Þar sem lokar eru notaðir: Alls staðar!

8. nóvember 2017 Skrifað af Greg Johnson

Loka er að finna nánast hvar sem er í dag: á heimilum okkar, undir götunni, í atvinnuhúsnæði og á þúsundum staða í orku- og vatnsverksmiðjum, pappírsverksmiðjum, hreinsunarstöðvum, efnaverksmiðjum og öðrum iðnaðar- og innviðamannvirkjum.
Lokaiðnaðurinn er sannarlega breiður, með hlutum sem eru mismunandi frá vatnsdreifingu til kjarnorku til andstreymis og niðurstreymis olíu og gass. Hver af þessum endanotendaiðnaði notar nokkrar grunngerðir af lokum; þó eru upplýsingar um smíði og efni oft mjög mismunandi. Hér er sýnishorn:

VATNSVIRKUR
Í heimi vatnsdreifingar er þrýstingurinn næstum alltaf tiltölulega lágur og hitastig umhverfis. Þessar tvær umsóknarstaðreyndir leyfa fjölda ventlahönnunarþátta sem ekki væri að finna á erfiðari búnaði eins og háhita gufulokum. Umhverfishitastig vatnsþjónustu gerir kleift að nota teygjur og gúmmíþéttingar sem ekki henta annars staðar. Þessi mjúku efni gera það kleift að útbúa vatnsventla til að þétta dropa.

Annað atriði í vatnsþjónustulokum er val á byggingarefnum. Steypu- og sveigjanleg járn eru mikið notuð í vatnskerfum, sérstaklega stórar ytri þvermálslínur. Mjög litlar línur er hægt að meðhöndla nokkuð vel með brons lokuefnum.

Þrýstingurinn sem flestir vatnslokar sjá er venjulega vel undir 200 psi. Þetta þýðir að ekki er þörf á þykkari veggjum með hærri þrýstingi. Sem sagt, það eru tilfelli þar sem vatnslokar eru smíðaðir til að takast á við hærri þrýsting, allt að um 300 psi. Þessar umsóknir eru venjulega á löngum vatnsveitum nálægt þrýstigjafanum. Stundum finnast háþrýstivatnslokar einnig á hæstu þrýstingsstöðum í háum stíflu.

The American Water Works Association (AWWA) hefur gefið út forskriftir sem ná yfir margar mismunandi gerðir af lokum og stýribúnaði sem notuð eru í vatnsverksmiðlum.

SKÓPVATN
Bakhlið fersku drykkjarvatns sem fer inn í aðstöðu eða mannvirki er frárennslisvatn eða fráveitu. Þessar línur safna öllum úrgangsvökva og föstum efnum og beina þeim í skólphreinsistöð. Þessar hreinsistöðvar eru með mikið af lágþrýstingsleiðslum og lokum til að framkvæma „óhreina vinnu sína“. Kröfur um frárennslisloka eru í mörgum tilfellum mun vægari en kröfur um hreint vatnsþjónustu. Járnhlið og afturlokar eru vinsælustu kostirnir fyrir þessa tegund þjónustu. Staðlaðar lokar í þessari þjónustu eru smíðaðir í samræmi við AWWA forskriftir.

KRAFNAIÐNAÐUR
Megnið af raforku sem framleitt er í Bandaríkjunum er framleitt í gufuverksmiðjum sem nota jarðefnaeldsneyti og háhraða hverfla. Með því að afhýða hlíf nútímarafstöðvar myndist sýn á háþrýsti- og háhitalagnakerfi. Þessar meginlínur eru þær mikilvægustu í gufuorkuvinnsluferlinu.

Hliðarlokar eru áfram aðalvalkostur fyrir kveikt og slökkt á virkjunum, þó að sérstakrar Y-mynstur hnattlokar séu einnig að finna. Afkastamiklir kúluventlar með gagnrýna þjónustu njóta vinsælda hjá sumum virkjanahönnuðum og eru að ryðja sér til rúms í þessum heimi sem áður var línuleg ventlaráðandi.

Málmvinnsla er mikilvæg fyrir lokar í raforkunotkun, sérstaklega þá sem starfa á ofur- eða ofur-ofurgagnrýnu rekstrarsviði þrýstings og hitastigs. F91, F92, C12A, ásamt nokkrum Inconel og ryðfríu stáli málmblöndur eru almennt notaðar í virkjunum í dag. Þrýstiflokkar innihalda 1500, 2500 og í sumum tilfellum 4500. Mótunareðli toppvirkjana (þær sem starfa aðeins eftir þörfum) veldur einnig miklu álagi á loka og leiðslur, sem krefst öflugrar hönnunar til að takast á við mikla samsetningu hjólreiða, hitastigs og þrýstingi.
Auk aðalgufulokanna eru virkjanir hlaðnar aukaleiðslum, byggðar af mýgrút af hliði, hnetti, eftirlits-, fiðrilda- og kúlulokum.

