Þar sem lokar eru notaðir: Alls staðar!

08. nóvember 2017 Skrifað af Greg Johnson

Loka má finna nánast alls staðar í dag: í heimilum okkar, undir götum, í atvinnuhúsnæði og á þúsundum staða í virkjunum og vatnsverum, pappírsverksmiðjum, olíuhreinsunarstöðvum, efnaverksmiðjum og öðrum iðnaðar- og innviðamannvirkjum.
Lokaiðnaðurinn er sannarlega breiðvaxinn, með geirum sem eru allt frá vatnsdreifingu til kjarnorku og olíu og gass uppstreymis og niðurstreymis. Hver þessara notendaiðnaðar notar nokkrar grunngerðir af lokum; Hins vegar eru smáatriði varðandi smíði og efni oft mjög mismunandi. Hér er sýnishorn:

VATNSVERK
Í heimi vatnsdreifingar er þrýstingurinn næstum alltaf tiltölulega lágur og hitastigið umhverfislegt. Þessir tveir notkunarþættir leyfa fjölda hönnunarþátta loka sem finnast ekki í krefjandi búnaði eins og háhita gufulokum. Umhverfishitastig vatnsþjónustu gerir kleift að nota teygjanlegt efni og gúmmíþéttingar sem ekki henta annars staðar. Þessi mjúku efni gera kleift að útbúa vatnsloka til að loka dropum þétt.

Annað sem þarf að hafa í huga þegar kemur að vatnsveitulokum er val á smíðaefni. Steypujárn og sveigjanlegt járn eru mikið notuð í vatnskerfum, sérstaklega í leiðslum með stórum ytra þvermáli. Mjög litlar leiðslur er hægt að meðhöndla nokkuð vel með bronslokum.

Þrýstingurinn sem flestir lokar vatnsveitna sjá er yfirleitt vel undir 200 psi. Þetta þýðir að þykkari veggjalokar fyrir hærri þrýsting eru ekki nauðsynlegir. Þrátt fyrir það eru tilvik þar sem vatnslokar eru smíðaðir til að takast á við hærri þrýsting, allt að um 300 psi. Þessi notkun er venjulega á löngum vatnsveitum nálægt þrýstingsuppsprettunni. Stundum eru einnig að finna háþrýstingsloka á hæsta þrýstingspunktum í hárri stíflu.

Bandaríska vatnsveitusamtökin (AWWA) hafa gefið út forskriftir sem ná yfir margar mismunandi gerðir af lokam og stýribúnaði sem notaðir eru í vatnsveitum.

SKÓLPVATN
Bakhliðin á fersku drykkjarvatni sem fer inn í mannvirki eða aðstöðu er frárennslisvatnið eða frárennslið. Þessar leiðslur safna öllum úrgangsvökvum og föstum efnum og beina þeim að skólphreinsistöð. Þessar hreinsistöðvar eru með mikið af lágþrýstileiðslum og lokum til að sinna „óhreinu verkinu“. Kröfur um frárennslisloka eru í mörgum tilfellum mun mildari en kröfur um hreint vatn. Járnhliðarlokar og bakstreymislokar eru vinsælustu kostirnir fyrir þessa tegund þjónustu. Staðlaðir lokar í þessari þjónustu eru smíðaðir í samræmi við AWWA forskriftir.

RAFORKUGREINDUR
Megnið af raforkuframleiðslunni í Bandaríkjunum er framleidd í gufuverum sem nota jarðefnaeldsneyti og hraðvirkar túrbínur. Ef lok nútíma virkjunar er tekið af fæst sýn á háþrýstings- og háhitalagnir. Þessar aðallínur eru þær mikilvægustu í gufuorkuframleiðsluferlinu.

Lokar eru enn vinsæll kostur fyrir notkun í virkjunum með opnun og slökkvun, þó að einnig séu til staðar Y-laga kúlulokar fyrir sérstaka notkun. Háþróaðir kúlulokar fyrir mikilvæga notkun eru að verða vinsælli hjá sumum hönnuðum virkjana og eru að ryðja sér til rúms í þessum heimi sem áður var ríkjandi með línulegum lokum.

