Ambapo Valves Zinatumika: Kila mahali!

08 Nov 2017 Imeandikwa na Greg Johnson

Vali zinaweza kupatikana karibu popote leo: katika nyumba zetu, chini ya barabara, katika majengo ya biashara na katika maelfu ya maeneo ndani ya mitambo ya nguvu na maji, viwanda vya karatasi, kusafisha, mitambo ya kemikali na vifaa vingine vya viwanda na miundombinu.
Sekta ya vali kweli ina mabega mapana, na sehemu zinazotofautiana kutoka kwa usambazaji wa maji hadi nishati ya nyuklia hadi mafuta na gesi ya juu na ya chini. Kila moja ya tasnia hizi za watumiaji wa mwisho hutumia aina fulani za msingi za vali; hata hivyo, maelezo ya ujenzi na vifaa mara nyingi ni tofauti sana. Hapa kuna sampuli:

MAJI KAZI
Katika ulimwengu wa usambazaji wa maji, shinikizo ni karibu kila wakati chini na hali ya joto iko. Mambo hayo mawili ya utendakazi huruhusu idadi ya vipengele vya muundo wa valvu ambavyo havingepatikana kwenye vifaa vyenye changamoto zaidi kama vile vali za mvuke za halijoto ya juu. Joto la mazingira la huduma ya maji huruhusu matumizi ya elastomers na mihuri ya mpira isiyofaa mahali pengine. Nyenzo hizi laini huruhusu vali za maji kuwa na vifaa vya kuziba kwa nguvu matone.

Jambo lingine la kuzingatia katika valves za huduma ya maji ni uchaguzi katika vifaa vya ujenzi. Aini za kutupwa na ductile hutumiwa sana katika mifumo ya maji, haswa mistari mikubwa ya kipenyo cha nje. Mistari ndogo sana inaweza kushughulikiwa vizuri na vifaa vya valve ya shaba.

Shinikizo ambazo valves nyingi za kazi za maji huona kawaida huwa chini ya psi 200. Hii ina maana kwamba miundo yenye ukuta mnene wa shinikizo la juu haihitajiki. Hiyo imesemwa, kuna matukio ambapo valves za maji hujengwa ili kushughulikia shinikizo la juu, hadi karibu 300 psi. Programu hizi kwa kawaida huwa kwenye mifereji mirefu ya maji karibu na chanzo cha shinikizo. Wakati mwingine vali za maji zenye shinikizo la juu pia hupatikana kwenye sehemu zenye shinikizo la juu katika bwawa refu.

Jumuiya ya Kazi za Maji ya Marekani (AWWA) imetoa maelezo yanayohusu aina nyingi tofauti za vali na viamilisho vinavyotumika katika utumizi wa mitambo ya maji.

MAJI TAKA
Upande wa pili wa maji safi ya kunywa kwenda kwenye kituo au muundo ni maji machafu au pato la maji taka. Mistari hii hukusanya maji yote ya taka na yabisi na kuelekeza kwenye mtambo wa kusafisha maji taka. Mitambo hii ya matibabu ina bomba nyingi za shinikizo la chini na vali kutekeleza "kazi chafu." Mahitaji ya vali za maji machafu katika hali nyingi ni laini zaidi kuliko mahitaji ya huduma ya maji safi. Lango la chuma na valves za kuangalia ni chaguo maarufu zaidi kwa aina hii ya huduma. Vali za kawaida katika huduma hii zimejengwa kwa mujibu wa vipimo vya AWWA.

KIWANDA CHA NGUVU
Nguvu nyingi za umeme zinazozalishwa nchini Marekani huzalishwa katika mitambo ya mvuke kwa kutumia mafuta ya kisukuku na turbine za mwendo kasi. Kuondoa kifuniko cha mtambo wa kisasa wa umeme kunaweza kutoa mwonekano wa mifumo ya mabomba yenye shinikizo la juu na yenye joto la juu. Laini hizi kuu ndizo muhimu zaidi katika mchakato wa uzalishaji wa nishati ya mvuke.

