Visokoučinkoviti dvostruki ekscentrični leptirasti ventili: Projektiranje protupožarne sigurnosti i nultog curenja u teškim procesnim linijama

Uvod

U modernoj kemijskoj preradi, rafiniranju nafte i plina te teškim industrijskim cjevovodnim mrežama, potražnja za kompaktnim, laganim izolacijskim ventilima dovela je do temeljne promjene u specifikacijama. Zasuni i kuglasti ventili dugo su bili zadani izbor za čvrsto zatvaranje, ali njihova težina, veličina ovojnice i troškovi aktiviranja pri većim promjerima predstavljaju stvarne ekonomske prepreke. Odgovor industrije bio je...visokoučinkoviti leptir ventil.

Među njima,dvostruki ekscentrični leptir ventil—također poznat kao dvostruko pomaknuti leptirasti ventil — postao je inženjerski standard za primjene koje uključuju povišene tlakove, ekstremne temperature i hlapljive medije. Prilikom primjene u opasnim ugljikovodičnim okruženjima, integracija provjerljive tehnologije brtvljenja otporne na vatru nije opcionalna; to je obveza usklađenosti usmjerena na zaštitu osoblja i sprječavanje katastrofalnih incidenata u rafinerijama.

1. Geometrija dvostrukog pomaka

Standardni koncentrični leptirasti ventili - gdje osovina prolazi izravno kroz središte diska i sjedišta - pate od kontinuiranog kontakta s visokim trenjem tijekom cijelog okretanja od 90°. To dovodi do brzog trošenja sjedišta, lokaliziranog kidanja i povećanog radnog momenta.

Dvostruki ekscentrični leptir ventil rješava ovaj problem trenja putem dva različita geometrijska pomaka:

Prvi pomakOsovina je postavljena iza brtvene ravnine sjedišta ventila. To omogućuje disku da kontinuirano brtvi preko cijele granice od 360°.

Drugi pomakOsovina je bočno pomaknuta od središnje linije provrta cijevi.

Cammingov efekt

U kombinaciji, ova dva pomaka stvaraju ono što inženjeri nazivaju djelovanjem nalik grebenu. Kada se ventil počne otvarati, disk se podiže iz sjedišta unutar prvih 1° do 3° rotacije. Za otprilike 95% hoda ventila, praktički nema kontakta između diska i sjedišta. Trenje je minimizirano, radni moment je smanjen, a vijek trajanja mekih elastomernih ili polimernih sjedišta - poput PTFE i RTFE - značajno se produžuje.

Podaci s terena pokazuju da pravilno održavani dvostruki ekscentrični leptirasti ventili često postižu vijek trajanja od 15 do 20 godina u primjenama s umjerenim tlakom, pri čemu neki modeli prelaze milijun radnih ciklusa. Smanjenje trenja također se prevodi u nižu učestalost održavanja - vijek trajanja sjedišta ventila obično je tri do pet puta dulji od onog kod jednostruko ekscentričnih modela.

2. Dizajn sjedala otporan na vatru

U naftnim i kemijskim rafinerijama, komponente cjevovoda moraju održati integritet brtvljenja čak i kada su zahvaćene potpuno razvijenim požarom u postrojenju. Postizanje istinske vatrootpornosti zahtijeva visoko specijaliziranu konfiguraciju s dva sjedala.

Vatrootporni raspored sjedala uključuje dva brtvena elementa koja rade u nizu:

Normalan rad (dominantno meko brtvljenje):

U standardnim radnim uvjetima, elastično PTFE, RTFE ili Devlon sjedište služi kao primarni brtveni element, potpuno se spajajući s rubom diska kako bi se osiguralo nepropusno zatvaranje u skladu sa zahtjevima API 598 ili ISO 5208 Rate A. U ovom načinu rada, ventil postiže performanse bez curenja.

Izloženost vatri (metalna brtva se spaja):

Kada temperatura okoline prijeđe približno 540 °C (1000 °F) tijekom požara u postrojenju, primarno meko sjedište omekšava, raspada se i na kraju izgori. U tom trenutku, prethodno napregnuto sekundarno metalno sjedište - obično izrađeno od Inconela 718 ili 625 - savija se pod tlakom u cijevi i brtvi se uz rub diska, uspostavljajući metalnu barijeru. Neki dizajni koriste primarno sjedište od RPTFE-a s rezervom od Inconela 625, ocijenjeno prema API 607 ​​6. izdanju.

Ova sekundarna metalna barijera osigurava usklađenost sa strogim standardima ispitivanja požara, uključujući API 607 ​​i ISO 10497 (ranije BS 6755 Dio 2). API 607 ​​zahtijeva da se ventil ciklički otvara i zatvara tijekom ispitivanja požara kako bi se provjerilo da li mehanizam ostaje funkcionalan dok je u plamenu. Ispitivanje izlaže ventil temperaturi od 750–1000 °C tijekom 30 minuta, s ograničenjima propuštanja specificiranima za fazu izlaganja požaru i hlađenja nakon požara.

Vrijedi napomenuti da se certifikacija za protupožarnu sigurnost odnosi na dizajn ventila, a ne na pojedinačne ventile. Nakon što dizajn prođe API 607 ​​test, svi ventili te obitelji dizajna certificirani su bez pojedinačnog ispitivanja protupožarnosti.

3. Visokoučinkoviti u odnosu na standardne koncentrične leptiraste ventile

Voditelji nabave koji procjenjuju raspored komunalnih usluga ponekad su u iskušenju da specificiraju koncentrične leptiraste ventile koji su pristupačni. Međutim, cjevovodi visokog tlaka za teške uvjete rada zahtijevaju mehaničku robusnost visokoučinkovitog leptirastog ventila.

