Клапандар қайда қолданылады: барлық жерде!

2017 жылғы 8 қараша Авторы: Грег Джонсон

Клапандарды бүгінде кез келген жерден табуға болады: үйлерімізде, көше астында, коммерциялық ғимараттарда және электр және су станцияларының, қағаз фабрикаларының, мұнай өңдеу зауыттарының, химиялық зауыттардың және басқа да өнеркәсіптік және инфрақұрылымдық нысандардың мыңдаған жерлерінде.
Клапан өнеркәсібі шынымен де кең ауқымды, суды бөлуден бастап ядролық энергетикаға, мұнай мен газдың жоғарғы және төменгі ағысына дейін әртүрлі сегменттерді қамтиды. Осы соңғы пайдаланушы салаларының әрқайсысы клапандардың кейбір негізгі түрлерін пайдаланады; дегенмен, конструкциясы мен материалдарының егжей-тегжейлері көбінесе өте әртүрлі. Міне, үлгі:

СУ ҚҰРЫЛЫМДАРЫ
Суды тарату әлемінде қысым әрдайым салыстырмалы түрде төмен және қоршаған орта температурасы жоғары. Қолданудың осы екі фактісі жоғары температуралы бу клапандары сияқты күрделі жабдықтарда кездеспейтін бірқатар клапан конструкциясының элементтерін пайдалануға мүмкіндік береді. Сумен жабдықтаудың қоршаған орта температурасы басқа жерде қолдануға жарамсыз эластомерлер мен резеңке тығыздағыштарды пайдалануға мүмкіндік береді. Бұл жұмсақ материалдар су клапандарын тамшыларды тығыз жабу үшін жабдықтауға мүмкіндік береді.

Сумен жабдықтау клапандарын пайдаланудағы тағы бір ескеретін жайт - құрылыс материалдарын таңдау. Шойын және иілгіш шойындар су жүйелерінде, әсіресе үлкен сыртқы диаметрлі құбырларда кеңінен қолданылады. Өте кішкентай құбырларды қола клапан материалдарымен жақсы өңдеуге болады.

Көптеген су құбырлары клапандары көретін қысым әдетте 200 psi-ден әлдеқайда төмен болады. Бұл қалың қабырғалы жоғары қысымды конструкциялардың қажет емес екенін білдіреді. Дегенмен, су клапандары шамамен 300 psi-ге дейінгі жоғары қысымды көтеру үшін жасалған жағдайлар бар. Бұл қолданыстар әдетте қысым көзіне жақын ұзын акведуктарда қолданылады. Кейде жоғары қысымды су клапандары биік бөгеттің ең жоғары қысым нүктелерінде де кездеседі.

Америкалық су жұмыстары қауымдастығы (AWWA) су шаруашылығы қолданбаларында қолданылатын көптеген әртүрлі клапандар мен жетектерге қатысты техникалық сипаттамаларды шығарды.

Ағынды сулар
Нысанға немесе құрылымға келетін тұщы ауыз судың екінші жағы - ағынды сулардың немесе кәріздің шығысы. Бұл желілер барлық қалдық сұйықтықтар мен қатты заттарды жинап, оларды ағынды суларды тазарту қондырғысына бағыттайды. Бұл тазарту қондырғыларында «лас жұмыстарды» орындау үшін көптеген төмен қысымды құбырлар мен клапандар бар. Ағынды су клапандарына қойылатын талаптар көп жағдайда таза сумен жабдықтау талаптарына қарағанда әлдеқайда жұмсақ. Темір қақпа мен кері клапандар осы қызмет түрі үшін ең танымал таңдау болып табылады. Бұл қызметтегі стандартты клапандар AWWA сипаттамаларына сәйкес жасалған.

ЭНЕРГЕТИКА ӨНЕРКӘСІБІ
Америка Құрама Штаттарында өндірілетін электр энергиясының көп бөлігі қазба отынымен және жоғары жылдамдықты турбиналармен жұмыс істейтін бу қондырғыларында өндіріледі. Заманауи электр станциясының қақпағын ашсаңыз, жоғары қысымды, жоғары температуралы құбыр жүйелерін көруге болады. Бұл негізгі желілер бу энергиясын өндіру процесіндегі ең маңызды болып табылады.

