Do tej pory w zastosowaniach kriogenicznych wymagających uszczelnienia zaworów dwukierunkowych stosowano głównie dwa rodzaje zaworów: zawory grzybkowe oraz stałe zawory kulowe/zawory kulowe montowane od góry. Jednak dzięki sukcesowi w opracowaniu dwukierunkowego kriogenicznego zaworu kulowego, projektanci systemów uzyskali atrakcyjniejszą opcję niż tradycyjne zawory kulowe.zawory kulowe pływające. Charakteryzuje się wyższym natężeniem przepływu, brakiem ograniczeń co do kierunku przepływu i kierunku uszczelnienia medium oraz może bezpiecznie pracować w warunkach kriogenicznych. Ponadto jest mniejszy, lżejszy i ma prostszą konstrukcję.
Scenariusze zastosowań kriogenicznych wymagające zaworów obejmują wlot/wylot zbiorników magazynowych do napełniania i opróżniania, wywieranie ciśnienia na zamknięte puste rurociągi, zgazowanie i skraplanie, rurociągi wielofunkcyjne dla różnych systemów w stacjach terminali LNG, systemach transportowych i tankowcach, systemach dystrybucyjnych, stacjach pompowych i stacjach tankowania paliwa LNG, a także zestawy zaworów gazu ziemnego (GVU) związane z silnikami dwupaliwowymi na statkach.
W powyższych scenariuszach zastosowań do sterowania i odcinania medium zazwyczaj stosuje się dwukierunkowe zawory odcinające. W porównaniu z alternatywnymi typami, takimi jakzawory kulowe, mają kilka problemów:
Współczynnik przepływu (Cv) jest niski, co ma wpływ na dobór wszystkich odpowiednich rozmiarów rur i może stać się potencjalnym wąskim gardłem ograniczającym przepustowość układu.
· Konieczność konfiguracji siłowników liniowych do wykonywania funkcji zamykania i sterowania – w porównaniu z prostokątnymi siłownikami obrotowymi używanymi do sterowania i obsługi zaworów kulowych i innych prostokątnych zaworów obrotowych, ten typ urządzeń ma bardziej złożoną konstrukcję i jest drogi. Koszt i złożoność konstrukcyjna kompletnego zestawu zaworów i siłowników są bardzo widoczne.
· Jeżeli zawór odcinający będzie wykorzystywany do realizacji funkcji awaryjnego wyłączenia wymaganej w wielu systemach LNG, złożoność będzie jeszcze większa.
W przypadku małych instalacji LNG (SSLNG) powyższe problemy będą bardziej oczywiste, ponieważ takie systemy muszą być mniejsze, bardziej ekonomiczne i charakteryzować się największą przepustowością, aby skrócić cykl załadunku i rozładunku.
Współczynnik przepływu zaworu kulowego jest wyższy niż zaworu grzybkowego o tym samym rozmiarze. Innymi słowy, są one mniejsze bez wpływu na natężenie przepływu. Oznacza to, że rozmiar, waga i koszt całego systemu rurociągów, a nawet całego systemu, ulegają znacznemu zmniejszeniu. Jednocześnie może to znacząco zwiększyć zwrot z inwestycji (ROI) w powiązane systemy.
Oczywiście standardowe kriogeniczne zawory kulowe pływakowe są jednokierunkowe, co nie jest odpowiednie do wyżej wymienionych scenariuszy, które wymagają uszczelnienia zaworu dwukierunkowego.
Jednokierunkowy kontra dwukierunkowy
Jak pokazano na rysunku 1, standardowy zawór kulowy z pływakiem do zastosowań kriogenicznych posiada otwór odciążający ciśnienie po stronie wlotowej kuli zaworu, zapobiegający akumulacji i wzrostowi ciśnienia podczas zmiany fazy medium. Gdy zawór jest w pozycji zamkniętej, skroplony gaz ziemny zamknięty w komorze korpusu zaworu zaczyna parować i rozprężać się, a jego objętość może osiągnąć 600-krotność pierwotnej objętości po całkowitym rozprężeniu, co może spowodować pęknięcie zaworu. Aby temu zapobiec, większość standardowych zaworów kulowych z pływakiem posiada mechanizm odciążający ciśnienie po stronie wlotowej. Z tego powodu tradycyjne zawory kulowe nie mogą być stosowane w sytuacjach wymagających dwustronnego uszczelnienia.
