تاکنون، سناریوهای کاربردی برودتی که نیاز به آببندی شیر دوطرفه دارند، عمدتاً از دو نوع شیر، یعنی شیرهای کروی و شیرهای توپی ثابت/شیرهای توپی ثابت نصب شده در بالا، استفاده کردهاند. با این حال، با توسعه موفقیتآمیز شیر توپی برودتی دوطرفه، طراحان سیستم به گزینه جذابتری نسبت به شیرهای توپی سنتی دست یافتهاند-شیرهای توپی شناور. سرعت جریان بالاتری دارد، هیچ محدودیتی در جهت جریان و جهت آببندی محیط ندارد و میتواند با خیال راحت در شرایط برودتی کار کند. و اندازه آن کوچکتر، وزن آن سبکتر و ساختار آن سادهتر است.
سناریوهای کاربردی کرایوژنیک که به شیرآلات نیاز دارند شامل ورودی/خروجی مخازن ذخیرهسازی برای پر کردن و تخلیه، تحت فشار قرار دادن خطوط لوله خالی بسته، گازسازی و مایعسازی، خطوط لوله چند منظوره برای سیستمهای مختلف در ایستگاههای ترمینال LNG، سیستمهای حمل و نقل و تانکرها، سیستمهای توزیع، ایستگاههای پمپاژ و جایگاههای سوخت LNG و همچنین مجموعه شیرهای گاز طبیعی (GVU) مربوط به موتورهای دوگانهسوز در کشتیها میشود.
در سناریوهای کاربردی ذکر شده در بالا، شیرهای قطع و وصل دو طرفه معمولاً برای کنترل و قطع جریان سیال واسطه استفاده میشوند. در مقایسه با انواع جایگزین مانندشیرهای توپی، آنها چندین مشکل دارند:
ضریب جریان (Cv) پایین است - این امر بر انتخاب تمام اندازههای لوله مربوطه تأثیر میگذارد و به یک گلوگاه بالقوه تبدیل میشود که ظرفیت جریان سیستم را محدود میکند.
· نیاز به پیکربندی عملگرهای خطی برای انجام عملکردهای بستن و کنترل - در مقایسه با عملگرهای چرخشی مستطیلی که برای کنترل و راهاندازی شیرهای توپی و سایر شیرهای چرخشی مستطیلی استفاده میشوند، این نوع تجهیزات ساختار پیچیدهتری دارند و گران هستند. هزینه و پیچیدگی ساختاری یک مجموعه کامل از تجهیزات شیر و عملگر بسیار برجسته است.
· اگر از شیر قطع و وصل برای تحقق عملکرد خاموش کردن اضطراری مورد نیاز بسیاری از سیستمهای LNG استفاده شود، پیچیدگی حتی بیشتر هم خواهد شد.
برای تأسیسات کوچک LNG (SSLNG)، مشکلات فوق آشکارتر خواهد بود، زیرا این سیستمها باید کوچکتر، مقرونبهصرفهتر و دارای بیشترین ظرفیت جریان باشند تا چرخه بارگیری و تخلیه کوتاه شود.
ضریب جریان شیر کروی از شیر کروی با اندازه مشابه بیشتر است. به عبارت دیگر، آنها بدون تأثیر بر سرعت جریان، از نظر اندازه کوچکتر هستند. این بدان معناست که اندازه، وزن و هزینه کل سیستم لوله کشی و حتی کل سیستم به طور قابل توجهی کاهش می یابد. در عین حال، می تواند بازده سرمایه گذاری (ROI) سیستم های مرتبط را به میزان قابل توجهی افزایش دهد.
البته، شیرهای توپی شناور استاندارد کرایوژنیک یک طرفه هستند که برای سناریوهای ذکر شده در بالا که نیاز به آب بندی شیر دو طرفه دارند، مناسب نیستند.
یک طرفه در مقابل دو طرفه
همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، شیر توپی شناور استاندارد برای شرایط برودتی دارای یک سوراخ تخلیه فشار در سمت بالادست شیر توپی است تا از تجمع و افزایش فشار هنگام تغییر فاز سیال جلوگیری کند. هنگامی که شیر در حالت بسته قرار دارد، گاز طبیعی مایع محصور شده در حفره بدنه شیر شروع به تبخیر و انبساط میکند و حجم آن پس از انبساط کامل میتواند به 600 برابر حجم اولیه برسد که ممکن است باعث ترکیدن شیر شود. برای جلوگیری از این وضعیت، اکثر شیرهای توپی شناور استاندارد، مکانیسم تخلیه فشار باز شدن بالادست را اتخاذ کردهاند. به همین دلیل، شیرهای توپی سنتی را نمیتوان در موقعیتهایی که نیاز به آببندی دو طرفه دارند، استفاده کرد.
