Van Bướm Ghế Kim Loại NPS 32 Class 900 cho Nhà Máy Lọc Salalah, Oman

Tags: van bướm mặt kim loại, van bướm áp suất cao, FLOWKS valve, nhà máy lọc Salalah, cô lập khí quy trình

Giải pháp Van Bướm Mặt Kim Loại NPS 32 Class 900 FLOWKS cho Nhà máy lọc Salalah, Oman

Tổng quan dự án

Nhà máy lọc Salalah ở phía nam Oman hoạt động dưới các điều kiện thử thách thiết bị đến giới hạn — nhiệt độ môi trường cao liên tục, khí quyển ven biển ăn mòn, và các dòng quy trình ở ranh giới khả năng thiết kế. Khi nhà máy lọc cần một van cô lập đáng tin cậy trên đường ống khí quy trình quan trọng, đội kỹ thuật phải quyết định kiến trúc van nào có thể xử lý dịch vụ khí lỗ lớn, áp suất cao mà không gặp các vấn đề vận hành của các lựa chọn nặng hơn.

Thông số ban đầu tham chiếu van Metso. FLOWKS được chọn để thay thế nhà cung cấp incumbent toàn bộ, nghĩa là sản phẩm thay thế phải đạt hoặc vượt sản phẩm ban đầu về khả năng chứa áp, tính toàn vẹn kín, tuổi thọ chu kỳ, và độ tin cậy chấp hành. Van mang số đường ống MOV-20102 và nằm trên cùng đường ống với MOV-20101, một van cổng chấp hành điện cùng cấp kích thước. Sự gần gũi đó định hình một số quyết định kỹ thuật.

Điều kiện dịch vụ

Van xử lý khí quy trình tại áp suất thiết kế 150 barG. Nhiệt độ thiết kế trải dài từ -29°C đến 425°C — dải đủ rộng để loại bỏ hoàn toàn thiết kế lót elastomer và đẩy lựa chọn toward cấu trúc toàn kim loại.

Khí quy trình ở quy mô nhà máy lọc không tha thứ. Bất kỳ rò rỉ ghế nào cũng nghĩa là mất sản phẩm và rủi ro an toàn. Thông số yêu cầu FCI 70-2 Class VI shutoff, cấp kín nhất mà tiêu chuẩn định nghĩa. Đạt Class VI trên van kích thước này với ghế kim loại-voi-kim-loai đòi hỏi chú ý cẩn thận đến hình học ghế và xử lý bề mặt — không chỉ chọn vật liệu cứng và hy vọng tốt nhất.

Van hoạt động trong dịch vụ cô lập on-off. Nó không tiết lưu. Khi đóng, nhà máy lọc cần chắc chắn rằng đường ống hạ nguồn được cô lập. Kỹ thuật đằng sau việc làm cho hành vi nhị phân đó đáng tin cậy ở NPS 32 và Class 900 không hề đơn giản.

Thiết kế van và lựa chọn vật liệu

Cấu trúc thân

Thân van được sản xuất từ thép cac steel đúc ASTM A216 Gr. WCB. WCB là vật liệu chủ lực trong dịch vụ nhà máy lọc — nó xử lý cấp áp lực, hàn được để sửa chữa và cải biến, và hoạt động dự đoán được trên dải nhiệt độ quy định. Cho thân cần chứa 150 barG tại 425°C, WCB cung cấp sự kết hợp đúng về độ bền, độ dẻo, và chấp nhận mã dưới ASME B16.5.

Thông số ban đầu yêu cầu mặt bích mặt nổi. FLOWKS thay đổi sang kết nối RTJ (Ring Type Joint). Tại Class 900 và 150 barG, mặt bích mặt nổi phụ thuộc vào lực nén gioăng có thể giãn qua chu kỳ nhiệt. Mối nối RTJ kín thông qua tiếp xúc kim loại-voi-kim-loai giữa vòng gioăng và rãnh gia công trên mặt bích. Vòng biến dạng dẻo dưới tải bu-lông, lấp đầy bất thường rãnh và duy trì tính toàn vẹn kín qua quá độ nhiệt. Cho dịch vụ khí ở các áp suất này, RTJ là lựa chọn bảo thủ.

Đĩa

Đĩa là ASTM A351 Gr. CF8M — thép không gỉ austenitic đúc với molybden để kháng rỗ. Chọn CF8M cho đĩa trong khi dùng WCB cho thân là cố ý. Thân cung cấp độ bền cấu trúc và khả năng chứa áp. Đĩa đối diện trực tiếp với môi chất quy trình và cần kháng ăn mòn mà thép cacbon không thể cung cấp, đặc biệt trong dòng khí có thể mang hợp chất sulfur hoặc chloride ở nhiệt độ cao.

