מדוע משתמשים בשסתומי כדור תרנגולת ביישומים קריוגניים?

תנאים קריוגניים מציגים דרישות קפדניות לביצועי שסתומים, העומדות גם בדרישות של איטום, עמידות בטמפרטורה נמוכה, עמידות בפני פגיעות ויציבות פעולה. בגלל העיצוב המבני שלו, לשסתומי כדור Trunnion גליליים (הידועים גם בשם שסתומי כדור קבועים) יש יתרונות ברורים ביישומים קריוגניים, והם הפכו לסוג השסתומים המועדף של LNG, אתילן, חמצן נוזלי ומערכות תחבורה קריוגניות אחרות.

1. ערבות איטום כפולה נגד דליפה קריוגנית
צמיגות נמוכה וחדירות גבוהה של מדיה קריוגנית נמוכה דורשות ביצועי איטום גבוהים במיוחד. שסתום כדור Trunnion מתוכנן עם כדור קבוע בתוספת עיצוב איטום דו-כיווני. הכדור מקובע על ידי כתמים עליונים ותחתונים, מה שמפחית את השפעת זרימת המדיה על משטח האיטום. במקביל, מושב שסתום קפיץ-מממש איטום דו-כיווני. גם אם צד אחד מתקלקל, על השני לשמור על האיטום סגור כדי למנוע סיכונים בטיחותיים הנגרמים מדליפה של המדיום הקריוגני. בנוסף, עיצובים מסוימים משתמשים בשילוב של איטום מתכת קשיח ואיטום רך, מאזן עמידות בפני שחיקה ויכולת הסתגלות קריוגנית, ומבטיח שאין דליפה אפילו ב-196 מעלות (למשל עבור יישומי LNG).

2. יכולת הסתגלות של חומר-נמוכה ועמידה בפני שבר פריך
בסביבת טמפרטורה נמוכה, קל להתרחש השבר השביר של חומרי מתכת נפוצים בגלל התכווצות לא אחידה. שסתומי כדור מסוג Trunnion- משתמשים בדרך כלל בפלדת אל-חלד אוסטניטית (למשל . 304L, 316L), סגסוגות מבוססות ניקל- (למשל Inconel) או פלדת פחמן בטמפרטורה נמוכה לייצור כדורים, מושבים ושסתומים. חומרים אלה שומרים על קשיחות וחוזק טובים בטמפרטורות נמוכות. מבנה הטרון מפזר מתח, מפחית את ריכוז המתח המקומי הנגרם מהתפשטות והתכווצות תרמית, ומפחית עוד יותר את הסיכון לשבר שביר.

3. עמיד בפני השפעה, רטט וסביבת עבודה מורכבת.
השסתום עשוי להיות חשוף לפטיש מים, תנודות לחץ או רטט חיצוני במהלך הובלת תווך קריוגני. השסתום הכדורי הצירי מאמץ מבנה כדורי קבוע, הנתמך על ידי שסתום כדור התוף, המפריד את הכדור מהמושב ומפחית את ההשפעה הישירה של המדיה על משטח האיטום. יחד עם זאת, לצוואר הפיר עצמו יש תכונות נגד-רעידות, המונעות כשל באיטום שנגרם על ידי רטט. בנוסף, העיצוב הקומפקטי שלו מפחית את המשקל הכולל של השסתום, מפחית את עומסי ההשפעה הנגרמים על ידי אינרציה, והופך אותו למתאים לתנאי עבודה דינמיים כגון פלטפורמות ימיות ושייקים.

4. עיצוב מכסה מנוע ארוך-למניעת הקפאת אריזות
מדיה קריוגנית יכולה להוביל בקלות לקרח בקופסת המלית ולהשפיע על פעולת השסתום. שסתומי כדור מסוג Trunnion- מאמצים בדרך כלל את מבנה מכסה המנוע הארוך-עם הצוואר. על ידי הארכת אורך הכיסוי, קופסת המילוי נשמרת מהמדיום הקריוגני, שומרת על טמפרטורת אזור האריזה מעל 0 מעלות ומונעת ציפוי. עיצובים מסוימים כוללים גם חריץ ניקוז בצוואר ארוך כדי להנחות עיבוי, ולמנוע עוד יותר את הקפאת האריזה. תכונה זו הופכת אותו למצוין עבור סצנות כמו מיכלי אחסון קריוגניים ושקעי משאבה קריוגניים.

