najpopularniji izbor za ovu vrstu usluge. Standardni ventili u ovoj usluzi izgrađeni su u skladu sa specifikacijama AWWA.

ELEKTROINDUSTRIJA

Većina električne energije proizvedene u Sjedinjenim Američkim Državama proizvodi se u parnim elektranama koje koriste fosilna goriva i turbine velike brzine. Skidanjem poklopca moderne elektrane dobija se pogled na cjevovodne sisteme visokog pritiska i visoke temperature. Ovi glavni vodovi su najvažniji u procesu proizvodnje parne energije.

Zaporni ventili ostaju glavni izbor za primjene u uključivanju/isključivanju elektrana, iako se mogu naći i kuglasti ventili posebne namjene, u obliku slova Y. Visokoučinkoviti kuglasti ventili za kritične servise dobivaju na popularnosti kod nekih projektanata elektrana i probijaju se u ovaj svijet u kojem su nekada dominirali linearni ventili.

Metalurgija je ključna za ventile u energetskim primjenama, posebno one koji rade u superkritičnim ili ultra-superkritičnim radnim rasponima pritiska i temperature. F91, F92, C12A, zajedno s nekoliko legura Inconel i nehrđajućeg čelika, često se koriste u današnjim elektranama. Klase pritiska uključuju 1500, 2500, a u nekim slučajevima i 4500. Modulirajuća priroda elektrana s vršnom snagom (one koje rade samo po potrebi) također stavlja ogroman pritisak na ventile i cijevi, zahtijevajući robusne dizajne za rukovanje ekstremnom kombinacijom ciklusa, temperature i pritiska.

Pored glavnih parnih ventila, elektrane su opterećene pomoćnim cjevovodima, s mnoštvom zapornih, kuglastih, nepovratnih, leptirastih i ventila.

Nuklearne elektrane rade na istom principu pare/brze turbine. Osnovna razlika je u tome što se u nuklearnoj elektrani para stvara toplinom iz procesa fisije. Ventili nuklearnih elektrana slični su svojim rođacima na fosilna goriva, osim svog porijekla i dodatnog zahtjeva za apsolutnom pouzdanošću. Nuklearni ventili proizvode se po izuzetno visokim standardima, a dokumentacija o kvalifikaciji i inspekciji ispunjava stotine stranica.

PROIZVODNJA NAFTE I PLINA

Naftni i plinski bunari i proizvodna postrojenja uveliko koriste ventile, uključujući mnoge teške ventile. Iako više nije vjerovatno da će se pojaviti mlazovi nafte koji izbacuju stotine metara u zrak, slika ilustruje potencijalni pritisak podzemne nafte i plina. Zbog toga se glave bunara ili "božićna drvca" postavljaju na vrh dugog niza cijevi bunara. Ovi sklopovi, sa svojom kombinacijom ventila i posebnih spojnica, dizajnirani su da podnose pritiske veće od 10.000 psi. Iako se danas rijetko nalaze na bunarima iskopanim na kopnu, ekstremno visoki pritisci se često nalaze na dubokim priobalnim bunarima.

Dizajn opreme za ušće bušotine obuhvaćen je API specifikacijama kao što je 6A, Specifikacija za ušće bušotine i opremu za božićna drvca. Ventili obuhvaćeni u 6A dizajnirani su za izuzetno visoke pritiske, ali umjerene temperature. Većina božićnih drvca sadrži zasunske ventile i posebne kuglaste ventile koji se nazivaju prigušnice. Prigušnice se koriste za regulaciju protoka iz bušotine.

Pored samih bušotina, naftna ili plinska polja imaju i mnoga pomoćna postrojenja. Procesna oprema za prethodnu obradu nafte ili plina zahtijeva određeni broj ventila. Ovi ventili su obično od ugljičnog čelika, klase nižih klasa.

Povremeno se u sirovom naftnom toku nalazi visoko korozivna tekućina - vodonik sulfid. Ovaj materijal, koji se naziva i kiseli plin, može biti smrtonosan. Da bi se prevladali izazovi kiselog plina, moraju se slijediti posebni materijali ili tehnike obrade materijala u skladu s NACE međunarodnom specifikacijom MR0175.

OFFSHORE INDUSTRIJA

Cjevovodni sistemi za naftne platforme i proizvodna postrojenja na moru sadrže mnoštvo ventila izgrađenih prema različitim specifikacijama kako bi se nosili sa širokim spektrom izazova kontrole protoka. Ova postrojenja također sadrže različite petlje kontrolnog sistema i uređaje za smanjenje pritiska.

Za postrojenja za proizvodnju nafte, arterijsko srce je stvarni sistem cjevovoda za iskorištavanje nafte ili plina. Iako nisu uvijek na samoj platformi, mnogi proizvodni sistemi koriste "božićna drvca" i sisteme cjevovoda koji rade na negostoljubivim dubinama od 3.000 metara ili više. Ova proizvodna oprema je izgrađena prema mnogim strogim standardima Američkog naftnog instituta (API) i navedena je u nekoliko preporučenih praksi (RP) API-ja.

