Wo Ventile verwendet werden

Wo Ventile eingesetzt werden: Überall!

08.11.2017 Geschrieben von Greg Johnson

Ventile sind heute fast überall zu finden: in unseren Häusern, unter der Straße, in Geschäftsgebäuden und an Tausenden von Stellen in Kraft- und Wasserwerken, Papierfabriken, Raffinerien, Chemieanlagen und anderen Industrie- und Infrastruktureinrichtungen.
Die Ventilindustrie ist wirklich breitschultrig, mit Segmenten, die von der Wasserverteilung über die Kernkraft bis hin zu Upstream- und Downstream-Öl und -Gas reichen.Jede dieser Endverbraucherbranchen verwendet einige Grundtypen von Ventilen;Die Konstruktionsdetails und Materialien sind jedoch oft sehr unterschiedlich.Hier ist eine Kostprobe:

WASSER ARBEITET
In der Welt der Wasserverteilung sind die Drücke fast immer relativ niedrig und die Temperaturen Umgebungstemperaturen.Diese beiden Anwendungsfakten ermöglichen eine Reihe von Ventilkonstruktionselementen, die bei anspruchsvolleren Geräten wie Hochtemperatur-Dampfventilen nicht zu finden wären.Die Umgebungstemperatur der Wasserversorgung erlaubt die Verwendung von Elastomeren und Gummidichtungen, die anderswo nicht geeignet sind.Diese weichen Materialien ermöglichen es, Wasserventile so auszustatten, dass sie Tropfen dicht abdichten.

Eine weitere Überlegung bei Wasserventilen ist die Wahl der Konstruktionsmaterialien.Guß- und Sphäroguss werden in großem Umfang in Wassersystemen verwendet, insbesondere in Leitungen mit großem Außendurchmesser.Sehr kleine Leitungen lassen sich mit Ventilwerkstoffen aus Bronze recht gut handhaben.

Die Drücke, denen die meisten Wasserwerksventile ausgesetzt sind, liegen normalerweise weit unter 200 psi.Dies bedeutet, dass dickwandigere Konstruktionen für höhere Drücke nicht erforderlich sind.Allerdings gibt es Fälle, in denen Wasserventile für höhere Drücke bis zu etwa 300 psi ausgelegt sind.Diese Anwendungen befinden sich normalerweise auf langen Aquädukten in der Nähe der Druckquelle.Manchmal befinden sich auch Wasserventile mit höherem Druck an den Stellen mit dem höchsten Druck in einem hohen Damm.

Die American Water Works Association (AWWA) hat Spezifikationen herausgegeben, die viele verschiedene Arten von Ventilen und Stellantrieben abdecken, die in Wasserwerksanwendungen verwendet werden.

ABWASSER
Die Kehrseite von frischem Trinkwasser, das in eine Anlage oder ein Gebäude fließt, ist der Abwasser- oder Abwasserausstoß.Diese Leitungen sammeln alle Abfallflüssigkeiten und Feststoffe und leiten sie zu einer Kläranlage.Diese Kläranlagen verfügen über viele Niederdruckleitungen und Ventile, um ihre „Drecksarbeit“ zu verrichten.Die Anforderungen an Abwasserventile sind in vielen Fällen viel milder als die Anforderungen an sauberes Wasser.Eisenschieber und Rückschlagventile sind die beliebtesten Optionen für diese Art von Service.Standardventile in diesem Service werden gemäß den AWWA-Spezifikationen gebaut.

ENERGIEWIRTSCHAFT
Der größte Teil der in den Vereinigten Staaten erzeugten elektrischen Energie wird in Dampfkraftwerken mit fossilen Brennstoffen und Hochgeschwindigkeitsturbinen erzeugt.Würde man die Abdeckung eines modernen Kraftwerks aufklappen, würde man einen Blick auf Hochdruck- und Hochtemperatur-Rohrleitungssysteme werfen.Diese Hauptleitungen sind die kritischsten im Dampfkrafterzeugungsprozess.

Absperrschieber bleiben die Hauptwahl für Ein-/Aus-Anwendungen in Kraftwerken, obwohl auch spezielle Absperrventile in Y-Form zu finden sind.Hochleistungs-Kugelhähne für den kritischen Einsatz erfreuen sich bei einigen Kraftwerkskonstrukteuren zunehmender Beliebtheit und halten Einzug in diese einst von Linearventilen dominierte Welt.