Kjarnorkuver starfa eftir sömu reglunni um gufu/háhraða hverfla. Aðalmunurinn er sá að í kjarnorkuveri verður gufan til með hita frá klofningsferlinu. Lokar kjarnorkuvera eru svipaðir frændsystkinum þeirra með jarðefnaeldsneyti, að undanskildum ættbók þeirra og aukinni kröfu um algeran áreiðanleika. Kjarnorkuventlar eru framleiddir samkvæmt mjög háum stöðlum, þar sem hæfnis- og skoðunarskjölin fylla hundruð blaðsíðna.

OLÍU OG GASFRAMLEIÐSLA
Olíu- og gaslindir og framleiðslustöðvar eru miklir notendur loka, þar á meðal margir þungir lokar. Þrátt fyrir að ekki sé lengur líklegt að olíustreymi spýti hundruðum feta upp í loftið, sýnir myndin hugsanlegan þrýsting neðanjarðar olíu og gass. Þess vegna eru brunnhausar eða jólatré sett efst á langa pípustreng brunns. Þessar samsetningar, með blöndu af lokum og sérstökum festingum, eru hannaðar til að takast á við þrýsting upp á 10.000 psi. Þó að það sé sjaldan að finna í holum sem grafnar eru á landi þessa dagana, er mikill háþrýstingur oft að finna á djúpum borholum undan ströndum.

Hönnun brunnhausbúnaðar er fjallað um API forskriftir eins og 6A, Specification for Wellhead og Christmas Tree Equipment. Lokarnir sem eru þaktir 6A eru hannaðar fyrir mjög háan þrýsting en hóflegan hita. Flest jólatré innihalda hliðarlokur og sérstaka hnattloku sem kallast kæfa. Kæfurnar eru notaðar til að stjórna flæðinu úr holunni.

Auk brunnhausanna sjálfra búa margar aukaaðstöður olíu- eða gassvæði. Vinnslubúnaður til að formeðhöndla olíuna eða gasið krefst fjölda loka. Þessir lokar eru venjulega úr kolefnisstáli sem eru metnir fyrir lægri flokka.

Stundum er mjög ætandi vökvi - brennisteinsvetni - til staðar í hráolíustraumnum. Þetta efni, einnig kallað súrt gas, getur verið banvænt. Til að vinna bug á áskorunum súrt gas verður að fylgja sérstökum efnum eða efnisvinnsluaðferðum í samræmi við alþjóðlega forskrift NACE MR0175.

ÚThafsiðnaður
Lagnakerfin fyrir olíuborpalla og framleiðslustöðvar á hafi úti innihalda fjölda ventla sem eru smíðaðir samkvæmt mörgum mismunandi forskriftum til að takast á við margs konar flæðistýringaráskoranir. Þessi aðstaða inniheldur einnig ýmsar stjórnkerfislykkjur og þrýstilokunarbúnað.

Fyrir olíuframleiðslustöðvar er slagæðahjartað hið raunverulega olíu- eða gasendurheimtupípukerfi. Þó það sé ekki alltaf á pallinum sjálfum, nota mörg framleiðslukerfi jólatré og lagnakerfi sem starfa á ógeðsælu dýpi 10.000 feta eða meira. Þessi framleiðslubúnaður er smíðaður samkvæmt mörgum ströngum stöðlum American Petroleum Institute (API) og vísað til í nokkrum API ráðlögðum starfsháttum (RP).

Á flestum stórum olíupöllum er viðbótarferlum beitt á hrávökvann sem kemur frá brunnhausnum. Þetta felur í sér að skilja vatn frá kolvetninum og aðskilja gas og jarðgasvökva úr vökvastraumnum. Þessi lagnakerfi eftir jólatré eru almennt smíðuð samkvæmt American Society of Mechanical Engineers B31.3 pípukóða með lokunum sem eru hannaðar í samræmi við API lokaforskriftir eins og API 594, API 600, API 602, API 608 og API 609.

Sum þessara kerfa geta einnig innihaldið API 6D hlið, kúlu og afturloka. Þar sem allar leiðslur á pallinum eða borskipinu eru inni í aðstöðunni, gilda strangar kröfur um að nota API 6D loka fyrir leiðslur ekki. Þrátt fyrir að margar gerðir ventla séu notaðar í þessum lagnakerfum, er vallokategundin kúluventillinn.