Vali za lango hubakia kuwa chaguo kuu kwa utumizi wa mitambo ya kuwasha/kuzima, ingawa kusudi maalum, vali za globu za muundo wa Y pia zinapatikana. Vali za mpira zenye uchezaji wa hali ya juu na zinazotoa huduma muhimu zinapata umaarufu miongoni mwa baadhi ya wabunifu wa mitambo ya kuzalisha umeme na zinaingia katika ulimwengu huu ambao zamani ulikuwa unatawaliwa na vali za mstari.

Metallurgy ni muhimu kwa vali katika utumizi wa nishati, hasa zile zinazofanya kazi katika viwango vya juu vya uendeshaji vya shinikizo na halijoto. F91, F92, C12A, pamoja na aloi kadhaa za Inconel na chuma-cha pua hutumiwa kwa kawaida katika mitambo ya kisasa ya nguvu. Madarasa ya shinikizo ni pamoja na 1500, 2500 na katika hali zingine 4500. Asili ya urekebishaji ya mitambo ya kilele cha nguvu (zile zinazofanya kazi tu inavyohitajika) pia huweka shida kubwa kwenye vali na bomba, inayohitaji miundo thabiti kushughulikia mchanganyiko uliokithiri wa baiskeli, halijoto na shinikizo.
Mbali na valves kuu ya mvuke, mimea ya nguvu hupakiwa na mabomba ya ziada, yaliyo na maelfu ya lango, dunia, hundi, vipepeo na valves za mpira.

Mitambo ya nyuklia hufanya kazi kwa kanuni sawa ya mvuke/turbine ya kasi ya juu. Tofauti ya msingi ni kwamba katika mmea wa nyuklia, mvuke huundwa na joto kutoka kwa mchakato wa fission. Vali za kupanda nguvu za nyuklia ni sawa na binamu zao waliochochewa na visukuku, isipokuwa ukoo wao na mahitaji ya ziada ya kutegemewa kabisa. Vali za nyuklia zimetengenezwa kwa viwango vya juu sana, huku hati zinazostahiki na ukaguzi zikijaza mamia ya kurasa.

UZALISHAJI WA MAFUTA NA GESI
Visima vya mafuta na gesi na vifaa vya uzalishaji ni watumiaji wakubwa wa valves, ikiwa ni pamoja na valves nyingi za kazi nzito. Ijapokuwa michirizi ya mafuta inayomwaga mamia ya futi angani haiwezi kutokea tena, picha inaonyesha shinikizo linalowezekana la mafuta na gesi ya chini ya ardhi. Ndiyo maana vichwa vya visima au miti ya Krismasi huwekwa juu ya kamba ndefu ya bomba la kisima. Makusanyiko haya, pamoja na mchanganyiko wao wa vali na vifaa maalum, vimeundwa kushughulikia shinikizo la juu ya psi 10,000. Ingawa haipatikani sana kwenye visima vilivyochimbwa ardhini siku hizi, shinikizo la juu sana mara nyingi hupatikana kwenye visima virefu vya pwani.

Usanifu wa vifaa vya Wellhead hufunikwa na vipimo vya API kama vile 6A, Vipimo vya Kisima na Vifaa vya Mti wa Krismasi. Vali zilizofunikwa katika 6A zimeundwa kwa shinikizo la juu sana lakini joto la kawaida. Miti mingi ya Krismasi ina vali za lango na vali maalum za globu zinazoitwa chokes. Choki hutumiwa kudhibiti mtiririko kutoka kwa kisima.

Mbali na visima wenyewe, vifaa vingi vya msaidizi vinajaa shamba la mafuta au gesi. Vifaa vya kusindika kabla ya kutibu mafuta au gesi vinahitaji valves kadhaa. Vali hizi kawaida ni chuma cha kaboni kilichokadiriwa kwa madarasa ya chini.

Mara kwa mara, umajimaji unaosababisha ulikaji sana—sulfidi hidrojeni—huwepo kwenye mkondo mbichi wa petroli. Nyenzo hii, pia inaitwa gesi ya sour, inaweza kuwa mbaya. Ili kuondokana na changamoto za gesi ya siki, nyenzo maalum au mbinu za usindikaji wa nyenzo kwa mujibu wa vipimo vya Kimataifa vya NACE MR0175 lazima zifuatwe.