Thiết kế ghế

Ghế được phủ cứng Stellite. Stellite — hợp kim cobalt-chromium — được áp dụng như lớp phủ hàn lên bề mặt ghế và sau đó gia công đến hình học cuối cùng. Lý do chọn Stellite so với các tùy chọn phủ cứng khác quy về kháng galling và ổn định kích thước ở nhiệt độ. Tại 425°C, các lớp phủ mềm hơn có thể biến dạng dưới tải ghế của đĩa lớn, và chu kỳ lặp đi lặp lại work-hardens vùng tiếp xúc cho đến khi nứt. Stellite duy trì độ cứng ở nhiệt độ cao và kháng mài mòn dính xảy ra khi đĩa kim loại tiếp xúc ghế kim loại dưới tải cao. Đây là điều làm cho hiệu suất van bướm mặt kim loại khả thi trong cấp áp lực này — vật liệu ghế phải sống sót hàng nghìn chu kỳ đóng mở mà không mất hình học kín.

Trục

Trục van được rèn từ ASTM SA564 Gr. 630 — thép không gỉ martensitic tôi kết tủa thường gọi là 17-4 PH. Loại này cung cấp giới hạn chảy xa trên thép không gỉ austenitic, điều quan trọng vì trục truyền cả mô-men chấp hành và lực ghế đĩa. Ở NPS 32, các mô-men liên quan là đáng kể. Trục xoắn dưới tải mất độ chính xác định vị và cuối cùng có thể mỏi tại các điểm tập trung ứng suất. 17-4 PH ở điều kiện H1150M cung cấp biên độ bền cần cho vận hành dài hạn đáng tin cậy.

Phớp

Phớp graphite có tải sống được thông số. Tải sống sử dụng vòng đệm Belleville để duy trì lực nén liên tục trên bộ phớp, bù cho sự giãn nở và co ngót nhiệt nếu không sẽ làm giãn kín. Trên dải rộng này, bộ phớp trải qua thay đổi kích thước đáng kể giữa khởi động lạnh và vận hành nóng. Không có tải sống, người vận hành sẽ cần siết lại định kỳ, và giữa các lần điều chỉnh, rò rỉ có thể xảy ra. Phớp graphite cũng xử lý tiếp xúc cháy tốt hơn các lựa chọn based PTFE — cân nhắc thực sự trên đường ống khí quy trình.

Hệ thống chấp hành

[Chấp hành khí nén](https://flowks.com/products/pneumatic-actuators)

Van được trang bị cơ cấu chấp hành khí nén hoạt động trên nguồn khí dụng cụ 4-8 barG. Lựa chọn khí nén thay vì chấp hành điện cho van này được thúc đẩy bởi một số yếu tố đặc thù lắp đặt này.

Cơ cấu chấp hành khí nén cung cấp mô-men xoắn cao trong hình dáng nhỏ gọn. Ở NPS 32 Class 900, mô-men ghế yêu cầu để đạt Class VI shutoff chống áp suất chênh đầy là đáng kể. Cơ cấu chấp hành điện kích thước cho mô-men đó sẽ lớn và nặng đáng kể, tạo ra thách thức lắp đặt và hỗ trợ cấu trúc trên đường ống đã mang van cổng nặng tại vị trí lân cận.

Cơ cấu chấp hành khí nén cũng hỏng dự đoán được. Thông số yêu cầu fail-in-last-position (lock-up) với tùy chọn fail-close, tùy thuộc vào cấu hình logic an toàn. Đạt fail-close với cơ cấu chấp hành khí nén lò xo trả về đơn giản cơ học — lò xo cung cấp lực đóng, và khí dụng cụ chống lại nó. Cơ cấu chấp hành điện yêu cầu pin dự phòng hoặc UPS riêng để đạt kết quả tương tự, tăng phức tạp và gánh nặng bảo trì.

Cơ cấu chấp hành được ghép với bơm thủy lực thủ công như phương tiện vận hành thứ cấp. Nếu khí dụng cụ mất hoặc hệ thống điều khiển tắt để bảo trì, người vận hành có thể đóng mở van bằng tay sử dụng bơm thủy lực. Sự dự phòng này là thực hành tiêu chuẩn trong dịch vụ cô lập nhà máy lọc — van phải vận hành được trong mọi điều kiện, không chỉ điều kiện bình thường.