LÍÐSLUR
Þó að flestar leiðslur séu huldar, er nærvera þeirra yfirleitt augljós. Lítil skilti sem segja „olíuleiðslu“ eru ein augljós vísbending um tilvist neðanjarðarflutningalagna. Þessar leiðslur eru búnar mörgum mikilvægum lokum eftir lengd þeirra. Lokunarlokar fyrir neyðarleiðslur finnast með millibili eins og tilgreint er í stöðlum, lögum og lögum. Þessir lokar þjóna mikilvægu þjónustunni að einangra hluta af leiðslu ef leki er eða þegar viðhalds er þörf.

Einnig er dreifð meðfram lagnaleið aðstaða þar sem línan kemur upp úr jörðu og línuaðgangur er fyrir hendi. Þessar stöðvar eru heimili fyrir „svín“ sjósetningarbúnað, sem samanstendur af tækjum sem eru sett í leiðslur annað hvort til að skoða eða hreinsa línuna. Þessar ræsistöðvar fyrir svín innihalda venjulega nokkra loka, annað hvort hlið eða kúlugerðir. Allir lokar á leiðslukerfi verða að vera með fullri höfn (opnun að fullu) til að svín geti farið.

Leiðslur þurfa einnig orku til að berjast gegn núningi leiðslunnar og viðhalda þrýstingi og flæði línunnar. Notaðar eru þjöppu- eða dælustöðvar sem líta út eins og litlar útgáfur af vinnslustöð án háu sprunguturnanna. Þessar stöðvar eru heimili fyrir heilmikið af hlið-, kúlu- og eftirlitsleiðslulokum.
Leiðslurnar sjálfar eru hannaðar í samræmi við ýmsa staðla og kóða, en leiðslulokar fylgja API 6D leiðslulokum.
Það eru líka smærri leiðslur sem renna inn í hús og atvinnumannvirki. Þessar línur veita vatni og gasi og eru varin með lokunarlokum.
Stór sveitarfélög, sérstaklega í norðurhluta Bandaríkjanna, veita gufu fyrir upphitunarþörf viðskiptavina. Þessar gufuveitulínur eru búnar margs konar lokum til að stjórna og stjórna gufuframboðinu. Þrátt fyrir að vökvinn sé gufa er þrýstingur og hitastig lægra en það sem finnast í gufuframleiðslu orkuvera. Ýmsar ventlagerðir eru notaðar í þessari þjónustu, þó að virðulegi stingaventillinn sé enn vinsæll kostur.

FRÁBÚNAÐUR OG BERJARÍÐI
Lokar frá súrálsframleiðslu standa fyrir meiri notkun iðnaðarloka en nokkur annar ventlahluti. Hreinsunarstöðvar eru heimili fyrir bæði ætandi vökva og í sumum tilfellum háan hita.
Þessir þættir ráða því hvernig lokar eru byggðir í samræmi við hönnunarforskriftir API ventla eins og API 600 (hliðarlokar), API 608 (kúluventlar) og API 594 (eftirlitslokar). Vegna erfiðrar þjónustu sem margir af þessum lokum mæta, er oft þörf á auka tæringarheimild. Þessi heimild kemur fram með meiri veggþykktum sem eru tilgreindar í API hönnunarskjölunum.

Nánast allar helstu ventlagerðir er að finna í gnægð í dæmigerðri stórri hreinsunarstöð. Hliðlokan sem er alls staðar nálægur er enn konungur hæðarinnar með flesta íbúana, en fjórðungssnúningalokar taka sífellt meira af markaðshlutdeild sinni. Fjórðungssnúningavörur sem hafa náð góðum árangri í þessum iðnaði (sem einnig var einu sinni einkennist af línulegum vörum) eru meðal annars afkastamikil þrefaldur offset fiðrildalokar og kúluventlar með málmsæti.

Hefðbundnir hliðar-, hnatt- og afturlokar finnast enn í fjöldamörgum og munu ekki hverfa í bráð, vegna hjartanleika hönnunar þeirra og hagkvæmni í framleiðslu.
Þrýstieinkunnir fyrir hreinsunarloka eru frá flokki 150 til flokki 1500, þar sem flokkur 300 er vinsælastur.
Einfalt kolefnisstál, eins og WCB (steypt) og A-105 (svikin) eru vinsælustu efnin sem tilgreind eru og notuð í lokar fyrir hreinsunarþjónustu. Mörg hreinsunarferli ýta á efri hitastigsmörk látlauss kolefnisstáls og háhita málmblöndur eru tilgreindar fyrir þessi forrit. Vinsælast þeirra eru króm/mólý stál eins og 1-1/4% Cr, 2-1/4% Cr, 5% Cr og 9% Cr. Ryðfrítt stál og hár-nikkel málmblöndur eru einnig notuð í sumum sérstaklega erfiðum hreinsunarferlum.

