איפה משתמשים בשסתומים

איפה משתמשים בשסתומים: בכל מקום!

08 נובמבר 2017 נכתב על ידי גרג ג'ונסון

ניתן למצוא שסתומים כמעט בכל מקום כיום: בבתים שלנו, מתחת לרחוב, בבניינים מסחריים ובאלפי מקומות בתחומי כוח ומים, בתי חרושת לנייר, בתי זיקוק, מפעלים כימיים ומתקני תעשייה ותשתית אחרים.
תעשיית המסתמים רחבת כתפיים באמת, עם מקטעים המשתנים מפיזור מים לאנרגיה גרעינית לנפט וגז במעלה ובזרם. כל אחת מענפי משתמשי הקצה הללו משתמשים בכמה סוגים בסיסיים של שסתומים; עם זאת, פרטי הבנייה והחומרים לרוב שונים מאוד. להלן דוגמה:

עבודות מים
בעולם חלוקת המים, הלחצים כמעט תמיד נמוכים יחסית והטמפרטורות סביבות. שתי עובדות יישום אלה מאפשרות מספר אלמנטים לעיצוב שסתומים שלא יימצאו בציוד מאותגר יותר כמו שסתומי קיטור בטמפרטורה גבוהה. טמפרטורת הסביבה של שירות המים מאפשרת שימוש באלסטומרים ובחותמות גומי שאינן מתאימות במקום אחר. חומרים רכים אלה מאפשרים לצייד שסתומי מים כדי לאטום היטב את הטפטפות.

שיקול נוסף בשסתומי שירות המים הוא הבחירה בחומרי הבנייה. נעשה שימוש נרחב בברזלים יצוקים ומרקשים במערכות מים, במיוחד בקווים גדולים בקוטר חיצוני. ניתן לטפל בקווים קטנים מאוד די טוב עם חומרי שסתום ברונזה.

הלחצים שרוב שסתומי מפעלי המים רואים בדרך כלל הרבה מתחת ל 200 psi. המשמעות היא שאין צורך בתכנונים בלחץ גבוה יותר עם קירות עבים יותר. עם זאת, ישנם מקרים בהם שסתומי מים בנויים להתמודד עם לחצים גבוהים יותר, עד לסביבות 300 psi. יישומים אלה הם בדרך כלל על מים ארוכים הקרובים למקור הלחץ. לפעמים נמצאים גם שסתומי מים בלחץ גבוה יותר בנקודות הלחץ הגבוהות ביותר בסכר גבוה.

איגוד עבודות המים האמריקני (AWWA) הוציא מפרטים המכסים סוגים רבים ושונים של שסתומים ומפעילים המשמשים ליישומי מים.

מי שפכים
הצד ההפוך של מים שתויים טריים הנכנסים למתקן או למבנה הוא תפוקת הביוב או הביוב. קווים אלה אוספים את כל נוזלי הפסולת והמוצקים ומפנים אותם למתקן לטיפול בשפכים. מפעלי טיפול אלה כוללים הרבה צנרת בלחץ נמוך ושסתומים לביצוע "העבודה המלוכלכת" שלהם. הדרישות לשסתומי שפכים במקרים רבים קלות הרבה יותר מהדרישות לשירות מים נקיים. שער ברזל ושסתומי הסימון הם הבחירות הפופולריות ביותר עבור שירות מסוג זה. שסתומים סטנדרטיים בשירות זה בנויים בהתאם למפרט AWWA.

תעשיית החשמל
עיקר הכוח החשמלי הנוצר בארצות הברית מופק במפעלי קיטור באמצעות טורבינות דלק מאובנים ומהירות גבוהה. קילוף מכסה של תחנת כוח מודרנית יניב תצוגה של מערכות צנרת בלחץ גבוה וטמפרטורה גבוהה. קווים עיקריים אלה הם הקריטיים ביותר בתהליך ייצור כוח הקיטור.

שסתומי שער נותרים בחירה עיקרית ליישומי הפעלה / כיבוי של תחנות כוח, אם כי נמצאים גם שסתומי גלובוס בדוגמת Y. שסתומי כדור בעלי ביצועים גבוהים ושירות קריטי זוכים לפופולריות בקרב כמה מעצבי תחנות הכוח ועושים דרך בעולם הזה שנשלט בעבר על ידי שסתום ליניארי.

