Трубопроводная арматура

Роль отрасли в изменении климата

Статья о роли отрасли в изменении климата

Главная » Статьи » Роль отрасли в изменении климата

Роль отрасли в изменении климата

Мир может не согласиться со всеми причинами изменения климата, но большинство людей понимают, что наши действия за последние 150 лет способствовали накоплению парниковых газов (ПГ), в первую очередь, накоплению углекислого газа и метана. Забота о глобальном потеплении основана на регулярных измерениях и прогнозах, которые документируют, как эти ПГ добавляются в атмосферу со скоростью, намного превышающей естественные процессы. Более того, эти газы являются прозрачными, когда речь идет о солнечном излучении при поглощении инфракрасного излучения, вытесненного с поверхности Земли. Это действует как одеяло над планетой и вызывает парниковый эффект, который, по мнению большинства стран мира, влияет на наш климат.

Уравнения баланса энергии ясно показывают, что в результате этого возрастают температуры и уровень моря за последние 100 лет. Разговор продолжается о том, насколько сильна ситуация на планете, но наука говорит нам, что лучше принимать меры в ближайшее время.

Несмотря на то, что отрасль производства трубопроводной арматуры не всегда признается отдельной отраслю, она может иметь решающее значение для смягчения последствий изменения климата. Это происходит благодаря образованию инженеров о том, как уменьшить потребление энергии и как контролировать выбросы путем правильного подбора трубопроводной арматуры, передовых технологий изготовления арматуры и современного управления заводом. Пока правительства мировых стран рассматривают различные договоры и политику, отрасль трубопроводной арматуры активно участвует в решениях.

Энергосбережение

Трубопроводная арматура имеет жизненно важное значение для большинства жидкостных и газовых систем, поскольку они контролируют поток и давление, выделяют газы и предотвращают обратный поток и утечку. Одна из их способностей - минимизировать потребление энергии, тем самым уменьшая углеродный след, часто упускается из виду.

Геометрия корпуса определяет общую площадь потока через арматуру. Практика заключается в том, что арматура ограничивают площадь потока ниже 80% площади трубы. Кроме того, внутренние контуры корпуса и седла могут содержать полости и переходы, что создает чрезмерную турбулентность. Конструкция закрывающего элемента важна по двум причинам: во-первых, наименьшая потеря полезной площади достигается, если закрывающий элемент вращается по пути потока. Во-вторых, запорный элемент для обратных клапанов должен иметь конструкцию, которая полностью открывается при низких скоростях текучей среды и создает плавный путь прохождения через затвор.

Вычисления потерь потока, производимых для различных типов клапанов обычно прост - наиболее распространенным коэффициентом расхода для клапанов является коэффициент потока Cv, который определяется как количество воды (в галлонах в минуту), которое будет проходить через клапан при перепаде давления 1 psi. Следовательно, чем эффективнее клапан, тем больше Cv. В таблице 1 представлены характеристики потока и общие значения Cv для нескольких общих типов клапанов, показывающие, что шаровой кран с полным проходом имеет самый высокий Cv.

Для экономии энергии важно учитывать разницу потери потока между типами арматуры; Разница потерь потока между различными поставщиками одного типа арматуры обычно не приводят к значительным изменениям в работе системы. Этот факт также подтверждается тем, что компьютерные симуляции системы трубопроводов точно моделируют поведение системы на основе общих характеристик характеристик клапана.

Удвоение линейной скорости увеличит потери в трубах, фитингах и клапанах в четыре раза. Вот почему скорости нагнетания насоса обычно удерживаются в диапазоне от 2,5 до 5 метров в секунду, а скорости трубопроводов поддерживаются в диапазоне от 1,25 до 2,5 метров в секунду. Поскольку коэффициенты арматуры и потери напора являются функцией скорости, следует оценить общую стоимость потребления энергии и затрат на трубы, чтобы увидеть, где оптимальный размер трубы и ее скорость, чтобы  обеспечить наименьшую стоимость затрат на установку плюс эксплуатационные расходы.

