Vanaların Kullanıldığı Yerler: Her Yer!

08 Kasım 2017 Greg Johnson tarafından yazıldı

Vanalar günümüzde hemen hemen her yerde bulunabilir: evlerimizde, sokakların altında, ticari binalarda ve enerji ve su santrallerinde, kağıt fabrikalarında, rafinerilerde, kimya tesislerinde ve diğer endüstriyel ve altyapı tesislerinde binlerce noktada.
Vana sektörü gerçekten çok geniş kapsamlı olup, su dağıtımından nükleer enerjiye, petrol ve doğalgaz arama ve üretim sektörlerine kadar çeşitli alanları kapsamaktadır. Bu son kullanıcı sektörlerinin her biri bazı temel vana türlerini kullanmaktadır; ancak yapım detayları ve kullanılan malzemeler genellikle çok farklıdır. İşte bunlardan bazı örnekler:

SU İŞLERİ
Su dağıtım dünyasında, basınçlar neredeyse her zaman nispeten düşük ve sıcaklıklar ortam sıcaklığındadır. Bu iki uygulama gerçeği, yüksek sıcaklık buhar vanaları gibi daha zorlu ekipmanlarda bulunmayacak bir dizi vana tasarım unsuruna olanak tanır. Su servisinin ortam sıcaklığı, başka yerlerde uygun olmayan elastomerlerin ve kauçuk contaların kullanımına izin verir. Bu yumuşak malzemeler, su vanalarının damlamaları sıkıca kapatacak şekilde donatılmasını sağlar.

Su tesisatı vanalarında dikkate alınması gereken bir diğer husus da yapım malzemesi seçimidir. Dökme ve sfero döküm, özellikle geniş dış çaplı hatlarda su sistemlerinde yaygın olarak kullanılır. Çok küçük hatlar ise bronz vana malzemeleriyle oldukça iyi bir şekilde idare edilebilir.

Su şebekelerinde kullanılan vanaların çoğunun 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 basınçları kaldıracak şekilde üretildiği durumlar da vardır. Bu uygulamalar genellikle basınç kaynağına yakın uzun su kemerlerinde bulunur. Bazen daha yüksek basınçlı su vanaları, yüksek bir barajın en yüksek basınç noktalarında da bulunur.

Amerikan Su İşleri Birliği (AWWA), su şebekesi uygulamalarında kullanılan birçok farklı vana ve aktüatör türünü kapsayan teknik özellikler yayınlamıştır.

ATIK SU
Bir tesise veya yapıya giren temiz içme suyunun diğer yüzü ise atık su veya kanalizasyon çıkışıdır. Bu hatlar tüm atık sıvıları ve katı maddeleri toplar ve bir kanalizasyon arıtma tesisine yönlendirir. Bu arıtma tesislerinde, "kirli işlerini" yapmak için çok sayıda düşük basınçlı boru ve vana bulunur. Atık su vanaları için gereksinimler, birçok durumda temiz su hizmeti için gerekenlerden çok daha esnektir. Demir sürgülü ve çek valfler, bu tür hizmetler için en popüler seçeneklerdir. Bu hizmette kullanılan standart vanalar, AWWA spesifikasyonlarına uygun olarak üretilir.

ENERJİ SEKTÖRÜ
Amerika Birleşik Devletleri'nde üretilen elektriğin büyük çoğunluğu, fosil yakıt ve yüksek hızlı türbinler kullanan buhar santrallerinde üretilmektedir. Modern bir enerji santralinin dış cephesini incelediğinizde, yüksek basınçlı ve yüksek sıcaklıklı boru sistemlerini görürsünüz. Bu ana hatlar, buhar enerjisi üretim sürecinde en kritik olanlardır.

Sürgülü vanalar, enerji santrallerinin açma/kapama uygulamalarında ana tercih olmaya devam ederken, 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 yer edinmektedir.