API 641, prvi put objavljen 2016. godine, uređuje ispitivanje fugitivnih emisija za četvrtokružne ventile, uključujući ventile s leptirastim, kuglastim i čepnim zatvaračem. Propisuje 610 mehaničkih ciklusa i tri toplinska ciklusa, s dinamičkim i statičkim mjerenjima.

4. Dimenzioniranje aktuatora i utjecaj na troškove

Budući da geometrija s dvostrukim pomakom eliminira trenje otpora svojstveno koncentričnim dizajnima, ona temeljno mijenja profil momenta ventila.

Kod dvostruko ekscentričnog leptirastog ventila, vršni moment se javlja samo tijekom posljednjih 5° zatvaranja - ono što inženjeri nazivajumoment nasjedanjaOkretni moment - sila potrebna za pomicanje diska kroz ostatak rotacije - izuzetno je nizak.

Za automatizirane petlje, ovaj profil momenta donosi značajne ekonomske prednosti:

• Manji aktuatoriPneumatske aktuatore ili električne višerotacijske motore možete smanjiti za 20% do 35% u usporedbi s kuglastim ventilom ili loše specificiranim koncentričnim ventilom. Neki izvori izvještavaju da su zahtjevi za okretnim momentom 30% do 50% niži od središnjih leptirastih ventila.

•Smanjeni otisakManji aktuatori izravno se odražavaju na manju težinu kliznih elemenata i niže troškove konstrukcijske potpore za nosače cijevi.

•Manja potrošnja energijePneumatski aktuatori s povratnom oprugom zahtijevaju manji volumen upravljačkog zraka, smanjujući ukupno opterećenje kompresorskih stanica.

Praktična smjernica za odabir aktuatora: ako ventil mjeri 80 Nm potrebnog momenta, aktuator treba biti dimenzioniran na 100 Nm ili više, primjenjujući faktor sigurnosti. Karakteristike niskog momenta dvostruko ekscentričnih dizajna znače da se ovaj faktor sigurnosti često može primijeniti na manju osnovnu vrijednost nego što bi bilo potrebno za koncentrični ventil.

5. Odabir materijala i razmatranja primjene

Svestranost dvostrukog ekscentričnog leptirastog ventila proteže se na širok raspon uvjeta rada, pod uvjetom da su materijali odabrani na odgovarajući način.

Materijali tijela:

Uobičajene opcije uključuju nodularno lijevano željezo, lijevani čelik (WCB) i nehrđajući čelik (CF8M). Za agresivne kemikalije i morsku vodu dostupne su super dupleks i legure na bazi nikla.

Opcije sjedala:

Mekana sjedišta (PTFE, RTFE, Devlon) omogućuju nepropusno zatvaranje za opće procesne primjene. Metalna sjedišta (Inconel, Stelit) proširuju temperaturni kapacitet do 600 °C i sama su vatrootporna.

Materijali diska:

Mogućnosti se kreću od nodularnog lijeva s epoksidnim premazom do SS304, SS316 i dupleks čelika.

Za abrazivne suspenzije - poput rudarskih ostataka, letećeg pepela ili boksita - dvostruko ekscentrični dizajni nude prednost u odnosu na koncentrične ventile jer djelovanje bregastog mehanizma diska odmiče medij od brtvene površine, smanjujući zarobljavanje čestica i oštećenje sjedišta. Za kriogene LNG primjene, posebno obrađeni materijali i procesi dubokog hlađenja omogućuju pouzdan rad do -196 °C.

Partnerstvo s NSW-om: Inženjersko povjerenje

Bez obzira projektirate li petrokemijsku rafineriju, platformu za bušenje na moru ili kritičnu jedinicu za kemijsku preradu, odabir ispravne specifikacije ventila određuje dugoročni rad postrojenja i sigurnosne performanse.

U tvrtki NSW VALVE COMPANY (nswvalve.com), proizvodimo dvostruko ekscentrične leptiraste ventile s certifikatom API 607, otporne na vatru, konstruirane za najzahtjevnije uvjete u pogonu. Naši proizvodni pogoni u skladu s ISO standardima koriste rigoroznu pozitivnu identifikaciju materijala (PMI), nerazorna ispitivanja (NDE) i preciznu CNC obradu kako bismo isporučili ventile s performansama bez propuštanja, minimalnim radnim momentom i potpunom metalurškom sljedivošću.

Nudimo niz konfiguracija sjedišta - meko sjedište za nepropusno zatvaranje, vatrootporno za rad s ugljikovodicima i metalno sjedište za primjene na visokim temperaturama - sve dostupne s ručnim, zupčastim, pneumatskim ili električnim pogonom.

Kontaktirajte naš inženjerski tim nanswvalve.comdanas kako biste poslali svoje podatkovne listove, razgovarali o prilagođenim konfiguracijama legura (kao što su Super Duplex ili Monel) ili zatražili naša službena izvješća o ispitivanju API 607.

Tehničke reference

•API 607Ispitivanje na vatru za četvrtokružne ventile i ventile opremljene nemetalnim sjedištima

•API 609Leptir ventili: Dvostruko prirubnički, Lug- i Wafer tip

•API 641Ispitivanje emisija štetnih plinova za četvrtokružne ventile

•ISO 10497Zahtjevi za ispitivanje tipa vatrootpornosti ventila

•ISO 15848-1Industrijski ventili - postupci mjerenja, ispitivanja i kvalifikacije za fugitivne emisije

•ASME B16.34Ventili - s prirubnicom, navojem i za zavarivanje