برچسبها: شیر پروانهای با نشیمن فلزی، شیر پروانهای فشار بالا، FLOWKS valve، پالایشگاه Salalah، جداسازی گاز فرآیندی
راهکار FLOWKS NPS 32 Class 900 شیر پروانهای با نشیمن فلزی برای پالایشگاه Salalah، عمان
نمای کلی پروژه
پالایشگاه Salalah در جنوب عمان تحت شرایطی کار میکند که تجهیزات را تا حد شکنندگی میآزماید — دماهای محیط پایدار بالا، جو ساحلی خورنده، و جریانهای فرآیندی در لبه قابلیت طراحی. هنگامی که پالایشگاه به یک شیر جداسازی قابلاعتماد روی خط گاز فرآیندی حیاتی نیاز داشت، تیم مهندسی باید تصمیم میگرفت چه معماری شیری میتواند سرویس گاز با قطر بزرگ و فشار بالا را بدون سردردهای بهرهبرداری جایگزینهای سنگینتر مدیریت کند.
مشخصه اصلی به شیرهای Metso ارجاع داشت. FLOWKS برای جایگزینی تأمینکننده اصلی در سراسر پروژه انتخاب شد، به این معنی که جایگزین باید در مهار فشار، یکپارچگی آببندی، عمر چرخه و قابلیت اطمینان عملکرد با اصل برابر یا بهتر باشد. شیر دارای شماره خط MOV-20102 است و روی همان خط لوله MOV-20101، یک شیر دروازهای با عملگر برقی همان کلاس سایز قرار دارد. این مجاورت چندین تصمیم مهندسی را شکل داد.
شرایط سرویس
شیر گاز فرآیندی را در فشار طراحی 150 barG مدیریت میکند. محدوده دمای طراحی از -29°C تا 425°C است — محدودهای به اندازه کافی وسیع که طراحیهای با آستر الاستومر را کاملاً حذف میکند و انتخاب را بهسوی ساختار تمامفلزی سوق میدهد.
گاز فرآیندی در مقیاس پالایشگاه بیرحم است. هر نشتی نشیمن به معنای از دست رفتن محصول و قرار گرفتن در معرض ایمنی بالقوه است. مشخصصه FCI 70-2 Class VI را درخواست کرد، سختگیرانهترین کلاسی که استاندارد تعریف میکند. رسیدن به Class VI روی شیری با این سایز با نشیمن فلز-به-فلز نیازمند توجه دقیق به هندسه نشیمن و درمان سطح بود — نه فقط انتخاب یک ماده سخت و امید به بهترین حالت.
شیر در وظیفه جداسازی روشن-خاموش کار میکند. تراتل نمیکند. وقتی میبندد، پالایشگاه به قطعیت نیاز دارد که خط پاییندست جداسازی شده است. مهندسی پشت قابلاعتماد کردن این رفتار دوتایی در NPS 32 و Class 900 بههیچوجه ساده نیست.
طراحی شیر و انتخاب ماده
ساختار بدنه
بدنه شیر از فولاد کربنی ریختهگری شده ASTM A216 Gr. WCB ساخته شده است. WCB یک ماده کارخانه در سرویس پالایشگاهی است — کلاس فشار را مدیریت میکند، برای تعمیر و اصلاح جوشپذیر است و در سراسر محدوده دمای مشخصهشده بهطور قابل پیشبینی عمل میکند. برای بدنهای که باید 150 barG را در 425°C مهار کند، WCB ترکیب درستی از استحکام، شکلپذیری و پذیرش کد تحت ASME B16.5 را ارائه میدهد.
مشخصه اصلی فلنجهای سطح برآمده را درخواست کرده بود. FLOWKS این را به اتصالات RTJ (Ring Type Joint) تغییر داد. در Class 900 و 150 barG، فلنجهای سطح برآمده به فشار گسکت متکی هستند که میتواند در چرخههای حرارتی شل شود. مفاصل RTJ از طریق تماس فلز-به-فلز بین رینگ گسکت و شیار ماشینکاری شده در سطوح فلنج آببندی میکنند. رینگ تحت بار پیچ بهطور پلاستیک تغییر شکل میدهد، نواقص شیار را پر میکند و یکپارچگی آببندی را در گذارهای حرارتی حفظ میکند. برای سرویس گاز در این فشارها، RTJ انتخاب محافظهکارانه است.
