היכן משתמשים בשסתומים: בכל מקום!

ניתן למצוא שסתומים כמעט בכל מקום כיום: בבתים שלנו, מתחת לרחוב, בבניינים מסחריים ובאלפי מקומות בתוך תחנות כוח ומים, מפעלי נייר, בתי זיקוק, מפעלים כימיים ומתקני תעשייה ותשתית אחרים.

תעשיית השסתומים היא באמת רחבת כתפיים, עם מגזרים הנעים בין חלוקת מים לאנרגיה גרעינית ועד נפט וגז במעלה ובמורד הזרם. כל אחת מתעשיות המשתמשים הסופיות הללו משתמשת בכמה סוגים בסיסיים של שסתומים; עם זאת, פרטי הבנייה והחומרים לרוב שונים מאוד. הנה דוגמה:

עבודות מים

בעולם חלוקת המים, הלחצים כמעט תמיד נמוכים יחסית והטמפרטורות סביבתיות. שתי עובדות יישום אלו מאפשרות מספר אלמנטים של עיצוב שסתומים שלא יימצאו בציוד מאתגר יותר, כגון שסתומי קיטור בטמפרטורה גבוהה. טמפרטורת הסביבה של שירות המים מאפשרת שימוש באלסטומרים ואטמי גומי שאינם מתאימים במקומות אחרים. חומרים רכים אלה מאפשרים לצייד שסתומי מים כך שיאטמו היטב טפטופים.

שיקול נוסף בברזי שירות מים הוא בחירת חומרי הבנייה. ברזל יצוק וברזל רקיע נמצאים בשימוש נרחב במערכות מים, במיוחד בקוטר חיצוני גדול בקוטרים גדולים. ניתן לטפל היטב בקווים קטנים מאוד בעזרת חומרי ברזונה.

הלחצים שרוב שסתומי מפעלי המים רואים הם בדרך כלל הרבה מתחת ל-200 psi. משמעות הדבר היא שאין צורך בעיצובים בעלי דופן עבה יותר ללחץ גבוה יותר. עם זאת, ישנם מקרים בהם שסתומי מים בנויים להתמודד עם לחצים גבוהים יותר, עד כ-300 psi. יישומים אלה הם בדרך כלל על אמות מים ארוכות הקרובות למקור הלחץ. לעיתים שסתומי מים בלחץ גבוה יותר נמצאים גם בנקודות הלחץ הגבוה ביותר בסכר גבוה.

איגוד עבודות המים האמריקאי (AWWA) פרסם מפרטים המכסים סוגים רבים ושונים של שסתומים ומפעילים המשמשים ביישומי עבודות מים.

שפכים

הצד השני של מי שתייה טריים הנכנסים למתקן או מבנה הוא יציאת מי השפכים או הביוב. קווים אלה אוספים את כל נוזלי השפכים והמוצקים ומפנים אותם למתקן טיהור שפכים. מתקני טיהור אלה כוללים הרבה צנרת ושסתומים בלחץ נמוך כדי לבצע את "העבודה המלוכלכת" שלהם. הדרישות לשסתומי שפכים במקרים רבים מקלות בהרבה מהדרישות לשירות מים נקיים. שסתומי שער ברזל ושסתומי אל-חזור הם הבחירות הפופולריות ביותר עבור סוג זה של שירות. שסתומים סטנדרטיים בשירות זה בנויים בהתאם למפרטי AWWA.

תעשיית החשמל

רוב החשמל המופק בארצות הברית מופק בתחנות קיטור המשתמשות בדלקים מאובנים וטורבינות במהירות גבוהה. קילוף המכסה של תחנת כוח מודרנית ייתן תמונה של מערכות צנרת בלחץ גבוה ובטמפרטורה גבוהה. קווים ראשיים אלה הם הקריטיים ביותר בתהליך ייצור הכוח בקיטור.

