Waar kleppen worden gebruikt: overal!

08 nov 2017 Geschreven door Greg Johnson

Afsluiters zijn tegenwoordig vrijwel overal te vinden: in onze huizen, onder de straat, in commerciële gebouwen en op duizenden plaatsen in energie- en watercentrales, papierfabrieken, raffinaderijen, chemische fabrieken en andere industriële en infrastructurele voorzieningen.
De klepindustrie is echt breed gedragen, met segmenten variërend van waterdistributie tot kernenergie tot upstream en downstream olie en gas.Elk van deze eindgebruikersindustrieën gebruikt een aantal basistypen kleppen;de details van constructie en materialen zijn echter vaak heel verschillend.Hier is een voorbeeld:

WATER WERKT
In de wereld van waterdistributie zijn de drukken bijna altijd relatief laag en de temperaturen omgevingstemperatuur.Deze twee toepassingsfeiten maken een aantal ontwerpelementen voor kleppen mogelijk die niet zouden worden gevonden op meer uitdagende apparatuur zoals stoomkleppen voor hoge temperaturen.De omgevingstemperatuur van watervoorziening maakt het gebruik van elastomeren en rubberen afdichtingen mogelijk die elders niet geschikt zijn.Met deze zachte materialen kunnen waterkleppen worden uitgerust om druppels goed af te sluiten.

Een andere overweging bij afsluiters voor watervoorziening is de keuze van de constructiematerialen.Gegoten en nodulair gietijzer wordt veel gebruikt in watersystemen, met name leidingen met een grote buitendiameter.Zeer kleine leidingen kunnen heel goed worden behandeld met bronzen klepmaterialen.

De drukken die de meeste kleppen van waterleidingbedrijven zien, zijn meestal ver onder de 200 psi.Dit betekent dat ontwerpen met een hogere druk met dikkere wanden niet nodig zijn.Dat gezegd hebbende, er zijn gevallen waarin waterkleppen zijn gebouwd om hogere drukken aan te kunnen, tot ongeveer 300 psi.Deze toepassingen zijn meestal op lange aquaducten dicht bij de drukbron.Soms worden waterkleppen met een hogere druk ook gevonden op de punten met de hoogste druk in een hoge dam.

De American Water Works Association (AWWA) heeft specificaties uitgegeven voor veel verschillende soorten kleppen en actuatoren die worden gebruikt in waterleidingtoepassingen.

AFVALWATER
De keerzijde van vers drinkwater dat een faciliteit of structuur binnengaat, is de afvoer van afvalwater of riool.Deze leidingen verzamelen alle afvalvloeistof en vaste stoffen en leiden ze naar een rioolwaterzuiveringsinstallatie.Deze zuiveringsinstallaties hebben veel lagedrukleidingen en kleppen om hun "vuile werk" te doen.De vereisten voor afvalwaterkleppen zijn in veel gevallen veel milder dan de vereisten voor schoonwaterdiensten.IJzeren poort- en terugslagkleppen zijn de meest populaire keuzes voor dit type service.Standaard afsluiters in deze service zijn gebouwd in overeenstemming met de AWWA-specificaties.

ENERGIE INDUSTRIE
Het grootste deel van de elektrische stroom die in de Verenigde Staten wordt opgewekt, wordt opgewekt in stoomcentrales die gebruik maken van fossiele brandstoffen en hogesnelheidsturbines.Als je het deksel van een moderne energiecentrale weghaalt, krijg je zicht op hogedruk- en hogetemperatuurleidingsystemen.Deze hoofdlijnen zijn de meest kritische in het opwekkingsproces van stoomkracht.

Schuifafsluiters blijven een belangrijke keuze voor aan/uit-toepassingen van energiecentrales, hoewel er ook speciale Y-patroonafsluiters worden gevonden.Kogelkranen met hoge prestaties winnen aan populariteit bij sommige ontwerpers van energiecentrales en dringen door in deze ooit door lineaire kleppen gedomineerde wereld.

Metallurgie is van cruciaal belang voor kleppen in energietoepassingen, vooral die welke werken in het superkritische of ultrasuperkritische werkbereik van druk en temperatuur.F91, F92, C12A, samen met verschillende Inconel- en roestvrijstalen legeringen worden vaak gebruikt in de huidige energiecentrales.Drukklassen omvatten 1500, 2500 en in sommige gevallen 4500. De modulerende aard van piekcentrales (die alleen werken als dat nodig is) legt ook een enorme druk op kleppen en leidingen, waardoor robuuste ontwerpen nodig zijn om de extreme combinatie van cycli, temperatuur en druk.
Naast de hoofdstoomklep zijn energiecentrales geladen met hulppijpleidingen, bevolkt door een groot aantal poort-, bol-, terugslag-, vlinder- en kogelkleppen.