EFNAFRÆÐI
Efnaiðnaðurinn er mikill notandi ventla af öllum gerðum og efnum. Frá litlum lotuverksmiðjum til risastórra jarðolíufléttna sem finnast á Persaflóaströndinni, lokar eru stór hluti af efnaferli lagnakerfum.

Flest notkun í efnaferlum er lægri í þrýstingi en mörg hreinsunarferli og orkuframleiðsla. Vinsælustu þrýstiflokkarnir fyrir lokar og leiðslur efnaverksmiðja eru flokkar 150 og 300. Efnaverksmiðjur hafa einnig verið stærsti drifkrafturinn fyrir yfirtöku á markaðshlutdeild sem kúluventlar hafa glímt við línuleg lokur undanfarin 40 ár. Kúlulokinn með fjaðrandi sitjandi sæti, með lekalausn, hentar fullkomlega fyrir margar efnaverksmiðjur. Fyrirferðarlítil stærð kúluventilsins er líka vinsæll eiginleiki.
Enn eru nokkrar efnaverksmiðjur og verksmiðjuferli þar sem línulegir lokar eru ákjósanlegir. Í þessum tilfellum eru vinsælu API 603 hönnuðu lokarnir, með þynnri veggi og léttari þyngd, venjulega valinn hlið eða hnattloki. Stýring á sumum efnum er einnig í raun náð með þind eða klemmulokum.
Vegna ætandi eðlis margra efna og efnaframleiðsluferla er efnisval mikilvægt. Defacto efnið er 316/316L gæða austenitískt ryðfríu stáli. Þetta efni virkar vel til að berjast gegn tæringu frá fjölda stundum viðbjóðslegra vökva.

Fyrir suma erfiðari ætandi notkun þarf meiri vernd. Önnur afkastamikil tegund af austenitískum ryðfríu stáli, svo sem 317, 347 og 321, eru oft valin við þessar aðstæður. Aðrar málmblöndur sem eru notaðar af og til til að stjórna efnavökva eru Monel, Alloy 20, Inconel og 17-4 PH.

LNG OG GASSKIPUR
Bæði fljótandi jarðgas (LNG) og ferlar sem þarf til að aðskilja gas byggja á umfangsmiklum leiðslum. Þessi forrit krefjast loka sem geta starfað við mjög lágt frosthitastig. LNG iðnaðurinn, sem er í örum vexti í Bandaríkjunum, er stöðugt að leita að því að uppfæra og bæta ferlið við fljótandi gas. Í þessu skyni hafa lagnir og lokar orðið mun stærri og þrýstingskröfur hækkaðar.

Þetta ástand hefur krafist þess að ventlaframleiðendur hafi þróað hönnun til að mæta erfiðari breytum. Fjórðungssnúninga kúlu- og fiðrildalokar eru vinsælir fyrir LNG þjónustu, með 316ss [ryðfríu stáli] vinsælasta efnið. ANSI Class 600 er venjulegt þrýstiloft fyrir flest LNG forrit. Þrátt fyrir að fjórðungssnúningavörur séu vinsælustu ventlategundirnar, þá er líka hægt að finna hlið, hnatt og afturloka í verksmiðjunum.

Gasaðskilnaðarþjónusta felur í sér að skipta gasi í einstaka grunnþætti þess. Til dæmis gefa loftaðskilnaðaraðferðir köfnunarefni, súrefni, helíum og aðrar snefillofttegundir. Mjög lágt hitastig ferlisins gerir það að verkum að þörf er á mörgum frostlokum.

Bæði LNG og gasskiljunarstöðvar eru með lághitalokur sem verða að vera starfhæfar við þessar frostkalda aðstæður. Þetta þýðir að ventlapakkningarkerfið verður að lyfta frá lághita vökvanum með því að nota gas eða þéttingarsúlu. Þessi gassúla kemur í veg fyrir að vökvinn myndi ískúlu í kringum pökkunarsvæðið, sem myndi koma í veg fyrir að ventilstöngin snúist eða rísi.

