Kur naudojami vožtuvai: Visur!

2017 m. lapkričio 8 d. Parašė Gregas Johnsonas

Šiandien vožtuvų galima rasti beveik visur: mūsų namuose, po gatvėmis, komerciniuose pastatuose ir tūkstančiuose vietų elektrinėse ir vandens tiekimo įmonėse, popieriaus fabrikuose, naftos perdirbimo gamyklose, chemijos gamyklose ir kituose pramonės bei infrastruktūros objektuose.
Vožtuvų pramonė yra išties plati, jos segmentai svyruoja nuo vandens paskirstymo iki branduolinės energetikos ir naftos bei dujų gavybos bei perdirbimo. Kiekviena iš šių galutinių vartotojų pramonės šakų naudoja tam tikrus pagrindinius vožtuvų tipus; tačiau konstrukcijos detalės ir medžiagos dažnai labai skiriasi. Štai pavyzdys:

VANDENS TYRIMAI
Vandens paskirstymo pasaulyje slėgis beveik visada yra santykinai žemas, o temperatūra – aplinkos temperatūra. Šie du taikymo faktai leidžia naudoti daugybę vožtuvų konstrukcinių elementų, kurių nebūtų sudėtingesnėje įrangoje, pavyzdžiui, aukštos temperatūros garo vožtuvuose. Vandens tiekimo aplinkos temperatūra leidžia naudoti elastomerus ir guminius sandariklius, kurie netinka kitur. Šios minkštos medžiagos leidžia įrengti vandens vožtuvus taip, kad jie sandariai užsandarintų lašėjimą.

Kitas vandens tiekimo vožtuvų aspektas yra konstrukcinių medžiagų pasirinkimas. Ketaus ir kaliojo ketaus plačiai naudojamas vandens sistemose, ypač didelio išorinio skersmens linijose. Labai mažas linijas gana gerai galima apdoroti bronzinėmis vožtuvų medžiagomis.

Dauguma vandentiekio vožtuvų atlaiko slėgį, kuris paprastai būna gerokai mažesnis nei 200 psi. Tai reiškia, kad storesnių sienelių aukštesnio slėgio konstrukcijų nereikia. Tačiau pasitaiko atvejų, kai vandens vožtuvai yra sukonstruoti taip, kad atlaikytų didesnį slėgį, iki maždaug 300 psi. Tokios sistemos paprastai naudojamos ilguose akvedukuose, netoli slėgio šaltinio. Kartais aukštesnio slėgio vandens vožtuvai taip pat randami aukščiausio slėgio taškuose aukštoje užtvankoje.

Amerikos vandens tiekimo asociacija (AWWA) išleido specifikacijas, apimančias daugelį skirtingų vožtuvų ir pavarų, naudojamų vandens tiekimo sistemose.

NUOTEKOS
Kita vertus, į įrenginį ar statinį patenkantis šviežias geriamasis vanduo yra nuotekų arba kanalizacijos išleidimo vamzdynas. Šios linijos surenka visus nuotekų skysčius ir kietąsias daleles ir nukreipia jas į nuotekų valymo įrenginius. Šiuose valymo įrenginiuose yra daug žemo slėgio vamzdynų ir vožtuvų, kurie atlieka savo „nešvarų darbą“. Nuotekų vožtuvams keliami reikalavimai daugeliu atvejų yra daug švelnesni nei švaraus vandens tiekimui. Šio tipo paslaugoms populiariausi pasirinkimai yra geležiniai vartai ir atbuliniai vožtuvai. Standartiniai šio tipo vožtuvai yra pagaminti pagal AWWA specifikacijas.

ENERGETIKOS PRAMONĖ
Didžioji dalis Jungtinėse Valstijose pagaminamos elektros energijos yra gaminama garo jėgainėse, naudojančiose iškastinį kurą ir greitaeiges turbinas. Nuėmus modernios elektrinės dangtį, būtų galima pamatyti aukšto slėgio ir aukštos temperatūros vamzdynų sistemas. Šios pagrindinės linijos yra svarbiausios garo energijos gamybos procese.

