Korkean suorituskyvyn omaavat kaksoiseksentriset läppäventtiilit: Paloturvallisuuden ja vuotojen välttämisen suunnittelu vaativissa prosessilinjoissa

Johdanto

Nykyaikaisissa kemianteollisuudessa, öljyn- ja kaasunjalostuksessa sekä raskaissa teollisuusputkistoissa kompaktien ja kevyiden eristysventtiilien kysyntä on johtanut perustavanlaatuiseen muutokseen spesifikaatioissa. Sulkuventtiilit ja kuulaventtiilit ovat pitkään olleet oletusarvoinen valinta tiiviisiin sulkuihin, mutta niiden paino, vaipan koko ja käyttökustannukset suuremmilla halkaisijoilla aiheuttavat todellisia taloudellisia esteitä. Alan vastaus on ollutkorkean suorituskyvyn läppäventtiili.

Näiden joukossakaksinkertainen epäkeskinen läppäventtiili— jota kutsutaan myös kaksoisoffset-läppäventtiiliksi — on tullut suunnittelustandardiksi sovelluksissa, joissa käytetään korkeita paineita, äärimmäisiä lämpötiloja ja haihtuvia väliaineita. Vaarallisissa hiilivetyympäristöissä todennettavan paloturvallisen tiivistystekniikan integrointi ei ole valinnaista; se on vaatimustenmukaisuusvelvoite, jonka tarkoituksena on suojella henkilöstöä ja estää katastrofaaliset jalostamo-onnettomuudet.

1. Tuplasiirtymän geometria

Tavallisissa samankeskisissä läppäventtiileissä – joissa akseli kulkee suoraan läpän ja istukan keskiosan läpi – on jatkuvaa, suurta kitkaa aiheuttavaa kosketusta koko 90 asteen kierron ajan. Tämä johtaa istukan nopeaan kulumiseen, paikalliseen repeämiseen ja lisääntyneeseen käyttövääntömomenttiin.

Kaksoiseksentrinen läppäventtiili ratkaisee tämän kitkaongelman kahdella erillisellä geometrisella siirtymällä:

Ensimmäinen offsetAkseli on sijoitettu venttiilin istukan tiivistystason taakse. Tämä mahdollistaa läpän jatkuvan tiivistyksen koko 360°:n rajalla.

Toinen siirtymäAkseli on sivusuunnassa sivulle siirretty putkireiän keskiviivasta.

Camming-ilmiö

Yhdessä nämä kaksi siirtymää luovat niin sanotun nokkamaisen toiminnan. Kun venttiili alkaa avautua, läppä nousee irti tiivisteestä ensimmäisen 1–3 asteen kierroksen aikana. Noin 95 %:lla venttiilin liikeradasta läppä ja tiiviste eivät käytännössä kosketa toisiaan. Kitka minimoituu, käyttövääntömomentti pienenee ja pehmeiden elastomeeri- tai polymeeritiivisteiden – kuten PTFE:n ja RTFE:n – käyttöikä pidentyy merkittävästi.

Kenttätiedot osoittavat, että oikein huollettujen kaksoisepäkeskeisten läppäventtiilien käyttöikä kohtalaisen paineen sovelluksissa on usein 15–20 vuotta, ja jotkut mallit ylittävät miljoona käyttöjaksoa. Kitkan väheneminen tarkoittaa myös harvempia huoltovälejä – venttiilin istukan käyttöikä on tyypillisesti kolmesta viiteen kertaa pidempi kuin yksiepäkeskeisten mallien.

2. Paloturvallinen istuinrakenne

Öljy- ja kemianjalostamoissa putkistokomponenttien on säilytettävä tiiviytensä myös täysimittaisen laitospalon aikana. Todellisen paloturvallisuuden saavuttaminen edellyttää erittäin erikoistunutta kaksitiivisteistä kokoonpanoa.

Palosuojatussa istuinjärjestelyssä on kaksi peräkkäin toimivaa tiivistyselementtiä:

Normaali käyttö (pehmeä tiiviste vallitseva):

Normaaleissa käyttöolosuhteissa ensisijaisena tiivistyselementtinä toimii joustava PTFE-, RTFE- tai Devlon-tiiviste, joka kytkeytyy täysin läpän reunaan ja varmistaa kuplatiiviin sulkeutumisen API 598- tai ISO 5208 Rate A -standardien mukaisesti. Tässä tilassa venttiili saavuttaa vuotamattoman suorituskyvyn.

