Vanalar Nerelerde Kullanılır: Her Yerde!

08 Kasım 2017 Greg Johnson tarafından yazıldı

Vanalar günümüzde hemen hemen her yerde bulunabilir: evlerimizde, sokakların altında, ticari binalarda ve elektrik ve su tesislerinde, kağıt fabrikalarında, rafinerilerde, kimya tesislerinde ve diğer endüstriyel ve altyapı tesislerinde binlerce yerde.
Vana sektörü, su dağıtımından nükleer enerjiye, petrol ve doğalgazın yukarı ve aşağı akışına kadar uzanan geniş bir yelpazede faaliyet gösteren oldukça geniş bir sektördür. Bu son kullanıcı sektörlerinin her biri bazı temel vana türlerini kullanır; ancak yapı ve malzeme detayları genellikle çok farklıdır. İşte bir örnek:

SU İŞLERİ
Su dağıtım dünyasında, basınçlar neredeyse her zaman nispeten düşük, ortam sıcaklıkları ise ortam sıcaklığındadır. Bu iki uygulama gerçeği, yüksek sıcaklıklı buhar vanaları gibi daha zorlu ekipmanlarda bulunamayacak bir dizi vana tasarım unsuruna olanak tanır. Su servisinin ortam sıcaklığı, başka yerlerde kullanılmayan elastomer ve kauçuk contaların kullanımına olanak tanır. Bu yumuşak malzemeler, su vanalarının damlamaları sıkıca kapatacak şekilde donatılmasına olanak tanır.

Su servis vanalarında bir diğer husus da yapı malzemesi seçimidir. Dökme ve sünek demirler, özellikle büyük dış çaplı hatlar olmak üzere su sistemlerinde yaygın olarak kullanılır. Bronz vana malzemeleriyle çok küçük hatlar bile oldukça iyi işlenebilir.

Çoğu su tesisatı vanasının maruz kaldığı basınçlar genellikle 200 psi'nin oldukça altındadır. Bu, daha kalın duvarlı, daha yüksek basınçlı tasarımlara ihtiyaç duyulmadığı anlamına gelir. Bununla birlikte, su vanalarının yaklaşık 300 psi'ye kadar daha yüksek basınçlara dayanacak şekilde tasarlandığı durumlar da vardır. Bu uygulamalar genellikle basınç kaynağına yakın uzun su kemerlerinde yapılır. Bazen yüksek basınçlı su vanaları, yüksek bir barajın en yüksek basınç noktalarında da bulunur.

Amerikan Su Tesisatı Birliği (AWWA), su tesisatı uygulamalarında kullanılan pek çok farklı vana ve aktüatör türünü kapsayan spesifikasyonlar yayınladı.

ATIK SU
Bir tesise veya yapıya giren temiz içme suyunun diğer yüzü, atık su veya kanalizasyon çıkışıdır. Bu hatlar, tüm atık sıvı ve katıları toplayarak bir kanalizasyon arıtma tesisine yönlendirir. Bu arıtma tesisleri, "kirli işlerini" gerçekleştirmek için çok sayıda düşük basınçlı boru ve vanaya sahiptir. Atık su vanalarının gereklilikleri, çoğu durumda temiz su hizmeti gerekliliklerinden çok daha esnektir. Demir sürgülü vanalar ve çek valfler, bu tür hizmetler için en popüler seçeneklerdir. Bu hizmetteki standart vanalar, AWWA şartnamelerine uygun olarak üretilmiştir.

ENERJİ ENDÜSTRİSİ
Amerika Birleşik Devletleri'nde üretilen elektrik enerjisinin büyük kısmı, fosil yakıt ve yüksek hızlı türbinler kullanan buhar santrallerinde üretilmektedir. Modern bir enerji santralinin kapağını açtığınızda, yüksek basınçlı, yüksek sıcaklıklı boru sistemleriyle karşılaşırsınız. Bu ana hatlar, buharla çalışan güç üretim sürecinde en kritik olanlardır.

