Visokoučinkoviti dvostruki ekscentrični leptir ventili: Inženjering protivpožarne sigurnosti i nultog curenja u teškim procesnim linijama

Uvod

U modernoj hemijskoj preradi, rafiniranju nafte i plina i teškim industrijskim cjevovodnim mrežama, potražnja za kompaktnim, laganim izolacijskim ventilima dovela je do fundamentalne promjene u specifikacijama. Zasuni i kuglasti ventili dugo su bili standardni izbor za čvrsto zatvaranje, ali njihova težina, veličina kućišta 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 leptir ventil — postao je inženjerski standard za primjene koje uključuju povišene pritiske, ekstremne temperature i isparljive medije. Prilikom primjene u opasnim ugljikovodičnim okruženjima, integracija provjerljive tehnologije zaptivanja otporne na vatru nije opcionalna; to je obaveza usklađenosti s ciljem zaštite osoblja i sprječavanja katastrofalnih incidenata u rafinerijama.

1. Geometrija dvostrukog ofseta

Standardni koncentrični leptirasti ventili - gdje osovina prolazi direktno kroz središte diska i sjedišta - pate od kontinuiranog kontakta s visokim trenjem tokom 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 ravni zaptivanja sjedišta ventila. To omogućava disku da kontinuirano zaptiva duž cijele granice od 360°.

Drugi pomakOsovina je bočno pomaknuta od središnje linije otvora cijevi.

Cammingov efekat

U kombinaciji, ova dva pomaka stvaraju ono što inženjeri nazivaju djelovanjem sličnim bregastom vratilu. Kada se ventil počne otvarati, disk se podiže iz sjedišta unutar prvih 1° do 3° rotacije. Tokom otprilike 95% hoda ventila, praktično nema kontakta između diska i sjedišta. Trenje je minimizirano, radni moment je smanjen, a vijek trajanja sjedišta od mekog elastomera ili polimera - kao što su PTFE i RTFE - je značajno produžen.

Podaci s terena pokazuju da pravilno održavani dvostruki ekscentrični leptirasti ventili često postižu vijek trajanja od 15 do 20 godina u primjenama s umjerenim pritiskom, pri čemu neki dizajni prelaze milion radnih ciklusa. Smanjenje trenja također se prevodi u nižu učestalost održavanja - vijek trajanja sjedišta ventila je obično tri do pet puta duži od vijeka trajanja jednostruko ekscentričnih dizajna.

2. Dizajn sjedišta otporan na vatru

U rafinerijama nafte i hemijskih proizvoda, 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 sjedišta.

Vatrootporni raspored sjedišta uključuje dva zaptivna elementa koja rade u nizu:

Normalan rad (dominantno meko zaptivanje):

Pod standardnim radnim uslovima, elastično PTFE, RTFE ili Devlon sjedište služi kao primarni zaptivni element, potpuno se spajajući sa ivicom diska kako bi se osiguralo hermetičko zatvaranje u skladu sa zahtjevima API 598 ili ISO 5208 Rate A. U ovom režimu, ventil postiže performanse bez curenja.

Izloženost vatri (metalna brtva se aktivira):

Kada temperatura okoline pređe približno 540°C (1.000°F) tokom požara u postrojenju, primarno meko sjedište omekšava, raspada se i na kraju izgori. U ovom trenutku, prethodno napregnuto sekundarno metalno sjedište - obično izrađeno od Inconela 718 ili 625 - savija se pod pritiskom u liniji i zaptiva se uz rub diska, uspostavljajući metalnu barijeru. Neki dizajni koriste primarno sjedište od RPTFE-a sa rezervnim dijelom 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 tokom ispitivanja požara kako bi se potvrdilo da mehanizam ostaje funkcionalan dok je u plamenu. Ispitivanje izlaže ventil temperaturi od 750–1.000°C tokom 30 minuta, s ograničenjima curenja specificiranim za fazu izlaganja požaru i fazu hlađenja nakon požara.