و این مرحلهای است که شیر توپی شناور برودتی دو طرفه میتواند استعدادهای خود را نشان دهد. تفاوت بین این شیر و شیر برودتی یک طرفه استاندارد در موارد زیر است:
· هیچ روزنه ای روی گوی شیر برای کاهش فشار وجود ندارد
· میتواند سیال را از هر دو جهت آببندی کند
· هیچ روزنه ای روی گوی شیر برای کاهش فشار وجود ندارد
· میتواند سیال را از هر دو جهت آببندی کند
در شیر توپی شناور برودتی دو طرفه، نشیمنگاه شیر فنری دو طرفه جایگزین مکانیزم کاهش فشار باز شدن بالادست میشود. نشیمنگاه شیر فنری میتواند فشار بیش از حد تولید شده توسط گاز طبیعی مایع محصور در حفره بدنه شیر را آزاد کند و در نتیجه از ترکیدن شیر جلوگیری کند، همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است.
علاوه بر این، نشیمنگاه فنری سوپاپ به حفظ گشتاور پایینتر سوپاپ و دستیابی به عملکرد روانتر در شرایط برودتی کمک میکند.
شیر توپی شناور برودتی دو طرفه به یک حلقه آببندی گرافیتی مرحله دوم مجهز شده است، به طوری که شیر دارای عملکرد ایمنی در برابر آتش است. مگر اینکه یک حادثه فاجعهبار باعث سوختن قطعات پلیمری شیر شود، آببند ثانویه با محیط تماس نخواهد داشت. در صورت بروز حادثه، آببند سطح دوم عملکرد حفاظت در برابر آتش را انجام میدهد.
مزایای شیرهای دو طرفه
در مقایسه با شیرهای کروی، شیرهای توپی ثابت و شیرهای توپی ثابت نصب شده در بالا، شیر توپی شناور برودتی دو طرفه تمام مزایای یک شیر توپی با ضریب جریان بالا را دارد و هیچ محدودیتی در جهت سیال و آب بندی وجود ندارد. میتوان از آن با خیال راحت در شرایط برودتی استفاده کرد. اندازه آن نسبتاً کوچک و ساختار آن نسبتاً ساده است. محرک تطبیقی نیز نسبتاً ساده (چرخش زاویه قائمه) و کوچک است. این مزایا به این معنی است که کل سیستم کوچکتر، سبکتر و مقرون به صرفهتر است.
در مقایسه با شیرهای کروی، شیرهای توپی ثابت و شیرهای توپی ثابت نصب شده در بالا، شیر توپی شناور برودتی دو طرفه تمام مزایای یک شیر توپی با ضریب جریان بالا را دارد و هیچ محدودیتی در جهت سیال و آب بندی وجود ندارد. میتوان از آن با خیال راحت در شرایط برودتی استفاده کرد. اندازه آن نسبتاً کوچک و ساختار آن نسبتاً ساده است. محرک تطبیقی نیز نسبتاً ساده (چرخش زاویه قائمه) و کوچک است. این مزایا به این معنی است که کل سیستم کوچکتر، سبکتر و مقرون به صرفهتر است.
جدول 1 شیر توپی شناور برودتی دوطرفه را با سایر شیرها با عملکردهای مشابه از دیدگاههای نگهداری، اندازه، وزن، سطح گشتاور، دشواری کنترل و هزینه کلی مقایسه میکند و مزایا و معایب آن را به طور جامع خلاصه میکند.
اگر یک تأسیسات کوچک LNG این عرف را زیر پا بگذارد و از شیر توپی برودتی دوطرفه استفاده کند، میتواند از مزایای منحصر به فرد شیر توپی، یعنی قطر کامل، سرعت جریان بالا و سرعت تخلیه بالای خط لوله، به طور کامل استفاده کند. به طور نسبی، این شیر میتواند از لولههای با اندازه کوچکتر پشتیبانی کند و در عین حال سرعت جریان یکسانی را حفظ کند، بنابراین میتواند حجم کل، وزن و پیچیدگی سیستم را کاهش دهد و همچنین میتواند هزینه سیستم لولهکشی را کاهش دهد.
در مقاله قبلی مزایای استفاده از آن به عنوان شیر قطع و وصل معرفی شد. اگر به عنوان شیر کنترل استفاده شود، مزایای آن آشکارتر خواهد بود. اگر از شیر توپی چرخشی با زاویه قائمه استفاده شود، پیچیدگی کیت اتوماسیون شیر به طور قابل توجهی کاهش مییابد، بنابراین به یک مورد اختیاری برای سیستم برودتی تبدیل شده است.
اساسیترین محتوای کیت اتوماسیون فوقالذکر، شیر توپی شناور برودتی دوطرفه ساده و کاربردی و عملگر چرخشی مستطیلی با ساختار ساده و راندمان هزینه بالا است.
به طور خلاصه، شیر توپی شناور دوطرفه کرایوژنیک اهمیت مثبت "براندازندهای" برای سیستم خط لوله کرایوژنیک دارد. در تأسیسات کوچک LNG، میتواند به طور کامل از مزایای آن استفاده کند.
در چند سال گذشته، این محصول جدید در کاربردهای عملی تأیید شده است و ثابت میکند که برای هزینه پروژه و عملکرد قابل اعتماد بلندمدت سیستم اهمیت مثبتی دارد.
زمان ارسال: ۱۷ ژوئن ۲۰۲۱