Sürgülü vanalar, enerji santrallerinin açma/kapama uygulamaları için hala ana tercih olsa da, özel amaçlı Y tipi küresel vanalar da bulunmaktadır. Yüksek performanslı, kritik servis küresel vanaları, bazı enerji santrali tasarımcıları arasında popülerlik kazanmakta ve bir zamanlar doğrusal vanaların hakim olduğu bu dünyada kendilerine yer edinmektedirler.

Metalurji, özellikle süperkritik veya ultra süperkritik basınç ve sıcaklık çalışma aralıklarında çalışan güç uygulamalarındaki vanalar için kritik öneme sahiptir. F91, F92, C12A ve çeşitli Inconel ve paslanmaz çelik alaşımları günümüz enerji santrallerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Basınç sınıfları 1500, 2500 ve bazı durumlarda 4500'dür. Pik güç santrallerinin (sadece ihtiyaç duyulduğunda çalışan) modülasyonlu yapısı, vanalar ve borular üzerinde büyük bir yük oluşturarak, aşırı çevrim, sıcaklık ve basınç kombinasyonunu idare edebilecek sağlam tasarımlar gerektirir.
Santraller ana buhar vanalarının yanı sıra çok sayıda sürgülü, küresel, çek valf, kelebek ve küresel vananın bulunduğu yardımcı boru hatlarıyla da donatılmıştır.

Nükleer santraller aynı buhar/yüksek hızlı türbin prensibiyle çalışır. Aralarındaki temel fark, nükleer santralde buharın fisyon sürecinden gelen ısıyla üretilmesidir. Nükleer santral vanaları, kökenleri ve mutlak güvenilirlik gereksinimi dışında, fosil yakıtlı kuzenlerine benzer. Nükleer vanalar, son derece yüksek standartlarda üretilir ve yeterlilik ve muayene belgeleri yüzlerce sayfayı doldurur.

PETROL VE GAZ ÜRETİMİ
Petrol ve gaz kuyuları ve üretim tesisleri, birçok ağır hizmet tipi vana da dahil olmak üzere, vanaların yoğun kullanıcılarıdır. Yüzlerce metre havaya fışkıran petrol fışkırmaları artık olası olmasa da, bu görüntü yeraltı petrol ve gazının potansiyel basıncını göstermektedir. Bu nedenle kuyu başları veya yılbaşı ağaçları, kuyunun uzun boru hattının tepesine yerleştirilir. Vana ve özel bağlantı elemanlarından oluşan bu düzenekler, 10.000 psi'nin üzerindeki basınçlara dayanacak şekilde tasarlanmıştır. Günümüzde karada açılan kuyularda nadiren görülse de, aşırı yüksek basınçlar genellikle derin açık deniz kuyularında görülür.

Kuyu başı ekipman tasarımı, 6A, Kuyu Başı Spesifikasyonu ve Noel Ağacı Ekipmanı gibi API spesifikasyonları kapsamındadır. 6A kapsamındaki vanalar, son derece yüksek basınçlar ancak makul sıcaklıklar için tasarlanmıştır. Çoğu Noel ağacı, sürgülü vanalar ve kısma vanası adı verilen özel küresel vanalar içerir. Kısma vanaları, kuyudan gelen akışı düzenlemek için kullanılır.

Kuyu başlarının yanı sıra, bir petrol veya gaz sahasında birçok yardımcı tesis bulunur. Petrol veya gazın ön arıtımını sağlayan proses ekipmanları bir dizi vana gerektirir. Bu vanalar genellikle düşük sınıflar için karbon çeliğinden üretilmiştir.

Ham petrol akışında zaman zaman oldukça aşındırıcı bir sıvı olan hidrojen sülfür bulunur. Ekşi gaz olarak da adlandırılan bu madde ölümcül olabilir. Ekşi gazın zorluklarının üstesinden gelmek için, NACE International MR0175 spesifikasyonuna uygun özel malzemeler veya malzeme işleme teknikleri kullanılmalıdır.