دیسک
دیسک از ASTM A351 Gr. CF8M است — فولاد ضدزنگ آستنیتی ریختهگری شده با مولیبدن برای مقاومت در برابر حفرهدار شدن. انتخاب CF8M برای دیسک در حالی که از WCB برای بدنه استفاده میشود عمدی است. بدنه استحکام ساختاری و مهار فشار را فراهم میکند. دیسک مستقیماً در معرض سیال فرآیندی قرار دارد و به مقاومت در برابر خوردگی نیاز دارد که فولاد کربنی نمیتواند فراهم کند، بهویژه در جریان گازی که ممکن است حاوی ترکیبات گوگردی کمی یا کلریدها در دمای بالا باشد.
طراحی نشیمن
نشیمن با Stellite روکش سخت شده است. Stellite — یک آلیاژ کبالت-کروم — بهعنوان روکش جوش روی سطح نشیمن اعمال میشود و سپس به هندسه نهایی ماشینکاری میشود. دلیل انتخاب Stellite بر دیگر گزینههای روکش سخت به مقاومت در برابر گالینگ و پایداری ابعادی در دما برمیگردد. در 425°C، روکشهای نرمتر میتوانند تحت بار نشیمن یک دیسک بزرگ تغییر شکل دهند و چرخههای مکرر ناحیه تماس را تا حد شکست کارسخت کنند. Stellite سختی خود را در دمای بالا حفظ میکند و در برابر سایش چسبندهای که وقتی یک دیسک فلزی با نشیمن فلزی تحت بار بالا تماس پیدا میکند مقاومت میکند. این همان چیزی است که عملکرد شیر پروانهای با نشیمن فلزی را در این کلاس فشار ممکن میکند — ماده نشیمن باید هزاران چرخه باز-بسته را بدون از دست دادن هندسه آببندی دوام بیاورد.
ساقه
ساقه شیر از ASTM SA564 Gr. 630 آهنگری شده است — یک فولاد ضدزنگ مارتنزیتی سختیشده با رسوب که معمولاً بهعنوان 17-4 PH شناخته میشود. این گرید استحکام تسلیمی بسیار بالاتر از آنچه فولادهای ضدزنگ آستنیتی ارائه میدهند دارد، که اهمیت دارد زیرا ساقه هم گشتاور عملگر و هم نیروی نشیمن دیسک را منتقل میکند. در NPS 32، گشتاورهای درگیر قابلتوجه هستند. ساقهای که تحت بار پیچش مییابد دقت موقعیتیابی را از دست میدهد و میتواند در نهایت در نقاط تمرکز تنش دچار خستگی شود. 17-4 PH در شرایط H1150M حاشیه استحکام مورد نیاز برای عملکرد بلندمدت قابلاعتماد را فراهم میکند.
پکینگ
پکینگ گرافیتی با بار زنده مشخصصه شد. بار زنده از واشرهای Belleville برای حفظ بار فشاری ثابت روی مجموعه پکینگ استفاده میکند، انبساط و انقباض حرارتی را جبران میکند که در غیر این صورت آببندی را شل میکرد. در سراسر این محدوده وسیع، مجموعه پکینگ تغییر ابعادی قابلتوجهی بین راهاندازی سرد و عملکرد گرم تجربه میکند. بدون بار زنده، اپراتورها باید بهطور دورهای گشتاور گلند را دوباره تنظیم کنند و بین تنظیمات، نشتی ممکن است رخ دهد. پکینگ گرافیتی همچنین قرار گرفتن در معرض آتش را بهتر از جایگزینهای مبتنی بر PTFE مدیریت میکند — یک ملاحظه واقعی روی خط گاز فرآیندی.
سیستم عملگر
[عملکرد نیوماتیک](https://flowks.com/products/pneumatic-actuators)
شیر با یک عملگر نیوماتیک که روی تأمین هوای ابزار 4-8 barG کار میکند مجهز شده است. انتخاب نیوماتیک بر عملکرد برقی برای این شیر توسط چندین عامل خاص این نصب هدایت شد.
