Руководство по проектированию и безопасности шарового клапана трубопровода на большие расстояния

Шаровые краны для трубопроводов на большие расстоянияЯвляются основными устройствами управления в системах транспортировки нефти и природного газа и часто рассматриваются в качестве гарантов безопасности энергетических трубопроводов. От Северного полярного круга до экватора, от горных районов до глубоководных районов, от высоких плато до обширных пустынь, эти клапаны развернуты вдоль глобальных линий энергоснабжения, которые пересекают зоны землетрясений, болота, слои вечной мерзлоты, реки и озера.

В отличие от обычных промышленных клапанов, трубопроводные шаровые краны, предназначенные для передачи на большие расстояния, должны соответствовать чрезвычайно строгим техническим требованиям. В транспортируемых средах часто содержатся сульфиды, ржавчина и металлические частицы, в то время как сами трубопроводы обычно похоронены в удаленных наружных средах, где техническое обслуживание и ремонт затруднены. В результате эти клапаны должны достигать срока службы, превышающего 30 лет, сохраняя при этом герметичность нулевого уровня, что означает, что утечка не допускается.

Такие суровые условия эксплуатации в сочетании с критической важностью инфраструктуры энергоснабжения требуютТрубопроводные шаровые краныСоответствовать исключительно высоким стандартам в области проектирования, производства и обслуживания.

Чрезвычайно высокие технические требования к трубопроводным шаровым кранам обусловлены в основном суровыми условиями, в которых они работают. Эти клапаны не устанавливаются в контролируемых заводских условиях, а закапываются в наружные трубопроводы, которые пересекают сложную местность. Их условия эксплуатации гораздо более требовательны, чем у обычных промышленных клапанов.

Трубопроводные шаровые краны должны выдерживать не только внутреннее давление транспортируемой среды, но и различные внешние силы:

• Давление подшипника фундамента: клапан должен выдерживать вес окружающей почвы и наземных конструкций.
• Тепловое напряжение: изменения температуры окружающей среды могут создавать осевое натяжение и силы сжатия в трубопроводе.
• Геологические опасности: оползни, оседание грунта, наводнения и другие стихийные бедствия могут создавать значительные внешние нагрузки.
• Низкотемпературная хрупкость: в холодных и полярных регионах материалы клапанов должны обладать превосходной ударной вязкостью при низких температурах, чтобы предотвратить хрупкое разрушение.

Современные трубопроводы на большие расстояния широко используют полностью сварные шаровые краны. Сварные швы и зоны термического воздействия таких клапанов должны быть спроектированы в соответствии с принципами механики разрушения, с уделением особого внимания показателям ударной вязкости, таким как CTOD (смещение трещинного наконечника).

Хотя полностью сварные конструкции увеличивают сложность изготовления, они устраняют потенциальные точки утечки на фланцевых соединениях и значительно повышают общую надежность клапана.

Подземная среда постоянно угрожает материалам клапана через несколько механизмов:

• Электрохимическая коррозия: вызвана грунтовыми водами и почвенными условиями.
• Коррозия под напряжением: ускоренная коррозия из-за механического напряжения.
• Сульфидная коррозия: соединения серы в транспортируемой среде могут воздействовать на материалы клапанов.

Для решения этих проблем современные шаровые краны трубопроводов используют несколько мер защиты, включая полностью сварные конструкции кузова, системы катодного заземления трубопроводов и внешние антикоррозийные покрытия.

Чтобы справиться с этими серьезными проблемами, шаровые краны для трубопроводов должны соответствовать ряду критических технических требований в своих процессах проектирования и производства. Эти требования представляют собой не просто набор параметров; они образуют многоуровневую систему защиты, предназначенную для снижения таких рисков, как утечка, пожар, накопление электростатического электричества и аномальные условия давления.

Ключевые технические аспекты могут быть проанализированы в пяти измерениях: системы уплотнения, пожарная безопасность, антистатический дизайн, управление давлением и стандарты материалов.

Трубопроводные шаровые краны должны обеспечивать герметизацию нулевого уровня для обеспечения эффективной изоляции нижестоящих трубопроводов. Потому что частицы металла в среде могут повредить поверхности запечатывания, современные шариковые клапаны принимают двойной дизайн запечатывания:

• Первичное уплотнение: уплотнение Металл-металл обеспечивает основную герметизирующую способность.
• Вторичное уплотнение: ПТФЭ (политетрафторэтилен) или уплотнение резин-металл обеспечивает эластичную компенсацию.
• Аварийное уплотнение: Если главное уплотнение терпит неудачу, то тавот запечатывания можно впрыснуть через систему впрыски тавота для того чтобы достигнуть временного аварийного запечатывания.

Шаровые краны трубопровода должны исполнить с огн-безопасными требованиями к дизайна. В случае пожара как внешняя утечка, так и внутренняя утечка не должны превышать пределы, указанные в API 607.

Это требование обеспечивает что даже во время весьма сценариев аварии, клапан может поддерживать основное представление запечатывания и предотвратить эскалацию бедствий.

Когда мяч зажат неметаллическими материалами, такими как сиденья из ПТФЭ, статическое электричество может накапливаться, создавая потенциальную угрозу безопасности. Следовательно, шар должен поддерживать электрическую целостность с корпусом клапана.

При напряжении 24 В постоянного тока сопротивление должно оставаться ниже 10 Ом, чтобы статическое электричество можно было безопасно и быстро разряжать.

Независимо от того, открыт клапан или закрыт, среда не должна задерживаться в полости клапана. Если возможно накопление среды, то клапан должен включать функцию автоматического сброса давления:

Максимальное значение сброса давления полости не должно превышать в 1,33 раза номинальное давление клапана.

Диаметр внешнего клапана сброса давления должен быть не менее DN15.

Во время сброса давления полости, и вверх по течению и вниз по потоку места должны автоматически изолировать для обеспечения безопасной разрядки.

Компоненты давлени-подшипника и скрепляя болтами материалы должны обладать сопротивлением к коррозии в напряженном состоянии и исполнить с стандартами НАКЭ МР0175.

Настоящий стандарт специально рассматривает сульфидное растрескивание под напряжением (SSC) в нефтяных и газовых средах, обеспечивая долгосрочную надежность материалов в серосодержащих средах.

• Полностью сваренное тело: Полностью сварной корпус клапана в настоящее время является основным выбором для магистральных трубопроводов. Компоненты клапана кованой стали сварены в компактную сферически структуру тела, обеспечивая максимальную прочность с минимальным весом. Компактный сферически дизайн исключает соединения фланца, уменьшает общий размер, и совершенно извлекает потенциальные пути утечки на соединениях тела.
• Два-Piece болтами тела: Эта конструкция разделяет корпус клапана на две части, соединенные фланцами и болтами. Хотя это позволяет упростить внутреннее обслуживание, оно вводит потенциальные точки утечки.
• Три-Piece болтами тела: Корпус клапана разделен на левую, центральную и правую секции. Мяч можно снять сбоку, что делает обслуживание удобным, но конструкция более сложная.
• Топ-вход дизайн: В клапанах с верхним входом шарик можно снимать с верхней части корпуса клапана, что делает их пригодными для установок, требующих частого обслуживания.
• Плавая структура шарика: В плавающих шаровых клапанах шарик слегка перемещается под средним давлением и прижимается к идущему вниз по потоку седло для обеспечения герметизации. Эти клапаны соответствующие для средства к низкому давлению и более небольшим диаметрам трубопровода.
• Труннион-установленная структура шарика: В конструкциях, устанавливаемых на цапфу, шарик фиксируется верхним и нижним подшипниками и не перемещается под средним давлением. Эта конструкция подходит для трубопроводов высокого давления и большого диаметра и широко используется в системах передачи природного газа.

После определения основных технических требований их практическая реализация зависит от конструкции и выбора ключевых компонентов клапана. Система запечатывания места играет центральную роль в запечатывании представления, пока система впрыска тавота включает обслуживание и аварийное запечатывание.

• Фиксированная конструкция сиденья: Сиденье крепится к корпусу клапана. Эта конструкция проста и экономна.
• Вращающаяся конструкция сиденья: Это передовая технология уплотнения. Когда шарик вращается на 90 °, седло клапана вращается примерно на 15 °. После 24 операций клапана сиденье выполняет полный поворот на 360 °.

Преимущества включают:

• Поврежденные участки уплотнительной поверхности сиденья смещаются от поврежденных участков на поверхности шара.
• Каналы утечки сведены к минимуму.
• В сочетании с системами впрыска смазки общая надежность уплотнения значительно повышается.

