شیر کرایوژنیک

سیستم های لوله کشی که از هیدروژن مایع ، اکسیژن ، هلیوم ، نیتروژن ، گاز طبیعی مایع شده یا مایعات بسیار سرد مشابه استفاده می کنند ، نیاز به استفاده از شیرهای برودتی دارند. اصطلاح کرایوژنیک به مواد و فرآیندهای زیر -1010C (-2390F) می پردازد. بنابراین ، شیر های سرما زا باید با ویژگی هایی طراحی شوند که چنین دماهای پایینی را تحمل کنند. تفاوت اصلی شیر های برودتی با شیرهای استاندارد این است که آن ها قادر به کار در چنین دماهای پایین با فشارهای بالا هستند.

مشکلات شیر های برودتی یا کرایوژنیک

مشکل اصلی شیرهای کرایوژنیک این است که هرگونه نشت مایعات به جو از طریق واشر یا مهر و موم باعث کاهش عملکرد شیر و تجهیزات مربوطه می شود. همچنین ، چنین نشتی در ساقه شیر باعث ایجاد یخ محلی می شود که ممکن است مکانیزم عملکرد شیر را به چنگ آورد. این به این دلیل است که شیر های کاربردهای سرمازا باید برای عملکرد بالا و نشت صفر مطابق API 598 طراحی شوند.

کدها و استانداردهای شیر های کرایوژنیک

کدها و استانداردهایی که برای شیر های برودتی استفاده می شود عبارتند از:

• BS 6364
• BS EN 12567
• BS EN 1626
• BS EN 12300
• MSS SP-134
• ISO 28921-1
• ایزو 21011
• ISO 10497
• ASME B16.34

چرا شیر های کرایوژنیک دارای ساقه های بلند هستند؟

همه شیر های کرایوژنیک برای گازهای طبیعی مایع ، متان ، اکسیژن ، آمونیاک و غیره به طور خاص طراحی شده اند. شیر های کرایوژنیک معمولاً دارای سرپوش های کشیده هستند به طوری که مهر و موم های شیرها دور از منبع سرما نگهداری می شوند. این امر دو هدف مهم را دنبال می کند:

• مهر و موم ساقه شیر دمای نسبتاً بالاتری خواهد داشت.
• فضای کافی برای ایجاد عایق بین خط لوله و اهرم شیر وجود خواهد داشت.

اندازه و درجه فشار شیر های برودتی

شیرهای برودتی برای کاربردهای صنعتی را می توان در اندازه ها و کلاس های فشار مختلف یافت. اندازه معمولاً از 1/8 اینچ تا 88 اینچ (3 میلی متر تا 2240 میلی متر) متغیر است. درجه فشار شیر های برودتی از فشار خلاء تا 700 بار متغیر است. همه این شیرها قادر به کار در دمای تا -2540 درجه سانتی گراد (-4250F) هستند.

مواد برای شیر های برودتی

مصالح معمول که برای ساختن شیر برودتی استفاده می شوند عبارتند از آلومینیوم ، مونل ، برنج ، برنز ، فولاد ضد زنگ ، Incoly ، زیرکونیوم و غیره. PTFE یا گرافیت معمولاً به عنوان مواد مهر و موم استفاده می شود.

شیرهای متداول برای برنامه های برودتی (کرایوژنیک)

شیر های معمولی که برای کاربردهای کرایوژنیک استفاده می شوند ، شیر های مخصوص بال ولو ، انگل ولو ، گیت ولو  ، پروانه ای هستند. بنابراین ، انتخاب نوع مناسب شیر کرایوژنیک برای کاربرد مورد نیاز ضروری است. هیچ دستورالعمل دقیقی برای نوع سوپاپ در سرویس انجماد وجود ندارد. اما ، روشی برای انتخاب شیرهای توپی چهار چرخشی و شیرهای پروانه ای سه گانه افست وجود دارد.