عملگرهای نیوماتیک گشتاور بالایی در یک پاکت جمعوجور ارائه میدهند. در NPS 32 Class 900، گشتاور نشیمن مورد نیاز برای رسیدن به قطع Class VI در برابر فشار تفاضلی کامل قابلتوجه است. یک عملگر برقی با ابعاددهی برای آن گشتاور بسیار بزرگتر و سنگینتر خواهد بود، که چالشهای نصب و پشتیبانی ساختاری روی خط لولهای را که قبلاً یک شیر دروازهای سنگین NPS 32 Class 900 در موقعیت مجاور حمل میکند ایجاد میکند.
عملگرهای نیوماتیک همچنین بهطور قابل پیشبینی شکست میخورند. مشخصصه قطع در آخرین موقعیت (lock-up) با گزینه قطع در بسته را بسته به پیکربندی منطق ایمنی درخواست کرد. رسیدن به قطع در بسته با یک عملگر نیوماتیک با برگشت فنری از نظر مکانیکی ساده است — فنر نیروی بستن را فراهم میکند و هوای ابزار با آن مخالفت میکند. عملگرهای برقی به باتری پشتیبان یا یک UPS جداگانه برای رسیدن به همین نتیجه نیاز دارند که پیچیدگی و بار نگهداری را اضافه میکند.
عملگر با یک پمپ هیدرولیک دستی بهعنوان وسیله ثانویه عملکرد جفت شده است. اگر هوای ابزار از دست برود یا سیستم کنترل برای نگهداری خاموش باشد، یک اپراتور میتواند با استفاده از پمپ هیدرولیک شیر را بهطور دستی چرخش دهد. این افزونگی روش استاندارد در سرویس جداسازی پالایشگاهی است — شیر باید در تمام شرایط قابل بهرهبرداری باشد، نه فقط شرایط عادی.
ابزار دقیق و لوازم جانبی
بسته کنترل شیر شامل یک مجموعه جامع از لوازم جانبی است که هر کدام عملکرد خاصی دارند:
APL510 کلید حد* — بازخورد موقعیت به سیستم کنترل ارائه میدهد، موقعیتهای باز و بسته را تأیید میکند. روی یک شیر جداسازی، نشاندهی موقعیت اختیاری نیست؛ سیستم کنترل باید وضعیت واقعی شیر را بداند، نه فقط فرمانی که ارسال شده.
SMC AW60 رگلاتور فیلتر* — هوای ابزار را قبل از رسیدن به عملگر تنظیم میکند. ذرات یا رطوبت در تأمین هوا در طول زمان آببندهای عملگر و شیرهای برقی را تخریب میکند. AW60 برای الزامات جریان این عملگر ابعاددهی شده، تأمین هوای کافی در طول چرخش را تضمین میکند.
SMC VFE3130 شیر برقی* — مسیر هوا به عملگر را بر اساس سیگنال الکتریکی از سیستم کنترل کنترل میکند. VFE3130 یک شیر برقی 3 موقعیتی، 5 پورت است که عملکرد lock-up را با به دام انداختن هوا در عملگر هنگام قطع برق ممکن میسازد.
SMC VPA4150 شیر کنترل هوا* — منطق هوای پایلت برای کنترل جهتدار عملگر را مدیریت میکند. این شیر گذارهای نرم و کنترلشده بین موقعیتهای باز و بسته را تضمین میکند بهجای بستن ناگهانی که میتواند به نشیمن آسیب برساند یا گذارهای فشار در خط ایجاد کند.
SMC AS600 شیر کنترل جریان* — سرعت چرخش عملگر را تنظیم میکند. زمانهای باز و بسته شدن در محدوده 5-70 ثانیه قابل تنظیم است، به تیم کمیسیون اجازه میدهد پاسخ شیر را به ویژگیهای هیدرولیکی خط لوله تنظیم کند. خیلی سریع، و شیر فشارهای ضربهای ایجاد میکند. خیلی کند، و عملکرد جداسازی در طول توقف اضطراری به خطر میافتد.