KIWANDA CHA BAHARI
Mifumo ya mabomba ya mitambo ya mafuta ya baharini na vifaa vya uzalishaji ina wingi wa vali zilizojengwa kwa vipimo vingi tofauti ili kushughulikia changamoto mbalimbali za udhibiti wa mtiririko. Vifaa hivi pia vina vitanzi mbalimbali vya mfumo wa udhibiti na vifaa vya kupunguza shinikizo.

Kwa vifaa vya uzalishaji wa mafuta, moyo wa arterial ndio mfumo halisi wa kusambaza mafuta au gesi. Ingawa si mara zote kwenye jukwaa lenyewe, mifumo mingi ya uzalishaji hutumia miti ya Krismasi na mifumo ya mabomba inayofanya kazi katika kina kirefu cha futi 10,000 au zaidi. Kifaa hiki cha uzalishaji kimeundwa kwa viwango vingi vinavyohitajika vya Taasisi ya Petroli ya Marekani (API) na kurejelewa katika Mbinu Zilizopendekezwa za API (RPs).

Kwenye majukwaa mengi makubwa ya mafuta, michakato ya ziada hutumiwa kwa maji ghafi yanayotoka kwenye kisima. Hizi ni pamoja na kutenganisha maji kutoka kwa hidrokaboni na kutenganisha gesi na vimiminika vya gesi asilia kutoka kwa mkondo wa maji. Mifumo hii ya mabomba ya miti baada ya Krismasi kwa ujumla hujengwa kwa misimbo ya mabomba ya Jumuiya ya Wahandisi Mitambo ya Marekani B31.3 kwa vali zilizoundwa kwa mujibu wa vipimo vya vali za API kama vile API 594, API 600, API 602, API 608 na API 609.

Baadhi ya mifumo hii inaweza pia kuwa na lango la API 6D, mpira na vali za kuangalia. Kwa kuwa mabomba yoyote kwenye jukwaa au meli ya kuchimba visima ni ya ndani ya kituo, mahitaji madhubuti ya kutumia vali za API 6D kwa mabomba hayatumiki. Ingawa aina nyingi za valves hutumiwa katika mifumo hii ya mabomba, aina ya valve ya chaguo ni valve ya mpira.

MABOMBA
Ingawa mabomba mengi yamefichwa yasionekane, uwepo wao kawaida huonekana. Ishara ndogo zinazosema "bomba la petroli" ni kiashiria kimoja cha wazi cha uwepo wa mabomba ya usafiri wa chini ya ardhi. Mabomba haya yana vali nyingi muhimu kwa urefu wao wote. Vali za kufunga bomba za dharura zinapatikana kwa vipindi kama ilivyoainishwa na viwango, kanuni na sheria. Vali hizi hutumikia huduma muhimu ya kutenga sehemu ya bomba ikiwa kuna uvujaji au wakati matengenezo yanahitajika.

Pia waliotawanyika kando ya njia ya bomba ni vifaa ambapo mstari unatoka chini na upatikanaji wa mstari unapatikana. Vituo hivi ni nyumbani kwa vifaa vya kurushia "nguruwe", ambavyo vina vifaa vilivyowekwa kwenye mabomba ili kukagua au kusafisha laini. Vituo hivi vya kuzindua nguruwe huwa na vali kadhaa, ama lango au aina za mpira. Vali zote kwenye mfumo wa bomba lazima ziwe na mlango kamili (ufunguzi kamili) ili kuruhusu kupita kwa nguruwe.

Mabomba pia yanahitaji nishati ili kukabiliana na msuguano wa bomba na kudumisha shinikizo na mtiririko wa mstari. Compressor au vituo vya kusukumia vinavyofanana na matoleo madogo ya mmea wa mchakato bila minara mirefu ya kupasuka hutumiwa. Vituo hivi ni nyumbani kwa kadhaa ya lango, mpira na valves za kuangalia bomba.
Mabomba yenyewe yameundwa kwa mujibu wa viwango na kanuni mbalimbali, wakati vali za bomba hufuata Vali za Bomba za API 6D.
Pia kuna mabomba madogo ambayo yanaingia ndani ya nyumba na miundo ya kibiashara. Mistari hii hutoa maji na gesi na inalindwa na valves za kufunga.
Manispaa kubwa, hasa katika sehemu ya kaskazini ya Marekani, hutoa mvuke kwa mahitaji ya joto ya wateja wa kibiashara. Mistari hii ya usambazaji wa mvuke ina vifaa mbalimbali vya valves ili kudhibiti na kudhibiti usambazaji wa mvuke. Ingawa umajimaji huo ni mvuke, shinikizo na halijoto ni chini kuliko zile zinazopatikana katika uzalishaji wa mvuke wa mitambo. Aina mbalimbali za valves hutumiwa katika huduma hii, ingawa valve ya kuziba inayoheshimiwa bado ni chaguo maarufu.