شیرهای پروانه ای سه گانه افست برای خدمات انجماد:

شیرهای پروانه ای سه گانه شیرهایی با عملکرد بالا هستند که به طور گسترده ای برای خدمات انجماد استفاده می شوند. جابجایی در چنین شیر هایی باعث ساییدگی بین سیت و مهر و موم می شود.

طراحی افست سه گانه دارای یک حلقه فولاد ضد زنگ انعطاف پذیر است که در مجموعه دیسک نصب شده است تا مهر و موم نشتی صفر را برای کارهای برودتی ایجاد کند.

مهر و موم و سطح تماس سیت از نوع مخروطی است. این مخروط ها شیب دار هستند و زاویه تماس بین سیت و مهر و موم یک اثر گوه ای جزئی ایجاد می کند که حلقه مهر و موم دیسک را خم می کند و به صورت شعاعی فشرده می کند. صرف نظر از جهت جریان یا فشار خط ، شیر قابلیت خاموش شدن بسیار خوبی را ارائه می دهد.

شیرهای توپی برای کاربرد برودتی :

سیستم های لوله کشی و خط لوله برای LPG ، LNG ، مایعات حرارتی و اکسیژن مایع ، کاربردهای نیتروژن از شیر توپی دو مهر و موم استفاده می کنند. آنها می توانند از نوع کاهش یافته و کامل باشند. شیر های توپ کریوژنیک دارای فضای بخار با ارتفاع کافی هستند که امکان گاز رسانی در ناحیه گلندرا فراهم می کند. این باعث بسته بندی گلند در دمای محیط نزدیک می شود.

با افزایش اندازه لوله ، راه اندازی دریچه های گیت و گلوب دشوار و پرهزینه است. به همین دلیل است که آنها به اندازه لوله های کوچکتر و برنامه هایی که نیازی به عملیات از راه دور ندارند محدود می شوند.

ویژگی های شیر های برودتی

شیر های برودتی  باید سبک باشند زیرا جرم شیر های سبک از دمای محیط تا کرایوژنیک راحت تر خنک می شوند.

شیرهای یخچال سبک تر معمولاً رسانایی کمتری دارند که در مقایسه با سازه های سنگین به کاهش هجوم گرما کمک می کند.

معمولاً برای اتصالات لوله کرایوژنیک از پیکربندی فلنج و جوش داده شده استفاده می شود. با این حال ، شیرهای جوش داده شده بهتر هستند.

شیرهای برودتی باید در یک اتاق تمیز مونتاژ شوند و فاقد روان کننده باشند یا از روان کننده های سازگار با سرویس سرد استفاده کنند. هنگام خرید شیر برودتی ، روش های تمیز کردن مستند باید برای تأیید و پیروی از روشهای مناسب در طول مونتاژ جمع آوری شود.

آزمایش شیر های برودتی

آزمایشات زیر معمولاً برای انجام شیر های برودتی مورد نیاز است:

• آزمون مقاومت پوسته: تست هیدرواستاتیک یا پنوماتیک تا 1.5 × حداکثر فشار کاری.
• آزمایش نشت پوسته: برای آزمایش نشت پوسته معمولاً آزمایش پنوماتیک با حداکثر فشار کاری 1.1 × انجام می شود.
• تست نشتی سیت: تست پنوماتیک تا 1.1 × حداکثر فشار کاری.
• آزمایش نمونه اولیه کرایوژنیک: این آزمایش زیر BS 6364 ضمیمه A انجام می شود.
• آزمایش تولید کرایوژنیک: روش های آزمایش کرایوژنیک شیر ها در BS 6364 ارائه شده است و همین امر نیز دنبال می شود.

کاربردهای شیر های برودتی

شیرهای برودتی به طور گسترده ای در استفاده می شود

• کارخانه های مایع سازی LNG
• پایانه های LNG
• سیستم های حمل و نقل LNG
• صنایع غذایی و آشامیدنی
• برنانه جداسازی هوا
• کارخانه های تولید فولاد
• آزمایشگاههای تحقیقاتی
• کارخانه های شیمیایی و پتروشیمی
• امکانات ذخیره سازی هوافضا