Қақпалы клапандар электр станцияларын қосу/өшіру қолданбалары үшін негізгі таңдау болып қала береді, дегенмен арнайы мақсаттағы Y-тәрізді шар тәрізді клапандар да кездеседі. Жоғары өнімді, маңызды қызмет көрсететін шарлы клапандар кейбір электр станцияларын жобалаушылар арасында танымал бола бастады және бұрын сызықтық клапандар басым болған әлемде кеңінен қолданылуда.

Металлургия энергетикалық қосымшалардағы, әсіресе қысым мен температураның аса маңызды немесе аса маңызды жұмыс диапазонында жұмыс істейтін клапандар үшін өте маңызды. F91, F92, C12A, сондай-ақ бірнеше Inconel және тот баспайтын болат қорытпалары қазіргі электр станцияларында жиі қолданылады. Қысым кластарына 1500, 2500 және кейбір жағдайларда 4500 кіреді. Ең жоғары электр станцияларының (тек қажет болған жағдайда жұмыс істейтіндер) модуляциялық сипаты клапандар мен құбырларға үлкен жүктеме түсіреді, бұл циклдің, температураның және қысымның экстремалды үйлесімін көтеру үшін берік конструкцияларды қажет етеді.
Негізгі бу клапандарынан басқа, электр станциялары көптеген қақпақты, шар тәрізді, тексеру клапандары, көбелек клапандары және шар тәрізді клапандармен толтырылған қосалқы құбырлармен жабдықталған.

Атом электр станциялары бірдей бу/жоғары жылдамдықты турбина принципі бойынша жұмыс істейді. Негізгі айырмашылығы - атом электр станциясында бу бөліну процесінен жылу арқылы пайда болады. Атом электр станциясының клапандары тек шығу тегін және абсолютті сенімділік талабын қоспағанда, қазба отынымен жұмыс істейтін туыстарына ұқсас. Ядролық клапандар өте жоғары стандарттарға сәйкес жасалады, біліктілік және тексеру құжаттамасы жүздеген бетті құрайды.

МҰНАЙ ЖӘНЕ ГАЗ ӨНДІРУ
Мұнай және газ ұңғымалары мен өндірістік нысандар клапандарды, соның ішінде көптеген ауыр клапандарды жиі пайдаланады. Ауаға жүздеген фут биіктікке мұнай атқылауы енді мүмкін болмаса да, сурет жер асты мұнайы мен газының ықтимал қысымын көрсетеді. Міне, сондықтан ұңғымалардың басы немесе шыршалар ұңғыманың ұзын құбырлар тізбегінің жоғарғы жағына орналастырылады. Бұл жинақтар, клапандар мен арнайы арматуралардың үйлесімімен, 10 000 psi-ден жоғары қысымды көтеруге арналған. Қазіргі уақытта құрлықта қазылған ұңғымаларда сирек кездесетінімен, өте жоғары қысымдар көбінесе теңіздегі терең ұңғымаларда кездеседі.

Ұңғыма сағасы жабдықтарын жобалау 6A, Ұңғыма сағасы мен шырша жабдықтарына арналған сипаттама сияқты API сипаттамаларымен қамтылған. 6A-да қамтылған клапандар өте жоғары қысымға, бірақ орташа температураға арналған. Көптеген шыршаларда қақпа клапандары және дроссельдер деп аталатын арнайы шар клапандары бар. Дроссельдер ұңғымадан ағынды реттеу үшін қолданылады.

Ұңғымалардың өздерінен басқа, көптеген қосалқы нысандар мұнай немесе газ кен орнында орналасқан. Мұнайды немесе газды алдын ала өңдеуге арналған технологиялық жабдық бірқатар клапандарды қажет етеді. Бұл клапандар әдетте төменгі кластарға арналған көміртекті болаттан жасалған.

Кейде шикі мұнай ағынында жоғары коррозиялық сұйықтық - күкіртті сутек - болады. Қышқыл газ деп те аталатын бұл материал өлімге әкелуі мүмкін. Қышқыл газдың қиындықтарын жеңу үшін NACE International MR0175 спецификациясына сәйкес арнайы материалдарды немесе материалдарды өңдеу әдістерін қолдану қажет.