Die Metallurgie ist für Ventile in Energieanwendungen von entscheidender Bedeutung, insbesondere für solche, die in überkritischen oder ultra-überkritischen Betriebsbereichen von Druck und Temperatur arbeiten.F91, F92, C12A, zusammen mit mehreren Inconel- und Edelstahllegierungen werden üblicherweise in heutigen Kraftwerken verwendet.Die Druckklassen umfassen 1500, 2500 und in einigen Fällen 4500. Die modulierende Natur von Spitzenkraftwerken (solche, die nur nach Bedarf betrieben werden) stellt auch eine enorme Belastung für Ventile und Rohrleitungen dar und erfordert robuste Konstruktionen, um die extreme Kombination aus Zyklen, Temperatur und zu bewältigen Druck.
Zusätzlich zu den Frischdampfventilen sind Kraftwerke mit Hilfsrohrleitungen belastet, die mit unzähligen Absperr-, Absperr-, Rückschlag-, Absperrklappen- und Kugelventilen bestückt sind.

Kernkraftwerke arbeiten nach dem gleichen Dampf-/Hochgeschwindigkeitsturbinenprinzip.Der Hauptunterschied besteht darin, dass in einem Kernkraftwerk der Dampf durch Wärme aus dem Spaltungsprozess erzeugt wird.Ventile für Kernkraftwerke ähneln ihren Vettern für fossile Brennstoffe, abgesehen von ihrer Abstammung und der zusätzlichen Anforderung an absolute Zuverlässigkeit.Nuklearventile werden nach extrem hohen Standards hergestellt, wobei die Qualifizierungs- und Inspektionsdokumentation Hunderte von Seiten füllt.

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ÖL- UND GASFÖRDERUNG
Öl- und Gasquellen und Produktionsanlagen sind starke Benutzer von Ventilen, einschließlich vieler Hochleistungsventile.Obwohl es nicht mehr wahrscheinlich ist, dass Ölfontänen Hunderte von Metern in die Luft schießen, veranschaulicht das Bild den potenziellen Druck von unterirdischem Öl und Gas.Aus diesem Grund werden Brunnenköpfe oder Weihnachtsbäume an der Spitze der langen Rohrkette eines Brunnens aufgestellt.Diese Baugruppen mit ihrer Kombination aus Ventilen und Spezialarmaturen sind für Drücke von über 10.000 psi ausgelegt.Während heutzutage selten an an Land gegrabenen Brunnen zu finden sind, werden die extrem hohen Drücke oft in tiefen Offshore-Bohrungen gefunden.

Das Bohrlochausrüstungsdesign wird durch API-Spezifikationen wie 6A, Spezifikation für Bohrlochkopf- und Weihnachtsbaumausrüstung abgedeckt.Die in 6A behandelten Ventile sind für extrem hohe Drücke, aber mäßige Temperaturen ausgelegt.Die meisten Weihnachtsbäume enthalten Absperrschieber und spezielle Kugelventile, sogenannte Drosseln.Die Drosseln werden verwendet, um den Fluss aus dem Brunnen zu regulieren.

Zusätzlich zu den Bohrlöchern selbst bevölkern viele Hilfseinrichtungen ein Öl- oder Gasfeld.Prozessanlagen zur Vorbehandlung des Öls oder Gases erfordern eine Reihe von Ventilen.Diese Ventile sind normalerweise aus Kohlenstoffstahl und für niedrigere Klassen ausgelegt.

Gelegentlich ist im Rohölstrom eine stark korrosive Flüssigkeit – Schwefelwasserstoff – vorhanden.Dieser Stoff, auch Sauergas genannt, kann tödlich sein.Um die Herausforderungen von Sauergas zu meistern, müssen spezielle Materialien oder Materialverarbeitungstechniken gemäß der internationalen NACE-Spezifikation MR0175 befolgt werden.