DENİZ DIŞI ENDÜSTRİSİ
Açık deniz petrol platformları ve üretim tesislerinin boru sistemleri, çok çeşitli akış kontrol zorluklarını karşılamak üzere birçok farklı özellikte üretilmiş çok sayıda vana içerir. Bu tesisler ayrıca çeşitli kontrol sistemi devreleri ve basınç tahliye cihazları da içerir.

Petrol üretim tesislerinde atardamar kalbi, petrol veya gaz geri kazanım boru sistemidir. Her zaman platformun üzerinde olmasa da, birçok üretim sistemi, 3.000 metre veya daha fazla derinlikte çalışan Noel ağaçları ve boru sistemleri kullanır. Bu üretim ekipmanı, birçok titiz Amerikan Petrol Enstitüsü (API) standardına uygun olarak üretilmiş ve çeşitli API Önerilen Uygulamalarında (RP) referans alınmıştır.

Çoğu büyük petrol platformunda, kuyu başından gelen ham akışkana ek işlemler uygulanır. Bunlar arasında hidrokarbonlardan suyun ve akışkan akışından gaz ve doğal gaz sıvılarının ayrılması yer alır. Bu Noel ağacı sonrası boru sistemleri genellikle Amerikan Makine Mühendisleri Derneği B31.3 borulama standartlarına uygun olarak inşa edilir ve vanalar API 594, API 600, API 602, API 608 ve API 609 gibi API vana spesifikasyonlarına uygun olarak tasarlanır.

Bu sistemlerin bazıları API 6D sürgülü, küresel ve çek valfler de içerebilir. Platform veya sondaj gemisindeki tüm boru hatları tesisin içinde olduğundan, boru hatları için API 6D valflerinin kullanılmasına ilişkin katı gereklilikler geçerli değildir. Bu boru sistemlerinde birden fazla valf tipi kullanılsa da, tercih edilen valf tipi küresel valftir.

BORU HATLARI
Çoğu boru hattı görünmez olsa da, varlıkları genellikle belirgindir. "Petrol boru hattı" yazan küçük tabelalar, yeraltı ulaşım borularının varlığının açık bir göstergesidir. Bu boru hatları, tüm uzunlukları boyunca birçok önemli vana ile donatılmıştır. Acil durum boru hattı kapatma vanaları, standartlar, yönetmelikler ve yasalar tarafından belirlenen aralıklarla bulunur. Bu vanalar, bir sızıntı durumunda veya bakım gerektiğinde boru hattının bir bölümünü izole etmek gibi hayati bir hizmet sunar.

Ayrıca, boru hattı güzergahı boyunca, hattın yerden çıktığı ve hatta erişimin mümkün olduğu tesisler de bulunmaktadır. Bu istasyonlar, hattı incelemek veya temizlemek için boru hatlarına yerleştirilen cihazlardan oluşan "pig" fırlatma ekipmanlarına ev sahipliği yapar. Bu pig fırlatma istasyonları genellikle sürgülü veya küresel tipte birkaç vana içerir. Bir boru hattı sistemindeki tüm vanalar, piglerin geçişine izin vermek için tam portlu (tam açıklıklı) olmalıdır.

Boru hatları, sürtünmeyle mücadele etmek ve hat basıncını ve akışını korumak için enerjiye de ihtiyaç duyar. Yüksek çatlama kuleleri olmayan, küçük bir proses tesisi gibi görünen kompresör veya pompa istasyonları kullanılır. Bu istasyonlarda düzinelerce sürgülü, küresel ve çek valfli boru hattı vanası bulunur.
Boru hatları çeşitli standart ve kodlara uygun olarak tasarlanırken, boru hattı vanaları API 6D Boru Hattı Vanaları'nı takip eder.
Evlere ve ticari yapılara su ve gaz sağlayan daha küçük boru hatları da mevcuttur. Bu hatlar, kapatma vanalarıyla korunmaktadır.
Özellikle Amerika Birleşik Devletleri'nin kuzey kesimindeki büyük belediyeler, ticari müşterilerinin ısıtma ihtiyaçları için buhar sağlamaktadır. Bu buhar besleme hatları, buhar beslemesini kontrol etmek ve düzenlemek için çeşitli vanalarla donatılmıştır. Akışkan buhar olmasına rağmen, basınç ve sıcaklıklar enerji santrallerinde buhar üretiminde bulunanlardan daha düşüktür. Bu hizmette çeşitli vana tipleri kullanılsa da, eski tip tapa vanası hala popüler bir tercihtir.