שסתומי שער נותרו בחירה עיקרית עבור יישומי הפעלה/כיבוי של תחנות כוח, אם כי ניתן למצוא גם שסתומי כדור בצורת Y למטרות מיוחדות. שסתומי כדור בעלי ביצועים גבוהים לשירות קריטי צוברים פופולריות בקרב כמה מתכנני תחנות כוח ועושים פריצת דרך בעולם זה, שבעבר נשלט על ידי שסתומים ליניאריים.

מטלורגיה היא קריטית עבור שסתומים ביישומי חשמל, במיוחד אלו הפועלים בטווחי פעולה סופר-קריטיים או אולטרה-סופר-קריטיים של לחץ וטמפרטורה. F91, F92, C12A, יחד עם מספר סגסוגות אינקונל ופלדת אל-חלד, נמצאים בשימוש נפוץ בתחנות כוח של ימינו. קטגוריות הלחץ כוללות 1500, 2500 ובמקרים מסוימים 4500. האופי המווסת של תחנות כוח שיא (אלה הפועלות רק לפי הצורך) מפעיל גם עומס עצום על שסתומים וצנרת, ודורשים עיצובים חזקים להתמודדות עם השילוב הקיצוני של מחזורי לחץ, טמפרטורה ולחץ.

בנוסף לשסתומי הקיטור העיקריים, תחנות כוח עמוסות בצינורות נלווים, המאוכלסים על ידי שפע של שסתומי סורג, שסתומי גלובוס, שסתומי אל-חזור, שסתומי פרפר ושסתומי כדור.

תחנות כוח גרעיניות פועלות על אותו עיקרון של קיטור/טורבינה במהירות גבוהה. ההבדל העיקרי הוא שבתחנת כוח גרעינית, הקיטור נוצר על ידי חום מתהליך הביקוע. שסתומי תחנות כוח גרעיניות דומים לבני דודיהם המונעים בדלק מאובנים, למעט ייחוסם והדרישה הנוספת לאמינות מוחלטת. שסתומים גרעיניים מיוצרים בסטנדרטים גבוהים ביותר, כאשר מסמכי האישור והבדיקה ממלאים מאות עמודים.

ייצור נפט וגז

בארות נפט וגז ומתקני ייצור משתמשים כבדים בשסתומים, כולל שסתומים כבדים רבים. למרות שפליטי נפט המתנפצים מאות מטרים באוויר אינם צפויים עוד, התמונה ממחישה את הלחץ הפוטנציאלי של נפט וגז תת-קרקעיים. זו הסיבה שראשי בארות או עצי חג המולד ממוקמים בראש שרשרת הצינורות הארוכה של הבאר. מכלולים אלה, עם שילוב של שסתומים ואביזרים מיוחדים, נועדו להתמודד עם לחצים של למעלה מ-10,000 psi. בעוד שהם נדירים בבארות שנחפרו ביבשה בימינו, לחצים גבוהים קיצוניים נמצאים לעתים קרובות בבארות עמוקות ימיות.

תכנון ציוד ראשי באר מכוסה על ידי מפרטי API כגון 6A, מפרט עבור ציוד ראשי באר ועצי חג המולד. השסתומים המכוסים ב-6A מיועדים ללחצים גבוהים במיוחד אך לטמפרטורות מתונות. רוב עצי חג המולד מכילים שסתומי סף ושסתומי כדור מיוחדים הנקראים חונקים. החנקים משמשים לוויסות הזרימה מהבאר.

בנוסף לראשי הבארות עצמם, מתקנים נלווים רבים מאכלסים שדה נפט או גז. ציוד תהליך לטיפול מקדים בנפט או בגז דורש מספר שסתומים. שסתומים אלה עשויים בדרך כלל מפלדת פחמן המדורגת לקטגוריות נמוכות יותר.

לעיתים, נוזל קורוזיבי ביותר - מימן גופרתי - קיים בזרם הנפט הגולמי. חומר זה, המכונה גם גז חמוץ, יכול להיות קטלני. כדי להתגבר על אתגרי הגז החמוץ, יש לפעול לפי חומרים מיוחדים או טכניקות עיבוד חומרים בהתאם למפרט הבינלאומי של NACE MR0175.

