Клапаны в нефтяной и газовой промышленности: Полное руководство

Нефтегазовые операции, начиная от переработки и заканчивая распределением, в значительной степени зависят от трубопроводных систем. Поэтому инфраструктура и надежные системы управления имеют решающее значение в этом бизнесе. В этом сценарии, нефтегазовая арматура необходимы для обеспечения безопасности промышленных операций трубопроводы. 

В этой статье мы расскажем о различных типах промышленных клапанов, их механизме, применении в нефтегазовой промышленности, а также о стандартах API и ASME для нефтегазовых клапанов.

Что такое промышленные клапаны?

Клапаны регулируют и направляют потоки жидкостей (например, газообразных и жидких материалов), открывая и закрывая пути или частично перекрывая проходы. Технически клапаны являются арматурой, но обычно их рассматривают как отдельные компоненты. Когда клапан открыт, жидкость перетекает от более высокого давления к более низкому.

Клапаны, используемые в промышленности, бывают разных форм и размеров. Различные типы клапанов - это задвижки, шаровые краны, шары, бабочки и обратные клапаны, а также напорные и мембранные клапаны. 

Благодаря их широкому использованию в коммерческих строительных проектах и проектах автоматизации, ожидается, что спрос на промышленные газовые клапаны будет расти в ближайшие годы. Благодаря технологическому прогрессу, росту индустриализации и расширению существующих мощностей, спрос на них увеличился и стимулировал рост отрасли.

Различные области применения промышленных клапанов

Источник: Домбор

Различные типы промышленные клапаны Упомянутые выше клапаны используются для различных целей. Среди основных процессов, в которых применяются клапаны, - очистка воды и сточных вод, добыча полезных ископаемых и производство электроэнергии, а также рафинирование нефть продукты.

Клапаном можно управлять вручную, с помощью рукоятки или рычага. Кроме того, клапаны могут быть настроены на автоматическую работу в ответ на изменение давления. Эти изменения могут воздействовать на мембрану или поршень, которые, в свою очередь, приводят в действие клапан.

Существуют более сложные системы управления, для которых требуется привод, например, для регулирования потока воды по трубам в зависимости от внешних воздействий. В результате ввода и настройки клапан может точно позиционироваться и управляться в соответствии с различными требованиями.

Типы клапанов в зависимости от их конструкции

Источник: Pinterest

Существует несколько клапанов, различающихся по конструкции и принципу действия. Разница в конструкции приводит к большим изменениям в их промышленном применении. Различные типы промышленных клапанов рассматриваются ниже:

1. Задвижка

Источник: Задвижка Домбор

Поток рабочей среды регулируется задвижкой, которая поднимает и опускает затвор. Прямолинейный, беспрепятственный путь задвижки является ее отличительной особенностью, что приводит к минимальной потере давления через задвижку. 

В отличие от поворотных затворов, беспрепятственное отверстие задвижки позволяет пропустить скребок во время очистки труб. Задвижки Выпускаются различных размеров, материалов, температурных режимов и давления, а также в виде затворов и крышек.

2. Шаровой клапан

Источник: Шаровой клапан Dombor

В трубопроводе шаровой клапан управляет потоком. Это устройство, которое позволяет контролировать или останавливать поток жидкости или газа через трубу. Этот тип клапана получил свое название благодаря тому, что у него есть внутренняя перегородка, которая делит его на две половины. Они также известны как дроссельные клапаны. 

Хотя эти клапаны имеют несколько больший перепад давления, чем другие клапаны, они могут использоваться в различных ситуациях, когда перепад давления клапана не является ограничением. 

3. Шаровой клапан

Источник: Шаровой кран Dombor

An промышленный шаровой кран это запорный клапан, в котором для управления потоком жидкости или газа используется вращающийся шар с отверстием. Вы можете ограничить или разрешить поток среды, повернув шар на 90 градусов вокруг своей оси на четверть оборота. Если они не используются в течение длительного времени, то, тем не менее, обеспечивают надежную герметичность. Кроме того, они более устойчивы к загрязненным средам, чем большинство других типов клапанов. 