מטלורגיה היא קריטית עבור שסתומים ביישומי הספק, במיוחד אלה הפועלים בטווח הפעולה העל-קריטי או האולטרה-סופר-קריטי של לחץ וטמפרטורה. F91, F92, C12A, יחד עם מספר סגסוגות Inconel ופלדת אל-חלד משמשים בדרך כלל בתחנות הכוח של ימינו. שיעורי הלחץ כוללים 1500, 2500 ובמקרים מסוימים 4500. האופי המווסת של תחנות כוח שיא (כאלו הפועלות רק לפי הצורך) מפעיל גם עומס עצום על שסתומים וצנרת, ודורש עיצובים חזקים לטיפול בשילוב קיצוני של רכיבה על אופניים, טמפרטורה לַחַץ.
בנוסף לשסתום הקיטור הראשי, תחנות הכוח עמוסות בצינורות נלווים, המאוכלסים על ידי מספר עצום של שסתומי שער, גלובוס, צ'ק, פרפר וכדור.

תחנות כוח גרעיניות פועלות על פי אותו עקרון טורבינות מהירות קיטור / מהירות. ההבדל העיקרי הוא שבתחנת כוח גרעינית, הקיטור נוצר על ידי חום מתהליך הביקוע. שסתומי תחנות הכוח הגרעיניות דומים לבני דודיהם המאובנים מאובנים, למעט אילן היוחסין שלהם והדרישה הנוספת לאמינות מוחלטת. שסתומי גרעין מיוצרים בסטנדרטים גבוהים במיוחד, כאשר תיעוד ההסמכה והביקורת ממלא מאות עמודים.

imng

ייצור שמנים וגזים
בארות נפט וגז ומתקני ייצור הם משתמשים כבדים בשסתומים, כולל שסתומים רבים כבדים. למרות שכבר לא צפויות להתרחש גושרי שמן שנשפכים מאות מטרים באוויר, התמונה ממחישה את הלחץ הפוטנציאלי של נפט וגז תת קרקעי. זו הסיבה שראשי באר או עצי חג המולד ממוקמים בראש מחרוזת הצינור הארוכה של הבאר. מכלולים אלה, על שילובם של שסתומים ואביזרים מיוחדים, נועדו להתמודד עם לחצים מעל 10,000 psi. בעוד שנמצא לעתים רחוקות על בארות שנחפרו בימים אלה, הלחצים הגבוהים הקיצוניים נמצאים לעתים קרובות על בארות Offshore עמוקות.

תכנון ציוד Wellhead מכוסה במפרטי API כגון 6A, מפרט לציוד Wellhead ועץ חג המולד. השסתומים המכוסים 6A מיועדים ללחצים גבוהים במיוחד אך לטמפרטורות צנועות. רוב עצי חג המולד מכילים שסתומי שער ושסתומי גלובוס מיוחדים הנקראים חנקים. המשנקים משמשים לוויסות הזרימה מהבאר.

בנוסף לראשי הבארים עצמם, מתקנים נלווים רבים מאכלסים שדה נפט או גז. ציוד עיבוד לטיפול מראש בשמן או בגז דורש מספר שסתומים. שסתומים אלה הם בדרך כלל פלדת פחמן המדורגת לקבוצות נמוכות יותר.

לעיתים, נוזל מאכל מאוד - מימן גופרתי - נמצא בזרם הנפט הגולמי. חומר זה, הנקרא גם גז חמוץ, יכול להיות קטלני. כדי לעמוד באתגרים של גז חמוץ, יש לעקוב אחר חומרים מיוחדים או טכניקות לעיבוד חומרים בהתאם למפרט הבינלאומי של NACE MR0175.

תעשייה מחוץ לחוף
מערכות הצנרת לאסדות נפט ימיות ומתקני ייצור מכילות שסתומים שנבנו לפי מפרט שונה ומגוון כדי להתמודד עם מגוון רחב של אתגרי בקרת זרימה. מתקנים אלה מכילים גם לולאות שונות של מערכות בקרה והתקני הפגת לחץ.