OFFSHORE-INDUSTRIE
Die Rohrleitungssysteme für Offshore-Bohrinseln und Produktionsanlagen enthalten eine Vielzahl von Ventilen, die nach vielen verschiedenen Spezifikationen gebaut wurden, um die vielfältigen Herausforderungen der Durchflussregelung zu bewältigen.Diese Einrichtungen enthalten auch verschiedene Regelkreise und Druckentlastungseinrichtungen.

Bei Ölförderanlagen ist das Arterienherz das eigentliche Rohrleitungssystem zur Öl- oder Gasgewinnung.Obwohl nicht immer auf der Plattform selbst, verwenden viele Produktionssysteme Weihnachtsbäume und Rohrleitungssysteme, die in den unwirtlichen Tiefen von 10.000 Fuß oder mehr betrieben werden.Diese Produktionsanlage wird nach vielen anspruchsvollen Standards des American Petroleum Institute (API) gebaut und in mehreren API Recommended Practices (RPs) referenziert.

Auf den meisten großen Ölplattformen werden zusätzliche Prozesse auf die aus dem Bohrlochkopf kommende Rohflüssigkeit angewendet.Dazu gehören das Abtrennen von Wasser von den Kohlenwasserstoffen und das Abtrennen von Gas und Erdgasflüssigkeiten aus dem Fluidstrom.Diese Rohrleitungssysteme nach dem Weihnachtsbaum werden im Allgemeinen gemäß den Rohrleitungscodes B31.3 der American Society of Mechanical Engineers gebaut, wobei die Ventile gemäß API-Ventilspezifikationen wie API 594, API 600, API 602, API 608 und API 609 konstruiert sind.

Einige dieser Systeme können auch API 6D-Schieber, Kugel- und Rückschlagventile enthalten.Da sich alle Pipelines auf der Plattform oder dem Bohrschiff innerhalb der Einrichtung befinden, gelten die strengen Anforderungen zur Verwendung von API 6D-Ventilen für Pipelines nicht.Obwohl in diesen Rohrleitungssystemen mehrere Ventiltypen verwendet werden, ist der Ventiltyp der Wahl der Kugelhahn.

ROHRLEITUNGEN
Obwohl die meisten Pipelines nicht sichtbar sind, ist ihre Anwesenheit normalerweise offensichtlich.Kleine Schilder mit der Aufschrift „Erdölpipeline“ sind ein offensichtlicher Hinweis auf das Vorhandensein unterirdischer Transportleitungen.Diese Pipelines sind über ihre gesamte Länge mit vielen wichtigen Ventilen ausgestattet.Notabsperrventile für Rohrleitungen sind in Intervallen vorhanden, die durch Normen, Vorschriften und Gesetze festgelegt sind.Diese Ventile erfüllen die lebenswichtige Funktion, einen Abschnitt einer Rohrleitung im Falle eines Lecks oder im Wartungsfall abzusperren.

Entlang einer Pipelinetrasse sind außerdem Einrichtungen verstreut, in denen die Leitung aus dem Boden auftaucht und ein Zugang zur Leitung verfügbar ist.Diese Stationen sind die Heimat von „Molch“-Startausrüstungen, die aus Geräten bestehen, die in die Pipelines eingeführt werden, um die Leitung entweder zu inspizieren oder zu reinigen.Diese Molch-Sendestationen enthalten normalerweise mehrere Ventile, entweder Schieber- oder Kugelventile.Alle Ventile in einem Rohrleitungssystem müssen mit vollem Durchgang (vollständig geöffnet) sein, um den Durchgang von Molchen zu ermöglichen.

Pipelines benötigen auch Energie, um die Reibung der Pipeline zu bekämpfen und den Druck und Durchfluss der Leitung aufrechtzuerhalten.Es werden Kompressor- oder Pumpstationen verwendet, die wie kleine Versionen einer Prozessanlage ohne die hohen Cracking-Türme aussehen.Diese Stationen beherbergen Dutzende von Schiebern, Kugeln und Rückschlagventilen für Rohrleitungen.
Die Pipelines selbst sind in Übereinstimmung mit verschiedenen Standards und Codes ausgelegt, während Pipeline-Ventile API 6D-Pipeline-Ventilen folgen.
Es gibt auch kleinere Pipelines, die in Häuser und Gewerbebauten münden.Diese Leitungen liefern Wasser und Gas und werden durch Absperrventile geschützt.
Große Kommunen, insbesondere im nördlichen Teil der Vereinigten Staaten, liefern Dampf für den Heizbedarf gewerblicher Kunden.Diese Dampfzuleitungen sind mit einer Vielzahl von Ventilen zur Steuerung und Regelung der Dampfzufuhr ausgestattet.Obwohl das Fluid Dampf ist, sind die Drücke und Temperaturen niedriger als bei der Dampferzeugung in Kraftwerken.Bei diesem Service werden verschiedene Ventiltypen verwendet, obwohl das ehrwürdige Kükenventil immer noch eine beliebte Wahl ist.