Dụng cụ và phụ kiện

Gói điều khiển của van bao gồm bộ phụ kiện toàn diện, mỗi thứ phục vụ chức năng cụ thể:

APL510 Limit Switch* — Cung cấp phản hồi vị trí cho hệ thống điều khiển, xác nhận vị trí mở và đóng. Trên van cô lập, chỉ báo vị trí không tùy chọn; hệ thống điều khiển cần biết trạng thái thực của van, không chỉ lệnh được gửi.

SMC AW60 Filter Regulator* — Làm sạch khí dụng cụ trước khi đến cơ cấu chấp hành. Hạt hoặc độ ẩm trong nguồn khí làm suy giảm phớp cơ cấu chấp hành và van điện từ theo thời gian. AW60 được kích thước cho yêu cầu lưu lượng của cơ cấu chấp hành này, đảm bảo cung cấp khí đầy đủ trong khi đóng mở.

SMC VFE3130 Solenoid Valve* — Điều khiển đường khí đến cơ cấu chấp hành dựa trên tín hiệu điện từ hệ thống điều khiển. VFE3130 là van điện từ 3 vị trí, 5 cổng cho phép chức năng fail-lock bằng cách giữ khí trong cơ cấu chấp hành khi mất điện.

SMC VPA4150 Air Control Valve* — Quản lý logic khí pilot cho điều khiển hướng cơ cấu chấp hành. Van này đảm bảo chuyển đổi mượt mà, được kiểm soát giữa vị trí mở và đóng thay vì đóng đập đột ngột, có thể làm hỏng ghế hoặc tạo áp suất quá độ trong đường ống.

SMC AS600 Flow Control Valve* — Điều chỉnh tốc độ hành trình cơ cấu chấp hành. Thời gian mở và đóng có thể điều chỉnh trong dải 5-70 giây, cho phép đội vận hành tinh chỉnh phản hồi van cho đặc tính thủy lực của đường ống. Quá nhanh, van tạo áp suất surge. Quá chậm, chức năng cô lập bị ảnh hưởng khi đóng khẩn cấp.

Bình tích khí* — Cung cấp thể tích khí dụng cụ lưu trữ cục bộ để đảm bảo van có thể hoàn thành ít nhất một hành trình đầy đủ ngay cả khi nguồn khí chính bị gián đoạn. Điều này đặc biệt quan trọng cho chế độ fail-close, nơi cơ cấu chấp hành phải vượt qua áp suất đường ống và ma sát ghế để đạt vị trí đóng.

FLOWKS tiêu chuẩn hóa khí nén SMC cho van có chấp hành lỗ lớn vì các thành phần được chứng minh thực tế, sẵn có toàn cầu, và có thể thay thế với tồn kho phụ tùng nhà máy lọc hiện có. Khi kỹ thuật viên bảo trì tại Salalah cần thay van điện từ trong đợt bảo trì, sự sẵn có quan trọng hơn sự khác biệt thông số lý thuyết giữa các thương hiệu.

Đặc tính van và khả năng lưu lượng

Van có CV định mức 20.383 với đặc tính lưu lượng phần trăm bằng. Hai con số này định nghĩa hành vi thủy lực của van và đáng giải thích.

CV 20.383 nghĩa là van tạo kháng trở tối thiểu cho lưu lượng khi mở đầy — chính xác điều van cô lập nên làm. Thiết kế đĩa lỗ đầy đảm bảo khí quy trình đi qua với tổn thất áp suất tối thiểu. Trong nhà máy lọc nơi mỗi phần bar tổn thất áp suất tốn năng lượng nén, kháng trở thấp qua van cô lập quan trọng về mặt kinh tế.

Đặc tính phần trăm bằng quan trọng ngay cả cho van on-off. Khi đĩa tiến gần vị trí đóng, hình học này đảm bảo các độ xoay cuối cùng tạo giảm lưu lượng được kiểm soát, giảm sốc thủy lực khi ghế. Điều này bảo vệ bề mặt Stellite và kéo dài tuổi thọ ghế.

Van đạt tiêu chuẩn hiệu suất FLOWKS valve trên toàn dải nhiệt độ. Mô-men mở đầy, rò rỉ ghế, và tuổi thọ chu kỳ đều được xác thực chống lại yêu cầu thông số trước khi van được phóng hành để vận chuyển.