USAFISHAJI NA PETROCHEMICAL
Vali za kusafishia huchangia matumizi zaidi ya vali za viwandani kuliko sehemu nyingine yoyote ya vali. Refineries ni nyumbani kwa maji maji babuzi na katika baadhi ya kesi, joto la juu.
Mambo haya yanaelekeza jinsi vali zinavyoundwa kwa mujibu wa vipimo vya muundo wa vali za API kama vile API 600 (vali za lango), API 608 (vali za mpira) na API 594 (vali za kuangalia). Kwa sababu ya huduma kali iliyokutana na nyingi za valves hizi, posho ya ziada ya kutu inahitajika mara nyingi. Posho hii inaonyeshwa kupitia unene mkubwa wa ukuta ambao umeainishwa katika hati za muundo wa API.

Takriban kila aina kuu ya vali inaweza kupatikana kwa wingi katika kiwanda kikubwa cha kusafishia mafuta. Vali ya lango inayopatikana kila mahali bado ni mfalme wa kilima na idadi kubwa ya watu, lakini vali za robo zamu zinachukua kiasi kikubwa cha sehemu yao ya soko. Bidhaa za robo zamu zilizofanikiwa katika tasnia hii (ambayo pia ilitawaliwa na bidhaa za mstari) ni pamoja na valvu za vipepeo zilizo na utendaji wa juu mara tatu na vali za mpira zilizokaa kwa chuma.

Lango la kawaida, globe na valves za hundi bado zinapatikana kwa wingi, na kwa sababu ya moyo wa muundo wao na uchumi wa viwanda, hautatoweka hivi karibuni.
Ukadiriaji wa shinikizo kwa vali za kusafishia huendesha gamut kutoka Darasa la 150 hadi 1500, huku Daraja la 300 likiwa maarufu zaidi.
Vyuma vya kaboni isiyo na rangi, kama vile daraja la WCB (kutupwa) na A-105 (iliyoghushiwa) ni nyenzo maarufu zaidi zilizobainishwa na kutumika katika vali kwa huduma ya usafishaji. Programu nyingi za mchakato wa kusafisha husukuma viwango vya juu vya halijoto vya vyuma vya kaboni, na aloi za halijoto ya juu zaidi zimebainishwa kwa programu hizi. Maarufu zaidi kati ya haya ni vyuma vya chrome/moly kama vile 1-1/4% Cr, 2-1/4% Cr, 5% Cr na 9% Cr. Vyuma vya pua na aloi za nikeli nyingi pia hutumiwa katika michakato mikali ya kusafisha.

KEMIKALI
Sekta ya kemikali ni mtumiaji mkubwa wa vali za aina zote na vifaa. Kutoka kwa mimea ya kundi ndogo hadi tata kubwa ya petrokemikali inayopatikana kwenye Pwani ya Ghuba, vali ni sehemu kubwa ya mifumo ya kemikali ya mchakato wa mabomba.

Utumizi mwingi katika michakato ya kemikali huwa chini ya shinikizo kuliko michakato mingi ya kusafisha na uzalishaji wa nguvu. Madarasa ya shinikizo maarufu zaidi kwa vali za mimea ya kemikali na mabomba ni Madarasa ya 150 na 300. Mimea ya kemikali pia imekuwa kichocheo kikubwa cha unyakuzi wa sehemu ya soko ambayo vali za mpira zimeshindana kutoka kwa valvu za mstari kwa muda wa miaka 40 iliyopita. Vali ya mpira yenye uwezo wa kustahimili uthabiti, pamoja na kuzimwa kwake kwa sifuri, inafaa kabisa kwa matumizi mengi ya mimea ya kemikali. Ukubwa wa kompakt wa valve ya mpira ni kipengele maarufu pia.
Bado kuna mimea ya kemikali na michakato ya mmea ambapo vali za mstari zinapendelea. Katika matukio haya, vali maarufu zilizoundwa na API 603, zenye kuta nyembamba na uzani mwepesi, kwa kawaida ni lango au vali ya dunia inayochaguliwa. Udhibiti wa baadhi ya kemikali pia unakamilishwa kwa ufanisi na diaphragm au vali za kubana.
Kwa sababu ya hali ya ulikaji ya kemikali nyingi na michakato ya kutengeneza kemikali, uteuzi wa nyenzo ni muhimu. Nyenzo ya defacto ni daraja la 316/316L la chuma cha pua cha austenitic. Nyenzo hii inafanya kazi vizuri ili kupambana na kutu kutoka kwa wingi wa maji wakati mwingine mbaya.