Málmvinnsla er mikilvæg fyrir lokar í orkunotkun, sérstaklega þá sem starfa á ofurkritískum eða öfga-ofurkritískum þrýstings- og hitastigssviðum. F91, F92, C12A, ásamt nokkrum Inconel og ryðfríu stáli málmblöndum, eru almennt notaðar í nútímaorkuverum. Þrýstingsflokkar eru meðal annars 1500, 2500 og í sumum tilfellum 4500. Breytileiki í hámarksaflsorkuverum (þeirra sem starfa aðeins eftir þörfum) setur einnig mikið álag á lokara og pípur, sem krefst traustrar hönnunar til að takast á við öfgakenndar samsetningar sveiflna, hitastigs og þrýstings.
Auk aðalgufulokanna eru virkjanir hlaðnar aukaleiðslum, sem eru fylltar með ótal hliðarlokum, kúlulokum, bakstreymislokum, fiðrildalokum og kúlulokum.

Kjarnorkuver starfa eftir sömu meginreglu um gufu/hraðhraða túrbínu. Helsti munurinn er sá að í kjarnorkuveri er gufan búin til með hita úr kjarnorkukjarnaolíu. Lokar í kjarnorkuverum eru svipaðir frændum sínum sem knúnir eru jarðefnaeldsneyti, nema hvað varðar uppruna sinn og aukna kröfu um algjöra áreiðanleika. Kjarnorkulokar eru framleiddir samkvæmt afar ströngum stöðlum, þar sem hæfnis- og skoðunargögn fylla hundruð blaðsíðna.

OLÍU- OG GASFRAMLEIÐSLA
Olíu- og gasbrunnir og framleiðsluaðstöður eru miklir notendur loka, þar á meðal margra þungavinnuloka. Þótt olíugusur sem spýja hundruð feta upp í loftið séu ekki lengur líklegar, sýnir myndin hugsanlegan þrýsting neðanjarðarolíu og gass. Þess vegna eru brunnshausar eða jólatré sett efst á langa pípulagnir brunns. Þessar samsetningar, með samsetningu loka og sérstakra tengihluta, eru hannaðar til að takast á við þrýsting allt að 10.000 psi. Þótt sjaldgæft sé að finna þær í brunnum sem grafnir eru á landi nú til dags, er mjög mikill þrýstingur oft að finna í djúpum brunnum undan ströndum.

Hönnun brunnshausbúnaðar fellur undir API-staðla eins og 6A, forskrift fyrir brunnshausbúnað og jólatrébúnað. Lokarnir sem fjallað er um í 6A eru hannaðir fyrir mjög mikinn þrýsting en hóflegt hitastig. Flest jólatré innihalda hliðarloka og sérstaka kúluloka sem kallast þrýstilokar. Þrýstilokarnir eru notaðir til að stjórna flæði frá brunninum.

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

Stundum er mjög ætandi vökvi, vetnissúlfíð, til staðar í hráolíustraumnum. Þetta efni, einnig kallað súrt gas, getur verið banvænt. Til að takast á við áskoranirnar sem fylgja súru gasi verður að fylgja sérstökum efnum eða efnisvinnsluaðferðum í samræmi við NACE International forskrift MR0175.

IÐNAÐUR Á HAFI
Leiðslukerfi fyrir olíuborpalla og framleiðsluaðstöðu á hafi úti innihalda fjölda loka sem eru smíðaðir samkvæmt mörgum mismunandi forskriftum til að takast á við fjölbreyttar áskoranir varðandi flæðisstjórnun. Þessar mannvirki innihalda einnig ýmsar stýrikerfislykkjur og þrýstilokunarbúnað.

Í olíuframleiðsluaðstöðu er slagæðahjartað raunverulegt pípulagnakerfi fyrir olíu- eða gasendurheimt. Þó það sé ekki alltaf á sjálfum pallinum, nota mörg framleiðslukerfi jólatré og pípulagnakerfi sem starfa á óviðjafnanlegu dýpi, allt að 10.000 fetum eða meira. Þessi framleiðslubúnaður er smíðaður samkvæmt mörgum ströngum stöðlum frá American Petroleum Institute (API) og vísað er til í nokkrum ráðlögðum starfsháttum API (RP).

Á flestum stórum olíupöllum eru viðbótarferlar notaðir á hrávökvann sem kemur úr borholunni. Þar á meðal er að aðskilja vatn frá kolvetnum og aðskilja gas og jarðgasvökva frá vökvastraumnum. Þessi pípulagnakerfi eftir jólatré eru almennt smíðuð samkvæmt B31.3 pípulagnareglum American Society of Mechanical Engineers (AMEV) þar sem lokar eru hannaðir 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 hliðar-, kúlu- og bakstreymisloka. Þar sem allar leiðslur á pallinum eða borskipinu eru innan aðstöðunnar gilda ekki strangar kröfur um notkun API 6D loka fyrir leiðslur. Þó að margar gerðir loka séu notaðar í þessum pípulagnakerfum er kúlulokinn sá lokategund sem kjörinn er.