עבור מתקני ייצור נפט, הלב העורקי הוא מערכת צנרת התאוששות הנפט או הגז בפועל. אמנם לא תמיד בפלטפורמה עצמה, אך מערכות ייצור רבות משתמשות בעצי חג המולד ובמערכות צנרת הפועלות בעומק הבלתי נסבל של 10,000 רגל ומעלה. ציוד ייצור זה בנוי על פי תקנים רבים ומגוונים של מכון הנפט האמריקאי (API) ומופנה בכמה פרקטיקות מומלצות של API.

ברוב פלטפורמות הנפט הגדולות, מוחלים תהליכים נוספים על הנוזל הגולמי המגיע מראש הבאר. אלה כוללים הפרדת מים מהפחמימנים והפרדת גז ונוזלי גז טבעי מזרם הנוזל. מערכות צנרת אלה לאחר חג המולד בנויות בדרך כלל לקודי צנרת אמריקאיים של מהנדסי מכונות B31.3 עם השסתומים שתוכננו בהתאם למפרט שסתומי API כגון API 594, API 600, API 602, API 608 ו- API 609.

חלק מהמערכות הללו עשויות להכיל גם שסתומי שער 6D, כדור ושסתום. מכיוון שכל צינורות בפלטפורמה או בספינת המקדחה הם פנימיים במתקן, הדרישות המחמירות לשימוש בשסתומי API 6D לצינורות אינן חלות. אף על פי שמשתמשים בסוגי שסתומים מרובים במערכות צנרת אלה, סוג השסתום הנבחר הוא שסתום הכדור.

צינורות
למרות שרוב הצינורות מוסתרים מהעין, בדרך כלל נוכחותם ניכרת. שלטים קטנים המעידים על "צינור נפט" הם אינדיקטור ברור לעין של צנרת תחבורה תת קרקעית. צינורות אלה מצוידים בשסתומים חשובים רבים לכל אורכם. שסתומי כיבוי צינור חירום נמצאים במרווחים כמפורט על ידי תקנים, קודים וחוקים. שסתומים אלה משמשים את השירות החיוני של בידוד קטע צינור במקרה של נזילה או כאשר נדרשת תחזוקה.

כמו כן מפוזרים לאורך צינור צנרת מתקנים שבהם הקו יוצא מהקרקע וגישה לקו זמינה. תחנות אלו מהוות ביתם של ציוד שיגור "חזיר", המורכב ממכשירים המוחדרים לצינורות לבדיקה או לניקוי הקו. תחנות שיגור חזיר אלה מכילות בדרך כלל כמה שסתומים, או סוגים של שער או כדור. כל השסתומים במערכת הצינור חייבים להיות בעלי יציאה מלאה (פתיחה מלאה) כדי לאפשר מעבר של חזירים.

הצינורות זקוקים גם לאנרגיה כדי להילחם בחיכוך הצינור ולשמור על לחץ וזרימת הקו. נעשה שימוש בתחנות מדחס או שאיבה שנראות כמו גרסאות קטנות של מפעל עיבוד ללא מגדלי הפיצוח הגבוהים. בתחנות אלה שוכנים עשרות שסתומי צנרת שערים, כדורים ובדיקות.
הצינורות עצמם מתוכננים בהתאם לתקנים וקודים שונים, בעוד שסתומי הצינור עוקבים אחר שסתומי הצינור API 6D.
ישנם גם צינורות קטנים יותר המוזנים לבתים ולמבנים מסחריים. קווים אלה מספקים מים וגז ומוגנים על ידי שסתומי כיבוי.
עיריות גדולות, במיוחד בחלק הצפוני של ארצות הברית, מספקות קיטור לדרישות החימום של לקוחות מסחריים. קווי אספקת קיטור אלה מצוידים במגוון שסתומים לשליטה ולוויסות אספקת הקיטור. למרות שהנוזל הוא קיטור, הלחצים והטמפרטורות נמוכים מאלה שנמצאים בייצור קיטור בתחנות הכוח. בשירות זה משתמשים במגוון סוגי שסתומים, אם כי שסתום התקע המכובד הוא עדיין בחירה פופולרית.