مخزن هوا* — حجم محلی هوای ابزار ذخیرهشده را فراهم میکند تا تضمین شود شیر میتواند حداقل یک چرخش کامل را حتی اگر تأمین هوای اصلی قطع شود کامل کند. این بهویژه برای حالت قطع در بسته مهم است، جایی که عملگر باید بر فشار خط لوله و اصطکاک نشیمن غلبه کند تا به موقعیت بسته برسد.
FLOWKS روی پنوماتیک SMC برای شیرهای عملگردار با قطر بزرگ استاندارد کرد زیرا قطعات در میدان اثباتشده، در سطح جهانی در دسترس و قابل تعویض با موجودی قطعات یدکی موجود پالایشگاه هستند. هنگامی که یک تکنسین نگهداری در Salalah نیاز به تعویض یک شیر برقی در طول تعمیرات اساسی دارد، در دسترس بودن بیشتر از تفاوتهای تئوریک مشخصصه بین برندها اهمیت دارد.
ویژگیهای شیر و ظرفیت جریان
شیر دارای CV نامی 20,383 با ویژگی جریان درصدی برابر است. این دو عدد رفتار هیدرولیکی شیر را تعریف میکنند و مستحق توضیح هستند.
CV 20,383 به این معنی است که شیر در حالت کاملاً باز مقاومت حداقلی در برابر جریان نشان میدهد — دقیقاً همان کاری که یک شیر جداسازی باید بکند. طراحی دیسک تمامدهانه تضمین میکند که گاز فرآیندی با افت فشار حداقل عبور میکند. در پالایشگاهی که هر کسر از بار فشار از دست رفته هزینه انرژی تراکم دارد، مقاومت کم از طریق شیرهای جداسازی از نظر اقتصادی اهمیت دارد.
ویژگی درصدی برابر حتی برای یک شیر روشن-خاموش اهمیت دارد. هنگامی که دیسک به موقعیت بسته نزدیک میشود، این هندسه تضمین میکند که درجات نهایی چرخش کاهش کنترلشده جریان تولید میکند، شوک هیدرولیکی در نشیمن را کاهش میدهد. این از سطح Stellite محافظت میکند و عمر نشیمن را افزایش میدهد.
شیر استانداردهای عملکرد FLOWKS valve را در سراسر محدوده دما کامل برآورده میکند. گشتاور کاملاً باز، نشتی نشیمن و عمر چرخش همگی قبل از آزادسازی شیر برای حمل در برابر الزامات مشخصصه اعتبارسنجی شدند.
تصمیمات کلیدی مهندسی
چرا شیر پروانهای بهجای شیر دروازهای؟
شیر خط مجاور، MOV-20101، یک شیر دروازهای با عملگر برقی NPS 32 Class 900 است. منطقی است بپرسید چرا MOV-20102 به همان شکل مشخصصه نشد. پاسخ در الزامات خاص وظیفه جداسازی در این موقعیت نهفته است.
شیرهای دروازهای دستگاههای جداسازی عالی هستند — مسیر جریان مستقیم، افت فشار کم، قطع قابلاعتماد. اما در NPS 32، یک شیر دروازهای Class 900 یک مجموعه بسیار سنگین است. بدنه، درب، گوه و ساقه نیازمند پشتیبانی ساختاری قابلتوجه، تجهیزات بالابر تخصصی برای نگهداری و ردپای نصب بزرگ هستند. عملگر برقی روی MOV-20101 وزن بیشتری اضافه میکند.
یک شیر پروانهای فشار بالا همان عملکرد جداسازی را با کسری از وزن و ابعاد نصبشده محقق میکند. دیسک 90 درجه میچرخد تا باز یا بسته شود — ساقه صعودی وجود ندارد، دربی وجود ندارد، گوهای برای بیرون آمدن از مسیر جریان وجود ندارد. این به معنای چرخش سریعتر، ابعاددهی سادهتر عملگر و جرم کل سیستم کمتر است. روی خط لولهای که تکیهگاههای ساختاری از قبل وزن یک شیر دروازهای NPS 32 Class 900 را حمل میکردند، مشخصصه کردن یک شیر پروانهای برای دومین نقطه جداسازی بار کل روی رک لوله را کاهش داد.