LEIÐSLUR
Þó að flestar olíuleiðslur séu faldar sjónum er nærvera þeirra yfirleitt augljós. Lítil skilti sem segja „olíuleiðslur“ eru ein augljós vísbending um nærveru neðanjarðarflutningslagna. Þessar leiðslur eru búnar mörgum mikilvægum lokum eftir allri sinni lengd. Neyðarlokar fyrir leiðslur eru staðsettir með ákveðnu millibili eins og tilgreint er í stöðlum, reglugerðum og lögum. Þessir lokar gegna þeirri mikilvægu hlutverki að einangra hluta leiðslunnar ef leki kemur upp eða þegar viðhald er nauðsynlegt.

Einnig eru dreifðar stöðvar meðfram leiðsluleiðinni þar sem línan kemur upp úr jörðu og aðgangur er að línunni. Þessar stöðvar hýsa „grísa“-útsetningarbúnað, sem samanstendur af tækjum sem eru sett í leiðslurnar annað hvort til að skoða eða hreinsa línuna. Þessar grísaútsetningarstöðvar innihalda venjulega nokkra loka, annað hvort hliðar- eða kúlulaga. Allir lokar í leiðslukerfi verða að vera með fullri opnun (að fullu opi) til að grímurnar geti farið í gegn.

Leiðslur þurfa einnig orku til að vinna gegn núningi leiðslunnar og viðhalda þrýstingi og flæði í leiðslunni. Þjöppu- eða dælustöðvar sem líta út eins og litlar útgáfur af vinnslustöð án háu sprunguturnarna eru notaðar. Þessar stöðvar eru með tugum hliðar-, kúlu- og bakstreymisloka.
Leiðslurnar sjálfar eru hannaðar í samræmi við ýmsa staðla og kóða, en leiðslulokar fylgja API 6D leiðslulokum.
Einnig eru til minni leiðslur sem liggja að húsum og atvinnuhúsnæði. Þessar leiðslur sjá fyrir vatni og gasi og eru varðar með lokunarlokum.
Stór sveitarfélög, sérstaklega í norðurhluta Bandaríkjanna, sjá fyrir gufu til hitunar fyrirtækja. Þessar gufuveituleiðslur eru búnar ýmsum lokum til að stjórna og stjórna gufuveitunni. Þó að vökvinn sé gufa, er þrýstingurinn og hitastigið lægra en það sem finnst í gufuframleiðslu í virkjunum. Ýmsar gerðir loka eru notaðar í þessari þjónustu, þó að virðulegi tappalokinn sé enn vinsæll kostur.

Hreinsunarstöð og jarðefnafræði
Lokar í olíuhreinsunarstöðvum eru notaðir meira í iðnaði en nokkur annar lokaflokkur. Í olíuhreinsunarstöðvum eru bæði ætandi vökvar og í sumum tilfellum hátt hitastig.
Þessir þættir ráða því hvernig lokar eru smíðaðir í samræmi við API hönnunarforskriftir loka eins og API 600 (hliðarlokar), API 608 (kúlulokar) og API 594 (bakslagslokar). Vegna erfiðrar notkunar sem margir þessara loka þurfa oft auka tæringarþol. Þetta leyfi birtist í meiri veggþykkt sem er tilgreint í API hönnunarskjölunum.

Nánast allar helstu gerðir loka má finna í gnægð í dæmigerðri stórri olíuhreinsunarstöð. Algengustu hliðarlokarnir eru enn konungur fjallsins með stærsta fjöldann, en fjórðungssnúningslokar eru að taka sífellt stærri hluta af markaðshlutdeild þeirra. Fjórðungssnúningsvörurnar sem ná árangri í þessum iðnaði (sem áður var einnig ríkjandi af línulegum vörum) eru meðal annars afkastamiklir þrefaldir offset fiðrildalokar og kúlulokar með málmsæti.

Hefðbundnir hliðar-, kúlu- og bakstreymislokar finnast enn í fjöldanum og vegna þess hve hönnun þeirra er einföld og framleiðsluhagkvæmir þeir munu ekki hverfa í bráð.
Þrýstingsgildi fyrir lokar í olíuhreinsunarstöðvum eru frá 150. til 1500. flokks, þar sem 300 er vinsælastur.
Einfalt kolefnisstál, eins og WCB (steypt) og A-105 (smíðað), eru vinsælustu efnin sem notuð eru í loka fyrir olíuhreinsun. Margar hreinsunaraðferðir ýta undir efri hitastigsmörk einfalt kolefnisstáls og því eru notaðar málmblöndur sem þola hærra hitastig. Vinsælustu efnin eru króm/mólýamólýamólstál eins og 1-1/4% Cr, 2-1/4% Cr, 5% Cr og 9% Cr. Ryðfrítt stál og nikkelhá málmblöndur eru einnig notaðar í sérstaklega hörðum hreinsunarferlum.