RAFFINERIE UND PETROCHEMIE
Raffinerieventile machen mehr Industrieventile aus als jedes andere Ventilsegment.Raffinerien sind sowohl korrosive Flüssigkeiten als auch in einigen Fällen hohe Temperaturen.
Diese Faktoren bestimmen, wie Ventile gemäß den Konstruktionsspezifikationen für API-Ventile wie API 600 (Schieberventile), API 608 (Kugelventile) und API 594 (Rückschlagventile) gebaut werden.Aufgrund des harten Betriebs, dem viele dieser Ventile ausgesetzt sind, ist häufig ein zusätzlicher Korrosionszuschlag erforderlich.Diese Toleranz manifestiert sich durch größere Wandstärken, die in den API-Designdokumenten angegeben sind.

In einer typischen großen Raffinerie findet man praktisch jeden wichtigen Ventiltyp im Überfluss.Der allgegenwärtige Absperrschieber ist immer noch der König der Hügel mit der größten Population, aber Ventile mit Vierteldrehung nehmen einen immer größeren Anteil ihres Marktanteils ein.Zu den Vierteldrehungsprodukten, die in dieser Branche (die einst ebenfalls von linearen Produkten dominiert wurde) erfolgreich Einzug halten, sind Hochleistungs-Dreifach-Exzenter-Absperrklappen und metallisch dichtende Kugelhähne.

Standard-Schieber, Absperrventile und Rückschlagventile sind immer noch massenhaft zu finden und werden aufgrund ihres soliden Designs und ihrer wirtschaftlichen Herstellung nicht in absehbarer Zeit verschwinden.
Die Nenndrücke für Raffinerieventile reichen von Class 150 bis Class 1500, wobei Class 300 am beliebtesten ist.
Unlegierte Kohlenstoffstähle wie WCB (gegossen) und A-105 (geschmiedet) sind die beliebtesten Materialien, die für Raffinerieanwendungen spezifiziert und in Ventilen verwendet werden.Viele Raffinationsprozessanwendungen überschreiten die oberen Temperaturgrenzen von unlegierten Kohlenstoffstählen, und für diese Anwendungen werden Legierungen für höhere Temperaturen spezifiziert.Die beliebtesten davon sind die Chrom/Molybdän-Stähle wie 1-1/4 % Cr, 2-1/4 % Cr, 5 % Cr und 9 % Cr.Edelstähle und hochnickelhaltige Legierungen werden auch in einigen besonders harten Veredelungsprozessen verwendet.

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CHEMISCH
Die chemische Industrie ist ein großer Anwender von Ventilen aller Art und Materialien.Von kleinen Chargenanlagen bis hin zu den riesigen petrochemischen Komplexen an der Golfküste, Ventile sind ein großer Teil der Rohrleitungssysteme für chemische Prozesse.

Die meisten Anwendungen in chemischen Prozessen haben einen niedrigeren Druck als viele Raffinationsprozesse und die Stromerzeugung.Die beliebtesten Druckklassen für Ventile und Rohrleitungen in Chemieanlagen sind die Klassen 150 und 300. Chemieanlagen waren auch der größte Treiber für die Marktanteilsübernahme, die Kugelhähne in den letzten 40 Jahren von Linearventilen errungen haben.Der weichdichtende Kugelhahn mit leckagefreier Absperrung passt perfekt in viele Anwendungen in Chemieanlagen.Auch die kompakte Größe des Kugelhahns ist ein beliebtes Merkmal.
Es gibt immer noch einige Chemieanlagen und Anlagenprozesse, in denen Linearventile bevorzugt werden.In diesen Fällen sind die beliebten API 603-Ventile mit dünneren Wänden und geringerem Gewicht normalerweise das Schieber- oder Absperrventil der Wahl.Die Steuerung einiger Chemikalien wird auch effektiv mit Membran- oder Quetschventilen erreicht.
Aufgrund der korrosiven Natur vieler Chemikalien und chemischer Herstellungsverfahren ist die Materialauswahl kritisch.Das Defacto-Material ist die Güteklasse 316/316L aus austenitischem Edelstahl.Dieses Material eignet sich gut zur Bekämpfung von Korrosion durch eine Vielzahl von manchmal unangenehmen Flüssigkeiten.