I to jest moment, w którym dwukierunkowy kriogeniczny zawór kulowy z pływakiem może pokazać swoje możliwości. Różnica między tym zaworem a standardowym jednokierunkowym zaworem kriogenicznym jest następująca:
· Kula zaworu nie posiada otworu umożliwiającego uwolnienie ciśnienia
· Może uszczelniać płyny w obu kierunkach
· Kula zaworu nie posiada otworu umożliwiającego uwolnienie ciśnienia
· Może uszczelniać płyny w obu kierunkach
W dwukierunkowym kriogenicznym zaworze kulowym z pływakiem, sprężynowe gniazdo zaworu zastępuje mechanizm odciążający ciśnienie otwarcia zaworu. Sprężynowe gniazdo zaworu może uwolnić nadmierne ciśnienie generowane przez skroplony gaz ziemny zamknięty w komorze korpusu zaworu, zapobiegając w ten sposób rozerwaniu zaworu, jak pokazano na rysunku 2.
Ponadto sprężynowe gniazdo zaworu pomaga utrzymać niższy moment obrotowy zaworu i uzyskać płynniejszą pracę w warunkach kriogenicznych.
Dwukierunkowy kriogeniczny zawór kulowy z pływakiem jest wyposażony w grafitowy pierścień uszczelniający drugiego stopnia, dzięki czemu zawór pełni funkcję zabezpieczenia przeciwpożarowego. O ile katastrofalny wypadek nie spowoduje zapłonu polimerowych części zaworu, uszczelnienie wtórne nie będzie miało kontaktu z medium. W razie wypadku uszczelnienie drugiego stopnia spełni funkcję zabezpieczenia przeciwpożarowego.
Zalety zaworów dwudrożnych
W porównaniu z zaworami grzybkowymi, stałymi i górnymi stałymi zaworami kulowymi, dwukierunkowy kriogeniczny zawór kulowy z pływakiem posiada wszystkie zalety zaworów kulowych o wysokim współczynniku przepływu i nie ma ograniczeń co do kierunku przepływu cieczy ani kierunku uszczelnienia. Może być bezpiecznie stosowany w warunkach kriogenicznych; ma stosunkowo niewielkie rozmiary i prostą konstrukcję. Pasujący siłownik jest również stosunkowo prosty (obrót pod kątem prostym) i zminiaturyzowany. Te zalety oznaczają, że cały system jest mniejszy, lżejszy i bardziej ekonomiczny.
W porównaniu z zaworami grzybkowymi, stałymi i górnymi stałymi zaworami kulowymi, dwukierunkowy kriogeniczny zawór kulowy z pływakiem posiada wszystkie zalety zaworów kulowych o wysokim współczynniku przepływu i nie ma ograniczeń co do kierunku przepływu cieczy ani kierunku uszczelnienia. Może być bezpiecznie stosowany w warunkach kriogenicznych; ma stosunkowo niewielkie rozmiary i prostą konstrukcję. Pasujący siłownik jest również stosunkowo prosty (obrót pod kątem prostym) i zminiaturyzowany. Te zalety oznaczają, że cały system jest mniejszy, lżejszy i bardziej ekonomiczny.
W tabeli 1 porównano dwukierunkowy kriogeniczny zawór kulowy z pływającym zaworem kulowym z innymi zaworami o podobnych funkcjach pod kątem konserwacji, rozmiaru, wagi, poziomu momentu obrotowego, trudności sterowania i całkowitych kosztów, a także kompleksowo podsumowano jego zalety i wady.
Jeśli mała instalacja LNG złamie konwencję i zastosuje dwukierunkowy kriogeniczny zawór kulowy, może w pełni wykorzystać jego unikalne zalety, takie jak pełna średnica, wysoki przepływ i wysoka wydajność opróżniania rurociągu. Relatywnie rzecz biorąc, zawór kulowy może obsługiwać rury o mniejszych średnicach przy zachowaniu tego samego przepływu, co pozwala zmniejszyć całkowitą objętość, wagę i złożoność systemu, a także obniżyć koszt systemu rurociągów.
W poprzednim artykule przedstawiono zalety zastosowania zaworu jako zaworu odcinającego. W przypadku zastosowania jako zaworu regulacyjnego, korzyści będą bardziej oczywiste. Zastosowanie obrotowego zaworu kulowego kątowego znacznie zmniejsza złożoność zestawu automatyki zaworowej, dlatego stał się on opcjonalnym elementem systemu kriogenicznego.
Najbardziej podstawową zawartością wyżej wymienionego zestawu automatyzacyjnego jest prosty i praktyczny dwukierunkowy kriogeniczny zawór kulowy pływakowy oraz prostokątny siłownik obrotowy o prostej konstrukcji i wysokiej opłacalności.
Krótko mówiąc, dwukierunkowy kriogeniczny zawór kulowy z pływakiem ma „przełomowe” pozytywne znaczenie dla systemu rurociągów kriogenicznych. W małych instalacjach LNG może w pełni wykorzystać swoje zalety.
W ciągu ostatnich kilku lat ten nowy produkt został zweryfikowany w zastosowaniach praktycznych, co dowiodło jego pozytywnego wpływu na koszty projektu oraz długoterminową niezawodną pracę systemu.
Czas publikacji: 17-06-2021