Kwa baadhi ya programu kali za kutu, ulinzi zaidi unahitajika. Madaraja mengine ya juu ya utendaji wa chuma cha pua cha austenitic, vile 317, 347 na 321 mara nyingi huchaguliwa katika hali hizi. Aloi nyingine ambazo hutumika mara kwa mara kudhibiti vimiminiko vya kemikali ni pamoja na Monel, Aloi 20, Inconel na 17-4 PH.

KUTENGANISHA LNG NA GESI
Gesi asilia ya kioevu (LNG) na michakato inayohitajika kwa kutenganisha gesi hutegemea bomba kubwa. Programu hizi zinahitaji vali ambazo zinaweza kufanya kazi kwa halijoto ya chini sana ya cryogenic. Sekta ya LNG, ambayo inakua kwa kasi nchini Marekani, inaendelea kutafuta kuboresha na kuboresha mchakato wa umiminishaji wa gesi. Ili kufikia mwisho huu, mabomba na valves yamekuwa makubwa zaidi na mahitaji ya shinikizo yamefufuliwa.

Hali hii imewahitaji watengenezaji wa vali kutengeneza miundo ili kukidhi vigezo vikali. Mpira wa robo na vali za kipepeo ni maarufu kwa huduma ya LNG, na 316ss [chuma cha pua] nyenzo maarufu zaidi. ANSI Class 600 ndio dari ya kawaida ya shinikizo kwa programu nyingi za LNG. Ingawa bidhaa za robo zamu ni aina maarufu zaidi za valves, lango, globe na vali za kuangalia zinaweza kupatikana kwenye mimea pia.

Huduma ya kutenganisha gesi inahusisha kugawanya gesi katika vipengele vyake vya msingi vya kibinafsi. Kwa mfano, njia za kutenganisha hewa hutoa nitrojeni, oksijeni, heliamu na gesi nyingine za kufuatilia. Hali ya joto ya chini sana ya mchakato ina maana kwamba valves nyingi za cryogenic zinahitajika.

Mimea ya kutenganisha LNG na gesi ina valvu za joto la chini ambazo lazima ziendelee kufanya kazi katika hali hizi za cryogenic. Hii ina maana kwamba mfumo wa kufunga valve lazima uinzwe mbali na maji ya joto la chini kupitia matumizi ya gesi au safu ya kufupisha. Safu hii ya gesi huzuia umajimaji kutokeza mpira wa barafu kuzunguka eneo la kufungasha, ambayo ingezuia shina la valvu kugeuka au kupanda.

MAJENGO YA KIBIASHARA
Majengo ya kibiashara yanatuzunguka lakini tusipozingatia kwa makini yanapojengwa, hatuna kidokezo kidogo kuhusu wingi wa mishipa ya maji iliyofichwa ndani ya kuta zake za uashi, kioo na chuma.

Kiashiria cha kawaida katika karibu kila jengo ni maji. Miundo hii yote ina aina mbalimbali za mifumo ya mabomba inayobeba michanganyiko mingi ya kiwanja cha hidrojeni/oksijeni katika mfumo wa maji ya kunywa, maji machafu, maji ya moto, maji ya kijivu na ulinzi wa moto.

