Tähän asti kryogeenisissä sovelluksissa, joissa on vaadittu kaksitieventtiilien tiivistystä, on käytetty pääasiassa kahden tyyppisiä venttiilejä: istukkaventtiilejä ja kiinteitä palloventtiilejä/päältä asennettavia kiinteitä palloventtiilejä. Kaksitieisten kryogeenisten palloventtiilien onnistuneen kehityksen myötä järjestelmäsuunnittelijat ovat kuitenkin löytäneet perinteisiä palloventtiilejä houkuttelevamman vaihtoehdon.kelluvat palloventtiilitSillä on suurempi virtausnopeus, ei virtaussuunnan eikä tiivistyssuunnan rajoituksia, ja se voi toimia turvallisesti kryogeenisissä olosuhteissa. Ja koko on pienempi, paino kevyempi ja rakenne yksinkertaisempi.
Kryogeenisiä sovellusskenaarioita, jotka vaativat venttiilejä, ovat varastosäiliöiden tulo- ja lähtöliitännät täyttöä ja tyhjennystä varten, suljettujen tyhjien putkistojen paineistaminen, kaasutus ja nesteytys, monikäyttöiset putkistot LNG-terminaaliasemien eri järjestelmille, laivajärjestelmille ja säiliöaluksille, jakelujärjestelmät, pumppaamot ja LNG-polttoaineen tankkausasemat sekä laivojen monipolttoainemoottoreihin liittyvät maakaasuventtiilisarjat (GVU).
Edellä mainituissa sovellustilanteissa käytetään yleensä kaksitieventtiilejä väliaineen ohjaamiseen ja sulkemiseen. Verrattuna vaihtoehtoisiin tyyppeihin, kutenpalloventtiilit, heillä on useita ongelmia:
Virtauskerroin (Cv) on alhainen, mikä vaikuttaa kaikkien asiaankuuluvien putkikokojen valintaan ja voi aiheuttaa pullonkaulan järjestelmän virtauskapasiteettia rajoittaen.
· Lineaariset toimilaitteet on konfiguroitava sulkemis- ja ohjaustoimintojen suorittamiseksi – verrattuna palloventtiilien ja muiden suorakaiteen muotoisten kiertoventtiilien ohjaamiseen ja käyttämiseen käytettyihin suorakaiteen muotoisiin kiertotoimilaitteisiin, tämän tyyppisillä laitteilla on monimutkaisempi rakenne ja ne ovat kalliimpia. Täydellisen venttiili- ja toimilaitelaitteiston kustannukset ja rakenteellinen monimutkaisuus ovat erittäin merkittäviä.
· Jos sulkuventtiiliä käytetään monien LNG-järjestelmien vaatiman hätäpysäytystoiminnon toteuttamiseen, monimutkaisuus kasvaa entisestään.
Pienissä LNG-laitoksissa (SSLNG) edellä mainitut ongelmat ovat ilmeisempiä, koska näiden järjestelmien on oltava pienempiä, kustannustehokkaampia ja niillä on oltava suurin virtauskapasiteetti lastaus- ja purkusyklin lyhentämiseksi.
Palloventtiilin virtauskerroin on suurempi kuin saman kokoisen palloventtiilin. Toisin sanoen ne ovat kooltaan pienempiä vaikuttamatta virtausnopeuteen. Tämä tarkoittaa, että koko putkistojärjestelmän ja jopa koko järjestelmän koko, paino ja kustannukset pienenevät merkittävästi. Samalla se voi merkittävästi parantaa asiaankuuluvien järjestelmien sijoitetun pääoman tuottoa (ROI).
Tavalliset kryogeeniset kelluvat palloventtiilit ovat luonnollisesti yksisuuntaisia, mikä ei sovellu edellä mainittuihin tilanteisiin, joissa vaaditaan kaksisuuntainen venttiilin tiivistys.
Yksisuuntainen vs. kaksisuuntainen
Kuten kuvassa 1 on esitetty, kryogeenisiin olosuhteisiin tarkoitetussa vakiomallisessa kelluvassa palloventtiilissä on paineenalennusreikä venttiilin pallon ylävirran puolella, jotta paine ei kerry ja nouse väliaineen faasimuutoksen aikana. Kun venttiili on suljetussa asennossa, venttiilin rungon ontelossa oleva nesteytetty maakaasu alkaa haihtua ja laajentua, ja tilavuus voi saavuttaa 600-kertaisen tilavuuden alkuperäiseen verrattuna täyden laajenemisen jälkeen, mikä voi aiheuttaa venttiilin halkeamisen. Tämän tilanteen estämiseksi useimmissa vakiomallisissa kelluvassa palloventtiileissä on ylävirran avautumispaineenalennusmekanismi. Tästä syystä perinteisiä palloventtiilejä ei voida käyttää tilanteissa, jotka vaativat kaksisuuntaista tiivistystä.