Paloaltistus (metallitiiviste kytkeytyy):

Kun ympäristön lämpötila ylittää noin 540 °C (1 000 °F) laitospalon aikana, ensisijainen pehmeä tiiviste pehmenee, hajoaa ja lopulta palaa pois. Tässä vaiheessa esikuormitettu toissijainen metallinen tiiviste – tyypillisesti Inconel 718- tai 625-teräksestä valmistettu – taipuu linjapaineen alaisena ja tiivistyy läpän reunaa vasten muodostaen metalli-metalli-esteen. Joissakin malleissa käytetään RPTFE-ensisijaista tiivistettä ja Inconel 625 -tukitiivistettä, joka on API 607 ​​6. painoksen mukainen.

Tämä toissijainen metalli-metalli-sulku varmistaa tiukkojen palotestausstandardien, kuten API 607:n ja ISO 10497:n (aiemmin BS 6755 osa 2), noudattamisen. API 607 ​​edellyttää, että venttiiliä avataan ja suljetaan palotestin aikana sen varmistamiseksi, että mekanismi pysyy toimintakykyisenä liekkien ympäröimänä. Testissä venttiili altistetaan 750–1 000 °C:n lämpötilalle 30 minuutiksi, ja sekä palolle että palon jälkeiselle jäähdytysvaiheelle on määritelty vuotorajat.

On syytä huomata, että paloturvallisuussertifiointi koskee venttiilin suunnittelua, ei yksittäisiä venttiilejä. Kun suunnittelu läpäisee API 607 ​​-testin, kaikki kyseisen suunnitteluperheen venttiilit sertifioidaan ilman yksittäisiä palotestejä.

3. Korkean suorituskyvyn ja vakiomallisten samankeskisten läppäventtiilien vertailu

Hankintapäälliköt, jotka arvioivat putkistojen suunnittelua, tuntevat joskus houkutusta valita edullisia samankeskisiä läppäventtiilejä. Korkeapaineiset ja vaativiin olosuhteisiin tarkoitetut putkistot vaativat kuitenkin tehokkaan läppäventtiilin mekaanista kestävyyttä.

API 641, joka julkaistiin ensimmäisen kerran vuonna 2016, säätelee neljänneskierrosventtiilien, mukaan lukien läppä-, pallo- ja tulppaventtiilien, hajapäästöjen testausta. Se määrää 610 mekaanista sykliä ja kolme lämpösykliä, joissa tehdään sekä dynaamisia että staattisia mittauksia.

4. Toimilaitteen mitoitus ja kustannusvaikutukset

Koska kaksoisoffset-geometria poistaa samankeskisille malleille ominaisen vastuskitkan, se muuttaa perustavanlaatuisesti venttiilin vääntömomenttiprofiilia.

Kaksoiskonsentrisessa läppäventtiilissä huippuvääntömomentti esiintyy vain sulkeutumisen viimeisten 5 asteen aikana – mitä insinöörit kutsuvat ns.istuvuusmomenttiKäyntivääntömomentti – voima, joka tarvitaan levyn liikuttamiseen jäljellä olevan pyörimisajan ajan – on poikkeuksellisen alhainen.

Automatisoiduissa silmukoissa tämä vääntömomenttiprofiili tuottaa huomattavia taloudellisia etuja:

• Pienemmät toimilaitteetPneumaattisten toimilaitteiden tai sähköisten monikierrosmoottorien kokoa voidaan pienentää 20–35 % kuulaventtiiliin tai huonosti määriteltyyn samankeskiseen venttiiliin verrattuna. Joidenkin lähteiden mukaan vääntömomenttivaatimukset ovat 30–50 % pienemmät kuin keskilinjaisilla läppäventtiileillä.

•Pienempi jalanjälkiPienemmät toimilaitteet tarkoittavat suoraan kevyempää alustaa ja pienempiä putkitelineiden rakennetuentakustannuksia.

•Alhaisempi energiankulutusPneumaattiset jousipalautteiset toimilaitteet vaativat vähemmän ohjausilman määrää, mikä vähentää kompressoriasemien kokonaiskuormitusta.

