עד כה, תרחישי יישומים קריוגניים הדורשים איטום של שסתומים דו-כיווניים השתמשו בעיקר בשני סוגי שסתומים, כלומר שסתומי כדור ושסתומי כדור קבועים/שסתומי כדור קבועים המותקנים על גבי המכשיר. עם זאת, עם הפיתוח המוצלח של שסתום כדור קריוגני דו-כיווני, מתכנני המערכות השיגו אפשרות אטרקטיבית יותר מאשר שסתומי כדור מסורתיים-שסתומי כדור צפיםיש 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 אחסון למילוי ופריקה, הפעלת לחץ על צינורות ריקים סגורים, גיזוז והנזלה, צינורות רב-תכליתיים למערכות שונות בתחנות מסוף גז טבעי נוזלי (LNG), מערכות שילוח ומכליות, מערכות חלוקה, תחנות שאיבה ותחנות מילוי דלק גז טבעי נוזלי (LNG), וכן מערכי שסתומים לגז טבעי (GVU) הקשורים למנועי דלק כפול באוניות.
בתרחישי היישום שהוזכרו לעיל, שסתומי סגירה דו-כיווניים משמשים בדרך כלל לשליטה ולסגירת נוזל המדיום. בהשוואה לסוגים חלופיים כגוןשסתומי כדור, יש להם מספר בעיות:
מקדם הזרימה (Cv) נמוך - דבר זה ישפיע על בחירת כל גדלי הצינורות הרלוונטיים ויהפוך לצוואר בקבוק פוטנציאלי המגביל את קיבולת הזרימה של המערכת.
· הצורך להגדיר מפעילים ליניאריים לביצוע פונקציות סגירה ובקרה - בהשוואה למפעילים סיבוביים מלבניים המשמשים לשליטה ותפעול של שסתומי כדור ושסתומים סיבוביים מלבניים אחרים, לסוג זה של ציוד יש מבנה מורכב יותר והוא יקר. העלות והמורכבות המבנית של סט שלם של ציוד שסתומים ומפעילים בולטים מאוד.
· אם שסתום הכיבוי משמש למימוש פונקציית כיבוי החירום הנדרשת על ידי מערכות גז טבעי נוזלי (LNG) רבות, המורכבות תהיה גבוהה אף יותר.
עבור מתקני גז טבעי נוזלי (LNG) קטנים (SSLNG), הבעיות הנ"ל יהיו ברורות יותר, משום שמערכות אלו חייבות להיות קטנות יותר, חסכוניות יותר ובעלות קיבולת הזרימה הגדולה ביותר על מנת לקצר את מחזור הטעינה והפריקה.
מקדם הזרימה של שסתום הכדור גבוה מזה של שסתום גלובוס באותו גודל. במילים אחרות, הם קטנים יותר בגודלם מבלי להשפיע על קצב הזרימה. משמעות הדבר היא שגודל, משקל ועלות מערכת הצנרת כולה ואפילו המערכת כולה מופחתים משמעותית. יחד עם זאת, ניתן להגדיל משמעותית את החזר ההשקעה (ROI) של מערכות קשורות.
כמובן, שסתומי כדור מצופים קריוגניים סטנדרטיים הם חד כיווניים, דבר שאינו מתאים לתרחישים שהוזכרו לעיל הדורשים איטום שסתומים דו כיווני.
חד כיווני לעומת דו כיווני
כפי שמוצג באיור 1, שסתום כדור צף סטנדרטי לתנאים קריוגניים כולל חור להפגת לחץ בצד הזרם של כדור השסתום כדי למנוע הצטברות ועלייה של לחץ כאשר המדיום עובר שינוי פאזה. כאשר השסתום במצב סגור, הגז הטבעי הנוזלי הכלוא בחלל גוף השסתום יתחיל להתאדות ולהתרחב, והנפח יכול להגיע לפי 600 מהנפח המקורי לאחר התפשטות מלאה, מה שעלול לגרום לפיצוץ השסתום. על מנת למנוע מצב זה, רוב שסתומי הכדור הצפים הסטנדרטיים אימצו מנגנון הפגת לחץ פתיחה במעלה הזרם. מסיבה זו, לא ניתן להשתמש בשסתומי כדור מסורתיים במצבים הדורשים איטום דו-כיווני.