ОФШОР ӨНЕРКӘСІБІ
Теңіз мұнай қондырғылары мен өндірістік нысандарға арналған құбыр жүйелері ағынды басқарудың кең ауқымды мәселелерін шешу үшін көптеген әртүрлі сипаттамаларға сәйкес жасалған көптеген клапандарды қамтиды. Бұл нысандарда сонымен қатар әртүрлі басқару жүйесінің ілмектері мен қысымды төмендету құрылғылары бар.

Мұнай өндіру нысандары үшін артериялық жүрек - мұнай немесе газды қалпына келтіру құбыр жүйесі. Әрқашан платформаның өзінде болмаса да, көптеген өндіріс жүйелері 10 000 фут немесе одан да көп тереңдікте жұмыс істейтін шыршалар мен құбыр жүйелерін пайдаланады. Бұл өндірістік жабдық көптеген қатаң Америка мұнай институтының (API) стандарттарына сәйкес жасалған және бірнеше API ұсынған тәжірибелерінде (RP) сілтеме жасалған.

Көптеген ірі мұнай платформаларында ұңғыма сағасынан келетін шикі сұйықтыққа қосымша процестер қолданылады. Оларға суды көмірсутектерден бөлу және газ бен табиғи газ сұйықтықтарын сұйықтық ағынынан бөлу кіреді. Бұл Рождество шыршасынан кейінгі құбыр жүйелері, әдетте, Америкалық механикалық инженерлер қоғамының B31.3 құбыр кодекстеріне сәйкес жасалған, клапандары API 594, API 600, API 602, API 608 және API 609 сияқты API клапандарының сипаттамаларына сәйкес жасалған.

Бұл жүйелердің кейбіреулері API 6D қақпақшалы, шарлы және кері клапандарды да қамтуы мүмкін. Платформадағы немесе бұрғылау кемесіндегі кез келген құбырлар нысанның ішінде орналасқандықтан, құбырлар үшін API 6D клапандарын пайдалануға қойылатын қатаң талаптар қолданылмайды. Бұл құбыр жүйелерінде бірнеше клапан түрлері қолданылғанымен, таңдаулы клапан түрі - шарлы клапан.

ҚҰБЫРЛАР
Көптеген құбырлар көрінбейтін жерде орналасқанымен, олардың болуы әдетте айқын көрінеді. «Мұнай құбыры» деген кішкентай белгілер жер асты тасымалдау құбырларының болуының бір айқын көрсеткіші болып табылады. Бұл құбырлар ұзындығы бойынша көптеген маңызды клапандармен жабдықталған. Құбырды апаттық жабу клапандары стандарттарда, кодекстерде және заңдарда көрсетілген аралықпен орналасқан. Бұл клапандар ағып кету жағдайында немесе техникалық қызмет көрсету қажет болған кезде құбырдың бір бөлігін оқшаулаудың маңызды қызметін атқарады.

Сондай-ақ, құбыр желісінің бойымен құбыр жерден шығатын және құбырға кіруге болатын нысандар шашыраңқы орналасқан. Бұл станциялар құбырларға құбырды тексеру немесе тазалау үшін енгізілетін құрылғылардан тұратын «шошқа» іске қосу жабдықтарының орны болып табылады. Бұл шошқа іске қосу станцияларында әдетте бірнеше клапандар, қақпа немесе шар тәрізді клапандар болады. Құбыр жүйесіндегі барлық клапандар шошқалардың өтуіне мүмкіндік беру үшін толық портты (толық ашылатын) болуы керек.

Құбырларға құбырдың үйкелісімен күресу және құбырдың қысымы мен ағынын ұстап тұру үшін энергия қажет. Биік жарықшақ мұнаралары жоқ технологиялық қондырғының шағын нұсқаларына ұқсайтын компрессорлық немесе сорғы станциялары қолданылады. Бұл станцияларда ондаған қақпақты, шарлы және кері құбыр клапандары орналасқан.
Құбырлардың өздері әртүрлі стандарттар мен кодтарға сәйкес жасалған, ал құбыр клапандары API 6D құбыр клапандарына сәйкес келеді.
Сондай-ақ, үйлер мен коммерциялық ғимараттарға құятын кішігірім құбырлар бар. Бұл желілер су мен газбен қамтамасыз етеді және жабық клапандармен қорғалады.
Ірі муниципалитеттер, әсіресе Америка Құрама Штаттарының солтүстік бөлігінде, коммерциялық тұтынушылардың жылыту қажеттіліктерін бумен қамтамасыз етеді. Бұл бумен жабдықтау желілері бумен жабдықтауды басқару және реттеу үшін әртүрлі клапандармен жабдықталған. Сұйықтық бу болғанымен, қысым мен температура электр станцияларының бу өндіруіндегіге қарағанда төмен. Бұл қызметте әртүрлі клапан түрлері қолданылады, дегенмен танымал тығын клапаны әлі де танымал таңдау болып табылады.