Kutoka kwa mtazamo wa maisha ya jengo, mifumo ya moto ni muhimu zaidi. Ulinzi wa moto katika majengo ni karibu kulishwa na kujazwa na maji safi. Ili mifumo ya maji ya moto iwe na ufanisi, lazima iwe ya kuaminika, iwe na shinikizo la kutosha na iwe iko kwa urahisi katika muundo wote. Mifumo hii imeundwa ili kuwezesha moja kwa moja katika kesi ya moto.
Majengo ya juu yanahitaji huduma sawa ya shinikizo la maji kwenye sakafu ya juu kama sakafu ya chini hivyo pampu za shinikizo la juu na mabomba lazima zitumike ili maji ya juu. Mifumo ya mabomba kwa kawaida ni ya Daraja la 300 au 600, kulingana na urefu wa jengo. Aina zote za valves hutumiwa katika maombi haya; hata hivyo, miundo ya vali lazima iidhinishwe na Maabara ya Waandishi wa chini au Kiwanda cha Kuheshimiana kwa huduma kuu ya zima moto.

Madarasa sawa na aina za vali zinazotumika kwa vali za huduma ya moto hutumiwa kwa usambazaji wa maji ya kunywa, ingawa mchakato wa idhini sio mkali kama huo.
Mifumo ya viyoyozi vya kibiashara inayopatikana katika miundo mikubwa ya biashara kama vile majengo ya ofisi, hoteli na hospitali kawaida huwekwa kati. Zina kitengo kikubwa cha baridi au boiler ya kupoeza au joto la maji linalotumika kuhamisha baridi au joto la juu. Mifumo hii mara nyingi lazima ishughulikie friji kama vile R-134a, hydro-fluorocarbon, au katika hali ya mifumo mikuu ya kupasha joto, mvuke. Kwa sababu ya saizi iliyoshikana ya vali za kipepeo na mpira, aina hizi zimekuwa maarufu katika mifumo ya baridi ya HVAC.

Kwa upande wa stima, baadhi ya valvu za robo zamu zimeingia katika matumizi, lakini wahandisi wengi wa mabomba bado wanategemea lango la mstari na vali za dunia, hasa ikiwa mabomba yanahitaji ncha za kitako. Kwa matumizi haya ya wastani ya mvuke, chuma kimechukua nafasi ya chuma cha kutupwa kwa sababu ya uwezo wa chuma kulehemu.

Mifumo mingine ya kupokanzwa hutumia maji moto badala ya mvuke kama kiowevu cha kuhamisha. Mifumo hii hutumiwa vizuri na valves za shaba au chuma. Mpira unaokaa kwa robo zamu na vali za kipepeo ni maarufu sana, ingawa miundo fulani ya mstari bado inatumika.

HITIMISHO
Ingawa ushahidi wa utumizi wa vali uliotajwa katika makala hii hauwezi kuonekana wakati wa safari ya Starbucks au nyumbani kwa bibi, vali zingine muhimu sana ziko karibu kila wakati. Kuna hata valvu kwenye injini ya gari inayotumika kufika sehemu hizo kama vile zile za kabureta zinazodhibiti mtiririko wa mafuta ndani ya injini na zile za injini zinazodhibiti mtiririko wa petroli ndani ya pistoni na kutoka tena. Na ikiwa vali hizo haziko karibu vya kutosha kwa maisha yetu ya kila siku, zingatia ukweli kwamba mioyo yetu hupiga mara kwa mara kupitia vifaa vinne muhimu vya kudhibiti mtiririko.

Huu ni mfano mwingine wa ukweli kwamba: valves ni kweli kila mahali. VM
Sehemu ya II ya kifungu hiki inashughulikia tasnia ya ziada ambapo vali hutumiwa. Nenda kwenye www.valvemagazine.com ili usome kuhusu majimaji na karatasi, matumizi ya baharini, mabwawa na nishati ya umeme wa maji, jua, chuma na chuma, anga, jotoardhi, na utayarishaji wa bia na distilling.

GREG JOHNSON ni rais wa United Valve (www.unitedvalve.com) huko Houston. Yeye ni mhariri anayechangia katika Jarida la VALVE, mwenyekiti wa zamani wa Baraza la Urekebishaji wa Valve na mjumbe wa sasa wa bodi ya VRC. Pia anahudumu katika Kamati ya Elimu na Mafunzo ya VMA, ni makamu mwenyekiti wa Kamati ya Mawasiliano ya VMA na ni rais wa zamani wa Jumuiya ya Viwango vya Watengenezaji.