EFNAFRÆÐILEGT
Efnaiðnaðurinn er stór notandi loka af öllum gerðum og efnum. Lokar eru stór hluti af pípulagnakerfum efnaiðnaðarins, allt frá litlum framleiðslustöðvum til risavaxinna jarðefnaeldsneytisfléttna sem finnast við Mexíkóflóa.

Flest notkunarsvið í efnaferlum er með lægri þrýsting en mörg önnur hreinsunarferli og orkuframleiðsla. Vinsælustu þrýstiflokkarnir fyrir loka og pípur í efnaverksmiðjum eru flokkar 150 og 300. Efnaverksmiðjur hafa einnig verið stærsti drifkrafturinn á bak við þá markaðshlutdeild sem kúlulokar hafa tekið af línulegum lokum undanfarin 40 ár. Kúlulokinn með fjaðrandi sæti og lekalausri lokun hentar fullkomlega fyrir mörg notkunarsvið í efnaverksmiðjum. Lítil stærð kúlulokans er einnig vinsæll eiginleiki.
Það eru enn til nokkrar efnaverksmiðjur og verksmiðjuferli þar sem línulegir lokar eru æskilegri. Í þessum tilfellum eru vinsælir lokar hannaðir með API 603, með þynnri veggjum og léttari þyngd, yfirleitt kjörinn hliðar- eða kúluloki. Stjórnun sumra efna er einnig árangursrík með þindar- eða klemmulokum.
Vegna tæringareiginleika margra efna og framleiðsluferla er efnisval afar mikilvægt. Efnið sem notað er er 316/316L gæðaflokkur austenítísks ryðfrís stáls. Þetta efni virkar vel til að berjast gegn tæringu frá ýmsum, stundum óþægilegum vökvum.

Fyrir erfiðari tæringarþol er þörf á meiri vörn. Aðrar hágæða gerðir af austenítískum ryðfríu stáli, eins og 317, 347 og 321, eru oft valdar í þessum aðstæðum. Aðrar málmblöndur sem eru notaðar öðru hvoru til að stjórna efnavökvum eru meðal annars Monel, Alloy 20, Inconel og 17-4 PH.

AÐSKILNING LNG OG GAS
Bæði fljótandi jarðgas (LNG) og ferlin sem þarf til aðskilnaðar gass reiða sig á umfangsmiklar pípulagnir. Þessar aðferðir krefjast loka sem geta starfað við mjög lágt lágt hitastig. LNG iðnaðurinn, sem er í örum vexti í Bandaríkjunum, er stöðugt að leitast við að uppfæra og bæta ferlið við fljótandi gasgerð. Í þessu skyni hafa pípur og lokar orðið mun stærri og þrýstingskröfur hafa verið hækkaðar.

Þessi staða hefur krafist þess að framleiðendur loka hafi þróað hönnun sem uppfyllir strangari kröfur. Fjórðungssnúnings- og fiðrildalokar eru vinsælir fyrir fljótandi jarðgas (LNG), þar sem 316ss [ryðfrítt stál] er vinsælasta efnið. ANSI Class 600 er venjulegt þrýstiþak fyrir flestar gerðir af fljótandi jarðgasi. Þó að fjórðungssnúnings-vörur séu vinsælustu gerðir loka, má einnig finna hliðar-, kúlu- og bakstreymisloka í verksmiðjunum.

Gasskiljunarþjónusta felur í sér að skipta gasi niður í einstök grunnefni. Til dæmis gefa loftskiljunaraðferðir köfnunarefni, súrefni, helíum og aðrar snefilefni. Mjög lágt hitastig ferlisins þýðir að margir lághitalokar eru nauðsynlegir.

Bæði LNG og gasaðskilnaðarstöðvar eru með lághitaloka sem verða að vera virkir við þessar lághitaaðstæður. Þetta þýðir að lokapakkningarkerfið verður að vera lyft frá lághitavökvanum með því að nota gas- eða þéttisúlu. Þessi gassúla kemur í veg fyrir að vökvinn myndi ísbolta í kringum pakkningarsvæðið, sem myndi koma í veg fyrir að ventilstöngullinn snúist eða lyftist.