В определенных вариантах шаровые краны могут использоваться и в качестве регулирующих клапанов. Поскольку точность регулирования расхода меньше, чем у других типов регулирующих клапанов, такое применение менее популярно.

4. Обратный клапан

Источник: Обратный клапан Dombor

Обратный клапан - это однонаправленный клапан. Он пропускает поток жидкости только в одном направлении. У них два отверстия - одно для входа среды, другое для выхода. Их называют односторонними или обратными клапанами, поскольку они пропускают поток среды только в одном направлении. Основная функция обратного клапана - предотвращение обратного потока в системе.

Перепад давления необходим для промышленный обратный клапан чтобы функционировать. Для открытия клапана требуется большее давление на входе, чем на выходе. Клапан закрывается при повышении давления на выходе (или при недостаточном давлении на входе). Механизм закрытия различается в зависимости от типа клапана. В отличие от других клапанов, для их правильной работы не требуется рукоятка, рычаг, привод или человек.

5. Пинч-клапан

Источник: Pinterest

Щелевой клапан - это двухходовой клапан, который используется для управления или перекрытия потока коррозионного, абразивного или гранулированного материала. Для открытия или закрытия клапана используется сжатый воздух. 

В открытом состоянии клапан пропускает через свое отверстие самые разные среды. Клапаны предназначены для изоляции рабочей среды от загрязнений, для чего внутри них используются гибкие резиновые рукава. Шламы и гранулированные материалы, такие как песок, цемент, гравий, текстильное волокно, древесный уголь, порошок, гранулы, щепа, осколки стекла и т. д., хорошо совместимы с пинч-клапанами. 

Эти клапаны доступны по цене и просты в эксплуатации, что делает их идеальными для различных промышленных применений. Приобретайте их у надежных поставщики газовых клапанов инновационные решения, разработанные в соответствии с вашими требованиями. 

6. Заслонка

Источник: Поворотный клапан Dombor

Клапаны-бабочки относятся к семейству четвертьоборотных клапанов и функционируют аналогично шаровым кранам. Диск соединен со штоком, образуя "бабочку". Когда шток поворачивает диск на четверть оборота перпендикулярно направлению потока, клапан закрывается. Когда клапан открывается, диск поворачивается обратно, чтобы обеспечить поток.

Промышленные поворотные затворы популярны благодаря легкости, компактности, низкой цене, быстроте работы и доступности в очень больших размерах. Для управления этими клапанами могут использоваться рукоятки, шестерни и автоматические приводы.

7. Предохранительный клапан

Источник: Pinterest

Для защиты системы от избыточного давления используется предохранительный клапан. Когда давление превышает максимально допустимое рабочее давление или давление, на которое рассчитана система, возникает избыточное давление. В отличие от предохранительных клапанов, предохранительные клапаны могут открываться довольно быстро. Предохранительный клапан открывается от заданного давления; сначала клапан открывается медленно, затем полностью, чтобы удалить нежелательное давление из системы так быстро, как это возможно.

Предохранительные клапаны используются для того, чтобы давление не поднималось слишком высоко и не приводило к сбоям, пожарам или взрывам. Поскольку предохранительные клапаны не имеют электрических или пневматических компонентов, они используются, когда электронные или пневматические механизмы безопасности выходят из строя. Приближение к полнофункциональному производству Поставщики масляных клапанов для достижения наилучшего результата.

8. Плунжерный клапан

Источник: Домбор

Плунжерный клапан - это конусообразный клапан, который вращается внутри корпуса клапана и регулирует поток жидкости. Один или несколько полых каналов обычно располагаются горизонтально в плунжерных клапанах, чтобы обеспечить легкий поток через клапан, когда он открыт. 

Наиболее популярным является двухпортовый плунжерный клапан, который имеет открытое и закрытое состояние. В таком клапане один маршрут проходит от входа к выходу, а шток и рукоятка расположены в верхней части клапана. Четвертьоборотный клапан также используется в промышленный плунжерный клапанчто очень удобно, когда требуется быстрая и частая работа.