مبادله نشتی نشیمن است. گوه شیر دروازهای نیروی نشیمن خطی بالایی تولید میکند که معمولاً از تماس چرخشی شیر پروانهای بهتر عمل میکند. اما طراحی نشیمن با روکش Stellite از FLOWKS، در ترکیب با ماشینکاری دقیق سطح نشیمن دیسک CF8M، نشتی را به FCI 70-2 Class VI — بدون نشتی قابل مشاهده — رساند. در آن نقطه، شیر پروانهای قابلیت جداسازی شیر دروازهای را با مزایای وزن، سرعت و قابلیت نگهداری تطبیق میدهد.
چرا نیوماتیک بهجای برقی؟
MOV-20101 در مجاورت از عملگر برقی استفاده میکند. MOV-20102 از نیوماتیک استفاده میکند. این عدم یکنواختی نبود — طراحی عمدی سیستم بود.
شیر دروازهای روی MOV-20101 یک طراحی با ساقه صعودی است که نیازمند عملکرد چنددور است. عملگرهای برقی چنددور برای این کار مناسب هستند: موقعیتیابی دقیق، خروجی گشتاور بالا و میتوانند موقعیت را بدون توان مداوم حفظ کنند. مبادله زمان چرخش است — عملگرهای برقی روی شیرهای دروازهای بزرگ کند هستند.
شیر پروانهای روی MOV-20102 نیازمند عملکرد یکربعدور با کنترل سرعتتعریفشده است. عملگرهای نیوماتیک در وظیفه یکربعدور برتری دارند. وقتی نیاز باشد سریع چرخش میکنند، میتوانند با شیرهای کنترل جریان برای مدیریت سرعت چرخش تنظیم شوند و عملکرد ایمنی را از طریق برگشت فنر یا منطق هوای بهدامافتاده بدون نیاز به باتری فراهم میکنند. محدوده زمان چرخش قابل تنظیم 5-70 ثانیه به تیم کمیسیون انعطاف میدهد تا سرعت بسته شدن شیر را به تحمل ضربه خط لوله تطبیق دهد.
استفاده از فناوریهای عملگر متفاوت روی شیرهای مجاور روش استاندارد در طراحی پالایشگاهی است. عملکرد هر شیر عملگر را دیکته میکند. DCS با هر دو از طریق سیگنالهای گسسته و آنالوگ استاندارد ارتباط برقرار میکند — نوع عملگر برای سیستم کنترل شفاف است.
تست و بازرسی
هر شیر FLOWKS برای سرویس پالایشگاهی قبل از حمل تست ساختاجهشده را گذراند. برای این شیر، توالی شامل تست هیدرواستاتیک بدنه و نشیمن در فشارهای Class 900، چرخه عملکردی در سراسر محدوده کامل حرکت و تأیید نشتی نشیمن در برابر معیارهای FCI 70-2 Class VI بود.
شیارهای فلنج RTJ با معاینه رنگ نافذ بازرسی شدند تا تأیید شود هیچ عیب ریختهگری یا ناهنجاری ماشینکاری در سطوح آببندی وجود ندارد. یکپارچگی RTJ تماماً به دقت هندسی شیار بستگی دارد — هر نقصی که مانع نشستن صحیح رینگ گسکت شود تحت فشار نشتی خواهد داد.
مجموعه عملگر بهعنوان یک واحد کامل تست شد. شیر و عملگر با بسته کنترل کامل — شیر برقی، رگلاتور فیلتر، شیر کنترل هوا، شیر کنترل جریان، کلیدهای حد — سیمکشی و نیوماتیک متصل شدند برای تست عملکردی. زمانهای چرخش در هر دو انتهای محدوده قابل تنظیم اندازهگیری شد. پمپ هیدرولیک دستی برای تأیید اینکه میتواند یک چرخش کامل را بدون هوای ابزار انجام دهد آزمایش شد.
مخزن هوا تست فشار شد و تأیید شد حجم کافی برای یک چرخش کامل در شرایط شبیهسازیشده قطع تأمین را تحویل میدهد.