Na većini velikih naftnih platformi, dodatni procesi se primjenjuju na sirovu tekućinu koja dolazi iz ušća bušotine. To uključuje odvajanje vode od ugljikovodika i odvajanje plina i tečnosti prirodnog plina od toka tekućine. Ovi cjevovodni sistemi nakon božićnog drvca uglavnom se grade prema cjevovodnim propisima Američkog društva strojarskih inženjera B31.3, a ventili su dizajnirani u skladu sa API specifikacijama ventila kao što su API 594, API 600, API 602, API 608 i API 609.

Neki od ovih sistema mogu sadržavati i API 6D zaporne, kuglaste i nepovratne ventile. Budući da se svi cjevovodi na platformi ili brodu za bušenje nalaze unutar postrojenja, strogi zahtjevi za korištenje API 6D ventila za cjevovode se ne primjenjuju. Iako se u ovim cjevovodnim sistemima koristi više vrsta ventila, tip ventila po izboru je kuglasti ventil.

CJEVOVODOVI

Iako je većina cjevovoda skrivena od pogleda, njihovo prisustvo je obično očigledno. Mali znakovi s natpisom "naftovod" su jedan očigledan pokazatelj prisustva podzemnih transportnih cjevovoda. Ovi cjevovodi su opremljeni mnogim važnim ventilima duž cijele svoje dužine. Ventili za zatvaranje cjevovoda u slučaju nužde nalaze se u intervalima određenim standardima, propisima i zakonima. Ovi ventili služe vitalnoj funkciji izoliranja dijela cjevovoda u slučaju curenja ili kada je potrebno održavanje.

Također, duž trase cjevovoda nalaze se objekti gdje cjevovod izlazi iz zemlje i gdje je omogućen pristup cjevovodu. Ove stanice su dom za opremu za lansiranje "svinjskih" uređaja, koja se sastoji od uređaja umetnutih u cjevovode bilo radi inspekcije ili čišćenja cjevovoda. Ove stanice za lansiranje "svinjskih" uređaja obično sadrže nekoliko ventila, bilo zapornih ili kuglastih. Svi ventili na cjevovodnom sistemu moraju biti potpuno otvoreni kako bi omogućili prolaz svinja.

Cjevovodima je također potrebna energija za borbu protiv trenja u cjevovodu i održavanje pritiska i protoka u liniji. Koriste se kompresorske ili crpne stanice koje izgledaju kao male verzije procesnog postrojenja bez visokih tornjeva za krekiranje. Ove stanice su dom desetina zapornih, kuglastih i nepovratnih ventila cjevovoda.

Sami cjevovodi su projektovani u skladu s različitim standardima i propisima, dok ventili za cjevovode slijede API 6D standard za ventile za cjevovode.

Postoje i manji cjevovodi koji se dovode u kuće i poslovne objekte. Ovi vodovi osiguravaju vodu i plin i zaštićeni su zapornim ventilima.

Velike općine, posebno u sjevernom dijelu Sjedinjenih Američkih Država, osiguravaju paru za potrebe grijanja komercijalnih kupaca. Ovi vodovi za dovod pare opremljeni su raznim ventilima za kontrolu i regulaciju dovoda pare. Iako je fluid para, pritisci i temperature su niži od onih koji se nalaze u proizvodnji pare u elektranama. U ovoj usluzi se koristi niz tipova ventila, iako je poznati čepni ventil i dalje popularan izbor.

RAFINERIJA I PETROHEMIJA

Rafinerijski ventili čine veću upotrebu industrijskih ventila nego bilo koji drugi segment ventila. Rafinerije su dom i korozivnim tekućinama, a u nekim slučajevima i visokim temperaturama.

Ovi faktori diktiraju kako se ventili grade u skladu sa API specifikacijama dizajna ventila kao što su API 600 (zasunski ventili), API 608 (kuglasti ventili) i API 594 (nepovratni ventili). Zbog teških uslova rada s kojima se suočavaju mnogi od ovih ventila, često je potreban dodatni dodatak za koroziju. Ovaj dodatak se manifestuje kroz veće debljine stijenki koje su navedene u API dokumentima za dizajn.

Gotovo svaki glavni tip ventila može se naći u izobilju u tipičnoj velikoj rafineriji. Sveprisutni zasunski ventil je i dalje kralj brda s najvećom populacijom, ali četvrtinski ventili zauzimaju sve veći dio njihovog tržišnog udjela. Četvrtinski ventili koji uspješno prodiru u ovu industriju (kojom su nekada dominirali i linearni proizvodi) uključuju visokoučinkovite trostruko pomaknute leptir ventile i kuglaste ventile s metalnim sjedištem.

Standardni zasuni, kuglasti i nepovratni ventili se i dalje nalaze u velikom broju i zbog srdačnosti svog dizajna i ekonomičnosti proizvodnje, neće uskoro nestati.

Nazivni pritisci za rafinerijske ventile kreću se od klase 150 do klase 1500, pri čemu je klasa 300 najpopularnija.

Obični ugljični čelici, kao što su klase WCB (liveno) i A-105 (kovano), najpopularniji su materijali specificirani i korišteni u ventilima za rafinerijske usluge. Mnoge primjene u procesima rafiniranja pomiču gornje temperaturne granice običnih ugljičnih čelika, a za ove primjene su specificirane legure za više temperature. Najpopularniji od njih su hrom/molibden čelici kao što su 1-1/4% Cr, 2-1/4% Cr, 5% Cr i 9% Cr. Nehrđajući čelici i legure s visokim udjelom nikla također se koriste u nekim posebno teškim procesima rafiniranja.