RAFİNERİ VE PETROKİMYA
Rafineri vanaları, diğer tüm vana segmentlerinden daha fazla endüstriyel vana kullanımında yer alır. Rafineriler hem aşındırıcı akışkanlara hem de bazı durumlarda yüksek sıcaklıklara ev sahipliği yapar.
Bu faktörler, vanaların API 600 (sürgülü vanalar), API 608 (küresel vanalar) ve API 594 (çek vanalar) gibi API vana tasarım spesifikasyonlarına uygun olarak nasıl üretileceğini belirler. Bu vanaların çoğunun zorlu kullanım koşulları nedeniyle, genellikle ekstra korozyon toleransı gerekir. Bu tolerans, API tasarım belgelerinde belirtilen daha büyük duvar kalınlıklarıyla kendini gösterir.

Tipik bir büyük rafineride neredeyse her ana vana tipi bol miktarda bulunur. Her yerde bulunan sürgülü vana, en büyük nüfusa sahip olmasına rağmen, çeyrek turlu vanalar pazar paylarının giderek daha büyük bir kısmını kaplıyor. Bir zamanlar doğrusal ürünlerin hakim olduğu bu sektörde başarılı bir şekilde ilerleyen çeyrek turlu vanalar arasında, yüksek performanslı üçlü ofset kelebek vanalar ve metal yataklı küresel vanalar yer alıyor.

Standart sürgülü, küresel ve çek valfler hala büyük miktarlarda bulunmaktadır ve tasarımlarının sağlamlığı ve üretimlerinin ekonomik olması nedeniyle yakın zamanda ortadan kalkmayacaktır.
Rafineri vanaları için basınç değerleri Sınıf 150'den Sınıf 1500'e kadar değişmektedir ve en popüler olanı Sınıf 300'dür.
WCB (döküm) ve A-105 (dövme) gibi düz karbon çelikleri, rafineri hizmetlerinde vanalarda kullanılan ve belirlenen en popüler malzemelerdir. Birçok rafineri prosesi uygulaması, düz karbon çeliklerinin üst sıcaklık sınırlarını zorlar ve bu uygulamalar için daha yüksek sıcaklık alaşımları belirlenir. Bunların en popülerleri, %1-1/4 Cr, %2-1/4 Cr, %5 Cr ve %9 Cr gibi krom/molibden çelikleridir. Paslanmaz çelikler ve yüksek nikel alaşımları da bazı özellikle zorlu rafineri proseslerinde kullanılır.

KİMYASAL
Kimya endüstrisi, her tür ve malzemeden vanaların büyük bir kullanıcısıdır. Küçük parti tesislerinden Körfez Kıyısı'ndaki devasa petrokimya komplekslerine kadar vanalar, kimyasal proses boru sistemlerinin önemli bir parçasıdır.

Kimyasal proseslerdeki çoğu uygulama, birçok rafineri prosesi ve enerji üretim prosesinden daha düşük basınçtadır. Kimyasal tesis vanaları ve boruları için en popüler basınç sınıfları 150 ve 300'dür. Kimyasal tesisler, küresel vanaların son 40 yılda doğrusal vanalardan kaptığı pazar payının en büyük itici gücü olmuştur. Sıfır sızıntılı kapatma özelliğine sahip esnek yataklı küresel vana, birçok kimyasal tesis uygulaması için mükemmel bir uyum sağlar. Küresel vananın kompakt boyutu da popüler bir özelliktir.
Lineer vanaların tercih edildiği bazı kimya tesisleri ve prosesleri hâlâ mevcuttur. Bu durumlarda, daha ince cidarlı ve daha hafif API 603 tasarımlı popüler vanalar genellikle tercih edilen sürgülü veya küresel vanalardır. Bazı kimyasalların kontrolü de diyaframlı veya esnek vanalarla etkili bir şekilde sağlanır.
Birçok kimyasalın ve kimyasal üretim süreçlerinin aşındırıcı yapısı nedeniyle malzeme seçimi kritik öneme sahiptir. Mevcut malzeme, 316/316L kalite ostenitik paslanmaz çeliktir. Bu malzeme, bazen kötü kokan birçok sıvının neden olduğu korozyonla mücadelede oldukça etkilidir.