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

3. Visokoučinkoviti u odnosu na standardne koncentrične leptir ventile

Menadžeri nabavke koji procjenjuju raspored komunalnih usluga ponekad su u iskušenju da specificiraju koncentrične leptiraste ventile koji su pristupačni. Međutim, cjevovodi visokog pritiska za teške uslove rada zahtijevaju mehaničku robusnost visokoefikasnog leptirastog ventila.

API 641, prvi put objavljen 2016. godine, reguliše ispitivanje fugitivnih emisija za četvrtokružne ventile, uključujući leptiraste, kuglaste i čepne ventile. Propisuje 610 mehaničkih ciklusa i tri termička ciklusa, sa dinamičkim i statičkim mjerenjima.

4. Dimenzioniranje aktuatora i implikacije na troškove

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

Kod dvostruko ekscentričnog leptirastog ventila, vršni obrtni moment se javlja samo tokom posljednjih 5° zatvaranja - ono što inženjeri nazivajumoment sedenjaObrtni 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 poređenju sa kuglastim ventilom ili loše specificiranim koncentričnim ventilom. Neki izvori izvještavaju da su zahtjevi za obrtnim momentom 30% do 50% niži nego kod srednjih leptirastih ventila.

•Smanjeni otisakManji aktuatori se direktno prenose na manju težinu kliznih elemenata i niže troškove strukturne podrške za nosače cijevi.

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

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

5. Odabir materijala i razmatranja primjene

Svestranost dvostrukog ekscentričnog leptirastog ventila proteže se na širok raspon uslova upotrebe, pod uslovom da su materijali odabrani na odgovarajući način.

Materijali za tijelo:

Uobičajene opcije uključuju nodularni lijev, lijevani čelik (WCB) i nehrđajući čelik (CF8M). Za agresivne hemijske i morske uvjete, dostupne su super dupleks i legure na bazi nikla.

Opcije sjedišta:

Meka sjedišta (PTFE, RTFE, Devlon) omogućavaju hermetičko zatvaranje za opšte procesne primjene. Metalna sjedišta (Inconel, Stelit) proširuju temperaturni kapacitet do 600°C i sama su vatrootporna.

Materijali diska:

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

Za abrazivne suspenzije - kao što su rudarski jalovi, pepeo ili boksit - dvostruko ekscentrični dizajni nude prednost u odnosu na koncentrične ventile jer djelovanje bregastog mehanizma diska odmiče medij od zaptivne površine, smanjujući zarobljavanje čestica i oštećenje sjedišta. Za kriogene LNG primjene, posebno obrađeni materijali i procesi dubokog hlađenja omogućavaju pouzdan rad do -196°C.

Partnerstvo sa NSW-om: Inženjersko povjerenje

Bez obzira da li projektujete petrohemijsku rafineriju, platformu za bušenje na moru ili kritičnu jedinicu za hemijsku preradu, odabir ispravne specifikacije ventila određuje dugoročni rad postrojenja i sigurnosne performanse.

U kompaniji NSW VALVE (nswvalve.com), proizvodimo dvostruko ekscentrične leptiraste ventile sa certifikatom API 607, otporne na vatru, konstruirane za najzahtjevnije uvjete u pogonu. Naši proizvodni pogoni u skladu sa ISO standardima primjenjuju rigoroznu pozitivnu identifikaciju materijala (PMI), nerazorna ispitivanja (NDE) i preciznu CNC obradu kako bismo isporučili ventile s performansama bez curenja, 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 aktiviranjem.

Kontaktirajte naš inženjerski tim nanswvalve.comdanas da nam pošaljete svoje tehničke listove, razgovarate o prilagođenim konfiguracijama legura (kao što su Super Duplex ili Monel) ili zatražite naše službene API 607 ​​izvještaje o ispitivanju.

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 gasova za ventile sa četvrtinskim okretanjem

•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