Metalurji, özellikle süperkritik veya ultra-süperkritik basınç ve sıcaklık çalışma aralıklarında çalışan enerji uygulamalarındaki vanalar için kritik öneme sahiptir. F91, F92, C12A'nın yanı sıra çeşitli Inconel ve paslanmaz çelik alaşımları günümüz enerji santrallerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Basınç sınıfları arasında 1500, 2500 ve bazı durumlarda 4500 yer almaktadır. Tepe yük santrallerinin (sadece ihtiyaç duyulduğunda çalışan santraller) modülasyonlu yapısı, vanalar ve boru hatları üzerinde de büyük bir yük oluşturarak, aşırı döngü, sıcaklık ve basınç kombinasyonunu kaldırabilecek sağlam tasarımlar gerektirmektedir.
Ana buhar vanalarına ek olarak, enerji santrallerinde çok sayıda sürgülü, küresel, çek valf, kelebek ve bilyalı vana ile donatılmış yardımcı boru hatları da bulunur.

Nükleer santraller aynı buhar/yüksek hızlı türbin prensibiyle çalışır. Temel fark, nükleer santralde buharın fisyon işleminden kaynaklanan ısı ile üretilmesidir. Nükleer santral vanaları, fosil yakıtlı santrallerdeki vanalara benzer, ancak kökenleri ve mutlak güvenilirlik gerekliliği bakımından farklılık gösterirler. Nükleer vanalar son derece yüksek standartlarda üretilir ve yeterlilik ve denetim belgeleri yüzlerce sayfayı doldurur.

PETROL VE DOĞAL GAZ ÜRETİMİ
Petrol ve doğalgaz kuyuları ve üretim tesisleri, birçok ağır hizmet tipi vana da dahil olmak üzere, vanaları yoğun olarak kullanır. Yüzlerce metre havaya fışkıran petrol akıntıları artık pek olası olmasa da, bu görüntü yer altındaki petrol ve doğalgazın potansiyel basıncını göstermektedir. Bu nedenle, kuyunun uzun boru hattının tepesine kuyu başlıkları veya "Noel ağaçları" yerleştirilir. Vanalar ve özel bağlantı parçalarının birleşiminden oluşan bu düzenekler, 10.000 psi'nin üzerindeki basınçları kaldıracak şekilde tasarlanmıştır. Günümüzde karada kazılan kuyularda nadiren bulunsa da, bu aşırı yüksek basınçlar genellikle açık denizdeki derin kuyularda görülür.

Kuyu başı ekipman tasarımı, Kuyu Başı ve Kuyu Başı Ekipmanları Spesifikasyonu 6A gibi API spesifikasyonlarında ele alınmaktadır. 6A'da belirtilen vanalar, son derece yüksek basınçlar ancak düşük sıcaklıklar için tasarlanmıştır. Çoğu kuyu başı ekipmanı, sürgülü vanalar ve kısma vanaları adı verilen özel küresel vanalar içerir. Kısma vanaları, kuyudan gelen akışı düzenlemek için kullanılır.

Petrol veya doğalgaz sahalarında, kuyu başlarına ek olarak birçok yardımcı tesis de bulunur. Petrol veya doğalgazı ön işlemden geçirmek için kullanılan proses ekipmanları çeşitli vanalara ihtiyaç duyar. Bu vanalar genellikle daha düşük sınıflar için derecelendirilmiş karbon çelikten üretilmiştir.

Bazen ham petrol akışında 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.

AÇIK DENİZ SANAYİSİ
Açık deniz petrol platformları ve üretim tesislerinin boru sistemleri, çok çeşitli akış kontrolü zorluklarının üstesinden gelmek için birçok farklı spesifikasyona göre üretilmiş çok sayıda vana içerir. Bu tesisler ayrıca çeşitli kontrol sistemi devreleri ve basınç tahliye cihazları da barındırır.

Petrol üretim tesisleri için, asıl can damarı petrol veya gaz çıkarma boru sistemidir. Her zaman platformun kendisinde olmasa da, birçok üretim sistemi 10.000 fit veya daha fazla derinliklerde çalışan boru hatları ve boru sistemleri kullanır. Bu üretim ekipmanı, Amerikan Petrol Enstitüsü'nün (API) birçok titiz standardına göre üretilir ve çeşitli API Tavsiye Edilen Uygulamalarında (RP) referans alınır.