Für einige härtere korrosive Anwendungen ist mehr Schutz erforderlich.In diesen Situationen werden häufig andere Hochleistungsqualitäten austenitischer rostfreier Stähle wie 317, 347 und 321 gewählt.Andere Legierungen, die von Zeit zu Zeit verwendet werden, um chemische Flüssigkeiten zu kontrollieren, umfassen Monel, Alloy 20, Inconel und 17-4 PH.

LNG- UND GASTRENNUNG
Sowohl flüssiges Erdgas (LNG) als auch die zur Gastrennung erforderlichen Prozesse sind auf umfangreiche Rohrleitungen angewiesen.Diese Anwendungen erfordern Ventile, die bei sehr niedrigen kryogenen Temperaturen betrieben werden können.Die LNG-Industrie, die in den Vereinigten Staaten schnell wächst, ist ständig bestrebt, den Prozess der Gasverflüssigung zu modernisieren und zu verbessern.Zu diesem Zweck wurden Rohrleitungen und Ventile viel größer und die Druckanforderungen wurden erhöht.

Diese Situation hat es erforderlich gemacht, dass Ventilhersteller Konstruktionen entwickeln, die strengere Parameter erfüllen.Kugel- und Absperrklappen mit Vierteldrehung sind beliebt für LNG-Anwendungen, wobei 316ss [Edelstahl] das beliebteste Material ist.ANSI Class 600 ist die übliche Druckobergrenze für die meisten LNG-Anwendungen.Obwohl Schwenkventile die beliebtesten Ventiltypen sind, sind in den Werken auch Schieber-, Durchgangs- und Rückschlagventile zu finden.

Bei der Gastrennung wird Gas in seine einzelnen Grundelemente zerlegt.Beispielsweise liefern Luftzerlegungsverfahren Stickstoff, Sauerstoff, Helium und andere Spurengase.Die sehr niedrige Temperatur des Prozesses bedeutet, dass viele kryogene Ventile erforderlich sind.

Sowohl LNG- als auch Gastrennanlagen haben Niedertemperaturventile, die unter diesen kryogenen Bedingungen betriebsfähig bleiben müssen.Dies bedeutet, dass das Ventilpackungssystem durch die Verwendung einer Gas- oder Kondensationssäule von der Niedertemperaturflüssigkeit entfernt angehoben werden muss.Diese Gassäule verhindert, dass die Flüssigkeit um den Packungsbereich einen Eisball bildet, der ein Drehen oder Anheben des Ventilschafts verhindern würde.

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GEWERBEBAUTEN
Gewerbegebäude umgeben uns, aber wenn wir beim Bau nicht genau aufpassen, haben wir wenig Ahnung von der Vielzahl fließender Arterien, die in ihren Mauern aus Mauerwerk, Glas und Metall verborgen sind.

Ein gemeinsamer Nenner in praktisch jedem Gebäude ist Wasser.Alle diese Strukturen enthalten eine Vielzahl von Rohrleitungssystemen, die viele Kombinationen der Wasserstoff/Sauerstoff-Verbindung in Form von Trinkwasser, Abwasser, Heißwasser, Grauwasser und Brandschutz transportieren.