Материалы, используемые для изготовления клапанов

Источник: Pinterest

Производители промышленных клапанов При изготовлении различных типов клапанов используются различные материалы. Материал выбирается в зависимости от функции и назначения клапана. Вот некоторые из распространенных материалов, из которых изготавливаются промышленные клапаны:

1. Нержавеющая сталь

Источник: Шаровой кран Dombor 3-х сторонний

Нержавеющая сталь, как нереактивный металл, используется для изготовления многих промышленных клапанов. Для каждого калибра требуется точное сочетание таких металлов, как хром, никель или молибден. Клапаны из нержавеющей стали подходят для работы с агрессивными средами, такими как соленая морская вода, кислоты и галоидные газы, поскольку они не вызывают коррозии корпуса клапана. В некоторых случаях латунь может стать хорошей заменой стали.

2. Литая сталь

Источник: Домбор

Литые стальные клапаны создаются путем заливки расплавленной стали в форму и ее застывания в контролируемых условиях. С одной стороны, при правильном выполнении эта процедура позволяет получить цельные клапаны и является практичным и недорогим методом производства. 

Однако из-за того, что в нем могут появиться дыры и разрывы, когда расплавленная сталь образуется неравномерно, он требует постоянного мониторинга и контроля качества. Кроме того, если расплавленная сталь была плохого качества, то и клапан будет бракованным.

3. Кованая сталь

Источник: Домбор

Кованые стальные клапаны изготавливаются путем формования металла с использованием сильного нагрева и механического оборудования. Вместо того чтобы заливаться в готовую форму, сталь сгибается и формируется в форму клапана с помощью инструментов. Преимущество такого способа заключается в том, что тепло закаляет металл, в результате чего он становится прочнее и долговечнее. промышленные клапаны. С другой стороны, поскольку конструкция представляет собой единое целое, соединения между различными элементами могут стать источником протечек. Кроме того, клапаны из кованой стали дороже из-за дополнительных трудозатрат.

Компоненты клапана

Клапаны состоят из нескольких компонентов, таких как приводы промышленных клапанов, тело, стебель и многие другие. Давайте рассмотрим их подробнее.

Источник: Pinterest

1. Тело

Корпус клапана - это внешний кожух, в котором размещены внутренние детали или отделка большей части или всего клапана. В распространенных конструкциях клапанов корпус обычно привинчивается к крышке.

Корпуса клапанов часто изготавливаются из металла или пластика. Благодаря своей коррозионной стойкости, особенно к теплой соленой воде, дуплексные и супердуплексные клапаны часто используются в системах с морской водой, например, в опреснительных установках.

2. Капот

На корпусе клапана крышка служит в качестве кожуха. Обычно она прикручивается или привинчивается к корпусу клапана на полупостоянной основе. Колпак удерживает все вместе внутри клапана. Пользователи могут снять колпак клапана, чтобы получить доступ к внутренним деталям, обычно для технического обслуживания. Многие промышленные клапаны не имеют колпаков; например, пробковые клапаны часто не имеют колпаков. Многие шаровые краны не имеют крышек, потому что корпус крана собирается по-другому, например, путем завинчивания корпуса в центре.

3. Порты

Каналы, по которым жидкость проходит через клапан, называются отверстиями. Чтобы контролировать поток, деталь или диск клапана перекрывает отверстия. Обычно клапаны имеют два порта, но их может быть и двадцать. Почти всегда порты клапана соединяются с трубами или другими компонентами. Резьба, компрессионные фитинги, клей, цемент, фланцы и сварка - все это примеры методов соединения.

4. Привод

Для физического управления клапаном снаружи корпуса используется рукоятка. Автоматические клапаны не имеют рукояток. Однако некоторые из них, например, запорно-регулирующие клапаны, оснащены рукояткой для ручного управления. Привод автоматически или дистанционно управляет клапаном снаружи корпуса. Некоторые клапаны, такие как обратные и перепускные, не имеют ни рукоятки, ни привода, поскольку работают автоматически изнутри.