זיקוק ופטרוכימיה
שסתומי זיקוק מהווים שימוש רב יותר בשסתומים תעשייתיים מכל פלח שסתומים אחר. בתי זיקוק הם ביתם של נוזלים מאכלים ובמקרים מסוימים טמפרטורות גבוהות.
גורמים אלה מכתיבים את אופן בניית השסתומים בהתאם למפרט תכנון שסתומי ה- API כגון API 600 (שסתומי שער), API 608 (שסתומי כדור) ו- API 594 (שסתומי בדיקה). בגלל השירות הקשה בו נתקלים רבים משסתומים אלה, לעתים קרובות יש צורך בתוספת קורוזיה. קצבה זו באה לידי ביטוי בעובי קיר גדול יותר המצוין במסמכי עיצוב ה- API.

כמעט כל סוג שסתומים עיקרי ניתן למצוא בשפע בבית זיקוק גדול טיפוסי. שסתום השער בכל מקום הוא עדיין מלך הגבעה עם האוכלוסייה הגדולה ביותר, אך שסתומי רבע סיבוב תופסים כמות גדולה יותר ויותר מנתח השוק שלהם. המוצרים של רבע הסיבובים שמספרם דרך מוצלחת בתעשייה זו (אשר נשלטה בעבר גם על ידי מוצרים לינאריים) כוללים שסתומי פרפר משולשים בעלי אופסט משולש ושסתומי כדור מתכתיים.

שסתומי שער, גלובוס ושקעים רגילים עדיין נמצאים בהמוניהם, ובגלל לב ליבם של עיצובם וכלכלת הייצור שלהם, הם לא ייעלמו בקרוב.
דירוגי הלחץ של שסתומי הזיקוק מריצים את טווח המחלקה מחלקה 150 ועד למחלקה 1500, כאשר המחלקה 300 הפופולרית ביותר.
פלדות פחמן רגילות, כגון כיתה WCB (יצוקה) ו- A-105 (מזויפות) הן החומרים הפופולריים ביותר שצוינו ומשמשים בשסתומים לשירות בתי זיקוק. יישומי תהליך זיקוק רבים דוחפים את גבולות הטמפרטורה העליונים של פלדות פחמן רגילות, וסגסוגות בטמפרטורה גבוהה מוגדרות ליישומים אלה. הפופולריות ביותר מביניהן הן פלדות כרום / מולי כמו 1-1 / 4% Cr, 2-1 / 4% Cr, 5% Cr ו- 9% Cr. פלדות אל חלד וסגסוגות ניקל גבוהות משמשות גם בכמה תהליכי זיקוק קשים במיוחד.

sdagag

כִּימִי
התעשייה הכימית היא משתמש גדול בשסתומים מכל הסוגים והחומרים. ממפעלי אצווה קטנים ועד למתחמים הפטרוכימיים הענקיים שנמצאים בחוף המפרץ, שסתומים הם חלק עצום ממערכות צנרת תהליכים כימיים.

רוב היישומים בתהליכים כימיים הם בעלי לחץ נמוך יותר מאשר תהליכי זיקוק רבים וייצור חשמל. שיעורי הלחץ הפופולאריים ביותר עבור שסתומים צמחיים כימיים וצנרת הם המחלקות 150 ו -300. מפעלי כימיה היו גם המניע הגדול ביותר בהשתלטות נתחי השוק שסתומי הכדור התאבקו משסתומים ליניאריים במהלך 40 השנים האחרונות. שסתום הכדור היושב בעל גמישות, עם כיבוי הדליפה האפסית שלו, מתאים מאוד ליישומי מפעלים כימיים רבים. הגודל הקומפקטי של שסתום הכדור הוא תכונה פופולרית גם כן.
ישנם עדיין כמה מפעלים כימיים ותהליכים צמחיים שבהם עדיפים שסתומים לינאריים. במקרים אלה, השסתומים הפופולריים בעיצוב API 603, עם קירות דקים ומשקלים קלים יותר, הם בדרך כלל השער או שסתום הגלובוס הנבחר. שליטה בכמה כימיקלים מושגת גם ביעילות באמצעות שסתומי סרעפת או צביטה.
בגלל האופי המאכל של כימיקלים רבים ותהליכי ייצור כימיים, בחירת חומרים היא קריטית. חומר הדפקטו הוא כיתה 316 / 316L של נירוסטה אוסטניטית. חומר זה עובד היטב כדי להילחם בקורוזיה ממגוון נוזלים לפעמים מגעילים.