Sklendės išlieka pagrindiniu pasirinkimu elektrinių įjungimo/išjungimo sistemose, nors taip pat yra specialios paskirties Y formos rutulinių vožtuvų. Didelio našumo, kritinio aptarnavimo rutuliniai vožtuvai populiarėja tarp kai kurių elektrinių projektuotojų ir skinasi kelią šiame kadaise linijinių vožtuvų dominuojamame pasaulyje.

Metalurgija yra labai svarbi vožtuvams elektros energijos įrenginiuose, ypač tiems, kurie veikia superkritiniuose arba ultrasuperkritiniuose slėgio ir temperatūros diapazonuose. Šiandieninėse elektrinėse dažniausiai naudojami F91, F92, C12A, taip pat keli Inconel ir nerūdijančio plieno lydiniai. Slėgio klasės apima 1500, 2500 ir kai kuriais atvejais 4500. Pikinių elektrinių (kurios veikia tik pagal poreikį) moduliacinis pobūdis taip pat labai apkrauna vožtuvus ir vamzdynus, todėl reikia tvirtų konstrukcijų, kad būtų galima atlaikyti ekstremalų ciklų, temperatūros ir slėgio derinį.
Be pagrindinių garo vožtuvų, elektrinėse yra ir pagalbiniai vamzdynai, kuriuose sumontuota daugybė sklendžių, gaubtelių, atbulinių, drugelių ir rutulinių vožtuvų.

Branduolinės elektrinės veikia tuo pačiu garo/didelio greičio turbinos principu. Pagrindinis skirtumas yra tas, kad atominėje elektrinėje garas susidaro iš skilimo proceso metu susidarančios šilumos. Atominių elektrinių vožtuvai yra panašūs į savo iškastiniu kuru kūrenamus giminaičius, išskyrus jų kilmę ir papildomą absoliutaus patikimumo reikalavimą. Branduolinės elektrinės vožtuvai gaminami laikantis itin aukštų standartų, o kvalifikacijos ir patikros dokumentai užima šimtus puslapių.

NAFTOS IR DUJŲ GAMYBA
Naftos ir dujų gręžiniuose bei gamybos įrenginiuose dažnai naudojami vožtuvai, įskaitant daugelį itin galingų vožtuvų. Nors naftos pliūpsniai, išsiveržiantys į šimtus pėdų į orą, nebėra tikėtini, paveikslėlyje pavaizduotas potencialus požeminės naftos ir dujų slėgis. Štai kodėl gręžinio ilgos vamzdžių atkarpos viršuje dedamos gręžinių galvutės arba „Kalėdų eglutės“. Šie mazgai su vožtuvų ir specialių jungiamųjų detalių deriniu yra skirti atlaikyti iki 10 000 psi slėgį. Nors šiais laikais sausumoje iškastuose gręžiniuose tokių vožtuvų retai pasitaiko, itin aukštas slėgis dažnai pasitaiko giliuose jūriniuose gręžiniuose.

Gręžinių galvų įrangos projektavimą reglamentuoja API specifikacijos, tokios kaip 6A „Gręžinių galvų ir Kalėdų eglučių įrangos specifikacija“. 6A aprašyti vožtuvai yra skirti itin aukštam slėgiui, bet nedidelei temperatūrai. Daugumoje Kalėdų eglučių yra uždaromosios sklendės ir specialūs rutuliniai vožtuvai, vadinami droseliais. Droseliai naudojami srautui iš gręžinio reguliuoti.

Be pačių gręžinių galvučių, naftos ar dujų telkinyje yra daug pagalbinių įrenginių. Naftos ar dujų išankstinio apdorojimo įrangai reikia tam tikro skaičiaus vožtuvų. Šie vožtuvai paprastai gaminami iš žemesnės klasės anglinio plieno.

Kartais neapdorotos naftos sraute aptinkamas labai korozinis skystis – vandenilio sulfidas. Ši medžiaga, dar vadinama rūgštinėmis dujomis, gali būti mirtina. Norint įveikti rūgštinių dujų keliamus iššūkius, reikia laikytis specialių medžiagų arba medžiagų apdorojimo metodų pagal NACE tarptautinę specifikaciją MR0175.

Jūrinė pramonė
Jūrinių naftos platformų ir gamybos įrenginių vamzdynų sistemose yra daugybė vožtuvų, pagamintų pagal įvairias specifikacijas, kad būtų galima išspręsti įvairius srauto reguliavimo uždavinius. Šiuose įrenginiuose taip pat yra įvairių valdymo sistemos kilpų ir slėgio mažinimo įtaisų.