5. Диск

Диск, также известный как элемент клапана, представляет собой подвижный барьер в неподвижном корпусе, который различными способами ограничивает поток через клапан. Диски бывают разных форм, несмотря на их классическую форму диска. В зависимости от типа клапана диск может перемещаться внутри клапана линейно, вращаться на штоке или вращаться на шарнире или цапфе. Шар - это круглая деталь клапана, которая проходит по одному или нескольким путям между портами. Поток можно направлять между различными портами, вращая шар. В шаровых кранах используются сферические роторы с цилиндрическим отверстием, просверленным в качестве маршрута движения жидкости.

В плунжерных клапанах используются плунжеры, представляющие собой цилиндрические или конические роторы. Роторные клапаны также могут иметь ротор любой круглой формы, если ротор можно вращать внутри корпуса клапана. Тем не менее шаровой обратный клапан Использует шар для остановки обратного потока, но не является ротором, поскольку шар не вращается во время работы клапана.

6. Место

Седло - это внутренняя поверхность корпуса, которая соприкасается с диском, создавая герметичное уплотнение. Только когда клапан закрыт, диск соприкасается с седлом, если он движется линейно или качается на шарнире или цапфе. У вращающихся дисков седло всегда соприкасается с диском, хотя площадь контакта меняется по мере вращения диска. По отношению к телу седло постоянно неподвижно.

7. Стебель

Шток передает движение на диск от привода. В некоторых конструкциях шток и диск, а также шток и рукоятка объединены в одну деталь.

Шток может передавать линейное усилие, вращательный момент или комбинацию этих движений. Шток можно вкрутить или выкрутить из клапана, поворачивая его в ту или иную сторону. Это позволяет диску двигаться вперед и назад внутри корпуса. Для обеспечения герметичности между штоком и колпаком внутри клапана часто используется сальник. нефтегазовый клапан.

8. Весна

Многие клапаны оснащены пружиной для подпружинивания, что заставляет диск по умолчанию занимать определенное положение, но позволяет изменять его. Перепускные клапаны обычно используют пружину для удержания клапана в закрытом состоянии, но при этом они также позволяют избыточному давлению заставить клапан открыться против поджатия пружины. Обычно используются спиральные пружины. Распространенными материалами для пружин являются оцинкованная сталь и нержавеющая сталь.

9. Отделка

Под отделкой клапана понимаются все его внутренние компоненты. Она состоит из поверхности седла и затвора, штока, втулки, направляющей отверстия штока и других мелких внутренних деталей, которые обычно контактируют с рабочей жидкостью.

Условия эксплуатации различных клапанов

Типы клапанов определяются условиями эксплуатации трубопровода. Клапаны должны быть изготовлены из материалов, способных выдерживать суровые условия эксплуатации в трубопроводах без чрезмерного износа и без снижения эксплуатационных характеристик. На сайте компания по производству промышленной арматуры при выборе клапана следует учитывать следующие факторы.

Источник: Unsplash

1. Температура

Источник: Pinterest

Мы знаем, что нефтепродукты легко воспламеняются, а нефтегазовая промышленность особенно чувствительна к температуре. Клапаны в нефтехимических трубопроводах должны выдерживать и поддерживать температуру в допустимых пределах, чтобы соответствовать этому требованию. Кроме того, металлы расширяются при нагревании и сжимаются при охлаждении, поэтому конструкция клапана должна учитывать и это. Чтобы клапан работал оптимально, такие температурные колебания должны быть сведены к минимуму.

2. Давление

Источник: Pinterest

Высокий уровень давления в трубопроводе может преодолеть недостаточно прочный клапан. Когда к игольчатому клапану прикладывается значительное давление жидкости, он может не выдержать такого усилия и не открыться. Поэтому необходим надежный клапан, способный выдержать высокое давление в трубопроводе. Один из типов цельносварной шаровой кран например, может выдерживать высокое давление, сохраняя при этом оптимальную производительность и низкий крутящий момент.

3. Сброс давления

Источник: Pinterest

Слишком высокое давление может привести к разрыву трубопровода или даже к неисправности самых надежных клапанов. В результате на нефтепроводе может потребоваться установка промышленный клапан сброса давления. Обратный клапан, чувствительный к давлению, может быть полезным выбором в этой ситуации. Чтобы сбросить давление жидкости, его можно либо открыть, чтобы выпустить скопившийся воздух, либо пустить среду по трубопроводу. Аналогичным образом мембранный клапан можно использовать в качестве дроссельного клапана.