مستندات شامل قابلیت ردیابی ماده برای تمام اجزای نگهدارنده فشار، گزارشهای تست گواهیشده برای شیمی و سختی روکش Stellite و یک بسته کامل محاسبه ابعاددهی عملگر با حاشیههای ایمنی بود.
تحویل پروژه
FLOWKS این پروژه را بهعنوان جایگزینی مستقیم برای شیرهای Metso مشخصصهشده اصلی اجرا کرد. تغییر Nielsen مستلزم آن بود که هر رابط — ابعاد فلنج، وجهبهوجه، نصب عملگر، اتصالات کنترل — با نصب اصلی تطبیق داشته باشد. انطباق ASME B16.5 روی فلنجها تضمین کرد که شیر بدون اصلاح به خط لوله موجود بولت میشود.
شیر با یک بسته داده جامع شامل نقشههای as-built، گواهینامههای ماده، گزارشهای تست، راهنماهای بهرهبرداری و نگهداری و لیست قطعات یدکی توصیهشده تحویل شد. لیست قطعاتی را که بیشترین احتمال نیاز به تعویض در اولین چرخه نگهداری را دارند — مجموعه پکینگ، شیر برقی، عنصر رگلاتور فیلتر — شناسایی کرد تا پالایشگاه بتواند قبل از سرویس شدن شیر قطعات یدکی تدارک ببیند.
برای پالایشگاه Salalah، نتیجه یک شیر جداسازی است که کل محدوده طراحی — 150 barG، -29°C تا 425°C، گاز فرآیندی — با سادگی بهرهبرداری طراحی شیر پروانهای یکربعدور را مدیریت میکند. سیستم عملکرد نیوماتیک سرعت و رفتار ایمنی که منطق ایمنی الزام میکند را فراهم میکند و جایگزینی هیدرولیک دستی قابلیت بهرهبرداری در تمام شرایط را تضمین میکند.
محدوده ساخت FLOWKS
FLOWKS طیف جامعی از شیرهای صنعتی برای کاربردهای نفت و گاز، پتروشیمی، نیروگاه و آب تولید میکند:
شیرهای توپکی* — طراحیهای شناور و ترنیون، با نشیمن نرم و فلزی، در سایزهای NPS 2 تا NPS 56 و کلاسهای فشار تا Class 2500.
شیرهای کنترل* — پیکربندیهای بدنه کروی و زاویهدار با عملگرهای نیوماتیک یا برقی، تریمهای مشخص برای سرویس تعدیلکننده در سراسر طیف وسیع شرایط فرآیندی.
شیرهای دروازهای* — طراحیهای گوهای و گوه انعطافپذیر در ساختارهای بدنه ریخته و آهنگری، مناسب سرویس جداسازی در کاربردهای پالایشگاه و خط لوله.
شیرهای کروی* — بدنههای الگوی مستقیم، زاویهدار و Y برای وظایف تعدیل و جداسازی.
شیرهای یکطرفه* — طراحیهای swing check، lift check، دیسک کج و دو صفحهای برای جلوگیری از جهت جریان در سیستمهای فرآیندی و کمکی.
صافیها* — صافیهای سبدی نوع Y و نوع T برای حذف زباله خط لوله و محافظت تجهیزات.
[شیرهای دروازهای کاردی](https://flowks.com/products/knife-gate-valves)* — شیرهای جداسازی یکطرفه برای کاربردهای دوغاب، پودر و محیطهای چسبناک.
شیرهای plug* — طراحیهای روغنکاری و غیر روغنکاری برای سرویس جداسازی و انحراف در خطوط لوله نفت و گاز.
تمام شیرهای FLOWKS تحت سیستمهای مدیریت کیفی ISO 9001 ساخته میشوند، با تست و گواهینامه مطابق استانداردهای بینالمللی شامل مشخصصههای API، ASME و EN.
FLOWKS — How Quality Lasts!
محصولات پیشنهادی برای این کاربرد
بر اساس شرایط عملیاتی و محیط توضیح داده شده در بالا، توصیه میکنیم: