עד כה, תרחישי יישום קריוגניים הדורשים איטום שסתומים דו-כיווני השתמשו בעיקר בשני סוגים של שסתומים, כלומר שסתומי גלובוס ושסתומים כדוריים קבועים/שסתומי כדור קבועים מורכבים עליון.עם זאת, עם הפיתוח המוצלח של השסתום הכדורי הקריוגני הדו-כיווני, מתכנני מערכות השיגו אפשרות אטרקטיבית יותר משסתומי כדור מסורתיים-שסתומי כדור צפים.יש לו קצב זרימה גבוה יותר, אין לו הגבלה על כיוון הזרימה וכיוון האיטום של המדיום, והוא יכול לפעול בבטחה בתנאים קריוגניים.והגודל קטן יותר, המשקל קל יותר והמבנה פשוט יותר.
תרחישי יישום קריוגניים הדורשים שסתומים כוללים כניסה/יציאה של מיכלי אגירה למילוי ופריקה, הפעלת לחץ על צינורות ריקים סגורים, גיזוז והנזלה, צינורות רב תכליתיים למערכות שונות בתחנות מסוף LNG, מערכות שילוח ומכליות, מערכות הפצה, שאיבה תחנות ותחנות תדלוק דלק LNG, כמו גם ערכות שסתומי גז טבעי (GVUs) הקשורות למנועי דו-דלק באוניות.
בתרחישי היישום שהוזכרו לעיל, שסתומי סגירה דו-כיווניים משמשים בדרך כלל לשליטה וסגירה של הנוזל הבינוני.בהשוואה לסוגים חלופיים כגוןשסתומי כדור, יש להם מספר בעיות:
מקדם הזרימה (Cv) נמוך. הדבר ישפיע על בחירת כל גדלי הצינור הרלוונטיים ויהפוך לצוואר בקבוק פוטנציאלי המגביל את יכולת הזרימה של המערכת.
· צריך להגדיר מפעילים ליניאריים לביצוע פונקציות סגירה ובקרה-בהשוואה למפעילים סיבוביים מלבניים המשמשים לשליטה והפעלה של שסתומים כדוריים ושסתומים סיבוביים מלבניים אחרים, סוג זה של ציוד בעל מבנה מורכב יותר והוא יקר.העלות והמורכבות המבנית של סט שלם של ציוד שסתומים ומפעילים בולטות מאוד.
· אם שסתום הסגירה משמש למימוש פונקציית כיבוי החירום הנדרשת על ידי מערכות LNG רבות, המורכבות תהיה גבוהה עוד יותר.
עבור מתקני LNG קטנים (SSLNG), הבעיות הנ"ל יהיו ברורות יותר, מכיוון שמערכות אלו חייבות להיות קטנות יותר, חסכוניות יותר ובעלות יכולת הזרימה הגדולה ביותר על מנת לקצר את מחזור הטעינה והפריקה.
מקדם הזרימה של השסתום הכדורי גבוה מזה של שסתום הגלובוס באותו גודל.במילים אחרות, הם קטנים יותר בגודלם מבלי להשפיע על קצב הזרימה.המשמעות היא שהגודל, המשקל והעלות של כל מערכת הצנרת ואפילו המערכת כולה מופחתים משמעותית.במקביל, זה יכול להגדיל משמעותית את ההחזר על ההשקעה (ROI) של מערכות קשורות.
כמובן, שסתומי כדור ציפה קריוגניים סטנדרטיים הם חד כיוונים, דבר שאינו מתאים לתרחישים הנ"ל הדורשים איטום שסתומים דו כיווני.
חד כיווני לעומת דו כיווני
כפי שמוצג באיור 1, לשסתום הכדור הצף הסטנדרטי לתנאים קריוגניים יש חור לשחרור לחץ בצד במעלה הזרם של כדור השסתום כדי למנוע מהלחץ להצטבר ולעלות כאשר המדיום עובר שינוי פאזה.כאשר השסתום במצב סגור, הגז הטבעי הנוזלי הסגור בחלל גוף השסתום יתחיל להתאדות ולהתרחב, והנפח יכול להגיע לפי 600 מהנפח המקורי לאחר הרחבה מלאה, מה שעלול לגרום להתפוצצות השסתום. .על מנת למנוע מצב זה, רוב שסתומי הכדור הצוף הסטנדרטיים אימצו מנגנון שחרור לחץ בפתיחה במעלה הזרם.בשל כך, לא ניתן להשתמש בשסתומי כדור מסורתיים במצבים הדורשים איטום דו-כיווני.
וזה השלב שבו שסתום הכדור הצוף הקריוגני הדו-כיווני יכול להראות את כישרונותיו.ההבדל בין שסתום זה לבין שסתום קריוגני חד-כיווני סטנדרטי הוא:
· אין פתח בכדור השסתום להורדת לחץ
· זה יכול לאטום נוזל בשני הכיוונים
· אין פתח בכדור השסתום להורדת לחץ
· זה יכול לאטום נוזל בשני הכיוונים
בשסתום כדורי הציפה הקריוגני הדו-כיווני, מושב השסתום הקפיץ דו-כיווני מחליף את מנגנון שחרור לחץ הפתיחה במעלה הזרם.מושב השסתום הקפיץ יכול לשחרר את הלחץ המוגזם שנוצר על ידי הגז הטבעי הנוזלי הכלוא בחלל גוף השסתום, ובכך למנוע מהשסתום להתפוצץ, כפי שמוצג באיור 2.
בנוסף, מושב השסתום הקפיץ עוזר לשמור על השסתום במומנט נמוך יותר ולהשיג פעולה חלקה יותר בתנאים קריוגניים.
שסתום כדור הציפה הדו-כיווני מצויד בטבעת איטום גרפיט בשלב שני, כך שלשסתום יש פונקציית בטיחות אש.אלא אם כן תאונה קטסטרופלית גורמת לשריפת חלקי הפולימר של השסתום, האיטום המשני לא יבוא במגע עם המדיום.במקרה של תאונה, האיטום ברמה השנייה ישיג את הפונקציה של הגנה מפני אש.
יתרונות של שסתומים דו-כיווניים
בהשוואה לשסתומי גלובוס, שסתומים כדוריים קבועים וצפו עליון, לשסתום הכדורי הצוף הקריוגני הדו-כיווני יש את כל היתרונות של שסתום כדורי מקדם זרימה גבוה, ואין הגבלה על כיוון הנוזל והאטימה.ניתן להשתמש בו בבטחה בתנאים קריוגניים;הגודל קטן יחסית והמבנה פשוט יחסית.המפעיל התואם הוא גם פשוט יחסית (סיבוב בזווית ישרה) וממוזער.יתרונות אלו מביאים לכך שהמערכת כולה קטנה יותר, קלה יותר וחסכונית יותר.
בהשוואה לשסתומי גלובוס, שסתומים כדוריים קבועים וצפו עליון, לשסתום הכדורי הצוף הקריוגני הדו-כיווני יש את כל היתרונות של שסתום כדורי מקדם זרימה גבוה, ואין הגבלה על כיוון הנוזל והאטימה.ניתן להשתמש בו בבטחה בתנאים קריוגניים;הגודל קטן יחסית והמבנה פשוט יחסית.המפעיל התואם הוא גם פשוט יחסית (סיבוב בזווית ישרה) וממוזער.יתרונות אלו מביאים לכך שהמערכת כולה קטנה יותר, קלה יותר וחסכונית יותר.
טבלה 1 משווה את השסתום הכדורי הצף הדו-כיווני עם שסתומים אחרים בעלי פונקציות דומות מנקודות מבט של תחזוקה, גודל, משקל, רמת מומנט, קושי בקרה והעלות הכוללת, ומסכמת באופן מקיף את היתרונות והחסרונות שלו.
אם מתקן LNG קטן שובר את המוסכמה ומאמץ שסתום כדור קריוגני דו-כיווני, הוא יכול לתת משחק מלא ליתרונות הייחודיים של השסתום הכדורי, כלומר, קוטר מלא, קצב זרימה גבוה וקצב פריקת צינור גבוה.באופן יחסי, הוא יכול לתמוך בצינורות בגודל קטן יותר תוך שמירה על אותו קצב זרימה, כך שהוא יכול להפחית את הנפח הכולל, המשקל והמורכבות של המערכת, וגם יכול להוזיל את העלות של מערכת הצנרת.
המאמר הקודם הציג את היתרונות של שימוש כשסתום סגירה.אם הוא משמש כשסתום בקרה, היתרונות יהיו ברורים יותר.אם נעשה שימוש בשסתום הכדור הסיבובי בזווית ישרה, המורכבות של ערכת האוטומציה של השסתומים תפחת משמעותית, כך שהיא הפכה לפריט אופציונלי עבור המערכת הקריוגנית.
התוכן הבסיסי ביותר של ערכת האוטומציה המוזכרת לעיל הוא שסתום כדור צף קריוגני דו-כיווני פשוט ופרקטי, והמפעיל הסיבובי המלבני בעל מבנה פשוט ויעילות עלות גבוהה.
בקיצור, לשסתום הכדור הצוף הקריוגני הדו-כיווני יש משמעות חיובית "חתרנית" למערכת הצינורות הקריוגנית.במתקני LNG קטנים, הוא יכול לתת משחק מלא ליתרונותיו.
בשנים האחרונות, מוצר חדש זה אומת ביישומים מעשיים, מה שמוכיח כי יש לו משמעות חיובית עבור עלות הפרויקט ותפעול אמין לטווח ארוך של המערכת.
זמן פרסום: 17 ביוני 2021