4. Коррозионные условия

Источник: Pinterest

Сырая нефть - это смесь нескольких видов топлива, которые разделяются в процессе переработки. Некоторые из компонентов подвержены сильной коррозии, что требует использования прочных, нереактивных материалов для клапанов. Для такого типа трубопроводов идеально подходят клапаны из нержавеющей стали или клапаны из улучшенных стальных сплавов.

Применение промышленных клапанов в нефтегазовой промышленности

Нефтегазовая деятельность требует применения различных методов управления потоком жидкости. Соответственно, на разных этапах производства или распределения, в зависимости от поставленной задачи, могут использоваться различные клапаны. Давайте рассмотрим некоторые из них. типы клапанов в нефтегазовой промышленности.

1. Быстрое отключение и герметичность - Шаровой кран

Источник: Домбор

В трубопроводах, где требуется быстрое перекрытие и герметичное уплотнение, используется шаровой клапан это поворотный клапан, на который можно положиться. Шаровой кран может иметь различные формы и размеры. Каждый тип хорошо работает в определенной ситуации на трубопроводе. Поэтому, прежде чем выбрать шаровой кран, необходимо оценить характеристики трубопровода.

Шток и седла плавающего шарового клапана - это все, что удерживает его на плаву. Когда плавающий шар перемещается для закрытия клапана, давление жидкости прижимает его к седлам и полностью перекрывает поток. Даже при высоком давлении жидкости, протекающей через патрубок, открытие клапана требует значительного крутящего момента, поскольку для толкания шара под высоким давлением жидкости требуется большая сила и крутящий момент. Поэтому в нефте- и газопроводах с низким и средним давлением следует использовать плавающие шаровые краны.

Мяч на шаровой кран с цапфойС другой стороны, шар устанавливается и не зависит от давления жидкости для удержания его в нужном положении. При низком крутящем моменте установленный шар может открываться и закрываться против силы. Когда речь идет о системах с высоким давлением, это лучший выбор.

2. Регулирование потока - задвижка

Источник: Pinterest

Дебит нефти и газа не зависит от задвижка так как обеспечивает беспрепятственный поток. Эти свойства делают его подходящим для трубопроводов, где необходимо поддерживать скорость потока и одновременно контролировать расход.

Диск задвижки, будучи открытым, оставляет канал трубопровода свободным, позволяя проходить суспензиям, таким как сырая нефть.

3. Регулирование потока высокого давления - поворотный клапан

Источник: Домбор

Поворотные затворы во многом компенсируют недостатки задвижек в плане производительности. Открытые каналы позволяют средам свободно протекать, даже если они содержат твердые частицы. Поскольку шток в основании дроссельной заслонки удерживает ее диск на месте, ее можно использовать в трубопроводах высокого давления. Низкий крутящий момент также является результатом этих конструктивных особенностей.

4. Управление давлением - шаровой клапан

Источник: Pinterest

Если вы хотите остановить поток воздуха, вы можете закрыть шаровой клапан с помощью поршня, похожего на плунжер. При повороте привода линейный клапан открывается и закрывается. Благодаря резьбе на штоке такой клапан можно открывать на разные уровни. Популярность этого вида клапанов в нефтехимической промышленности объясняется именно этим фактом. В зависимости от того, насколько необходимо дросселирование, размер отверстия может быть уменьшен.

Клапаны предназначены для снижения давления благодаря наклонному дну, которое встречает поршень у основания. Пока жидкость проходит через приподнятую полость, она теряет импульс. Поэтому шаровые клапаны идеально подходят для трубопроводных систем, где требуется управление давлением.

5. Канализование нефтепродуктов - обратный клапан

Источник: Pinterest

Чувствительный к давлению клапан типа обратного клапана подходит для перекачки разделенных нефтепродуктов. Клапан открывается, когда давление на входе превышает давление на выходе. Однако существует ограничение для среды, которая течет в обратном направлении. Обратный клапан - это односторонний клапан, который предотвращает обратный поток среды.