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

Bu sistemlerin bazılarında API 6D sürgülü, küresel ve çek valfler de bulunabilir. Platform veya sondaj gemisindeki boru hatları tesisin içinde yer aldığından, 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 görünürde olmasa da, varlıkları genellikle bellidir. "Petrol boru hattı" yazan küçük işaretler, yer altı taşıma borularının varlığının açık bir göstergesidir. Bu boru hatları, uzunlukları boyunca birçok önemli vana ile donatılmıştır. Acil durum boru hattı kapatma vanaları, standartlar, yönetmelikler ve yasalarca belirtilen aralıklarla bulunur. Bu vanalar, bir sızıntı durumunda veya bakım gerektiğinde boru hattının bir bölümünü izole etme gibi hayati bir görevi yerine getirir.

Boru hattı güzergahı boyunca, hattın yerden çıktığı ve hatta erişimin mümkün olduğu tesisler de bulunur. Bu istasyonlar, boru hattını incelemek veya temizlemek için boru hatlarına yerleştirilen cihazlardan oluşan "pig" fırlatma ekipmanının bulunduğu yerlerdir. Bu pig fırlatma istasyonları genellikle sürgülü veya küresel tipte birkaç vana içerir. Boru hattı sistemindeki tüm vanaların, piglerin geçişine izin vermek için tam açılır (tam geçişli) olması gerekir.

Boru hatları ayrıca boru hattındaki sürtünmeyi azaltmak ve hattın basıncını ve akışını korumak için enerjiye ihtiyaç duyar. Yüksek kırma kuleleri olmayan, küçük bir proses tesisine benzeyen kompresör veya pompa istasyonları kullanılır. Bu istasyonlarda düzinelerce sürgülü, küresel ve çek valf boru hattı vanası bulunur.
Boru hatlarının kendileri çeşitli standart ve yönetmeliklere uygun olarak tasarlanırken, boru hattı vanaları API 6D Boru Hattı Vanaları standardına uymaktadır.
Ayrıca evlere ve ticari yapılara su ve gaz sağlayan daha küçük boru hatları da bulunmaktadır. Bu hatlar kapatma vanalarıyla korunmaktadır.
Özellikle Amerika Birleşik Devletleri'nin kuzey kesimindeki büyük belediyeler, ticari müşterilerinin ısıtma ihtiyaçları için buhar sağlamaktadır. Bu buhar tedarik hatları, buhar tedarikini kontrol etmek ve düzenlemek için çeşitli vanalarla donatılmıştır. Akışkan buhar olmasına rağmen, basınç ve sıcaklıklar enerji santrallerindeki buhar üretiminde bulunanlardan daha düşüktür. Bu hizmette çeşitli vana tipleri kullanılmaktadır, ancak eski tip tapa vanası hala popüler bir tercihtir.

RAFİNERİ VE PETROKİMYA
Rafineri vanaları, diğer tüm vana segmentlerinden daha fazla endüstriyel vana kullanım alanına sahiptir. Rafinerilerde hem aşındırıcı sıvılar hem de bazı durumlarda yüksek sıcaklıklar bulunur.
Bu faktörler, API 600 (sürgülü vanalar), API 608 (küresel vanalar) ve API 594 (çek valfler) gibi API vana tasarım spesifikasyonlarına uygun olarak vanaların nasıl üretileceğini belirler. Bu vanaların birçoğunun karşılaştığı zorlu çalışma koşulları nedeniyle, genellikle ekstra korozyon payına ihtiyaç duyulur. Bu pay, API tasarım belgelerinde belirtilen daha büyük duvar kalınlıkları ile kendini gösterir.

Tipik bir büyük rafineride hemen hemen her ana vana türü bol miktarda bulunur. Her yerde bulunan sürgülü vana, en büyük popülasyona sahip olmasıyla hala en yaygın olanıdır, ancak çeyrek dönüşlü vanalar pazar paylarının giderek daha büyük bir bölümünü ele geçiriyor. Bu sektörde (bir zamanlar doğrusal ürünlerin hakimiyetinde olan) başarılı bir şekilde yer edinen çeyrek dönüşlü ürünler arasında yüksek performanslı üçlü ofset kelebek vanalar ve metal contalı küresel vanalar yer almaktadır.