עבור כמה יישומים קורוזיביים קשים יותר, יש צורך בהגנה רבה יותר. בדרגות ביצועים גבוהים אחרים של נירוסטה אוסטנית, כגון 317, 347 ו 321 נבחרים לעתים קרובות במצבים אלה. סגסוגות אחרות המשמשות מעת לעת לבקרת נוזלים כימיים כוללות מונל, סגסוגת 20, אינקונל ו- 17-4 PH.

הפרדת LNG וגזים
גם גז טבעי נוזלי (LNG) וגם התהליכים הנדרשים להפרדת גז מסתמכים על צנרת רחבה. יישומים אלה דורשים שסתומים שיכולים לפעול בטמפרטורות קריוגניות נמוכות מאוד. תעשיית ה- LNG, שצומחת במהירות בארצות הברית, מחפשת ללא הרף לשדרג ולשפר את תהליך הנזלת הגז. לשם כך צנרת ושסתומים גדלו בהרבה והועלו דרישות הלחץ.

מצב זה דרש מיצרני המסתמים לפתח עיצובים כדי לעמוד בפרמטרים קשים יותר. שסתומי כדור וכדור פרפר רבעי פופולריים עבור שירות LNG, כאשר החומר הפופולרי ביותר הוא 316ss [נירוסטה]. ANSI Class 600 היא תקרת הלחץ הרגילה עבור מרבית יישומי ה- LNG. למרות שמוצרי רבע סיבובים הם סוגי השסתומים הפופולאריים ביותר, ניתן למצוא גם צמחים בשערים, גלובוסים ושקעים.

שירות הפרדת גז כולל חלוקת גז לאלמנטים הבסיסיים האישיים שלו. לדוגמא, שיטות הפרדת אוויר מניבות חנקן, חמצן, הליום וגזי עקבות אחרים. אופי הטמפרטורה הנמוך מאוד של התהליך פירושו כי נדרשים שסתומים קריוגניים רבים.

הן במפעלי הפרדת LNG והן בהפרדת גז יש שסתומים בטמפרטורה נמוכה אשר חייבים להישאר פעילים בתנאים קריוגניים אלה. משמעות הדבר היא כי יש להעלות את מערכת אריזת השסתומים הרחק מהנוזל בטמפרטורה נמוכה באמצעות שימוש בגז או בעמוד עיבוי. עמוד גז זה מונע מהנוזל ליצור כדור קרח סביב אזור האריזה, מה שימנע מגזע השסתום להסתובב או לעלות.

dsfsg

בניינים מסחריים
מבנים מסחריים מקיפים אותנו, אלא אם כן אנו מקפידים להקפיד על בנייתם, אין לנו מושג רב לגבי שלל עורקי הנוזל המסתתרים בין קירות הבנייה שלהם, זכוכית ומתכת.

מכנה משותף כמעט בכל בניין הוא מים. כל המבנים הללו מכילים מגוון מערכות צנרת הנושאות שילובים רבים של תרכובת מימן / חמצן בצורת נוזלים ניתנים לשתייה, שפכים, מים חמים, מים אפורים והגנה מפני אש.