Naftos gavybos įrenginių arterinė širdis yra tikroji naftos ar dujų gavybos vamzdynų sistema. Nors ne visada pačioje platformoje, daugelyje gamybos sistemų naudojamos „eglutės“ ir vamzdynų sistemos, kurios veikia nesvetingame 10 000 pėdų ar didesniame gylyje. Ši gamybos įranga pagaminta pagal daugelį griežtų Amerikos naftos instituto (API) standartų ir yra nurodyta keliose API rekomenduojamose praktikose (RP).

Daugumoje didelių naftos platformų neapdorotam skysčiui, gaunamam iš gręžinio galvutės, taikomi papildomi procesai. Tai apima vandens atskyrimą nuo angliavandenilių ir dujų bei gamtinių dujų skysčių atskyrimą nuo skysčio srauto. Šios „Po-Kalėdų eglutės“ vamzdynų sistemos paprastai statomos pagal Amerikos mechanikos inžinierių draugijos B31.3 vamzdynų kodus, o vožtuvai projektuojami pagal API vožtuvų specifikacijas, tokias kaip API 594, API 600, API 602, API 608 ir API 609.

Kai kuriose iš šių sistemų taip pat gali būti API 6D sklendės, rutuliniai ir atbuliniai vožtuvai. Kadangi visi platformos ar gręžimo laivo vamzdynai yra įrenginio viduje, griežti reikalavimai naudoti API 6D vožtuvus vamzdynams netaikomi. Nors šiose vamzdynų sistemose naudojama daug vožtuvų tipų, pasirinktas vožtuvo tipas yra rutulinis vožtuvas.

VAMZDYNAI
Nors dauguma vamzdynų yra paslėpti, jų buvimas paprastai yra akivaizdus. Maži ženklai su užrašu „naftos vamzdynas“ yra vienas akivaizdžių požeminių transportavimo vamzdynų buvimo rodiklių. Šie vamzdynai per visą savo ilgį aprūpinti daugybe svarbių vožtuvų. Avariniai vamzdynų uždarymo vožtuvai yra įrengti intervalais, nurodytais standartuose, kodeksuose ir įstatymuose. Šie vožtuvai atlieka gyvybiškai svarbią funkciją – izoliuoja vamzdyno atkarpą nuotėkio atveju arba kai reikia atlikti techninę priežiūrą.

Taip pat palei vamzdyno trasą išsibarstę įrenginiai, kuriuose vamzdynas išnyra iš žemės ir yra prieiga prie jo. Šiose stotyse yra įrengta vamzdžių tikrinimo prietaisų paleidimo įranga, kurią sudaro į vamzdynus įstatomi įtaisai, skirti vamzdžiui apžiūrėti arba valyti. Šiose vamzdžių tikrinimo prietaisų paleidimo stotyse paprastai yra keli vožtuvai – uždorio arba rutulinio tipo. Visi vamzdynų sistemos vožtuvai turi būti pilno angos (pilno atsidarymo), kad vamzdžių tikrinimo prietaisai galėtų praeiti.

Vamzdynams taip pat reikia energijos, kad būtų galima kovoti su vamzdyno trintimi ir palaikyti slėgį bei srautą linijoje. Naudojamos kompresorinės arba siurblinės, kurios atrodo kaip mažos gamybos įrenginių versijos, tik be aukštų krekingo bokštų. Šiose stotyse yra dešimtys uždaromųjų, rutulinių ir atbulinių vamzdynų vožtuvų.
Patys vamzdynai projektuojami pagal įvairius standartus ir kodeksus, o vamzdynų vožtuvai atitinka API 6D vamzdynų vožtuvus.
Taip pat yra mažesnių vamzdynų, kurie tiekia vandenį į namus ir komercinius pastatus. Šie vamzdynai tiekia vandenį ir dujas ir yra apsaugoti uždarymo vožtuvais.
Didelės savivaldybės, ypač šiaurinėje JAV dalyje, tiekia garą komerciniams klientams šildyti. Šios garo tiekimo linijos aprūpintos įvairiais vožtuvais, skirtais garo tiekimui valdyti ir reguliuoti. Nors skystis yra garas, slėgis ir temperatūra yra žemesni nei garo gamybos elektrinėse sistemose. Šiai paslaugai naudojami įvairūs vožtuvų tipai, nors gerbiamas kištukinis vožtuvas vis dar yra populiarus pasirinkimas.