Ja tässä vaiheessa kaksisuuntainen kryogeeninen uimuripalloventtiili voi näyttää kykynsä. Tämän venttiilin ja tavallisen yksisuuntaisen kryogeenisen venttiilin välinen ero on:
· Venttiilipallossa ei ole aukkoa paineen poistamiseksi
· Se voi tiivistää nesteen molempiin suuntiin
· Venttiilipallossa ei ole aukkoa paineen poistamiseksi
· Se voi tiivistää nesteen molempiin suuntiin
Kaksisuuntaisessa kryogeenisessä uimuriventtiilissä kaksisuuntainen jousikuormitettu venttiilin istukka korvaa ylävirran avautuvan paineenalennusmekanismin. Jousikuormitettu venttiilin istukka voi vapauttaa venttiilin rungon onteloon suljetun nesteytetyn maakaasun aiheuttaman liiallisen paineen estäen siten venttiilin halkeamisen, kuten kuvassa 2 on esitetty.
Lisäksi jousikuormitettu venttiilin istukka auttaa pitämään venttiilin alhaisemmalla vääntömomentilla ja saavuttamaan tasaisemman toiminnan kryogeenisissä olosuhteissa.
Kaksitieisessä kryogeenisessä uimuripalloventtiilissä on toisen tason grafiittitiivisterengas, joten venttiilillä on paloturvallisuustoiminto. Ellei venttiilin polymeeriosat pala vakavan onnettomuuden seurauksena, toissijainen tiiviste ei joudu kosketuksiin väliaineen kanssa. Onnettomuuden sattuessa toisen tason tiiviste toimii paloturvallisuussuojana.
Kaksitieventtiilien edut
Verrattuna palloventtiileihin, kiinteisiin ja päälle asennettaviin kiinteisiin palloventtiileihin, kaksisuuntaisella kryogeenisellä uimuripalloventtiilillä on kaikki korkean virtauskertoimen palloventtiilin edut, eikä nesteen ja tiivistyssuunnan suhteen ole rajoituksia. Sitä voidaan käyttää turvallisesti kryogeenisissä olosuhteissa; koko on suhteellisen pieni ja rakenne suhteellisen yksinkertainen. Myös vastaava toimilaite on suhteellisen yksinkertainen (suorakulmainen kierto) ja pienikokoinen. Näiden etujen ansiosta koko järjestelmä on pienempi, kevyempi ja kustannustehokkaampi.
Verrattuna palloventtiileihin, kiinteisiin ja päälle asennettaviin kiinteisiin palloventtiileihin, kaksisuuntaisella kryogeenisellä uimuripalloventtiilillä on kaikki korkean virtauskertoimen palloventtiilin edut, eikä nesteen ja tiivistyssuunnan suhteen ole rajoituksia. Sitä voidaan käyttää turvallisesti kryogeenisissä olosuhteissa; koko on suhteellisen pieni ja rakenne suhteellisen yksinkertainen. Myös vastaava toimilaite on suhteellisen yksinkertainen (suorakulmainen kierto) ja pienikokoinen. Näiden etujen ansiosta koko järjestelmä on pienempi, kevyempi ja kustannustehokkaampi.
Taulukossa 1 vertaillaan kaksitieistä kryogeenistä kelluvaa palloventtiiliä muihin samanlaisia toimintoja omaaviin venttiileihin huollon, koon, painon, vääntömomentin tason, säätövaikeuksien ja kokonaiskustannusten näkökulmasta ja esitetään kattava yhteenveto sen eduista ja haitoista.
Jos pieni LNG-laitos rikkoo tavanomaisen käytännön ja ottaa käyttöön kaksisuuntaisen kryogeenisen kuulaventtiilin, se voi hyödyntää täysimääräisesti kuulaventtiilin ainutlaatuisia etuja, kuten täyden halkaisijan, suuren virtausnopeuden ja suuren putkiston purkausnopeuden. Suhteellisesti ottaen se voi tukea pienempiä putkia säilyttäen saman virtausnopeuden, mikä voi vähentää järjestelmän kokonaistilavuutta, painoa ja monimutkaisuutta sekä alentaa putkistojärjestelmän kustannuksia.
Edellisessä artikkelissa esiteltiin sulkuventtiilinä käytön edut. Ohjausventtiilinä käytettäessä edut ovat selvempiä. Jos käytetään suorakulmaista kiertopalloventtiiliä, venttiiliautomaatiosarjan monimutkaisuus vähenee merkittävästi, joten siitä on tullut kryogeenisen järjestelmän valinnainen osa.
Edellä mainitun automaatiosarjan perussisältö on yksinkertainen ja käytännöllinen kaksitieinen kryogeeninen uimuripalloventtiili sekä suorakaiteen muotoinen pyörivä toimilaite, jolla on yksinkertainen rakenne ja korkea kustannustehokkuus.
Lyhyesti sanottuna kaksisuuntaisella kryogeenisellä kellukepalloventtiilillä on "kumouksellinen" positiivinen merkitys kryogeeniselle putkistojärjestelmälle. Pienissä LNG-laitoksissa se voi hyödyntää etujaan täysimääräisesti.
Viime vuosina tämä uusi tuote on testattu käytännön sovelluksissa, mikä osoittaa sen olevan positiivinen merkitys projektikustannuksille ja järjestelmän pitkän aikavälin luotettavalle toiminnalle.
Julkaisun aika: 17. kesäkuuta 2021