Quyết định kỹ thuật chính

Tại sao van bướm thay vì van cổng

Van đường ống lân cận, MOV-20101, là van cổng chấp hành điện NPS 32 Class 900. Có thể hỏi tại sao MOV-20102 không được thông số tương tự. Câu trả lời nằm trong yêu cầu cụ thể của dịch vụ cô lập tại vị trí này.

Van cổng là thiết bị cô lập tuyệt vời — đường dòng thẳng, tổn thất áp suất thấp, shutoff đáng tin cậy. Nhưng ở NPS 32, van cổng Class 900 là cụm rất nặng. Thân, nắp, chốt, và trục đòi hỏi hỗ trợ cấu trúc đáng kể, thiết bị nâng chuyên dụng cho bảo trì, và dấu chân lắp đặt lớn. Cơ cấu chấp hành điện trên MOV-20101 thêm trọng lượng nữa.

Van bướm áp suất cao đạt cùng chức năng cô lập với phần nhỏ trọng lượng lắp đặt và kích thước. Đĩa xoay 90 độ để mở hoặc đóng — không có trục nâng, không nắp, không chốt để nâng ra khỏi đường dòng. Điều này nghĩa là đóng mở nhanh hơn, kích thước cơ cấu chấp hành đơn giản hơn, và khối lượng hệ thống tổng thể thấp hơn. Trên đường ống nơi hỗ trợ cấu trúc đã mang trọng lượng van cổng NPS 32 Class 900, thông số van bướm cho điểm cô lập thứ hai giảm tổng tải trên giá ống.

Đánh đổi là rò rỉ ghế. Chốt van cổng tạo lực tuyến tính cao thường vượt qua tiếp xúc xoay của van bướm. Nhưng thiết kế ghế phủ Stellite của FLOWKS, kết hợp với gia công chính xác bề mặt ghế đĩa CF8M, đưa hiệu suất rò rỉ đến FCI 70-2 Class VI — không rò rỉ thấy được. Tại điểm đó, van bướm so sánh được khả năng cô lập của van cổng trong khi cung cấp lợi thế về trọng lượng, tốc độ, và khả năng bảo trì.

Tại sao khí nén thay vì điện

MOV-20101 bên cạnh sử dụng cơ cấu chấp hành điện. MOV-20102 sử dụng khí nén. Đây không phải thiếu nhất quán — đây là thiết kế hệ thống cố ý.

Van cổng trên MOV-20101 là thiết kế trục nâng yêu cầu vận hành đa vòng. Cơ cấu chấp hành điện đa vòng phù hợp tốt: cung cấp định vị chính xác, mô-men xoắn cao, và có thể giữ vị trí không cần nguồn liên tục. Đánh đổi là thời gian hành trình — cơ cấu chấp hành điện trên van cổng lớn chậm.

Van bướm trên MOV-20102 cần vận hành xoay 4分之一 vòng với kiểm soát tốc độ xác định. Cơ cấu chấp hành khí nén xuất sắc ở nhiệm vụ xoay 4分之一 vòng. Chúng hành trình nhanh khi cần, có thể được tinh chỉnh bằng van điều khiển lưu lượng để quản lý tốc độ hành trình, và cung cấp hành động fail-safe thông qua lò xo trả về hoặc logic giữ khí mà không cần pin. Dải thời gian hành trình điều chỉnh 5-70 giây cho đội vận hành linh hoạt để phù hợp tốc độ đóng van với dung sai surge của đường ống.

Sử dụng công nghệ cơ cấu chấp hành khác nhau trên van lân cận là thực hành tiêu chuẩn trong thiết kế nhà máy lọc. Chức năng mỗi van quyết định cơ cấu chấp hành. DCS giao tiếp với cả hai thông qua tín hiệu rời rạc và analog tiêu chuẩn — loại cơ cấu chấp hành minh bạch với hệ thống điều khiển.

Thử nghiệm và kiểm tra

Mỗi van FLOWKS cho dịch vụ nhà máy lọc trải qua thử nghiệm có cấu trúc trước khi vận chuyển. Cho van này, chuỗi bao gồm thử nghiệm thân và ghế thủy tĩnh ở áp suất Class 900, chu kỳ chức năng trên toàn hành trình, và xác minh rò rỉ ghế chống tiêu chí FCI 70-2 Class VI.

Rãnh RTJ mặt bích được kiểm tra bằng thẩm nhiễm thuốc nhuộm để xác minh không có khuyết tật đúc hoặc bất thường gia công trên bề mặt kín. Tính toàn vẹn RTJ phụ thuộc hoàn toàn vào độ chính xác hình học của rãnh — bất kỳ khuyết tật nào ngăn vòng gioắng tiếp xúc đúng sẽ rò rỉ dưới áp suất.