NAFTOS RAFINO IR NAFTOS CHEMIJOS
Naftos perdirbimo gamyklų vožtuvai pramoniniu būdu naudojami dažniau nei bet kuris kitas vožtuvų segmentas. Naftos perdirbimo gamyklose susiduriama su koroziniais skysčiais, o kai kuriais atvejais – ir su aukšta temperatūra.
Šie veiksniai lemia, kaip vožtuvai gaminami pagal API vožtuvų projektavimo specifikacijas, tokias kaip API 600 (skliauto sklendės), API 608 (rutuliniai vožtuvai) ir API 594 (atbuliniai vožtuvai). Dėl atšiaurių eksploatavimo sąlygų, su kuriomis susiduria daugelis šių vožtuvų, dažnai reikalinga papildoma korozijos tolerancija. Ši tolerancija pasireiškia didesniu sienelių storiu, kuris nurodomas API projektavimo dokumentuose.

Tipinėje didelėje naftos perdirbimo gamykloje gausu praktiškai visų pagrindinių vožtuvų tipų. Visur esančios sklendės vis dar yra populiariausios ir turi daugiausiai, tačiau ketvirčio apsisukimo vožtuvai užima vis didesnę rinkos dalį. Šioje pramonės šakoje (kurioje anksčiau dominavo linijiniai vožtuvai) sėkmingai įsitvirtinę ketvirčio apsisukimo vožtuvai, įskaitant didelio našumo trigubo poslinkio drugelio tipo vožtuvus ir metaliniu lizdu užsandarintus rutulinius vožtuvus.

Standartiniai vartų, rutuliniai ir atbuliniai vožtuvai vis dar randami masiškai ir dėl savo konstrukcijos paprastumo bei gamybos ekonomiškumo jie greitai niekur nedings.
Rafinavimo gamyklų vožtuvų slėgio vardinės vertės svyruoja nuo 150 iki 1500 klasės, o populiariausia yra 300 klasė.
Paprasti angliniai plienai, tokie kaip WCB (lieti) ir A-105 (kaltiniai), yra populiariausios medžiagos, nurodytos ir naudojamos naftos perdirbimo gamyklų vožtuvuose. Daugelyje naftos perdirbimo procesų naudojamos viršutines paprastų anglinių plienų temperatūros ribas, todėl šioms reikmėms naudojami aukštesnės temperatūros lydiniai. Populiariausi iš jų yra chromo/molibdeno plienai, tokie kaip 1-1/4 % Cr, 2-1/4 % Cr, 5 % Cr ir 9 % Cr. Nerūdijantis plienas ir lydiniai su dideliu nikelio kiekiu taip pat naudojami kai kuriuose ypač atšiauriuose naftos perdirbimo procesuose.

CHEMINIS
Chemijos pramonė yra didelė visų tipų ir medžiagų vožtuvų naudotoja. Nuo mažų partijų gamyklų iki didžiulių naftos chemijos kompleksų, esančių Meksikos įlankos pakrantėje, vožtuvai yra didžiulė cheminių procesų vamzdynų sistemų dalis.

Daugelyje cheminių procesų taikomųjų sistemų slėgis yra mažesnis nei daugelyje naftos perdirbimo procesų ir energijos gamybos. Populiariausios chemijos gamyklų vožtuvų ir vamzdynų slėgio klasės yra 150 ir 300. Chemijos gamyklos taip pat buvo pagrindinė priežastis, dėl kurios rutuliniai vožtuvai per pastaruosius 40 metų išstūmė rinkos dalį iš linijinių vožtuvų. Rutulinis vožtuvas su elastingu sandarikliu ir nulinio nuotėkio uždarymo funkcija puikiai tinka daugeliui chemijos gamyklų pritaikymų. Kompaktiškas rutulinio vožtuvo dydis taip pat yra populiari savybė.
Vis dar yra chemijos gamyklų ir gamyklų procesų, kuriuose pirmenybė teikiama linijiniams vožtuvams. Tokiais atvejais dažniausiai pasirenkami populiarūs API 603 tipo vožtuvai, plonesnėmis sienelėmis ir lengvesniu svoriu, kaip sklendės arba rutuliniai vožtuvai. Kai kurių cheminių medžiagų valdymas taip pat efektyviai atliekamas diafragminiais arba užspaudžiamaisiais vožtuvais.
Dėl daugelio cheminių medžiagų ir cheminių medžiagų gamybos procesų korozinio pobūdžio medžiagų pasirinkimas yra labai svarbus. Pagrindinė medžiaga yra 316/316L klasės austenitinis nerūdijantis plienas. Ši medžiaga gerai apsaugo nuo korozijos, kurią sukelia daugybė kartais nemalonių skysčių.

