Tot nu toe werden in cryogene toepassingen die een tweewegklepafdichting vereisen, hoofdzakelijk twee soorten kleppen gebruikt: globeafsluiters en vaste kogelkranen/bovenop gemonteerde vaste kogelkranen. Met de succesvolle ontwikkeling van de tweeweg cryogene kogelkraan hebben systeemontwerpers echter een aantrekkelijker alternatief gekregen dan traditionele kogelkranen.zwevende kogelkranenHet heeft een hogere doorstroomsnelheid, kent geen beperkingen wat betreft de stroomrichting en de afdichtingsrichting van het medium, en kan veilig werken onder cryogene omstandigheden. Bovendien is het kleiner, lichter en de structuur eenvoudiger.
Cryogene toepassingsscenario's die kleppen vereisen, omvatten de in- en uitlaat van opslagtanks voor het vullen en legen, het onder druk zetten van gesloten lege pijpleidingen, vergassing en vloeibaarmaking, multifunctionele pijpleidingen voor diverse systemen in LNG-terminalstations, scheepvaartsystemen en tankers, distributiesystemen, pompstations en LNG-tankstations, evenals aardgasventielsets (GVU's) voor dual-fuel motoren op schepen.
In de bovengenoemde toepassingsscenario's worden doorgaans tweeweg-afsluitkleppen gebruikt om de vloeistof te regelen en af te sluiten. In vergelijking met alternatieve typen zoalskogelkranenZe hebben verschillende problemen:
De stromingscoëfficiënt (Cv) is laag; dit heeft gevolgen voor de keuze van alle relevante leidingdiameters en kan een potentiële bottleneck vormen die de doorvoercapaciteit van het systeem beperkt.
• Het is noodzakelijk om lineaire actuatoren te configureren voor het uitvoeren van sluit- en regelfuncties. In vergelijking met de rechthoekige roterende actuatoren die worden gebruikt voor het regelen en bedienen van kogelkranen en andere rechthoekige roterende kleppen, heeft dit type apparatuur een complexere structuur en is het duurder. De kosten en structurele complexiteit van een complete set klep- en actuatorapparatuur zijn aanzienlijk.
• Als de afsluitklep wordt gebruikt om de noodstopfunctie te realiseren die in veel LNG-systemen vereist is, zal de complexiteit nog groter worden.
Bij kleine LNG-installaties (SSLNG) zullen de bovengenoemde problemen duidelijker naar voren komen, omdat deze systemen kleiner, kosteneffectiever en zo groot mogelijk moeten zijn om de laad- en loscyclus te verkorten.
De doorstroomcoëfficiënt van een kogelkraan is hoger dan die van een afsluitkraan van dezelfde grootte. Met andere woorden, ze zijn kleiner zonder dat dit ten koste gaat van de doorstroomsnelheid. Dit betekent dat de afmetingen, het gewicht en de kosten van het gehele leidingsysteem, en zelfs van het hele systeem, aanzienlijk worden verlaagd. Tegelijkertijd kan dit het rendement op investering (ROI) van de bijbehorende systemen aanzienlijk verhogen.
Standaard cryogene vlotterkogelkranen zijn uiteraard eenrichtingskleppen, wat niet geschikt is voor de bovengenoemde scenario's die een tweewegklepafdichting vereisen.
Eenrichtingsverkeer versus tweerichtingsverkeer
Zoals weergegeven in Figuur 1, heeft de standaard vlotterkogelkraan voor cryogene omstandigheden een overdrukopening aan de stroomopwaartse zijde van de kogel om te voorkomen dat de druk zich opbouwt en stijgt wanneer het medium een faseovergang ondergaat. Wanneer de klep gesloten is, begint het vloeibare aardgas in de holte van het klephuis te verdampen en uit te zetten. Het volume kan na volledige uitzetting 600 keer het oorspronkelijke volume bereiken, wat kan leiden tot het barsten van de klep. Om dit te voorkomen, zijn de meeste standaard vlotterkogelkranen voorzien van een overdrukbeveiliging aan de stroomopwaartse zijde. Hierdoor zijn traditionele kogelkranen niet geschikt voor situaties die een tweezijdige afdichting vereisen.
En dit is het moment waarop de tweeweg cryogene vlotterkogelklep zijn kwaliteiten kan tonen. Het verschil tussen deze klep en de standaard eenrichtings cryogene klep is:
• Er is geen opening in de kogelklep om de druk te verlagen.
• Het kan vloeistof in beide richtingen afsluiten.