МҰНАЙ ӨҢДЕУ ЗАУЫТЫ ЖӘНЕ МҰНАЙ-ХИМИЯ
Мұнай өңдеу зауыттарының клапандары басқа клапан сегменттеріне қарағанда өнеркәсіптік клапандарды көбірек пайдаланады. Мұнай өңдеу зауыттарында коррозиялық сұйықтықтар да, кейбір жағдайларда жоғары температура да болады.
Бұл факторлар API 600 (қақпа клапандары), API 608 (шар клапандары) және API 594 (кері клапандар) сияқты API клапандарының жобалау сипаттамаларына сәйкес клапандардың қалай жасалатынын анықтайды. Осы клапандардың көпшілігінде кездесетін қатал қызметке байланысты қосымша коррозияға рұқсат етіледі. Бұл рұқсат API жобалау құжаттарында көрсетілген қабырға қалыңдығының артуымен көрінеді.

Әдеттегі ірі мұнай өңдеу зауытында барлық негізгі клапан түрлерін мол табуға болады. Барлық жерде қолданылатын қақпақ клапаны әлі де ең көп халқы бар ең танымал клапан болып табылады, бірақ ширек айналымды клапандар нарықтағы үлесінің барған сайын артып келеді. Бұл салада (бұрын сызықтық өнімдер басым болған) табысты дамып келе жатқан ширек айналымды өнімдерге жоғары өнімді үштік офсеттік көбелек клапандары және металл орындықтары бар шар клапандар жатады.

Стандартты қақпа, шар және кері клапандар әлі де жаппай кездеседі, және олардың дизайнының қарапайымдылығы мен өндіріс үнемділігінің арқасында жақын арада жоғалып кетпейді.
Мұнай өңдеу зауытының клапандарының қысым көрсеткіштері 150-ден 1500-ге дейінгі класты қамтиды, ең танымалы 300-ші клас.
WCB (құйылған) және A-105 (соғылған) сияқты қарапайым көміртекті болаттар мұнай өңдеу зауыттарына қызмет көрсету үшін клапандарда көрсетілген және қолданылатын ең танымал материалдар болып табылады. Көптеген тазарту процестерінде қарапайым көміртекті болаттардың жоғарғы температура шегін арттырады, ал жоғары температуралы қорытпалар осы мақсаттар үшін көрсетілген. Олардың ішіндегі ең танымалдары - 1-1/4% Cr, 2-1/4% Cr, 5% Cr және 9% Cr сияқты хром/молибденді болаттар. Тот баспайтын болаттар мен жоғары никельді қорытпалар да кейбір ерекше қатаң тазарту процестерінде қолданылады.

ХИМИЯЛЫҚ
Химия өнеркәсібі барлық түрдегі және материалдардағы клапандарды үлкен пайдаланушы болып табылады. Шағын сериялық зауыттардан бастап Мексика шығанағы жағалауында орналасқан алып мұнай-химия кешендеріне дейін клапандар химиялық процестер құбырларының маңызды бөлігі болып табылады.