Kai kurioms sudėtingesnėms korozijos sąlygoms reikalinga didesnė apsauga. Tokiose situacijose dažnai pasirenkamos kitos didelio našumo austenitinio nerūdijančio plieno rūšys, tokios kaip 317, 347 ir 321. Kiti lydiniai, kurie kartais naudojami cheminiams skysčiams kontroliuoti, yra monelas, 20 lydinys, inkonelis ir 17-4 PH.

SGD IR DUJŲ ATSKYRIMAS
Tiek suskystintos gamtinės dujos (SGD), tiek dujų atskyrimo procesai reikalauja ilgų vamzdynų. Šiems taikymams reikalingi vožtuvai, galintys veikti labai žemoje kriogeninėje temperatūroje. SGD pramonė, kuri sparčiai auga Jungtinėse Valstijose, nuolat siekia atnaujinti ir pagerinti dujų suskystinimo procesą. Šiuo tikslu vamzdynai ir vožtuvai tapo daug didesni, o slėgio reikalavimai – aukštesni.

Dėl šios situacijos vožtuvų gamintojai turėjo kurti konstrukcijas, kurios atitiktų griežtesnius parametrus. Ketvirčio apsisukimo rutuliniai ir drugelio tipo vožtuvai yra populiarūs SGD srityje, o populiariausia medžiaga yra 316ss [nerūdijantis plienas]. ANSI 600 klasė yra įprasta slėgio riba daugumai SGD pritaikymų. Nors ketvirčio apsisukimo vožtuvai yra populiariausi vožtuvų tipai, gamyklose taip pat galima rasti sklendės, rutuliniai ir atbuliniai vožtuvai.

Dujų atskyrimo paslauga apima dujų padalijimą į atskirus pagrindinius elementus. Pavyzdžiui, oro atskyrimo metodais išskiriamas azotas, deguonis, helis ir kitos dujų pėdsakai. Dėl labai žemos proceso temperatūros reikia daug kriogeninių vožtuvų.

Tiek SGD, tiek dujų atskyrimo įrenginiuose yra žemos temperatūros vožtuvai, kurie turi veikti ir tokiomis kriogeninėmis sąlygomis. Tai reiškia, kad vožtuvų sandarinimo sistema turi būti pakelta nuo žemos temperatūros skysčio naudojant dujų arba kondensacinę kolonėlę. Ši dujų kolonėlė neleidžia skysčiui susidaryti ledo kamuoliukui aplink sandarinimo vietą, kuris neleistų vožtuvo kotui pasisukti ar pakilti.

KOMERCINIAI PASTATAI
Komerciniai pastatai mus supa, bet jei atidžiai nežiūrėsime jų statybos eigoje, mažai ką žinome apie daugybę skysčių arterijų, paslėptų jų mūro, stiklo ir metalo sienose.

Bendras vardiklis praktiškai kiekviename pastate yra vanduo. Visose šiose konstrukcijose yra įvairių vamzdynų sistemų, kuriomis teka įvairūs vandenilio ir deguonies junginių deriniai geriamųjų skysčių, nuotekų, karšto vandens, pilkojo vandens ir priešgaisrinės apsaugos pavidalu.