• Er is geen opening in de kogelklep om de druk te verlagen.
• Het kan vloeistof in beide richtingen afsluiten.
Bij de tweeweg cryogene vlotterkogelklep vervangt de tweeweg veerbelaste klepzitting het stroomopwaartse openingsdrukontlastingsmechanisme. De veerbelaste klepzitting kan de overdruk die wordt gegenereerd door het vloeibare aardgas in de holte van het klephuis afvoeren, waardoor wordt voorkomen dat de klep barst, zoals weergegeven in figuur 2.
Bovendien zorgt de veerbelaste klepzitting ervoor dat de klep onder een lager koppel blijft en soepeler functioneert, zelfs onder cryogene omstandigheden.
De tweeweg cryogene vlotterkogelklep is voorzien van een tweede grafietafdichtingsring, waardoor de klep een brandbeveiligingsfunctie heeft. Tenzij een catastrofaal ongeval de polymere onderdelen van de klep doet doorbranden, komt de secundaire afdichting niet in contact met het medium. In geval van een ongeval zorgt de secundaire afdichting voor de brandbeveiliging.
Voordelen van tweewegkleppen
Vergeleken met globeafsluiters, vaste afsluiters en bovengemonteerde vaste kogelafsluiters, heeft de tweeweg cryogene vlotterkogelafsluiter alle voordelen van een kogelafsluiter met een hoge doorstroomcoëfficiënt, zonder beperkingen in de vloeistof- en afdichtingsrichting. Hij kan veilig worden gebruikt onder cryogene omstandigheden; de afmetingen zijn relatief klein en de constructie is relatief eenvoudig. De bijbehorende actuator is ook relatief eenvoudig (haakse rotatie) en geminiaturiseerd. Deze voordelen betekenen dat het gehele systeem kleiner, lichter en kosteneffectiever is.
Vergeleken met globeafsluiters, vaste afsluiters en bovengemonteerde vaste kogelafsluiters, heeft de tweeweg cryogene vlotterkogelafsluiter alle voordelen van een kogelafsluiter met een hoge doorstroomcoëfficiënt, zonder beperkingen in de vloeistof- en afdichtingsrichting. Hij kan veilig worden gebruikt onder cryogene omstandigheden; de afmetingen zijn relatief klein en de constructie is relatief eenvoudig. De bijbehorende actuator is ook relatief eenvoudig (haakse rotatie) en geminiaturiseerd. Deze voordelen betekenen dat het gehele systeem kleiner, lichter en kosteneffectiever is.
Tabel 1 vergelijkt de tweeweg cryogene vlotterkogelklep met andere kleppen met vergelijkbare functies vanuit de perspectieven van onderhoud, afmetingen, gewicht, koppel, bedieningsmoeilijkheid en totale kosten, en vat de voor- en nadelen ervan uitgebreid samen.
Als een kleine LNG-installatie afwijkt van de conventie en een tweeweg cryogene kogelkraan gebruikt, kan deze optimaal profiteren van de unieke voordelen van de kogelkraan, namelijk de volledige diameter, de hoge doorstroomsnelheid en de hoge afvoersnelheid van de leiding. Relatief gezien kan de kogelkraan leidingen met een kleinere diameter ondersteunen met behoud van dezelfde doorstroomsnelheid, waardoor het totale volume, gewicht en de complexiteit van het systeem worden verminderd, en tevens de kosten van het leidingsysteem worden verlaagd.
In het vorige artikel werden de voordelen van het gebruik als afsluitklep besproken. Bij gebruik als regelklep worden de voordelen nog duidelijker. Door de toepassing van de haakse kogelkraan wordt de complexiteit van de automatiseringsset aanzienlijk verminderd, waardoor deze een optioneel onderdeel is geworden voor cryogene systemen.
De meest basale onderdelen van de bovengenoemde automatiseringskit zijn de eenvoudige en praktische tweeweg cryogene vlotterkogelklep en de rechthoekige draaibare actuator met een eenvoudige structuur en een hoge kostenefficiëntie.
Kortom, de tweeweg cryogene vlotterkogelklep heeft een baanbrekende positieve betekenis voor het cryogene pijpleidingsysteem. In kleinere LNG-installaties kunnen de voordelen ervan volledig tot hun recht komen.
De afgelopen jaren is dit nieuwe product in de praktijk getest en is gebleken dat het een positieve bijdrage levert aan de projectkosten en de betrouwbare werking van het systeem op de lange termijn.
Geplaatst op: 17 juni 2021