Kerncentrales werken volgens hetzelfde stoom/hogesnelheidsturbineprincipe.Het belangrijkste verschil is dat in een kerncentrale de stoom wordt gecreëerd door warmte van het splijtingsproces.Kleppen van kerncentrales zijn vergelijkbaar met hun neefjes op fossiele brandstof, behalve hun stamboom en de toegevoegde eis van absolute betrouwbaarheid.Nucleaire kleppen worden vervaardigd volgens extreem hoge normen, waarbij de kwalificatie- en inspectiedocumentatie honderden pagina's beslaat.

OLIE- EN GASPRODUCTIE
Olie- en gasbronnen en productiefaciliteiten zijn zware gebruikers van kleppen, waaronder veel zware kleppen.Hoewel het onwaarschijnlijk is dat oliestromen honderden meters de lucht in spuwen, illustreert de afbeelding de potentiële druk van ondergrondse olie en gas.Dit is de reden waarom putkoppen of kerstbomen bovenaan de lange pijpleiding van een put worden geplaatst.Deze samenstellingen, met hun combinatie van kleppen en speciale fittingen, zijn ontworpen om een ​​druk van meer dan 10.000 psi aan te kunnen.Hoewel ze tegenwoordig zelden worden aangetroffen op putten die op het land zijn gegraven, worden de extreem hoge drukken vaak aangetroffen op diepe offshore-putten.

Het ontwerp van boorputapparatuur valt onder API-specificaties zoals 6A, Specificatie voor boorput- en kerstboomapparatuur.De met 6A bedekte kleppen zijn ontworpen voor extreem hoge drukken maar bescheiden temperaturen.De meeste kerstbomen bevatten schuifafsluiters en speciale klepafsluiters die smoorspoelen worden genoemd.De smoorspoelen worden gebruikt om de stroom uit de put te regelen.

Naast de putmonden zelf bevolken veel hulpfaciliteiten een olie- of gasveld.Procesapparatuur om de olie of het gas voor te behandelen vereist een aantal kleppen.Deze kleppen zijn meestal van koolstofstaal dat geschikt is voor lagere klassen.

Af en toe is er een zeer corrosieve vloeistof - waterstofsulfide - aanwezig in de ruwe aardoliestroom.Dit materiaal, ook wel zuur gas genoemd, kan dodelijk zijn.Om de uitdagingen van zuur gas het hoofd te bieden, moeten speciale materialen of materiaalverwerkingstechnieken in overeenstemming met NACE International-specificatie MR0175 worden gevolgd.

OFFSHORE-INDUSTRIE
De leidingsystemen voor offshore olieplatforms en productiefaciliteiten bevatten een groot aantal kleppen die volgens veel verschillende specificaties zijn gebouwd om de grote verscheidenheid aan uitdagingen op het gebied van stroomregeling aan te kunnen.Deze faciliteiten bevatten ook verschillende regelsysteemlussen en drukontlastingsapparaten.

Voor olieproductiefaciliteiten is het arteriële hart het eigenlijke olie- of gasterugwinningsleidingsysteem.Hoewel niet altijd op het platform zelf, gebruiken veel productiesystemen kerstbomen en leidingsystemen die werken in de onherbergzame diepten van 10.000 voet of meer.Deze productieapparatuur is gebouwd volgens vele veeleisende normen van het American Petroleum Institute (API) en er wordt naar verwezen in verschillende API Recommended Practices (RP's).

Op de meeste grote olieplatforms worden aanvullende processen toegepast op de ruwe vloeistof die uit de putmond komt.Deze omvatten het scheiden van water van de koolwaterstoffen en het scheiden van gas en aardgasvloeistoffen uit de vloeistofstroom.Deze post-kerstboomleidingsystemen zijn over het algemeen gebouwd volgens de American Society of Mechanical Engineers B31.3-leidingcodes, waarbij de kleppen zijn ontworpen in overeenstemming met API-klepspecificaties zoals API 594, API 600, API 602, API 608 en API 609.

Sommige van deze systemen kunnen ook API 6D-poort-, kogel- en terugslagkleppen bevatten.Aangezien alle pijpleidingen op het platform of boorschip intern in de faciliteit liggen, zijn de strikte vereisten voor het gebruik van API 6D-kleppen voor pijpleidingen niet van toepassing.Hoewel er in deze leidingsystemen meerdere typen kleppen worden gebruikt, is de kogelkraan de voorkeursklep.