• Эффект одного поршня (SPE): В этой конструкции, когда клапан закрыт, давление в трубопроводе действует на внешнюю сторону седла перед потоком, плотно прижимая его к шару. Если среда протекает в полость клапана и давление в полости превышает давление в нижнем трубопроводе на 200 фунтов на квадратный дюйм (1,4 МПа), нижнее седло автоматически отключается от шара и выпускает давление полости в нижний трубопровод. Эта конструкция обеспечивает автоматическую защиту от избыточного давления полости, но требует дополнительных мер предосторожности во время последующих операций.
• Эффект двойного поршня (DPE): В конструкции с двойным поршневым эффектом давление от восходящего трубопровода или полости клапана заставляет сиденье прижиматься к шару или корпусу клапана, обеспечивая двунаправленное уплотнение. В нормальных условиях, давление действует на наружном конце кольца запечатывания места, принуждая место к телу клапана создать плотное уплотнение. Если происходит утечка, давление, поступающее в корпус клапана, воздействует на внутреннюю сторону уплотнительной поверхности перед потоком, снова заставляя седло двигаться к корпусу клапана. Конструкция DPE обеспечивает герметизацию с двойной изоляцией, обеспечивая более высокую безопасность и надежность для критически важных приложений.

Штуцеры впрыска тавота критические внешние компоненты шаровых кранов трубопровода. Эти фитинги оснащены подпружиненными компонентами и обратными клапанами.

Через порты впрыска тавота, операторы могут:

Периодически вводить смазку в уплотнительные поверхности для внутреннего обслуживания

Впрысните смазку запечатывания во время аварийных ситуаций для восстановления способности запечатывания

Выполните онлайн осмотр запечатывания и обслуживание

Важное уведомление о безопасности:

Функциональность штуцеров впрыска смазки может ухудшиться с течением времени. Снятие смазочных фитингов, когда трубопровод или клапан находятся под давлением, чрезвычайно опасно. Перед ремонтом или заменой ниппелей для смазки убедитесь, что корпус клапана и подключенные трубопроводы полностью разгерметизированы.

• Общие Трансмиссионные Трубопроводы: Польностью сваренные trunnion-установленные шариковые краны с вращая конструкциями места порекомендованы, предлагая и надежность и легкость обслуживания.
• Приложения с высоким уплотнением и требованиями: В критических точках изоляции рекомендуются конструкции с двойным поршневым эффектом (DPE). Для применений требуя абсолютной зеро утечки, шаровые клапаны орбиты могут быть рассмотрены. Хотя они дороже, они обеспечивают превосходную долгосрочную надежность.
• Выходы измерительной станции: Орбитальные шаровые краны идеально подходят для розеток измерительных станций. Их характеристики с нулевой утечкой обеспечивают точность измерений, а их характеристики, не требущие обслуживания, снижают эксплуатационные расходы.
• Холодные и коррозионные среды: Выберите материалы которые исполняют с сульфид-устойчивыми стандартами НАКЭ МР0175. Дополнительно: Убедитесь, что материалы соответствуют требованиям ударной вязкости при низких температурах. Внедрение усовершенствованных систем катодной защиты. Нанесите передовые внешние антикоррозийные покрытия.

Шаровые краны для трубопроводов на большие расстояния являются необходимым оборудованием для защиты глобальных энергетических транспортных систем. От арктической вечной мерзлоты до жары в пустыне, от глубоководных сред высокого давления до сейсмоопасных горных регионов, эти «стражи безопасности» тихо защищают артерии глобального энергоснабжения.

Понимание их принципов работы, технических требований и практики технического обслуживания имеет решающее значение для обеспечения долгосрочной безопасной эксплуатации трубопроводных систем.

Благодаря постоянным технологическим достижениям, включая полностью сварные конструкции, конструкции вращающихся сидений и интеллектуальные технологии мониторинга, надежность и безопасность шаровых кранов трубопровода продолжают улучшаться. Для операторов трубопроводов строгие стандарты отбора, стандартизированные рабочие процедуры и регулярное техническое обслуживание остаются основными гарантиями того, что эти критические компоненты достигнут запланированного 30-летнего срока службы.