וזהו השלב שבו שסתום הכדור הצף הקריוגני הדו-כיווני יכול להראות את כישרונותיו. ההבדל בין שסתום זה לשסתום הקריוגני החד-כיווני הסטנדרטי הוא:
· אין פתח בכדור השסתום להפגת לחץ
· זה יכול לאטום נוזל בשני הכיוונים
· אין פתח בכדור השסתום להפגת לחץ
· זה יכול לאטום נוזל בשני הכיוונים
בשסתום כדורי צף קריוגני דו-כיווני, מושב השסתום הקפיצי הדו-כיווני מחליף את מנגנון שחרור הלחץ בפתיחה במעלה הזרם. מושב השסתום הקפיצי יכול לשחרר את הלחץ המוגזם שנוצר על ידי הגז הטבעי הנוזלי הכלוא בחלל גוף השסתום, ובכך למנוע את התפוצצות השסתום, כפי שמוצג באיור 2.
בנוסף, מושב השסתום הטעון בקפיץ מסייע לשמור על מומנט נמוך יותר של השסתום ולהשיג פעולה חלקה יותר בתנאים קריוגניים.
שסתום הכדור הצף הדו-כיווני מצויד בטבעת איטום גרפיט שלב שני, כך שלשסתום יש פונקציית בטיחות אש. אלא אם כן תאונה קטסטרופלית תגרום לשריפת חלקי הפולימר של השסתום, האטם המשני לא יבוא במגע עם המדיום. במקרה של תאונה, האטם שלב שני יגשים את פונקציית הגנת בטיחות אש.
יתרונות של שסתומים דו-כיווניים
בהשוואה לשסתומי כדור, שסתומי כדור קבועים ומורכבים עליון, לשסתום כדור צף דו-כיווני קריוגני יש את כל היתרונות של שסתום כדור בעל מקדם זרימה גבוה, ואין הגבלה על כיוון הנוזל וכיוון האיטום. ניתן להשתמש בו בבטחה בתנאים קריוגניים; הגודל קטן יחסית והמבנה פשוט יחסית. גם המפעיל התואם פשוט יחסית (סיבוב בזווית ישרה) וממוזער. יתרונות אלה משמעותם שהמערכת כולה קטנה יותר, קלה יותר וחסכונית יותר.
בהשוואה לשסתומי כדור, שסתומי כדור קבועים ומורכבים עליון, לשסתום כדור צף דו-כיווני קריוגני יש את כל היתרונות של שסתום כדור בעל מקדם זרימה גבוה, ואין הגבלה על כיוון הנוזל וכיוון האיטום. ניתן להשתמש בו בבטחה בתנאים קריוגניים; הגודל קטן יחסית והמבנה פשוט יחסית. גם המפעיל התואם פשוט יחסית (סיבוב בזווית ישרה) וממוזער. יתרונות אלה משמעותם שהמערכת כולה קטנה יותר, קלה יותר וחסכונית יותר.
טבלה 1 משווה את שסתום הכדור הצף הדו-כיווני עם שסתומים אחרים בעלי פונקציות דומות מבחינת תחזוקה, גודל, משקל, רמת מומנט, קושי בקרה ועלות כוללת, ומסכמת באופן מקיף את יתרונותיו וחסרונותיו.
אם מתקן גז טבעי נוזלי קטן שובר את המוסכמה ומאמץ שסתום כדורי קריוגני דו-כיווני, הוא יכול לממש את מלוא היתרונות הייחודיים של שסתום הכדור, כלומר, קוטר מלא, קצב זרימה גבוה וקצב פריקה גבוה מהצינור. באופן יחסי, הוא יכול לתמוך בצינורות קטנים יותר תוך שמירה על אותו קצב זרימה, כך שהוא יכול להפחית את הנפח הכולל, המשקל והמורכבות של המערכת, וגם יכול להפחית את עלות מערכת הצנרת.
המאמר הקודם הציג את היתרונות של שימוש כשסתום סגירה. אם משתמשים בו כשסתום בקרה, היתרונות יהיו ברורים יותר. אם משתמשים בשסתום כדורי סיבובי בזווית ישרה, מורכבות ערכת האוטומציה של השסתומים תפחת משמעותית, כך שהוא הפך לפריט אופציונלי עבור מערכת קריוגנית.
התוכן הבסיסי ביותר של ערכת האוטומציה שהוזכרה לעיל הוא שסתום כדורי צף קריוגני דו-כיווני פשוט ומעשי, ומפעיל סיבובי מלבני בעל מבנה פשוט ויעילות עלויות גבוהה.
בקיצור, לשסתום הכדור המצוף הקריוגני הדו-כיווני יש משמעות חיובית "חתרנית" עבור מערכת הצינורות הקריוגנית. במתקני גז טבעי נוזלי קטן, הוא יכול לממש את מלוא יתרונותיו.
בשנים האחרונות, מוצר חדש זה אומת ביישומים מעשיים, מה שהוכיח את חשיבותו החיובית לעלות הפרויקט ולפעולה האמינה ארוכת הטווח של המערכת.
זמן פרסום: 17 ביוני 2021