PIJPLEIDINGEN
Hoewel de meeste pijpleidingen aan het zicht onttrokken zijn, is hun aanwezigheid meestal duidelijk.Kleine borden met de vermelding "aardoliepijpleiding" zijn een duidelijke indicator van de aanwezigheid van ondergrondse transportleidingen.Deze pijpleidingen zijn over de hele lengte uitgerust met veel belangrijke kleppen.Noodafsluiters voor pijpleidingen worden gevonden met tussenpozen zoals gespecificeerd door normen, codes en wetten.Deze kleppen hebben de vitale functie om een ​​deel van een pijpleiding te isoleren in geval van een lek of wanneer onderhoud nodig is.

Ook verspreid langs een pijplijnroute zijn voorzieningen waar de lijn uit de grond komt en lijntoegang beschikbaar is.Deze stations zijn de thuisbasis voor "varkens" -lanceerapparatuur, die bestaat uit apparaten die in de pijpleidingen worden gestoken om de lijn te inspecteren of schoon te maken.Deze lanceerstations voor varkens bevatten meestal meerdere kleppen, poort- of kogeltypes.Alle kleppen op een pijpleidingsysteem moeten volledig open zijn om de doorgang van pigs mogelijk te maken.

Pijpleidingen hebben ook energie nodig om de wrijving van de pijpleiding tegen te gaan en de druk en stroming van de leiding in stand te houden.Er worden compressor- of pompstations gebruikt die eruitzien als kleine versies van een procesinstallatie zonder de hoge kraaktorens.Deze stations zijn de thuisbasis van tientallen poort-, kogel- en terugslagkleppen voor pijpleidingen.
De pijpleidingen zelf zijn ontworpen in overeenstemming met verschillende normen en codes, terwijl pijpleidingkleppen API 6D Pipeline Valves volgen.
Er zijn ook kleinere pijpleidingen die naar huizen en commerciële gebouwen voeren.Deze leidingen leveren water en gas en worden bewaakt door afsluiters.
Grote gemeenten, met name in het noorden van de Verenigde Staten, leveren stoom voor de verwarmingsbehoeften van commerciële klanten.Deze stoomtoevoerleidingen zijn voorzien van diverse kleppen om de stoomtoevoer te regelen en te regelen.Hoewel de vloeistof stoom is, zijn de drukken en temperaturen lager dan die bij stoomopwekking in energiecentrales.Bij deze service worden verschillende soorten kleppen gebruikt, hoewel de eerbiedwaardige plugklep nog steeds een populaire keuze is.

RAFFINADERIJ EN PETROCHEMIE
Raffinaderijkleppen zijn verantwoordelijk voor meer industrieel klepgebruik dan enig ander klepsegment.Raffinaderijen bevatten zowel corrosieve vloeistoffen als in sommige gevallen hoge temperaturen.
Deze factoren bepalen hoe kleppen worden gebouwd in overeenstemming met API-specificaties voor klepontwerp, zoals API 600 (schuifafsluiters), API 608 (kogelkranen) en API 594 (terugslagkleppen).Vanwege de zware belasting waarmee veel van deze kleppen worden geconfronteerd, is vaak extra corrosietoeslag nodig.Deze toeslag komt tot uiting door grotere wanddiktes die zijn gespecificeerd in de API-ontwerpdocumenten.

Vrijwel elk belangrijk kleptype is in overvloed te vinden in een typische grote raffinaderij.De alomtegenwoordige schuifafsluiter is nog steeds de koning van de heuvel met de grootste populatie, maar kwartslagafsluiters nemen een steeds groter deel van hun marktaandeel in beslag.De kwartslagproducten die met succes hun intrede doen in deze branche (die ooit ook werd gedomineerd door lineaire producten) zijn onder meer hoogwaardige vlinderkleppen met drievoudige offset en kogelkranen met metalen zitting.

Standaard schuifafsluiters, klepafsluiters en terugslagkleppen worden nog steeds massaal aangetroffen, en vanwege de hartelijkheid van hun ontwerp en de economische productie zullen ze niet snel verdwijnen.
Drukclassificaties voor raffinaderijkleppen variëren van klasse 150 tot klasse 1500, waarbij klasse 300 het populairst is.
Gewoon koolstofstaal, zoals kwaliteit WCB (gegoten) en A-105 (gesmeed) zijn de meest populaire materialen die worden gespecificeerd en gebruikt in kleppen voor raffinaderijservice.Veel toepassingen in het raffinageproces verleggen de bovengrens van de temperatuur van gewoon koolstofstaal, en legeringen voor hogere temperaturen worden gespecificeerd voor deze toepassingen.De meest populaire hiervan zijn de chroom/moly staalsoorten zoals 1-1/4% Cr, 2-1/4% Cr, 5% Cr en 9% Cr.Roestvast staal en legeringen met een hoog nikkelgehalte worden ook gebruikt in sommige bijzonder zware raffinageprocessen.