В Соединенных Штатах предприятия связанные с водой ежегодно потребляют около 75 миллиардов киловатт-часов (кВт-ч) энергии. Почти 80% энергии потребляется заводом питьевой воды для высоконапорной откачки для преодоления статических потерь напора и трения распределительных систем. Водохозяйственные предприятия имеют возможность использовать различные стратегии энергосбережения, включая выбор типа арматуры, что может привести к сокращению потребления энергии на 20-50%, что позволит снизить эксплуатационные расходы.

Потери напора от клапанов могут быть непосредственно преобразованы в стоимость энергии, связанную с электрической мощностью, необходимой для перекачки, для преодоления дополнительных потерь напора, используя это уравнение:

A = (1.65 Q ∆H Sg C U) / E

Где:

А = годовая стоимость энергии, долл. США в год
Q = расход, галлоны в минуту
ΔH = потери на клапане
Sg = удельный вес (вода = 1,0)
C = стоимость электроэнергии, $ / кВт-ч
U = использование, процент x 100 (1,0 равен 24 часам в день)
E = КПД насоса и двигателя (типовое значение 0,80)

Примером для регулирующего клапана с номинальным размером трубы (NPS) 12, работающего со скоростью 3,87 метров в секунду, будет:

A = (1.65 x 4500 x 14.42 x 1 x .08 x 0.5) / 0.8
= $5355 в год

Если регулирующий клапан в этом примере имеет 40-летний срок службы, общая стоимость энергии составит 214 200 долл. США, что может быть уменьшено до 1488 долл. США, если бы использовался клапан с большей пропускной способностью, такой как полнопроходный шаровой кран. Более того, арматура с большим диаметром, работающая с более высокими расходами, потребляют еще большее количество энергии. Это дает понять, что выбор клапана играет важную роль в экономии энергии и экономии в принципе.

Кроме того, экономия электрической энергии уменьшает потребность в сжигании ископаемого топлива, что еще больше уменьшает возможности создания ПГ. В среднем по стране для каждого используемого кВт-ч электроэнергии производится около 0,52 килограмма выбросов CO2. Это означает, что в приведенном выше примере использование шарового крана вместо регулирующего клапана может привести к экономии 1525 тонн выбросов CO2 за 40-летний срок службы системы (рис. 1).

Воздушные клапаны

Другим семейством трубопроводной арматуры, важным для экономии энергии, являются воздушные клапаны. Даже после ввода в эксплуатацию трубопровода воздух непрерывно вводится в трубопроводы из вертикальных насосов, увлекаемых воздух из внешних соединений. Для проектировщиков трубопроводов часто становится неожиданностью, что причиной неэффективности или остановки насосной системы может быть воздух в трубопроводе, потому что многие люди считают, что легче прокачать воздух, чем воду.

Однако каждый раз, когда запускается вертикальный насос, воздух в колонне насоса должен быть вытеснен воздушным клапаном, установленным на верхней части выпускной трубы (рис. 2). Когда трубопровод содержит высокие точки, за которым следуют нисходящие трассы, воздух неизбежно попадает в ловушку из-за плавучести воздуха, если трубопровод не оборудован автоматическими воздушными клапанами. Рисунок 3 показывает, что захваченный воздух образует длинный карман вдоль нисходящего потока с постоянной глубиной «d». Так как воздух находится под одним и тем же давлением вдоль воздушного кармана, потери напора могут быть равны вертикальной высоте кармана или размеру «Н».

Когда существует несколько точек высокого давления в трубопроводе, потери напора являются аддитивными. Поэтому во время первоначального запуска насоса линия может быть заблокирована, потому что насос не может преодолеть сумму потерь напора во всех верхних точках - даже при давлении отключения насоса.

Использование автоматических воздушных клапанов устраняет воздушный карман и восстанавливает эффективность работы трубопровода.

Нельзя игнорировать важность воздушных клапанов. Эти клапаны не только поддерживают эффективность потока трубопровода, но также выполняют многие другие функции, включая контроль перенапряжения, защиту от коррозии и защиту от вакуума.