Käytännön ohje toimilaitteen valintaan: jos venttiilin vaadittava vääntömomentti on 80 Nm, toimilaitteen mitoitus tulisi olla 100 Nm tai suurempi, ja turvakerroin tulisi ottaa huomioon. Kaksoiskonsentristen rakenteiden alhaisen vääntömomentin ominaisuudet tarkoittavat, että tätä turvakerrointa voidaan usein soveltaa pienempään lähtötasoon kuin konsentrisen venttiilin tapauksessa.

5. Materiaalivalinta ja käyttökohteet

Kaksoisepäkeskeisen läppäventtiilin monipuolisuus ulottuu laajaan käyttöolosuhteiden valikoimaan, kunhan materiaalit valitaan oikein.

Runkomateriaalit:

Yleisiä vaihtoehtoja ovat pallografiittivalurauta, valettu teräs (WCB) ja ruostumaton teräs (CF8M). Aggressiivisiin kemikaali- ja merivesiolosuhteisiin on saatavilla superduplex-seoksia ja nikkelipohjaisia ​​seoksia.

Istuinvaihtoehdot:

Pehmeät tiivisteet (PTFE, RTFE, Devlon) tarjoavat kuplatiiviin sulkumekanismin yleisiin prosessisovelluksiin. Metallitiivisteet (Inconel, Stellite) laajentavat lämpötilankestoa 600 °C:seen asti ja ovat luonnostaan ​​paloturvallisia.

Levymateriaalit:

Vaihtoehtoja on epoksipinnoitetusta pallografiittivaluraudasta SS304-, SS316- ja duplex-teräkseen.

Hankaavissa lietekäytöissä – kuten kaivosjätteissä, lentotuhkassa tai bauksiitissa – kaksoiseksentriset rakenteet tarjoavat edun samankeskisiin venttiileihin verrattuna, koska läpän nokka-akselin toiminta pyyhkäisee väliaineen pois tiivistyspinnasta, mikä vähentää hiukkasten loukkuuntumista ja tiivisteen vaurioitumista. Kryogeenisissä LNG-sovelluksissa erityisesti käsitellyt materiaalit ja syväjäähdytysprosessit mahdollistavat luotettavan toiminnan jopa −196 °C:n lämpötilassa.

Yhteistyössä Uuden Etelä-Walesin kanssa: Tekniikan luottamus

Suunnitteletpa sitten petrokemian jalostamoa, offshore-porauslauttaa tai kriittistä kemianteollisuutta, oikean venttiilispesifikaation valinta määrää laitoksen pitkän aikavälin käyttöajan ja turvallisuustason.

NSW VALVE COMPANY -yrityksessä (nswvalve.com) valmistamme API 607 ​​-sertifioituja, paloturvallisia, kaksoiskeskeisiä läppäventtiilejä, jotka on suunniteltu vaativimpiin laitosolosuhteisiin. ISO-standardin mukaiset tuotantolaitoksemme käyttävät tiukkaa materiaalintunnistusta (PMI), rikkomatonta aineenkoetusta (NDE) ja tarkkaa CNC-koneistusta toimittaakseen venttiilejä, joilla on vuotamaton suorituskyky, minimoitu käyttövääntömomentti ja täysi metallurginen jäljitettävyys.

Tarjoamme laajan valikoiman tiivistekokonaisuuksia – pehmeätiivisteisiä kuplatiiviisiin sulkuihin, paloturvallisia hiilivetyjen käsittelyyn ja metallitiivisteisiä korkeiden lämpötilojen sovelluksiin – kaikki saatavilla manuaalisella, hammaspyörä-, pneumaattisella tai sähköisellä toimilaitteella.

Ota yhteyttä suunnittelutiimiimme osoitteessanswvalve.comLähetä tänään datalehdet, keskustele räätälöidyistä seoskokoonpanoista (kuten Super Duplex tai Monel) tai pyydä virallisia API 607 ​​-testiraporttejamme.

Tekniset viitteet

•API 607Neljänneskierrosventtiilien ja ei-metallisilla tiivisteillä varustettujen venttiilien palokoe

•API 609Läppäventtiilit: Kaksilaippaiset, liitin- ja laippaventtiilit

•API 641Neljänneskierrosventtiilien hajapäästöjen testaus

•ISO 10497Venttiilien palotestausvaatimukset

•ISO 15848-1Teollisuusventtiilit – Hajapäästöjen mittaus-, testaus- ja kelpuutusmenettelyt

•ASME B16.34Venttiilit – laipalliset, kierteitetyt ja hitsauspäälliset