Bazı zorlu aşındırıcı uygulamalar için daha fazla koruma gerekir. Bu durumlarda genellikle 317, 347 ve 321 gibi diğer yüksek performanslı östenitik paslanmaz çelik sınıfları tercih edilir. Kimyasal sıvıları kontrol etmek için zaman zaman kullanılan diğer alaşımlar arasında Monel, Alloy 20, Inconel ve 17-4 PH bulunur.

LNG VE GAZ AYIRMA
Hem sıvılaştırılmış doğal gaz (LNG) hem de gaz ayırma işlemleri kapsamlı boru hatlarına dayanır. Bu uygulamalar, çok düşük kriyojenik sıcaklıklarda çalışabilen vanalar gerektirir. Amerika Birleşik Devletleri'nde hızla büyüyen LNG sektörü, gaz sıvılaştırma sürecini sürekli olarak iyileştirme ve geliştirme arayışındadır. Bu amaçla, boru hatları ve vanalar çok daha büyük hale gelmiş ve basınç gereksinimleri artmıştır.

Bu durum, vana üreticilerinin daha zorlu koşulları karşılayacak tasarımlar geliştirmesini gerektirmiştir. Çeyrek turlu küresel ve kelebek vanalar, LNG uygulamalarında popülerdir ve en yaygın malzeme 316ss [paslanmaz çelik]'tir. ANSI Sınıfı 600, çoğu LNG uygulaması için standart basınç tavanıdır. Çeyrek turlu ürünler en popüler vana türleri olsa da, tesislerde sürgülü, küresel ve çek valfler de bulunabilir.

Gaz ayırma hizmeti, gazın temel bileşenlerine ayrılmasını içerir. Örneğin, hava ayırma yöntemleri azot, oksijen, helyum ve diğer eser gazların elde edilmesini sağlar. İşlemin çok düşük sıcaklıklı olması, çok sayıda kriyojenik vananın gerekli olduğu anlamına gelir.

Hem LNG hem de gaz ayırma tesislerinde, bu kriyojenik koşullarda çalışır durumda kalması gereken düşük sıcaklık vanaları bulunur. Bu, vana sızdırmazlık sisteminin bir gaz veya yoğuşturma kolonu kullanılarak düşük sıcaklıktaki akışkandan uzaklaştırılması gerektiği anlamına gelir. Bu gaz kolonu, akışkanın sızdırmazlık alanı etrafında buz topu oluşturmasını ve bu da vana gövdesinin dönmesini veya yükselmesini engeller.

TİCARİ BİNALAR
Etrafımız ticari binalarla çevrilidir, ancak inşa edildikleri sırada dikkatli bir şekilde bakmadığımız sürece, duvarlarının arasında gizlenmiş çok sayıda sıvı atardamarının varlığından habersiziz.

Hemen hemen her binanın ortak paydası sudur. Tüm bu yapılar, içme suyu, atık su, sıcak su, gri su ve yangın koruması gibi çeşitli hidrojen/oksijen bileşiği kombinasyonlarını taşıyan çeşitli boru sistemleri içerir.

