До настоящего времени в криогенных системах, требующих двухходового уплотнения, в основном использовались два типа клапанов: шаровые и фиксированные шаровые/верхние фиксированные шаровые клапаны. Однако с успешной разработкой двухходовых криогенных шаровых клапанов у разработчиков систем появилась более привлекательная альтернатива традиционным шаровым клапанам.плавающие шаровые клапаныОна обладает более высокой скоростью потока, не имеет ограничений по направлению потока и направлению герметизации среды и может безопасно работать в криогенных условиях. Кроме того, она имеет меньшие размеры, меньший вес и более простую конструкцию.
Криогенные приложения, требующие использования клапанов, включают в себя вход/выход резервуаров для заполнения и опорожнения, создание давления в закрытых пустых трубопроводах, газификацию и сжижение, многоцелевые трубопроводы для различных систем на терминалах СПГ, судоходных системах и танкерах, распределительных системах, насосных станциях и станциях заправки СПГ, а также комплекты газовых клапанов (GVU), используемые в двухтопливных двигателях на судах.
В вышеупомянутых сценариях применения для регулирования и перекрытия потока рабочей среды обычно используются двухходовые запорные клапаны. По сравнению с альтернативными типами, такими какшаровые краныУ них есть несколько проблем:
Низкий коэффициент расхода (Cv) повлияет на выбор всех соответствующих диаметров труб и станет потенциальным узким местом, ограничивающим пропускную способность системы.
• Для выполнения функций закрытия и управления необходимо использовать линейные приводы. По сравнению с прямоугольными поворотными приводами, используемыми для управления шаровыми и другими прямоугольными поворотными клапанами, этот тип оборудования имеет более сложную конструкцию и стоит дорого. Стоимость и конструктивная сложность полного комплекта клапанов и приводов весьма существенны.
• Если запорный клапан используется для реализации функции аварийного отключения, необходимой во многих системах СПГ, сложность будет еще выше.
Для малых установок по производству сжиженного природного газа (СПГ) вышеуказанные проблемы будут более очевидны, поскольку такие системы должны быть меньше по размеру, более экономичными и обладать наибольшей пропускной способностью, чтобы сократить цикл погрузки и разгрузки.
Коэффициент расхода шарового клапана выше, чем у запорного клапана того же размера. Другими словами, они меньше по размеру, но при этом не влияют на расход. Это означает, что размеры, вес и стоимость всей трубопроводной системы и даже всей системы в целом значительно уменьшаются. В то же время это может значительно повысить рентабельность инвестиций (ROI) в соответствующие системы.
Разумеется, стандартные криогенные шаровые поплавковые клапаны являются односторонними, что не подходит для вышеупомянутых сценариев, требующих двустороннего уплотнения.
Одностороннее движение против двустороннего движения
Как показано на рисунке 1, стандартный шаровой клапан с плавающим шаром для криогенных условий имеет отверстие для сброса давления на входной стороне шара, чтобы предотвратить накопление и повышение давления при фазовом переходе среды. Когда клапан находится в закрытом положении, сжиженный природный газ, заключенный в полости корпуса клапана, начинает испаряться и расширяться, и его объем может достигать 600-кратного увеличения по сравнению с первоначальным объемом после полного расширения, что может привести к разрыву клапана. Для предотвращения этой ситуации в большинстве стандартных шаровых клапанов с плавающим шаром используется механизм сброса давления, открывающийся на входе. Из-за этого традиционные шаровые клапаны не могут использоваться в ситуациях, требующих двустороннего уплотнения.
Именно на этом этапе двухходовой криогенный шаровой поплавок может продемонстрировать свои возможности. Отличие этого клапана от стандартного одноходового криогенного клапана заключается в следующем:
• На шаровом клапане отсутствует отверстие для сброса давления.
• Он может герметизировать жидкость в обоих направлениях.