VIÐSKIPTAHÚS
Atvinnuhúsnæði umkringja okkur en nema við gefum gaum að byggingu þeirra, höfum við litla hugmynd um þá fjölmörgu vökvaæðar sem leynast innan veggja þeirra úr múrsteini, gleri og málmi.

Sameiginlegur nefnari í nánast öllum byggingum er vatn. Öll þessi mannvirki innihalda fjölbreytt pípulagnir sem flytja margar samsetningar af vetni/súrefnissamböndum í formi drykkjarvatns, frárennslisvatns, heits vatns, grávatns og brunavarna.

Frá sjónarhóli bygginga til að tryggja öryggi þeirra eru slökkvikerfi afar mikilvæg. Eldvarnir í byggingum eru nánast alltaf fylltar með hreinu vatni. Til þess að slökkvikerfi séu virk verða þau að vera áreiðanleg, hafa nægjanlegan þrýsting og vera staðsett á þægilegan hátt um allt bygginguna. Þessi kerfi eru hönnuð til að virkjast sjálfkrafa ef eldur kemur upp.
Háhýsi þurfa sama vatnsþrýsting á efstu hæðum og neðri hæðum, þannig að nota þarf háþrýstidælur og pípur til að koma vatninu upp. Pípulagnirnar eru venjulega af flokki 300 eða 600, allt eftir hæð byggingarinnar. Allar gerðir loka eru notaðar í þessum tilfellum; þó verður hönnun loka að vera samþykkt af Underwriters Laboratories eða Factory Mutual fyrir slökkviliðsþjónustu.

Sömu flokkar og gerðir loka og notaðir eru fyrir loka slökkviliðs eru notaðir fyrir dreifingu drykkjarvatns, þó að samþykkisferlið sé ekki eins strangt.
Loftræstikerfi fyrir stór fyrirtæki eins og skrifstofubyggingar, hótel og sjúkrahús eru yfirleitt miðstýrð. Þau eru með stóra kælieiningu eða katla til að kæla eða hita vökva sem notaður er til að flytja kulda eða háan hita. Þessi kerfi þurfa oft að meðhöndla kælimiðil eins og R-134a, flúorkolefni, eða í tilviki stórra hitakerfa, gufu. Vegna þess hve lítil stærð fiðrildaloka og kúluloka er, hafa þessar gerðir orðið vinsælar í kælikerfum í loftræstikerfum.

Hvað varðar gufunotkun hafa sumir fjórðungssnúningslokar notið vaxandi vinsælda, en margir pípulagningamenn treysta enn á línulega hliðar- og kúluloka, sérstaklega ef pípulagnirnar þurfa suðuenda. Fyrir þessar miðlungsmiklar gufunotkunir hefur stál tekið við af steypujárni vegna suðuhæfni stáls.

Sum hitakerfi nota heitt vatn í stað gufu sem flutningsvökva. Þessi kerfi eru vel þjálfuð með lokum úr bronsi eða járni. Fjórðungssnúnings kúlu- og fiðrildalokar með fjaðursæti eru mjög vinsælir, þó að sumar línulegar gerðir séu enn notaðar.

NIÐURSTAÐA
Þó að merki um notkun lokana sem nefndir eru í þessari grein séu hugsanlega ekki sýnileg í ferð á Starbucks eða heim til ömmu, þá eru nokkrir mjög mikilvægir lokar alltaf nálægt. Það eru jafnvel lokar í bílvélinni sem notaðir eru til að komast að þessum stöðum, eins og þeir í karburatornum sem stjórna flæði eldsneytis inn í vélina og þeir í vélinni sem stjórna flæði bensíns inn í stimplana og út aftur. Og ef þessir lokar eru ekki nógu nálægt daglegu lífi okkar, þá skaltu íhuga þá staðreynd að hjörtu okkar slá reglulega í gegnum fjögur mikilvæg flæðistýritæki.

Þetta er bara enn eitt dæmi um þá staðreynd að: lokar eru alls staðar. VM
Annar hluti þessarar greinar fjallar um fleiri atvinnugreinar þar sem lokar eru notaðir. Farið á www.valvemagazine.com til að lesa um trjákvoðu og pappír, notkun í sjó, stíflur og vatnsafl, sólarorku, járn og stál, geimferðir, jarðvarma og brugghús og eimingu.

GREG JOHNSON er forseti United Valve (www.unitedvalve.com) í Houston. Hann er meðritstjóri VALVE tímaritsins, fyrrverandi formaður Valve Repair Council og núverandi stjórnarmaður í VRC. Hann situr einnig í mennta- og þjálfunarnefnd VMA, er varaformaður samskiptanefndar VMA og fyrrverandi forseti Manufacturer Standardization Society.