Standart sürgülü, küresel ve çek valfler hala yaygın olarak kullanılmaktadır ve sağlam tasarımları ve ekonomik üretimleri nedeniyle yakın zamanda ortadan kaybolmayacaklardır.
Rafineri vanaları için basınç değerleri 150 sınıfından 1500 sınıfına kadar değişmekle birlikte, 300 sınıfı en yaygın olanıdır.
Rafineri hizmetinde kullanılan vanalarda en çok tercih edilen ve kullanılan malzemeler arasında WCB (döküm) ve A-105 (dövme) gibi düz karbon çelikleri yer almaktadır. Birçok rafineri prosesi uygulaması, düz karbon çeliklerinin üst sıcaklık sınırlarını zorlar ve bu uygulamalar için daha yüksek sıcaklık alaşımları tercih edilir. Bunların en popülerleri, %1-1/4 Cr, %2-1/4 Cr, %5 Cr ve %9 Cr gibi krom/molibden çelikleridir. Bazı özellikle zorlu rafineri proseslerinde paslanmaz çelikler ve yüksek nikel alaşımları da kullanılmaktadır.

KİMYASAL
Kimya endüstrisi, her tür ve malzemeden vanaların büyük bir kullanıcısıdır. Küçük ölçekli tesislerden Körfez Kıyısı'ndaki devasa petrokimya komplekslerine kadar vanalar, kimyasal proses boru sistemlerinin çok önemli bir parçasını oluşturmaktadır.

Kimyasal proseslerdeki çoğu uygulama, birçok rafineri prosesi ve enerji üretimine göre daha düşük basınçta çalışır. Kimyasal tesis vanaları ve boruları için en popüler basınç sınıfları 150 ve 300 sınıflarıdır. Kimyasal tesisler ayrıca, son 40 yılda küresel vanaların doğrusal vanalardan pazar payı almasında en büyük itici güç olmuştur. Sıfır sızıntılı kapatma özelliğine sahip esnek contalı küresel vana, birçok kimyasal tesis uygulaması için mükemmel bir çözümdür. Küresel vananın kompakt boyutu da popüler bir özelliktir.
Hala doğrusal vanaların tercih edildiği bazı kimya tesisleri ve prosesleri bulunmaktadır. Bu durumlarda, daha ince duvarlı ve daha hafif olan popüler API 603 tasarımlı vanalar genellikle tercih edilen sürgülü veya küresel vanalardır. Bazı kimyasalların kontrolü diyaframlı veya kıskaçlı vanalarla da etkili bir şekilde sağlanmaktadır.
Birçok kimyasal maddenin ve kimyasal üretim sürecinin aşındırıcı yapısı nedeniyle, malzeme seçimi kritik öneme sahiptir. Fiili malzeme, östenitik paslanmaz çeliğin 316/316L kalitesidir. Bu malzeme, bazen oldukça tehlikeli olan birçok sıvının neden olduğu korozyona karşı iyi bir performans gösterir.

Bazı daha zorlu aşındırıcı uygulamalar için daha fazla koruma gereklidir. Bu durumlarda genellikle 317, 347 ve 321 gibi diğer yüksek performanslı östenitik paslanmaz çelik kaliteleri tercih edilir. Kimyasal sıvıların kontrolünde zaman zaman kullanılan diğer alaşımlar arasında Monel, Alaşım 20, Inconel ve 17-4 PH bulunur.

LNG VE GAZ AYIRMA
Hem sıvılaştırılmış doğal gaz (LNG) hem de gaz ayrıştırma işlemleri için gerekli olan süreçler, kapsamlı boru hatlarına dayanmaktadır. Bu uygulamalar, çok düşük kriyojenik sıcaklıklarda çalışabilen vanalar gerektirir. Amerika Birleşik Devletleri'nde hızla büyüyen LNG endüstrisi, gaz sıvılaştırma sürecini sürekli olarak iyileştirmeye ve geliştirmeye çalışmaktadır. Bu amaçla, boru hatları ve vanalar çok daha büyük hale gelmiş ve basınç gereksinimleri artmıştır.

Bu durum, vana üreticilerinin daha zorlu parametrelere uygun tasarımlar geliştirmesini gerektirmiştir. LNG uygulamalarında çeyrek dönüşlü küresel ve kelebek vanalar popülerdir ve en yaygın malzeme 316ss [paslanmaz çelik]'tir. ANSI Sınıf 600, çoğu LNG uygulaması için olağan basınç tavanıdır. Çeyrek dönüşlü ürünler en popüler vana tipleri olsa da, tesislerde sürgülü, küresel ve çek valfler de bulunabilir.

