Do tej pory w scenariuszach zastosowań kriogenicznych wymagających dwukierunkowego uszczelniania zaworów stosowano głównie dwa typy zaworów, mianowicie zawory kulowe i stałe zawory kulowe/stałe zawory kulowe montowane od góry.Jednakże dzięki pomyślnemu opracowaniu dwudrogowego kriogenicznego zaworu kulowego projektanci systemów uzyskali bardziej atrakcyjną opcję niż tradycyjne zawory kulowe:pływające zawory kulowe.Ma większe natężenie przepływu, nie ma ograniczeń co do kierunku przepływu i kierunku uszczelnienia medium i może bezpiecznie pracować w warunkach kriogenicznych.Rozmiar jest mniejszy, waga jest lżejsza, a konstrukcja jest prostsza.
Scenariusze zastosowań kriogenicznych, które wymagają zaworów, obejmują wlot/wylot zbiorników magazynowych do napełniania i rozładowywania, zwiększanie ciśnienia w zamkniętych pustych rurociągach, zgazowanie i skraplanie, rurociągi wielofunkcyjne dla różnych systemów na stacjach końcowych LNG, systemach transportowych i tankowcach, systemy dystrybucyjne, pompowanie stacje paliw i stacje tankowania paliwa LNG, a także zestawy zaworowe gazu ziemnego (GVU) związane z silnikami dwupaliwowymi na statkach.
W wyżej wymienionych scenariuszach zastosowań dwudrogowe zawory odcinające są zwykle używane do kontrolowania i odcinania medium.W porównaniu z alternatywnymi typami, takimi jakzawory kulowe, mają kilka problemów:
Współczynnik przepływu (Cv) jest niski – będzie to miało wpływ na wybór wszystkich odpowiednich rozmiarów rur i stanie się potencjalnym wąskim gardłem ograniczającym przepustowość systemu.
· Konieczność skonfigurowania 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 sprzętu ma bardziej złożoną konstrukcję i jest kosztowny.Koszt i złożoność konstrukcyjna kompletnego zestawu zaworów i siłowników są bardzo widoczne.
· Jeżeli zawór odcinający zostanie użyty do realizacji funkcji awaryjnego wyłączenia wymaganej w wielu systemach LNG, złożoność będzie jeszcze większa.
W przypadku małych obiektów LNG (SSLNG) powyższe problemy będą bardziej oczywiste, ponieważ systemy te muszą być mniejsze, bardziej opłacalne i mieć największą przepustowość, aby skrócić cykl załadunku i rozładunku.
Współczynnik przepływu zaworu kulowego jest wyższy niż współczynnik przepływu zaworu kulowego o tej samej wielkości.Innymi słowy, są mniejsze i nie wpływają na natężenie przepływu.Oznacza to, że rozmiar, waga i koszt całego systemu rurociągów, a nawet całego systemu, są znacznie zmniejszone.Jednocześnie może znacznie zwiększyć zwrot z inwestycji (ROI) powiązanych systemów.
Oczywiście standardowe kriogeniczne zawory kulowe pływakowe są jednokierunkowe, co nie jest odpowiednie w wyżej wymienionych scenariuszach, które wymagają dwukierunkowego uszczelnienia zaworu.
Jednokierunkowe kontra dwukierunkowe
Jak pokazano na rysunku 1, standardowy pływający zawór kulowy do warunków kriogenicznych ma otwór nadmiarowy ciśnienia po stronie wlotowej kuli zaworu, aby zapobiec gromadzeniu się i wzrostowi ciśnienia, gdy medium ulega przemianie fazowej.Gdy zawór znajduje się w pozycji zamkniętej, skroplony gaz ziemny zamknięty we wnęce korpusu zaworu zacznie parować i rozszerzać się, a objętość może osiągnąć 600-krotność pierwotnej objętości po całkowitym rozprężeniu, co może spowodować rozerwanie zaworu .Aby zapobiec tej sytuacji, w większości standardowych zaworów kulowych pływakowych zastosowano mechanizm nadmiarowy ciśnienia otwierający przed zaworem.Z tego powodu tradycyjne zawory kulowe nie mogą być stosowane w sytuacjach wymagających dwukierunkowego uszczelnienia.
I to jest etap, w którym dwukierunkowy kriogeniczny zawór kulowy pływakowy może pokazać swoje talenty.Różnica między tym zaworem a standardowym jednokierunkowym zaworem kriogenicznym jest następująca:
· Na kulce zaworu nie ma otworu umożliwiającego uwolnienie ciśnienia
· Może uszczelniać płyn w obu kierunkach
· Na kulce zaworu nie ma otworu umożliwiającego uwolnienie ciśnienia
· Może uszczelniać płyn w obu kierunkach
W dwudrogowym kriogenicznym zaworze kulowym z pływakiem dwukierunkowe, obciążone sprężyną gniazdo zaworu zastępuje mechanizm nadmiarowy ciśnienia otwierający przed zaworem.Sprężynowe gniazdo zaworu może zwolnić nadmierne ciśnienie wytwarzane przez skroplony gaz ziemny zamknięty we wnęce korpusu zaworu, zapobiegając w ten sposób rozerwaniu zaworu, jak pokazano na rysunku 2.