Pastatų išlikimo požiūriu, priešgaisrinės sistemos yra svarbiausios. Pastatų priešgaisrinė apsauga beveik visur tiekiama ir pripildoma švariu vandeniu. Kad gaisrinio vandens sistemos būtų veiksmingos, jos turi būti patikimos, turėti pakankamą slėgį ir būti patogiai išdėstytos visoje konstrukcijoje. Šios sistemos yra suprojektuotos taip, kad gaisro atveju automatiškai įsijungtų.
Daugiaaukščiams pastatams viršutiniuose aukštuose reikalingas toks pat vandens slėgis kaip ir apatiniuose, todėl vandeniui kelti aukštyn reikia naudoti aukšto slėgio siurblius ir vamzdynus. Vamzdynų sistemos paprastai yra 300 arba 600 klasės, priklausomai nuo pastato aukščio. Šiose sistemose naudojami visų tipų vožtuvai; tačiau vožtuvų konstrukcijas turi patvirtinti „Underwriters Laboratories“ arba „Factory Mutual“, kad būtų galima naudoti priešgaisrinius tinklus.

Geriamojo vandens paskirstymui naudojami tos pačios klasės ir tipai vožtuvai, kaip ir priešgaisriniams vožtuvams, nors patvirtinimo procesas nėra toks griežtas.
Komercinės oro kondicionavimo sistemos, naudojamos dideliuose verslo pastatuose, tokiuose kaip biurų pastatai, viešbučiai ir ligoninės, paprastai yra centralizuotos. Jose yra didelis šaldymo įrenginys arba katilas, skirtas vėsinti arba šildyti skystį, naudojamą šaltai arba aukštai temperatūrai perduoti. Šios sistemos dažnai turi dirbti su tokiais šaltnešiais kaip R-134a, hidrofluorangliavandenilis arba, didelių šildymo sistemų atveju, garais. Dėl kompaktiško drugelių ir rutulinių vožtuvų dydžio šie tipai tapo populiarūs ŠVOK šaldymo sistemose.

Kalbant apie garus, kai kurie ketvirčio apsisukimo vožtuvai jau pradėjo naudoti daugumą, tačiau daugelis santechnikos inžinierių vis dar naudoja linijinius sklendes ir rutulinius vožtuvus, ypač jei vamzdynams reikalingi suvirinimo antgaliai. Šiems vidutinio stiprumo garams plienas pakeitė ketų dėl savo suvirinamumo.

Kai kuriose šildymo sistemose kaip perdavimo skystis naudojamas karštas vanduo, o ne garai. Šioms sistemoms gerai tinka bronziniai arba geležiniai vožtuvai. Labai populiarūs yra ketvirčio apsisukimo rutuliniai ir drugelio vožtuvai su elastingu sandarinimu, nors vis dar naudojami ir kai kurie linijiniai modeliai.

IŠVADA
Nors šiame straipsnyje minimų vožtuvų pritaikymo įrodymų galima ir nematyti keliaujant į „Starbucks“ ar pas močiutę, kai kurie labai svarbūs vožtuvai visada yra netoliese. Automobilio variklyje yra net vožtuvų, kurie naudojami patekti į tas vietas, pavyzdžiui, karbiuratoriuje esantys vožtuvai, valdantys degalų srautą į variklį, ir variklyje esantys vožtuvai, valdantys benzino srautą į stūmoklius ir iš jų. O jei šie vožtuvai nėra pakankamai arti mūsų kasdienio gyvenimo, pagalvokite apie realybę, kad mūsų širdys reguliariai plaka per keturis gyvybiškai svarbius srauto reguliavimo įtaisus.

Tai tik dar vienas pavyzdys, kaip vožtuvai yra visur. VM
Šio straipsnio II dalyje aptariamos kitos pramonės šakos, kuriose naudojami vožtuvai. Apsilankykite www.valvemagazine.com ir sužinokite apie celiuliozės ir popieriaus, jūrų pramonės, užtvankų ir hidroelektrinių, saulės, geležies ir plieno, aviacijos ir kosmoso, geoterminės energijos bei amatinio alaus ir distiliavimo pramonę.

GREGAS JOHNSONAS yra „United Valve“ (www.unitedvalve.com) prezidentas Hiustone. Jis yra žurnalo VALVE bendradarbis redaktorius, buvęs Vožtuvų remonto tarybos pirmininkas ir dabartinis VRC valdybos narys. Jis taip pat dirba VMA Švietimo ir mokymo komitete, yra VMA Ryšių komiteto pirmininko pavaduotojas ir buvęs Gamintojų standartizacijos draugijos prezidentas.