Gaz ayrıştırma hizmeti, gazı temel elementlerine ayırmayı içerir. Örneğin, hava ayrıştırma yöntemleri azot, oksijen, helyum ve diğer eser miktardaki gazları elde etmeyi sağlar. İşlemin çok düşük sıcaklıkta gerçekleşmesi, birçok 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, vananın salmastra sisteminin, bir gaz veya yoğunlaştırma kolonu kullanılarak düşük sıcaklıktaki akışkandan uzaklaştırılması gerektiği anlamına gelir. Bu gaz kolonu, akışkanın salmastra alanı etrafında buz topu oluşturmasını önler; bu da vana milinin dönmesini veya yükselmesini engeller.

TİCARİ BİNALAR
Ticari binalar bizi çevreliyor ancak inşa edildikleri sırada yakından incelemezsek, tuğla, cam ve metalden oluşan duvarlarının içinde gizlenmiş sayısız sıvı damarından haberdar olamayız.

Hemen hemen her binanın ortak noktası sudur. Bu yapıların tamamı, içme suyu, atık su, sıcak su, gri su ve yangın söndürme suyu gibi hidrojen/oksijen bileşiğinin birçok kombinasyonunu taşıyan çeşitli boru sistemleri içerir.

Bina güvenliği açısından yangın sistemleri son derece kritiktir. Binalardaki yangın söndürme sistemleri neredeyse evrensel olarak temiz su ile beslenir ve doldurulur. Yangın söndürme sistemlerinin etkili olabilmesi için güvenilir olmaları, yeterli basınca sahip olmaları ve yapının her yerine uygun yerlerde bulunmaları gerekir. Bu sistemler, yangın durumunda otomatik olarak devreye girecek şekilde tasarlanmıştır.
Yüksek binalarda, üst katlarda da alt katlarla aynı su basıncına ihtiyaç duyulur; bu nedenle suyu yukarı taşımak için yüksek basınçlı pompalar ve borular kullanılmalıdır. Boru sistemleri, bina yüksekliğine bağlı olarak genellikle 300 veya 600 sınıfındadır. Bu uygulamalarda her türlü vana kullanılır; ancak vana tasarımlarının yangın şebekesi hizmeti için Underwriters Laboratories veya Factory Mutual tarafından onaylanmış olması gerekir.

İtfaiye vanalarında kullanılan aynı sınıf ve tipteki vanalar, içme suyu dağıtımında da kullanılmaktadır, ancak onay süreci o kadar katı değildir.
Ofis binaları, oteller ve hastaneler gibi büyük iş yapılarında 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 R-134a gibi bir hidroflorokarbon soğutucu akışkanları veya büyük ısıtma sistemlerinde buharı işlemek zorundadır. Kelebek ve küresel vanaların kompakt boyutları nedeniyle, bu tip vanalar HVAC soğutma sistemlerinde popüler hale gelmiştir.

Buhar tarafında, bazı çeyrek dönüşlü vanalar kullanımda yaygınlaşmış olsa da, özellikle boruların alın kaynaklı uçlar gerektirmesi durumunda, birçok tesisat mühendisi hala doğrusal sürgülü ve küresel vanalara güvenmektedir. Bu orta dereceli buhar uygulamalarında, çeliğin kaynaklanabilirliği nedeniyle dökme demirin yerini çelik almıştır.

Bazı ısıtma sistemlerinde transfer sıvısı olarak buhar yerine sıcak su kullanılır. Bu sistemler için bronz veya demir vanalar idealdir. Çeyrek dönüşlü, esnek contalı küresel ve kelebek vanalar çok popülerdir, ancak bazı doğrusal tasarımlar da hala kullanılmaktadır.

ÇÖZÜM
Bu makalede bahsedilen valf uygulamalarının kanıtları Starbucks'a veya büyükannenizin evine yaptığınız bir yolculuk sırasında görülemeyebilir, ancak bazı çok önemli valfler her zaman yakınımızdadır. Hatta araba motorunda bile bu yerlere ulaşmak için kullanılan valfler vardır; örneğin, yakıtın motora akışını kontrol eden karbüratördeki valfler ve benzinin pistonlara girip çıkmasını kontrol eden motordaki valfler. Ve eğer bu valfler günlük hayatımıza yeterince yakın değilse, kalbimizin düzenli olarak dört hayati akış kontrol cihazı aracılığıyla attığı gerçeğini düşünün.

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

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