Ponadto sprężynowe gniazdo zaworu pomaga utrzymać niższy moment obrotowy zaworu i zapewnia płynniejszą pracę w warunkach kriogenicznych.
Dwudrogowy kriogeniczny zawór kulowy pływakowy wyposażony jest w grafitowy pierścień uszczelniający drugiego stopnia, dzięki czemu zawór spełnia funkcję przeciwpożarową.O ile katastrofalny wypadek nie spowoduje spalenia polimerowych części zaworu, uszczelnienie wtórne nie będzie miało kontaktu z medium.W razie wypadku uszczelka drugiego stopnia będzie spełniać funkcję zabezpieczenia przeciwpożarowego.
Zalety zaworów dwudrogowych
W porównaniu z zaworami kulowymi, stałymi i montowanymi od góry stałymi zaworami kulowymi, dwudrogowy kriogeniczny zawór kulowy pływakowy ma wszystkie zalety zaworu kulowego o wysokim współczynniku przepływu i nie ma ograniczeń co do kierunku przepływu cieczy i uszczelnienia.Można go bezpiecznie stosować w warunkach kriogenicznych;rozmiar jest stosunkowo mały, a konstrukcja jest stosunkowo prosta.Dopasowany siłownik jest również stosunkowo prosty (obrót pod kątem prostym) i zminiaturyzowany.Te zalety oznaczają, że cały system jest mniejszy, lżejszy i bardziej opłacalny.
W porównaniu z zaworami kulowymi, stałymi i montowanymi od góry stałymi zaworami kulowymi, dwudrogowy kriogeniczny zawór kulowy pływakowy ma wszystkie zalety zaworu kulowego o wysokim współczynniku przepływu i nie ma ograniczeń co do kierunku przepływu cieczy i uszczelnienia.Można go bezpiecznie stosować w warunkach kriogenicznych;rozmiar jest stosunkowo mały, a konstrukcja jest stosunkowo prosta.Dopasowany siłownik jest również stosunkowo prosty (obrót pod kątem prostym) i zminiaturyzowany.Te zalety oznaczają, że cały system jest mniejszy, lżejszy i bardziej opłacalny.
Tabela 1 porównuje dwudrogowy kriogeniczny pływający zawór kulowy z innymi zaworami o podobnych funkcjach pod względem konserwacji, rozmiaru, masy, poziomu momentu obrotowego, trudności w sterowaniu i całkowitego kosztu oraz kompleksowo podsumowuje jego zalety i wady.
Jeśli mała instalacja LNG złamie konwencję i zastosuje dwudrogowy kriogeniczny zawór kulowy, może w pełni wykorzystać unikalne zalety zaworu kulowego, to znaczy pełną średnicę, duże natężenie przepływu i dużą szybkość tłoczenia rurociągu.Relatywnie rzecz biorąc, może obsługiwać rury o mniejszych średnicach przy zachowaniu tego samego natężenia przepływu, dzięki czemu może zmniejszyć całkowitą objętość, wagę i złożoność systemu, a także może obniżyć koszt systemu rurociągów.
W poprzednim artykule przedstawiono zalety stosowania jako zawór odcinający.W przypadku zastosowania jako zawór regulacyjny zalety będą bardziej oczywiste.W przypadku zastosowania obrotowego zaworu kulowego kątowego złożoność zestawu automatyki zaworu zostanie znacznie zmniejszona, dlatego stał się on opcjonalnym elementem układu kriogenicznego.
Najbardziej podstawową zawartością wyżej wymienionego zestawu automatyki jest prosty i praktyczny dwudrogowy kriogeniczny zawór kulowy z pływakiem oraz prostokątny siłownik obrotowy o prostej konstrukcji i wysokiej opłacalności.
Krótko mówiąc, dwukierunkowy kriogeniczny zawór kulowy pływakowy ma „wywrotowe” pozytywne znaczenie dla systemu rurociągów kriogenicznych.W małych instalacjach LNG może w pełni wykorzystać swoje zalety.
W ciągu ostatnich kilku lat nowy produkt został sprawdzony w zastosowaniach praktycznych, potwierdzając, że ma on pozytywne znaczenie dla kosztów projektu i długotrwałej niezawodnej pracy systemu.
Czas publikacji: 17 czerwca 2021 r