Химиялық процестердегі қолданыстардың көпшілігінде қысым көптеген тазарту процестері мен электр энергиясын өндіруге қарағанда төмен. Химиялық зауыт клапандары мен құбырлары үшін ең танымал қысым кластары - 150 және 300 кластар. Химиялық зауыттар соңғы 40 жылда шар клапандарының сызықтық клапандардан тартып алған нарық үлесін иемденуінің ең үлкен қозғаушы күші болды. Нөлдік ағып кетусіз жабылуы бар серпімді шар клапаны көптеген химиялық зауыттарда қолдануға өте ыңғайлы. Шар клапанының ықшам өлшемі де танымал ерекшелік болып табылады.
Кейбір химиялық зауыттар мен зауыттық процестерде сызықтық клапандарға артықшылық беріледі. Мұндай жағдайларда, жұқа қабырғалары мен жеңіл салмағы бар танымал API 603-жобаланған клапандар әдетте таңдаулы қақпа немесе шар клапаны болып табылады. Кейбір химиялық заттарды басқару диафрагма немесе қысқыш клапандармен де тиімді түрде жүзеге асырылады.
Көптеген химиялық заттардың коррозиялық сипаты мен химиялық өндіріс процестеріне байланысты материалды таңдау өте маңызды. Шын мәніндегі материал - аустениттік тот баспайтын болаттың 316/316L маркасы. Бұл материал кейде жағымсыз сұйықтықтардың әсерінен болатын коррозиямен жақсы күреседі.

Кейбір қатаң коррозиялық қолданулар үшін көбірек қорғаныс қажет. Мұндай жағдайларда көбінесе аустениттік тот баспайтын болаттың басқа да жоғары өнімділіктегі түрлері, мысалы, 317, 347 және 321 таңдалады. Химиялық сұйықтықтарды бақылау үшін кейде қолданылатын басқа қорытпаларға Monel, Alloy 20, Inconel және 17-4 PH жатады.

Сұйытылған табиғи газ бен газды бөлу
Сұйық табиғи газ (СТГ) да, газды бөлу үшін қажетті процестер де кең ауқымды құбырларға негізделген. Бұл қолданбалар өте төмен криогендік температурада жұмыс істей алатын клапандарды қажет етеді. Америка Құрама Штаттарында тез дамып келе жатқан СТГ өнеркәсібі газды сұйылту процесін үнемі жаңартып, жетілдіруге тырысуда. Осы мақсатта құбырлар мен клапандар әлдеқайда үлкейіп, қысымға қойылатын талаптар артты.

Бұл жағдай клапан өндірушілерінен қатаң параметрлерге сәйкес келетін конструкцияларды әзірлеуді талап етті. Ширек айналымды шарлы және көбелек клапандар сұйытылған табиғи газбен (СТГ) қызмет көрсету үшін танымал, ең танымал материал 316ss [тот баспайтын болат]. ANSI 600 класы көптеген СГГ қолданбалары үшін әдеттегі қысым шегі болып табылады. Ширек айналымды өнімдер ең танымал клапан түрлері болғанымен, зауыттарда қақпа, шар және кері клапандарды да кездестіруге болады.

Газды бөлу қызметі газды оның жеке негізгі элементтеріне бөлуді қамтиды. Мысалы, ауаны бөлу әдістері азот, оттегі, гелий және басқа да микроэлементтер береді. Процестің өте төмен температуралық сипаты көптеген криогендік клапандар қажет екенін білдіреді.

СТГ және газ бөлу қондырғыларының екеуінде де осы криогендік жағдайларда жұмыс істеп тұруы тиіс төмен температуралы клапандар бар. Бұл клапанның тығыздау жүйесі газ немесе конденсациялық бағананы пайдалану арқылы төмен температуралы сұйықтықтан алыстатылуы керек дегенді білдіреді. Бұл газ бағанасы сұйықтықтың тығыздау аймағының айналасында мұз шарының пайда болуына жол бермейді, бұл клапан сабының айналуына немесе көтерілуіне жол бермейді.

КОММЕРЦИЯЛЫҚ ҒИМАРАТТАР
Бізді коммерциялық ғимараттар қоршап тұр, бірақ олардың салынуына мұқият назар аудармасақ, олардың кірпіш, шыны және металл қабырғаларында жасырынған көптеген сұйық артериялар туралы ештеңе білмейміз.

Іс жүзінде әрбір ғимаратта кездесетін ортақ бөлгіш - су. Бұл құрылымдардың барлығында сутегі/оттегі қосылысының ауыз су, ағынды су, ыстық су, сұйық су және өрттен қорғау сияқты көптеген комбинацияларын тасымалдайтын әртүрлі құбыр жүйелері бар.