В стадия рафинирования На заводах по производству ископаемого топлива, когда разделенные нефтепродукты направляются в разные трубопроводы, чтобы сохранить их целостность, это может быть полезно. Кроме того, его можно использовать в распределительных трубопроводах, где поток всегда должен быть направлен вперед.

6. Управление полутвердыми материалами - плунжерный клапан

Источник: Домбор

В качестве линейного клапана используется плунжерный клапан имеет поршень большего диаметра, чем шаровой клапан. Несмотря на то, что он не является лучшим выбором для дросселирования, он все же может занять достойное место в трубопроводе: большая площадь поверхности плунжера позволяет распределять и рассеивать давление вместе с плунжером, сохраняя при этом регулирование потока жидкости.

Для управления пробкой используются приводы, которые могут работать как в ручном, так и в автоматическом режиме. Это позволяет беспрепятственно пропускать густые нефтепродукты. Для нерафинированных нефтепродуктов, например, используемых при производстве биогаза, можно рекомендовать плунжерный клапан.

Стандарты API

Источник: Pinterest

Когда Американский институт нефти (API) Основанная в 1919 году как орган, устанавливающий стандарты, компания стала пионером в объединении экспертов из различных отраслей промышленности для разработки, поддержания и распространения общепринятых промышленных стандартов. Существует более 700 стандартов API, которые направлены на повышение безопасности эксплуатации, улучшение экологических условий и устойчивости в производство клапанов. Эти стандарты были внедрены во всем мире.

Стандарты API признаются не только за их техническую строгость, но и за аккредитацию третьей стороной, что облегчает их принятие государственными и федеральными регулирующими органами, а также международными регулирующими органами.

На протяжении почти 90 лет Американский институт нефти (API) устанавливал и поддерживал стандарты для мирового нефтегазового сектора и продолжает делать это и сегодня. Благодаря их усилиям и вкладу сектор постоянно создает отличные продукты, предоставляет важные услуги и обеспечивает справедливость на рынке как для предприятий, так и для потребителей. В результате процессы в отрасли становятся более безопасными, обеспечивается качество, снижаются расходы, сокращаются отходы и минимизируется путаница. Кроме того, они ускоряют внедрение новых продуктов, позволяя им быстрее выходить на рынок и избавляя от необходимости изобретать колесо каждый раз, когда создается новый продукт.

Стандарты ASME для нефтяной и газовой промышленности

ASME B16.34 - глобальный стандарт для проектирования, изготовления и испытания клапанов - широко используется в нефтегазовой промышленности. Они также оказывают огромное влияние на производство клапанов.

Источник: Unsplash

Когда этот стандарт был пересмотрен в 1988 году, он включил в список допустимых клапанов клапаны с резьбовыми и сварными концами. Клапан, соответствующий стандарту ASME B16.34, должен удовлетворять следующим условиям:

1. Химический состав и прочность клапанов соответствуют критериям ASME/ASTM для материалов.
2. Для сохранения необходимой зернистости и коррозионной стойкости материалы корпуса и оболочки перед сборкой подвергаются термообработке.
3. Толщина стенок корпуса и других компонентов, находящихся под давлением, соответствует минимальным требованиям ASME B16.34 для каждого класса давления.
4. Выдувание стеблей должно быть невозможно из-за внутренней нагрузки.
5. Болты должны быть класса ASTM, а максимальное приложенное напряжение должно быть ограничено значениями, указанными в B16.34.
6. При 1,5-кратном номинальном давлении и в течение определенного периода времени следует испытывать оболочку каждого клапана.
7. Негерметичность седла проверяется в обоих направлениях и в течение определенного времени на каждом клапане.
8. На каждом клапане должны быть нанесены постоянные обозначения материала изготовления, ограничений по эксплуатации и производителя.

Заключение

Промышленные клапаны являются неотъемлемой частью нефтегазовой промышленности. В этой статье мы рассмотрели различные типы промышленных клапанов, их функции и компоненты. Очевидно, что они необходимы для обеспечения безопасности и качества нефтепродуктов. Однако будет интересно узнать, как компании по производству промышленных клапанов в будущем и как современные технологии могут быть внедрены в клапаны.