CHEMISCH
De chemische industrie is een grootverbruiker van afsluiters in alle soorten en materialen.Van kleine batchfabrieken tot de enorme petrochemische complexen aan de Golfkust, kleppen maken een groot deel uit van leidingsystemen voor chemische processen.

De meeste toepassingen in chemische processen hebben een lagere druk dan veel raffinageprocessen en energieopwekking.De meest populaire drukklassen voor kleppen en leidingen van chemische fabrieken zijn klassen 150 en 300. Chemische fabrieken zijn ook de grootste oorzaak geweest van de overname van het marktaandeel dat kogelkranen de afgelopen 40 jaar hebben geworsteld met lineaire kleppen.De kogelkraan met veerkrachtige zitting, met zijn nul-lekkage-afsluiting, is perfect geschikt voor vele toepassingen in chemische fabrieken.Ook het compacte formaat van de kogelkraan is een populair kenmerk.
Er zijn nog enkele chemische fabrieken en fabrieksprocessen waar lineaire kleppen de voorkeur hebben.In deze gevallen zijn de populaire API 603-ontworpen kleppen, met dunnere wanden en lichtere gewichten, meestal de poort- of bolklep bij uitstek.Regeling van sommige chemicaliën wordt ook effectief bereikt met membraan- of knijpkleppen.
Vanwege de corrosieve aard van veel chemicaliën en processen voor het maken van chemicaliën, is de materiaalkeuze van cruciaal belang.Het defacto materiaal is de 316/316L kwaliteit van austenitisch roestvrij staal.Dit materiaal werkt goed om corrosie van een groot aantal soms vervelende vloeistoffen te bestrijden.

Voor sommige zwaardere corrosieve toepassingen is meer bescherming nodig.Andere hoogwaardige soorten austenitisch roestvast staal, zoals 317, 347 en 321 worden in deze situaties vaak gekozen.Andere legeringen die van tijd tot tijd worden gebruikt om chemische vloeistoffen te beheersen, zijn Monel, Alloy 20, Inconel en 17-4 PH.

LNG- EN GASSCHEIDING
Zowel vloeibaar aardgas (LNG) als de processen die nodig zijn voor gasscheiding zijn afhankelijk van uitgebreide leidingen.Deze toepassingen vereisen kleppen die kunnen werken bij zeer lage cryogene temperaturen.De LNG-industrie, die snel groeit in de Verenigde Staten, is voortdurend op zoek naar upgrades en verbeteringen van het proces van het vloeibaar maken van gas.Daartoe zijn leidingen en kleppen veel groter geworden en zijn de drukeisen verhoogd.

Door deze situatie moesten klepfabrikanten ontwerpen ontwikkelen om aan strengere parameters te voldoen.Kwartslagkogel- en vlinderkleppen zijn populair voor LNG-service, met 316ss [roestvrij staal] het meest populaire materiaal.ANSI-klasse 600 is het gebruikelijke drukplafond voor de meeste LNG-toepassingen.Hoewel kwartslagproducten de meest populaire kleptypes zijn, zijn er ook schuif-, bol- en terugslagkleppen in de fabrieken te vinden.

Gasscheidingsservice omvat het verdelen van gas in zijn individuele basiselementen.Luchtscheidingsmethoden leveren bijvoorbeeld stikstof, zuurstof, helium en andere sporengassen op.De zeer lage temperatuur van het proces betekent dat er veel cryogene kleppen nodig zijn.

Zowel LNG- als gasscheidingsinstallaties hebben lage-temperatuurkleppen die onder deze cryogene omstandigheden moeten blijven werken.Dit betekent dat het kleppakkingsysteem moet worden opgetild uit de buurt van de vloeistof met lage temperatuur door middel van een gas- of condensatiekolom.Deze gaskolom voorkomt dat de vloeistof een ijsbal vormt rond het pakkinggebied, waardoor de klepsteel niet kan draaien of stijgen.

COMMERCIËLE GEBOUWEN
Commerciële gebouwen omringen ons, maar tenzij we goed opletten terwijl ze worden gebouwd, hebben we weinig idee van de veelheid aan vloeibare slagaders die verborgen zijn binnen hun muren van metselwerk, glas en metaal.