Технология арматуростроения

Не так много лет назад приводная арматура могла питаться только от природного газа или технологической жидкости, состоящей в основном из метана. Газ под давлением подавался в привод, а затем выбрасывался в атмосферу. Это было до того, как парниковые газы начали контролироваться, а их воздействие стало полностью понято. Сегодня мы знаем, что некоторые ПГ, такие как метан, в 25 раз больше влияют на парниковый эффект, чем другие, такие как углекислый газ. В результате приводы трубопроводной арматуры теперь питаются чистыми газами или жидкостями.

Работа любого нефтеперерабатывающего завода выявляет заметный запах углеводородных выбросов летучих газов. Исторически сложилось так, что одна из причин заключалась в том, что, когда цистерны были заполнены нефтью, газы, насыщенные углеводородами в баке, были выброшены в атмосферу через выпускной клапан. Тем не менее, технология изменилась, и теперь выпускные клапаны были заменены регулирующими клапанами для рекуперации паров, которые автоматически контролируют давление засыпания над жидкостью в резервуаре по мере его заполнения, позволяя избыточному газу поступать в систему рекуперации пара.

Другой причиной выбросов является утечка через уплотнение штока запорной арматуры. Американский институтом нефти (API) разработал стандарты герметизации сальника в штоке трубопроводной арматуры, чтобы убедиться, что арматура соответствует требованиям к выбросам, установленным Агентством по охране окружающей среды США (EPA). Стандарты API теперь соответствуют требованиям EPA с низким уровнем выбросов 100 частей на миллион в течение пяти лет и обеспечивают испытания и квалификационные шаги для сборки трубопроводной арматуры и клапанов в различных механических и термических циклах. Несмотря на то, что трубопроводная арматура не может быть совершенна, изготовители трубопроводной арматуры готовы соответствовать требованиям, предъявляемым к неорганизованным выбросам, для снижения воздействия на окружающую среду.

Регулирующие клапаны контролируют работу электростанций и печей по всей стране. Отрасль трубопроводной арматуры постоянно работает над созданием и использованием более точных и эффективных технологий управления технологическими процессами для экономии топлива и устранения отходов в энергетических системах. Например, регулирующие клапаны давления топлива нового поколения используются для двигателей с целью поддержания давления в топливной системе, обеспечения быстрого запуска и защиты топливных систем от избыточного давления путем возврата избыточного топлива в топливные баки. Клапаны, используемые в этой сфере, расположены внутри модуля топливного насоса внутри резервуара, и предназначены для работы по заданным параметрам, путем определения характеристик давления открытия и потока, необходимых для оптимальной работы топливной системы. Контролируя скорости потока и давления с большей точностью, топливо сохраняется в нужно объеме, а двигатели и печи работают более эффективно при производстве более низких выбросов.

Недавние усовершенствования технологии шаровых кранов позволили увеличить энергосбережение. Новые материалы и производственные процессы означают, что системы затворы кранов шаровых значительно улучшились за последнее десятилетие. Как металлические седла, так и упругие были улучшены для обеспечения минимальной и полной утечки в экстремальных условиях. Появление пятиосевых возможностей машинного кодирования с цифровым кодированием означает, что изготовители шаровых клапанов теперь могут создавать идеально подходящие сферические шары и металлические поверхности. В результате шаровый кран может использоваться для традиционных применений высокотемпературных процессов на электростанциях, что  ползволяет добиться чрезвычайно высокой пропускной способности, экономит энергию и уменьшает парниковые газы.

Аналогичным образом, были усовершенствованы конструкции, такие как специально обработанный шар с углублениями, который образует уплотнительную поверхность как в открытом, так и в закрытом положении. Это обеспечивает самоочистку во время работы, чтобы расширить использование крана шарового в процессах, где осадок является проблемой. Такие клапаны используются на геотермальных устьях скважин при давлениях до 3,5 МПа и температурах, достигающих 500°F (260°C), с жидкостями, состоящими из умеренных соляных хлоридных рассолов, содержащих полностью растворенные твердые вещества (рис. 6). Герметичные краны с надежной герметичностью повышают эффективность жидкостных процессов и предотвращают выпуск технологической жидкости в атмосферу.