5. זרימה דו- ופתחי אוורור כפולים כדי להבטיח את בטיחות המערכת
מדיה קריוגנית עלולה להתאדות עקב טמפרטורה גבוהה יותר, וכתוצאה מכך לעלייה חריגה בלחץ בחלל השסתום (עלייה חריגה בלחץ). שסתומי כדור מסוג Trunnion-תומכים בזרימה דו-כיוונית וניתן לסגור אותם כדי להשיג אוורור בלוק כפול-. משמעות הדבר היא ששאריות המדיה בחלל השסתום נפלטת דרך פתחי האוורור בגוף השסתום, ומונעת הצטברות לחץ. פונקציה זו חיונית כדי למנוע קרע בגוף השסתום או כשל באיטום במהלך תחזוקת צינורות LNG או השבתות חירום, וכדי להבטיח את בטיחותם של הצוות והציוד.

6. עיצוב מודולרי לתחזוקה מקוונת
זמן השבתה ממושך הוא קריטי לתחזוקה של תחזוקת שסתומים קריוגניים מכיוון שהיא עלולה לגרום לאידוי בינוני או לתנודות בטמפרטורת המערכת. שסתומי כדור מסוג Trunnion- כוללים מבנה כניסה בחלק העליון, כאשר הגוף והכיסוי מוברגים זה לזה, ומאפשרים להחליף רכיבים פנימיים כגון מושב שסתומים וכדורים באופן מקוון ללא צורך בהסרת צנרת. עיצובים מסוימים תומכים גם בתחזוקה-בזמן אמת, מה שמאפשר להתאים את עומס האיטום מראש או החלפת אטמים כאשר המערכת פועלת עם כלים מיוחדים, ובכך להפחית משמעותית את עלויות ההשבתה ואת עלויות התחזוקה.

שאלה 1: מה ההבדל בין שסתום כדור גלילי לשסתום כדורי צף ביישומים קריוגניים?
ת: בשסתום כדור צף, הכדור צף חופשי ואטום על ידי לחיצה על מושב השסתום בלחץ דיאלקטרי. בטמפרטורה נמוכה, השינוי בצמיגות הבינונית יוביל לאיטום לא יציב. בשסתומים כדוריים מסוג -הכדור, הכדור קבוע ומושב השסתום נלחץ על ידי קפיצים, מה שהופך את ביצועי האיטום האמינים יותר, יותר עמידות בפני פגיעות ומתאים יותר לתנאים קריוגניים.

ש 2: כיצד לבחור את החומר עבור שסתומי כדור קריוגניים-?

A2: חומרי מושב שסתום קריוגניים דורשים איזון של עמידות בפני שחיקה, עמידות בפני קורוזיה וקשיחות בטמפרטורה נמוכה. חומרים בשימוש נפוץ כוללים חומרי polytetrafluoroethylene שונה (PTFE), כגון PTFE במילוי גרפיט- וגרפיט מתכתי. אטמי מתכת קשיחים (כגון סגסוגות Stellite) או אטמי גרפיט גמישים מועדפים בטמפרטורות נמוכות במיוחד (לדוגמה. -196 מעלות צלזיוס) כדי להימנע מחומרי איטום רכים שבריריים.

ש3: האם ניתן להשתמש בשסתומים כדוריים מסוג -בתנאים מתחלפים של טמפרטורה גבוהה ונמוכה?
A3: כן, אבל בחר חומרים ועיצובים הניתנים להתאמה לטמפרטורה. לדוגמה, גוף השסתום צריך להיות עשוי מפלדת פחמן בטמפרטורה נמוכה או מפלדת אל חלד, בעוד שצוואר הפיר והאטם צריכים להיות עשויים מחומרים עמידים לטמפרטורה גבוהה (למשל סגסוגות על בסיס ניקל-). יחד עם זאת, יש לבטל לחץ שיורי על ידי טיפול בחום כדי למנוע דפורמציה או דליפה שנגרמו משינוי טמפרטורה.

ש 4: מהן הדרישות המיוחדות להתקנת שסתומי כדור קריוגניים-?
A4: במהלך ההתקנה, ודא שזרימת השסתום תואמת לזרימת המדיום כדי למנוע לחץ הפוך המשפיע על מכסה האיטום; מכסי שסתומים ארוכים- חייבים להיות מותקנים אנכית כדי למנוע הצטברות עיבוי; נדרש קירור מוקדם-איטי לפני השימוש הראשוני כדי למנוע מתח תרמי מפיצוח גוף השסתום; והברגים מהודקים באלכסון כדי למנוע לחץ לא אחיד על מכסה האיטום.

ש 5: כיצד לקבוע אם שסתום ה--הקריו זקוק לתיקון?
A5: אם מומנט ההפעלה עולה, דליפות איטום, הקפאה חריגה על גוף השסתום או דליפה של חומרי יציאה, זה עלול להצביע על בלאי אטם, הזדקנות האריזה או לחץ חריג של חלל השסתום. נדרשת בדיקה והחלפת חלקים בזמן. בדיקות מקוונות רגילות, כגון בדיקות אולטרסאונד, יכולות לזהות בעיות פוטנציאליות מוקדם ולהאריך את חיי השסתום.