Ғимараттардың аман қалуы тұрғысынан өрт сөндіру жүйелері ең маңызды болып табылады. Ғимараттардағы өрттен қорғау жүйесі дерлік барлық жерде таза сумен қамтамасыз етіледі және толтырылады. Өрт сөндіру су жүйелерінің тиімді жұмыс істеуі үшін олар сенімді болуы, жеткілікті қысымға ие болуы және құрылымның барлық жерінде ыңғайлы орналасуы керек. Бұл жүйелер өрт кезінде автоматты түрде қуат алуға арналған.
Биік ғимараттар жоғарғы қабаттарда төменгі қабаттардағыдай су қысымын қажет етеді, сондықтан суды жоғары көтеру үшін жоғары қысымды сорғылар мен құбырларды пайдалану қажет. Құбыр жүйелері әдетте ғимараттың биіктігіне байланысты 300 немесе 600 класты болады. Бұл қолданбаларда барлық клапан түрлері қолданылады; дегенмен, өрт сөндіру магистраліне қызмет көрсету үшін клапан конструкциялары Underwriters Laboratories немесе Factory Mutual компанияларымен бекітілуі керек.

Өрт сөндіру қызметінің клапандары үшін қолданылатын клапандардың бірдей кластары мен түрлері ауыз суды тарату үшін де қолданылады, дегенмен бекіту процесі соншалықты қатаң емес.
Кеңсе ғимараттары, қонақ үйлер және ауруханалар сияқты ірі бизнес құрылымдарында кездесетін коммерциялық ауа баптау жүйелері әдетте орталықтандырылған. Оларда суық немесе жоғары температураны тасымалдау үшін қолданылатын сұйықтықты салқындату немесе жылыту үшін үлкен салқындатқыш қондырғы немесе қазандық бар. Бұл жүйелер көбінесе R-134a, гидрофторкөміртегі немесе ірі жылыту жүйелері жағдайында бу сияқты салқындатқыштарды өңдеуі керек. Көбелек және шар клапандарының ықшам өлшемдеріне байланысты бұл түрлері HVAC салқындатқыш жүйелерінде танымал болды.

Бу жағынан кейбір ширек айналымды клапандар қолданысқа енді, дегенмен көптеген сантехниктер әлі де сызықтық қақпақшалы және шар тәрізді клапандарды пайдаланады, әсіресе құбырлар үшін түйіспесі бар дәнекерлеу қажет болса. Бұл орташа бу қолданулары үшін болат болаттың дәнекерленуіне байланысты шойынның орнын басты.

Кейбір жылыту жүйелерінде будың орнына ыстық су тасымалдағыш сұйықтық ретінде пайдаланылады. Бұл жүйелерге қола немесе темір клапандар жақсы қызмет етеді. Ширек айналымды серпімді орналасқан шарлы және көбелек клапандары өте танымал, дегенмен кейбір сызықтық конструкциялар әлі де қолданылады.

ҚОРЫТЫНДЫ
Осы мақалада айтылған клапандардың қолданылуының дәлелдерін Starbucks-қа немесе әжеңіздің үйіне сапар шеккенде көру мүмкін болмаса да, кейбір өте маңызды клапандар әрқашан жақын жерде болады. Тіпті көлік қозғалтқышында карбюратордағы және поршеньдерге бензин ағынын басқаратын және қайтадан шығатын жерлерге жету үшін қолданылатын клапандар бар. Егер бұл клапандар біздің күнделікті өмірімізге жеткілікті жақын болмаса, жүрегіміз төрт маңызды ағынды басқару құрылғысы арқылы үнемі соғатынын ескеріңіз.

Бұл клапандар шынымен де барлық жерде бар деген шындықтың тағы бір мысалы ғана. VM
Осы мақаланың II бөлімінде клапандар қолданылатын қосымша салалар қарастырылады. Целлюлоза және қағаз, теңіз қолданыстары, бөгеттер және су электр станциялары, күн энергиясы, темір және болат, аэроғарыш, геотермалдық және қолөнер сыра қайнату және айдау туралы оқу үшін www.valvemagazine.com сайтына өтіңіз.

Грег Джонсон - Хьюстондағы United Valve (www.unitedvalve.com) компаниясының президенті. Ол VALVE журналының редакторы, клапандарды жөндеу кеңесінің бұрынғы төрағасы және қазіргі VRC директорлар кеңесінің мүшесі. Ол сондай-ақ VMA Білім беру және оқыту комитетінде, VMA коммуникация комитетінің төрағасының орынбасары және Өндірушілерді стандарттау қоғамының бұрынғы президенті.