Aus Sicht des Überlebens von Gebäuden sind Brandschutzsysteme am kritischsten.Der Brandschutz in Gebäuden wird fast überall mit sauberem Wasser gespeist und gefüllt.Damit Löschwassersysteme effektiv sind, müssen sie zuverlässig sein, über ausreichend Druck verfügen und bequem im gesamten Gebäude angeordnet sein.Diese Systeme sind so konzipiert, dass sie sich im Brandfall automatisch einschalten.
Hochhäuser erfordern in den obersten Stockwerken denselben Wasserdruck wie in den unteren Stockwerken, sodass Hochdruckpumpen und -leitungen verwendet werden müssen, um das Wasser nach oben zu bringen.Die Rohrleitungssysteme sind in der Regel Klasse 300 oder 600, je nach Gebäudehöhe.In diesen Anwendungen kommen alle Arten von Ventilen zum Einsatz;Die Ventilkonstruktionen müssen jedoch von Underwriters Laboratories oder Factory Mutual für den Einsatz in der Hauptfeuerwehr genehmigt werden.

Für die Trinkwasserverteilung werden die gleichen Klassen und Typen von Ventilen wie für Feuerwehrventile verwendet, obwohl das Zulassungsverfahren nicht so streng ist.
Kommerzielle Klimaanlagen, die in großen Geschäftsstrukturen wie Bürogebäuden, Hotels und Krankenhäusern zu finden sind, sind normalerweise zentralisiert.Sie verfügen über eine große Kühleinheit oder einen Kessel zum Kühlen oder Erhitzen von Flüssigkeiten, die zum Übertragen von Kälte oder hohen Temperaturen verwendet werden.Diese Systeme müssen häufig mit Kältemitteln wie R-134a, einem Fluorkohlenwasserstoff, oder im Fall von großen Heizsystemen mit Dampf umgehen.Aufgrund der kompakten Größe von Absperrklappen und Kugelventilen sind diese Typen in HLK-Kühlsystemen beliebt geworden.

Auf der Dampfseite haben sich einige Vierteldrehungsventile im Einsatz durchgesetzt, doch viele Installateure verlassen sich immer noch auf lineare Absperrschieber und Absperrventile, insbesondere wenn die Rohrleitungen Stumpfschweißenden erfordern.Für diese mäßigen Dampfanwendungen hat Stahl aufgrund der Schweißbarkeit von Stahl den Platz von Gusseisen eingenommen.

Einige Heizungssysteme verwenden heißes Wasser anstelle von Dampf als Übertragungsmedium.Diese Systeme werden gut von Bronze- oder Eisenventilen bedient.Federsitzende Kugel- und Absperrklappen mit Vierteldrehung sind sehr beliebt, obwohl einige lineare Konstruktionen immer noch verwendet werden.

FAZIT
Obwohl Beweise für die in diesem Artikel erwähnten Ventilanwendungen während eines Ausflugs zu Starbucks oder zu Omas Haus möglicherweise nicht sichtbar sind, sind einige sehr wichtige Ventile immer in der Nähe.Es gibt sogar Ventile im Motor des Autos, die verwendet werden, um an diese Stellen zu gelangen, wie die im Vergaser, die den Kraftstofffluss in den Motor steuern, und die im Motor, die den Benzinfluss in die Kolben und wieder heraus steuern.Und wenn diese Ventile nicht nah genug an unserem Alltag sind, bedenken Sie die Realität, dass unser Herz regelmäßig durch vier lebenswichtige Durchflusskontrollgeräte schlägt.

Dies ist nur ein weiteres Beispiel für die Realität: Ventile sind wirklich überall.VM
Teil II dieses Artikels behandelt weitere Branchen, in denen Ventile verwendet werden.Besuchen Sie www.valvemagazine.com, um mehr über Zellstoff und Papier, Meeresanwendungen, Dämme und Wasserkraft, Solarenergie, Eisen und Stahl, Luft- und Raumfahrt, Geothermie sowie handwerkliches Brauen und Destillieren zu lesen.

GREG JOHNSON ist Präsident von United Valve (www.unitedvalve.com) in Houston.Er ist Mitherausgeber des VALVE Magazine, ehemaliger Vorsitzender des Valve Repair Council und derzeitiges VRC-Vorstandsmitglied.Er ist außerdem Mitglied des Education & Training Committee von VMA, stellvertretender Vorsitzender des Communications Committee von VMA und ehemaliger Präsident der Manufacturers Standardization Society.


Postzeit: 29. September 2020

Anwendung

Underground pipeline

Unterirdische Pipeline

Irrigation System

Bewässerungssystem

Water Supply System

Wasserversorgungssystem

Equipment supplies

Ausrüstungslieferungen