• На шаровом клапане отсутствует отверстие для сброса давления.
• Он может герметизировать жидкость в обоих направлениях.
В двухходовом криогенном шаровом клапане пружинное седло клапана заменяет механизм сброса давления, расположенный перед клапаном. Пружинное седло клапана может сбрасывать избыточное давление, создаваемое сжиженным природным газом, заключенным в полости корпуса клапана, тем самым предотвращая его разрыв, как показано на рисунке 2.
Кроме того, подпружиненное седло клапана помогает поддерживать меньший крутящий момент клапана и обеспечивать более плавную работу в криогенных условиях.
Двуходовой криогенный шаровой клапан с поплавком оснащен графитовым уплотнительным кольцом второго уровня, что обеспечивает клапану функцию пожарной безопасности. Если только в результате катастрофической аварии полимерные детали клапана не сгорят, вторичное уплотнение не будет контактировать со средой. В случае аварии уплотнение второго уровня будет выполнять функцию пожарной защиты.
Преимущества двухходовых клапанов
По сравнению с шаровыми запорными клапанами, фиксированными и верхними шаровыми клапанами, двухходовой криогенный поплавковый шаровой клапан обладает всеми преимуществами шарового клапана с высоким коэффициентом расхода, при этом отсутствуют ограничения по направлению потока жидкости и уплотнению. Он может безопасно использоваться в криогенных условиях; имеет относительно небольшие размеры и относительно простую конструкцию. Соответствующий привод также относительно прост (вращение под прямым углом) и миниатюрен. Эти преимущества означают, что вся система меньше, легче и экономичнее.
По сравнению с шаровыми запорными клапанами, фиксированными и верхними шаровыми клапанами, двухходовой криогенный поплавковый шаровой клапан обладает всеми преимуществами шарового клапана с высоким коэффициентом расхода, при этом отсутствуют ограничения по направлению потока жидкости и уплотнению. Он может безопасно использоваться в криогенных условиях; имеет относительно небольшие размеры и относительно простую конструкцию. Соответствующий привод также относительно прост (вращение под прямым углом) и миниатюрен. Эти преимущества означают, что вся система меньше, легче и экономичнее.
В таблице 1 проводится сравнение двухходового криогенного шарового клапана с другими клапанами со схожими функциями с точки зрения обслуживания, размеров, веса, уровня крутящего момента, сложности управления и общей стоимости, а также приводится исчерпывающее описание его преимуществ и недостатков.
Если на небольшом заводе по производству СПГ отойдут от традиционных подходов и используют двухходовой криогенный шаровой клапан, это позволит в полной мере реализовать уникальные преимущества шарового клапана, а именно: полный диаметр, высокую пропускную способность и высокую скорость напора в трубопроводе. Относительно говоря, это позволит использовать трубы меньшего диаметра при сохранении той же пропускной способности, что уменьшит общий объем, вес и сложность системы, а также снизит стоимость трубопроводной системы.
В предыдущей статье были рассмотрены преимущества использования в качестве запорного клапана. При использовании в качестве регулирующего клапана преимущества станут более очевидными. При использовании углового поворотного шарового клапана значительно снижается сложность комплекта автоматизации клапана, поэтому он стал опциональным элементом для криогенных систем.
В базовый состав вышеупомянутого комплекта автоматизации входят простой и практичный двухходовой криогенный поплавковый шаровой клапан и прямоугольный поворотный привод простой конструкции, отличающийся высокой экономичностью.
Короче говоря, двухходовой криогенный шаровой клапан с поплавком имеет «подрывное» позитивное значение для криогенной трубопроводной системы. На небольших установках СПГ он может в полной мере раскрыть свои преимущества.
За последние несколько лет этот новый продукт был проверен на практике, доказав свою эффективность с точки зрения снижения стоимости проекта и обеспечения надежной работы системы в долгосрочной перспективе.
Дата публикации: 17 июня 2021 г.