Технология разработки трубопроводной арматуры также способствует новым энергетическим технологиям. Глобальный акцент был сделан на новых системах производства энергии для смягчения последствий изменения климата, включая возобновляемые источники энергии, такие как биомасса, гидроэлектроэнергия, геотермальная энергия и ядерная энергия. Мир следует разработкам для поддержки этих эволюционирующих энергетических технологий. Например, безопасные высокопроизводительные ядерные клапаны, доступные в течение десятилетий, теперь используются с новыми, пассивными конструкциями атомных установок и системами отвода высокоактивных рециркуляционных реакторов, чтобы сделать производство ядерной энергии привлекательным решением.

Производители трубопроводной арматуры

Производители трубопроводной арматуры и другие отрасли в мировой индустрии серьезно относятся к социальной ответственности и активно участвуют в мероприятиях, направленных на смягчение последствий изменения климата. Примеры включают использование энергосберегающего освещения и оборудования на заводах. Между тем, процессы покрытия для арматуры из покрытий на основе растворителей перешли в покрытия с высоким содержанием твердых веществ для уменьшения летучих органических соединений. Более продвинутые покрытия включают порошковые покрытия с нулевыми выбросами, такими как эпоксидная смола, связанная с плавлением.

В настоящее время обычной практикой для предприятий является сортировка и переработка отработанных материалов. Многие системы управления качеством требуют, чтобы избыточные материалы и лом тщательно контролировались, отделялись и отправлялись в центры для переработки, часто возвращались в те же литейные цеха для производства отливок для новых изделий. Производство трубопроводной арматуры также может использовать большие объемы воды для очистки и тестирования конечных продуктов. Системы используются для повторного использования воды для снижения нагрузки на муниципальные системы водоснабжения и очистки сточных вод (рис.7).

Важным направлением в промышленности изготовления трубопроводной арматуры являются бережливые производственные практики. Бережливое производство не связано с сокращением рабочих мест, а скорее улучшением процессов сокращения отходов. Для достижения этих целей используются многие инструменты, но все они предназначены для повышения эффективности всего производственного процесса.

Выводы

Трубопроводная арматуры не только играет важную роль в функции систем трубопроводов, но также может снизить потребление энергии и помочь смягчить выброс парниковых газов. Например, правильный выбор и размещение клапанов сброса воздуха может значительно повысить энергоэффективность жидкостных систем. При этом, для повышения эффективности для расчета потерь напора и затрат энергии, связанных с клапанами, эти энергосбережения также приводят к сокращению углеродного следа в мире. Промышленная арматура быстро развивалась с использованием новых технологий и продуктов, чтобы помочь в этих усилиях, и она будет и впредь находить способы внести свой вклад в смягчение последствий изменения климата.


John V. Ballun - президент и главный исполнительный директор Val-Matic Valve.

Новости рынка

10.07.17

Unique Mixproof Horizontal Tank (HT) и Unique Mixproof – это новые модульные противосмесительные ...продолжить чтение

23.11.16

В новой товарной линии представлены высококачественные набивки, ...продолжить чтение

24.04.15

Известный итальянский бренд PC Progetti объявил об очередном расширении ...продолжить чтение

Архив новостей

Интересные статьи

Затворы с тройным эксцентриситетом

Затвор с тройным эксцентриситетом является эффективным решением опасных… продолжить чтение

Червячные редукторы

Редукторы продолжают оставаться надежным решением в области ручного управления на протяжении… продолжить чтение

Роль отрасли в изменении климата

Мир может не согласиться со всеми причинами изменения климата, но большинство людей понимают, что наши действия за последние 150 лет способствовали накоплению парниковых газов… продолжить чтение

Архив статей