Een gemene deler in vrijwel elk gebouw is water.Al deze constructies bevatten een verscheidenheid aan leidingsystemen die vele combinaties van de waterstof/zuurstofverbinding vervoeren in de vorm van drinkbare vloeistoffen, afvalwater, warm water, grijs water en brandbeveiliging.

Vanuit het oogpunt van overleving van gebouwen zijn brandsystemen het meest kritisch.Brandbeveiliging in gebouwen wordt bijna universeel gevoed en gevuld met schoon water.Om bluswatersystemen effectief te laten zijn, moeten ze betrouwbaar zijn, voldoende druk hebben en handig door de hele structuur worden geplaatst.Deze systemen zijn ontworpen om automatisch in werking te treden in geval van brand.
Hoogbouw vereist dezelfde waterdrukservice op de bovenste verdiepingen als de onderste verdiepingen, dus er moeten hogedrukpompen en leidingen worden gebruikt om het water naar boven te krijgen.De leidingsystemen zijn meestal klasse 300 of 600, afhankelijk van de hoogte van het gebouw.Alle soorten kleppen worden in deze toepassingen gebruikt;de klepontwerpen moeten echter worden goedgekeurd door Underwriters Laboratories of Factory Mutual voor hoofdbrandweer.

Dezelfde klassen en typen kleppen die worden gebruikt voor brandweerkleppen worden gebruikt voor drinkwaterdistributie, hoewel het goedkeuringsproces niet zo streng is.
Commerciële airconditioningsystemen in grote bedrijfsstructuren zoals kantoorgebouwen, hotels en ziekenhuizen zijn meestal gecentraliseerd.Ze hebben een grote koeleenheid of boiler om vloeistof te koelen of te verwarmen die wordt gebruikt voor het overbrengen van koude of hoge temperaturen.Deze systemen moeten vaak omgaan met koelmiddelen zoals R-134a, een fluorkoolwaterstof, of in het geval van grote verwarmingssystemen, stoom.Vanwege het compacte formaat van vlinder- en kogelkranen zijn deze typen populair geworden in HVAC-koelsystemen.

Aan de stoomzijde hebben sommige kwartslagkleppen hun intrede gedaan, maar veel loodgieters vertrouwen nog steeds op lineaire schuifafsluiters en klepafsluiters, vooral als de leidingen stuikgelaste uiteinden vereisen.Voor deze matige stoomtoepassingen heeft staal de plaats ingenomen van gietijzer vanwege de lasbaarheid van staal.

Sommige verwarmingssystemen gebruiken heet water in plaats van stoom als overdrachtsvloeistof.Deze systemen zijn goed bediend door bronzen of ijzeren kleppen.Kwartslag kogel- en vlinderkleppen met veerkrachtige zitting zijn erg populair, hoewel sommige lineaire ontwerpen nog steeds worden gebruikt.

CONCLUSIE
Hoewel het bewijs van de kleptoepassingen die in dit artikel worden genoemd, misschien niet zichtbaar is tijdens een reis naar Starbucks of naar oma's huis, zijn er altijd enkele zeer belangrijke kleppen in de buurt.Er zijn zelfs kleppen in de motor van de auto die worden gebruikt om naar die plaatsen te komen, zoals die in de carburateur die de brandstofstroom naar de motor regelen en die in de motor die de benzinestroom naar de zuigers en weer naar buiten regelen.En als die kleppen niet dicht genoeg bij ons dagelijks leven zijn, overweeg dan de realiteit dat ons hart regelmatig klopt door vier vitale stroomcontrole-apparaten.

Dit is gewoon weer een voorbeeld van de realiteit dat: kleppen echt overal zijn.VM
Deel II van dit artikel behandelt aanvullende industrieën waar kleppen worden gebruikt.Ga naar www.valvemagazine.com om te lezen over pulp en papier, maritieme toepassingen, dammen en waterkracht, zonne-energie, ijzer en staal, ruimtevaart, aardwarmte en ambachtelijk brouwen en distilleren.

GREG JOHNSON is president van United Valve (www.unitedvalve.com) in Houston.Hij is redacteur van VALVE Magazine, voormalig voorzitter van de Valve Repair Council en huidig ​​VRC-bestuurslid.Hij is ook lid van de opleidings- en opleidingscommissie van VMA, vice-voorzitter van de communicatiecommissie van VMA en voormalig voorzitter van de Manufacturers Standardization Society.