Cụm cơ cấu chấp hành được thử nghiệm như đơn vị hoàn chỉnh. Van và cơ cấu chấp hành được lắp cùng với gói điều khiển đầy đủ — van điện từ, bộ lọc điều áp, van điều khiển khí, van điều khiển lưu lượng, công tắc hành trình — đấu dây và kết nối khí nén cho thử nghiệm chức năng. Thời gian hành trình được đo ở cả hai đầu dải điều chỉnh. Bơm thủy lực thủ công được vận hành để xác nhận có thể dẫn động một chu kỳ đầy đủ không có khí dụng cụ.

Bình tích khí được thử áp và xác minh cung cấp thể tích đủ cho một hành trình đầy đủ dưới điều kiện mất nguồn mô phỏng.

Tài liệu bao gồm truy xuất vật liệu cho tất cả thành phần giữ áp, báo cáo thử nghiệm chứng nhận cho thành phần hóa học và độ cứng Stellite, và gói tính toán kích thước cơ cấu chấp hành hoàn chỉnh cho thấy biên an toàn.

Bàn giao dự án

FLOWKS thực hiện dự án này như thay thế trực tiếp cho van Metso thông số ban đầu. Việc chuyển đổi yêu cầu mọi giao diện — kích thước mặt bích, face-to-face, lắp cơ cấu chấp hành, kết nối điều khiển — phù hợp lắp đặt ban đầu. Tuân thủ ASME B16.5 trên mặt bích đảm bảo van sẽ bắt vít vào đường ống hiện có mà không cải biến.

Van được giao với gói dữ liệu toàn diện bao gồm bản vẽ as-built, chứng nhận vật liệu, báo cáo thử nghiệm, sổ tay vận hành và bảo trì, và danh sách phụ tùng khuyến nghị. Danh sách xác định các thành phần có khả năng cần thay thế trong chu kỳ bảo trì đầu tiên — bộ phớp, van điện từ, bộ lọc điều áp — để nhà máy lọc có thể mua phụ tùng trước khi van đi vào vận hành.

Cho Nhà máy lọc Salalah, kết quả là van cô lập xử lý toàn bộ phạm vi thiết kế — 150 barG, -29°C đến 425°C, khí quy trình — với sự đơn giản vận hành của thiết kế van bướm xoay 4分之一 vòng. Hệ thống chấp hành khí nén cung cấp tốc độ và hành vi fail-safe mà logic an toàn đòi hỏi, và bộ ghi đè thủy lực thủ công đảm bảo khả năng vận hành trong mọi điều kiện.

Phạm vi sản xuất FLOWKS

FLOWKS sản xuất dải toàn diện van công nghiệp cho dầu khí, hóa dầu, điện lực, và ứng dụng nước:

Van bi* — Thiết kế nổi và trunnion, ghế mềm và mặt kim loại, kích thước từ NPS 2 đến NPS 56 và cấp áp lực đến Class 2500.

Van điều tiết* — Cấu hình thân cầu và góc với cơ cấu chấp hành khí nén hoặc điện, trim đặc tính cho dịch vụ điều tiết trên dải rộng điều kiện quy trình.

Van cổng* — Thiết kế chốt và chốt linh hoạt trong cấu trúc thân đúc và rèn, phù hợp dịch vụ cô lập trong nhà máy lọc và đường ống.

Van cầu* — Thân thẳng, góc, và Y cho dịch vụ tiết lưu và cô lập.

Van một chiều* — Swing check, lift check, tilting disc, và dual plate cho ngăn dòng ngược trong hệ thống quy trình và tiện ích.

Lọc* — Lọc giỏ loại Y và T để loại bỏ mảnh vụn đường ống và bảo vệ thiết bị.

[Van cổng dao](https://flowks.com/products/knife-gate-valves)* — Van cô lập một chiều cho bùn, bột, và môi chất nhớt.

Van cốc* — Thiết kế bôi trơn và không bôi trơn cho dịch vụ cô lập và phân dòng trong đường ống dầu khí.

Tất cả van FLOWKS được sản xuất dưới hệ thống quản lý chất lượng ISO 9001, với thử nghiệm và chứng nhận theo tiêu chuẩn quốc tế bao gồm API, ASME, và EN.

**FLOWKS — How Quality Lasts!