Binaların hayatta kalması açısından yangın sistemleri en kritik öneme sahiptir. Binalardaki yangın koruma sistemleri neredeyse her zaman temiz suyla beslenir ve doldurulur. Yangın suyu sistemlerinin etkili olabilmesi için güvenilir, yeterli basınca sahip ve yapının her yerine kolayca ulaşılabilecek şekilde konumlandırılmış olmaları gerekir. Bu sistemler, yangın durumunda otomatik olarak devreye girecek şekilde tasarlanmıştır.
Yüksek katlı binalar, alt katlardakiyle aynı su basıncına sahip üst katlarda da su temini gerektirdiğinden, suyu yukarı taşımak için yüksek basınç pompaları ve boruları kullanılmalıdır. Boru sistemleri, bina yüksekliğine bağlı olarak genellikle 300 veya 600 sınıfıdır. Bu uygulamalarda her türlü vana kullanılır; ancak vana tasarımlarının yangın ana hattı için Underwriters Laboratories veya Factory Mutual tarafından onaylanması gerekir.

Yangın vanalarında kullanılan aynı sınıf ve tipteki vanalar içme suyu dağıtımında da kullanılır, ancak onay süreci o kadar sıkı değildir.
Ofis binaları, oteller ve hastaneler gibi büyük ticari yapılarda bulunan ticari klima sistemleri genellikle merkezidir. Soğuk veya yüksek sıcaklığı transfer etmek için kullanılan sıvıyı soğutmak veya ısıtmak için büyük bir soğutma ünitesi veya kazana sahiptirler. Bu sistemler genellikle bir hidroflorokarbon olan R-134a gibi soğutucu akışkanları veya büyük ısıtma sistemlerinde buharı kullanmak zorundadır. Kelebek ve küresel vanaların kompakt boyutları nedeniyle, bu tip vanalar HVAC soğutma sistemlerinde popüler hale gelmiştir.

Buhar tarafında, bazı çeyrek turlu vanalar yaygınlaşsa da, birçok tesisat mühendisi, özellikle boruların uçlarının kaynaklanması gerekiyorsa, doğrusal sürgülü ve küresel vanalara güvenmeye devam ediyor. Bu orta seviye buhar uygulamalarında, çeliğin kaynaklanabilirliği nedeniyle dökme demirin yerini çelik almıştır.

Bazı ısıtma sistemleri, transfer akışkanı olarak buhar yerine sıcak su kullanır. Bu sistemlere bronz veya demir vanalar rahatlıkla hizmet verir. Çeyrek turlu esnek yataklı küresel ve kelebek vanalar oldukça popülerdir, ancak bazı doğrusal tasarımlar hala kullanılmaktadır.

ÇÖZÜM
Bu makalede bahsedilen valf uygulamalarına dair kanıtlar Starbucks'a veya büyükannenizin evine giderken görünmese de, bazı çok önemli valfler her zaman yakındadır. Hatta arabanın motorunda, yakıtın motora akışını kontrol eden karbüratördeki valfler ve benzinin pistonlara girip tekrar dışarı akışını kontrol eden valfler gibi yerlere ulaşmak için kullanılan valfler bile vardır. Ve eğer bu valfler günlük hayatımıza yeterince yakın değilse, kalbimizin dört hayati akış kontrol cihazı aracılığıyla düzenli olarak attığını düşünün.

Bu, vanaların gerçekten her yerde olduğu gerçeğinin bir başka örneğidir. VM
Bu makalenin II. Bölümü, vanaların kullanıldığı diğer endüstrileri ele almaktadır. Kağıt hamuru ve kağıt, denizcilik uygulamaları, barajlar ve hidroelektrik enerjisi, güneş enerjisi, demir-çelik, havacılık ve uzay, jeotermal ve butik bira üretimi ve damıtma hakkında bilgi edinmek için www.valvemagazine.com adresini ziyaret edin.

GREG JOHNSON, Houston'daki United Valve'ın (www.unitedvalve.com) başkanıdır. VALVE Dergisi'ne katkıda bulunan editör, Vana Tamir Konseyi'nin eski başkanı ve şu anda VRC yönetim kurulu üyesidir. Ayrıca VMA Eğitim ve Öğretim Komitesi'nde görev yapmakta, VMA İletişim Komitesi'nin başkan yardımcısı ve Üreticiler Standardizasyon Derneği'nin eski başkanıdır.