VIÐSKIPTABYGGINGAR
Verslunarbyggingar umlykja okkur en nema við fylgjumst vel með þegar þær eru byggðar höfum við litla hugmynd um fjölda vökvaslagæða sem eru falin innan veggja þeirra úr múr, gleri og málmi.

Samnefnari í nánast hverri byggingu er vatn. Öll þessi mannvirki innihalda margs konar lagnakerfi sem bera margar samsetningar vetnis/súrefnissambandsins í formi drykkjarhæfra vökva, afrennslisvatns, heits vatns, grátt vatns og brunavarna.

Frá sjónarhóli bygginga eru brunakerfi mikilvægust. Brunavarnir í byggingum eru nánast almennt fóðraðar og fylltar með hreinu vatni. Til að slökkvivatnskerfi skili árangri verða þau að vera áreiðanleg, hafa nægilegan þrýsting og vera þægilega staðsett í öllu mannvirkinu. Þessi kerfi eru hönnuð til að virkja sjálfkrafa ef eldur kemur upp.
Háhýsi krefjast sömu vatnsþrýstingsþjónustu á efstu hæðum og neðstu hæðirnar svo nota þarf háþrýstidælur og lagnir til að koma vatninu upp. Lagnakerfin eru venjulega í flokki 300 eða 600, allt eftir byggingarhæð. Allar gerðir af lokum eru notaðar í þessum forritum; hins vegar verður ventilhönnunin að vera samþykkt af Underwriters Laboratories eða Factory Mutual fyrir aðalþjónustu slökkviliðs.

Sömu flokkar og gerðir af lokum og notaðir eru fyrir slökkviliðsloka eru notaðir til dreifingar á drykkjarvatni, þó að samþykkisferlið sé ekki eins strangt.
Auglýsing loftræstikerfi sem finnast í stórum viðskiptamannvirkjum eins og skrifstofubyggingum, hótelum og sjúkrahúsum eru venjulega miðlæg. Þeir eru með stóra kælibúnað eða katla til að kæla eða hita vökva sem notaður er til að flytja kulda eða háan hita. Þessi kerfi verða oft að höndla kælimiðla eins og R-134a, vetnisflúorkolefni, eða ef um er að ræða helstu hitakerfi, gufu. Vegna lítillar stærðar fiðrilda- og kúluventla hafa þessar gerðir orðið vinsælar í loftræstikælikerfi.

Á gufuhliðinni hafa sumir fjórðungssnúningslokar slegið í gegn í notkun, en samt treysta margir pípulagningaverkfræðingar enn á línulega hlið og hnattloka, sérstaklega ef pípurnar krefjast rasssoðna enda. Fyrir þessar hóflegu gufunotkun hefur stál tekið sæti steypujárns vegna suðuhæfni stáls.

Sum hitakerfi nota heitt vatn í stað gufu sem flutningsvökva. Þessum kerfum er vel þjónað með brons- eða járnlokum. Kúlu- og fiðrildalokar með fjaðrandi snúningi eru mjög vinsælir, þó að enn séu notuð línuleg hönnun.

NIÐURSTAÐA
Þótt vísbendingar um notkun ventla sem nefnd eru í þessari grein séu kannski ekki sýnilegar á ferð til Starbucks eða til húss ömmu, eru nokkrir mjög mikilvægir lokar alltaf nálægt. Það eru meira að segja lokar í vél bílsins sem eru notaðir til að komast á þá staði eins og þeir í karburatornum sem stjórna eldsneytisflæði inn í vélina og þeir í vélinni sem stjórna bensínflæði inn í stimpla og út aftur. Og ef þessar lokur eru ekki nógu nálægt daglegu lífi okkar skaltu íhuga raunveruleikann að hjörtu okkar slá reglulega í gegnum fjögur mikilvæg flæðistýringartæki.

Þetta er bara enn eitt dæmið um þann veruleika að: lokar eru sannarlega alls staðar. VM
II. hluti þessarar greinar nær yfir viðbótariðnað þar sem lokar eru notaðir. Farðu á www.valvemagazine.com til að lesa um kvoða og pappír, notkun sjávar, stíflur og vatnsaflsorku, sólarorku, járn og stál, loftrými, jarðhita og handverksbrugg og eimingu.

GREG JOHNSON er forseti United Valve (www.unitedvalve.com) í Houston. Hann er ritstjóri VALVE Magazine, fyrrverandi formaður Valve Repair Council og núverandi stjórnarmaður VRC. Hann situr einnig í mennta- og fræðslunefnd VMA, er varaformaður samgöngunefndar VMA og er fyrrverandi forseti Staðlafélags framleiðenda.