מנקודת מבט של הישרדות מבנים, מערכות האש הן קריטיות ביותר. מיגון האש בבניינים מוזן כמעט באופן אוניברסלי ומלא במים נקיים. כדי שמערכות מי האש יהיו יעילות, עליהן להיות אמינות, להיות בעלות לחץ מספיק ולהיות ממוקמות בנוחות בכל המבנה. מערכות אלו נועדו להפעיל אנרגיה אוטומטית במקרה של שריפה.
בניינים רבי קומות דורשים שירות לחץ מים זהה בקומות העליונות כמו הקומות התחתונות ולכן יש להשתמש במשאבות בצנרת בלחץ גבוה כדי להעלות את המים כלפי מעלה. מערכות הצנרת הן בדרך כלל מחלקה 300 או 600, תלוי בגובה הבניין. כל סוגי השסתומים משמשים ביישומים אלה; עם זאת, על תכנון שסתומים להיות מאושרים על ידי מעבדות החתמים או Factory Mutual לשירות ראשי לכיבוי אש.

אותם סוגים וסוגים של שסתומים המשמשים לשסתומי שירותי כיבוי אש משמשים להפצת מים לשתייה, אם כי תהליך האישור אינו קפדני כל כך.
מערכות מיזוג אוויר מסחריות הנמצאות במבנים עסקיים גדולים כמו בנייני משרדים, מלונות ובתי חולים מרוכזות בדרך כלל. יש להם יחידת קירור גדולה או דוד לקרר או לחמם נוזלים המשמשים להעברת טמפרטורה קרה או גבוהה. מערכות אלו לרוב חייבות לטפל בקירור כגון R-134a, הידרו-פלואור-פחמן, או במקרה של מערכות חימום מרכזיות, קיטור. בגלל גודלם הקומפקטי של שסתומי פרפר וכדור, סוגים אלה הפכו פופולריים במערכות קירור HVAC.

בצד הקיטור, כמה שסתומים של רבע סיבוב עשו דרכים בשימוש, אולם מהנדסי אינסטלציה רבים עדיין מסתמכים על שסתומי שער וגלובוס ליניאריים, במיוחד אם הצנרת דורשת קצוות של ריתוך קת. עבור יישומי קיטור מתונים אלה, פלדה תפסה את מקומה של ברזל יצוק בגלל יכולת הריתוך של הפלדה.

יש מערכות חימום שמשתמשות במים חמים במקום באדים כנוזל העברה. מערכות אלה מוגשות היטב על ידי שסתומי ברונזה או ברזל. שסתומי כדור ופרפר המונחים עמידות לרבע שעה הם פופולאריים מאוד, אם כי עדיין נעשה שימוש בכמה עיצובים ליניאריים.

סיכום
למרות שלא ניתן יהיה לראות עדויות ליישומי המסתם המוזכרים במאמר זה במהלך טיול בסטארבאקס או לבית סבתא, כמה שסתומים חשובים מאוד נמצאים תמיד בקרבת מקום. יש אפילו שסתומים במנוע המכונית המשמשים להגיע לאותם מקומות כמו בקרבורטור השולט בזרימת הדלק למנוע ואלה במנוע השולטים בזרימת הבנזין לבוכנות ושוב החוצה. ואם שסתומים אלה אינם קרובים מספיק לחיי היומיום שלנו, שקול את המציאות שליבנו פועם באופן קבוע באמצעות ארבעה מכשירים חיוניים לבקרת זרימה.

זו רק דוגמה נוספת למציאות: שסתומים באמת נמצאים בכל מקום. VM
חלק II של מאמר זה מכסה תעשיות נוספות בהן משתמשים בשסתומים. עבור אל www.valvemagazine.com כדי לקרוא על עיסת נייר, יישומים ימיים, סכרים והספק הידרואלקטרי, סולארית, ברזל ופלדה, חלל, חלל, גיאותרמה, ומבשלת וזיקוק מלאכה.

GREG JOHNSON הוא נשיא United Valve (www.unitedvalve.com) ביוסטון. הוא עורך תורם במגזין VALVE, בעבר יו"ר המועצה לתיקון שסתומים וחבר הנהלת VRC בהווה. הוא מכהן גם בוועדת החינוך וההדרכה של VMA, הוא סגן יו"ר ועדת התקשורת של VMA וכיהן בעבר כנשיא החברה לתקינה של היצרנים. 


זמן פרסום: 29-9-2020

יישום

Underground pipeline

צינור תת קרקעי

Irrigation System

מערכת השקיה

Water Supply System

מערכת אספקת מים

Equipment supplies

אספקת ציוד