תעשיית ימית

מערכות הצנרת עבור אסדות קידוח ומתקני ייצור ימיים מכילות מגוון רחב של שסתומים הבנויים לפי מפרטים רבים ושונים כדי להתמודד עם מגוון רחב של אתגרי בקרת זרימה. מתקנים אלה מכילים גם לולאות מערכות בקרה שונות והתקני הקלה בלחץ.

עבור מתקני ייצור נפט, הלב העורקי הוא מערכת צנרת הוצאת הנפט או הגז בפועל. למרות שלא תמיד נמצאת בפלטפורמה עצמה, מערכות ייצור רבות משתמשות בעצי חג המולד ובמערכות צנרת הפועלות בעומקים בלתי אפשריים של 10,000 רגל או יותר. ציוד ייצור זה בנוי על פי סטנדרטים מחמירים רבים של המכון האמריקאי לנפט (API) ומופיע במספר נהלים מומלצים של ה-API (RPs).

ברוב פלטפורמות הנפט הגדולות, תהליכים נוספים מיושמים על הנוזל הגולמי המגיע מראש הבאר. אלה כוללים הפרדת מים מהפחמימנים והפרדת נוזלי גז וגז טבעי מזרם הנוזל. מערכות צנרת אלו, המיוצרות לאחר תחילת ייצור עץ חג המולד, בנויות בדרך כלל לפי תקנות הצנרת B31.3 של האגודה האמריקאית למהנדסי מכונות, כאשר השסתומים מתוכננים בהתאם למפרטי שסתומי API כגון API 594, API 600, API 602, API 608 ו-API 609.

חלק ממערכות אלו עשויות להכיל גם שסתומי שער, שסתומי כדור ושסתומי אל-חזור API 6D. מכיוון שכל הצינורות בפלטפורמה או בספינת הקידוח נמצאים בתוך המתקן, הדרישות המחמירות לשימוש בשסתומי API 6D עבור צינורות אינן חלות. למרות שסוגי שסתומים מרובים משמשים במערכות צנרת אלו, סוג השסתום המועדף הוא שסתום כדורי.

צינורות

למרות שרוב הצינורות נסתרים מהעין, נוכחותם בדרך כלל ניכרת. שלטים קטנים המציינים "צינור נפט" הם אינדיקציה ברורה לנוכחות צינורות הובלה תת-קרקעיים. צינורות אלה מצוידים בשסתומים חשובים רבים לכל אורכם. שסתומי סגירה חירום של צינורות נמצאים במרווחים כפי שצוין בתקנים, קוד וחוק. שסתומים אלה משמשים את השירות החיוני של בידוד קטע צינור במקרה של דליפה או כאשר נדרשת תחזוקה.

לאורך תוואי הצינור פזורים גם מתקנים שבהם הצינור יוצא מהקרקע וגישה אליו זמינה. תחנות אלו משמשות כבית לציוד שיגור "חזיר", המורכב ממכשירים המוחדרים לצינורות כדי לבדוק או לנקות את הקו. תחנות שיגור "חזירים" אלו מכילות בדרך כלל מספר שסתומים, מסוג שער או כדור. כל השסתומים במערכת הצינורות חייבים להיות בעלי פתח מלא (פתיחה מלאה) כדי לאפשר מעבר של "חזירים".

צינורות זקוקים גם לאנרגיה כדי להתמודד עם החיכוך של הצינור ולשמור על הלחץ והזרימה בקו. נעשה שימוש בתחנות מדחס או שאיבה שנראות כמו גרסאות קטנות של מפעל תהליך ללא מגדלי הסדק הגבוהים. תחנות אלה מכילות עשרות שסתומי סגר, שסתומי כדור ושסתומי אל-חזור בצינור.

הצינורות עצמם מתוכננים בהתאם לתקנים וקודים שונים, בעוד שסתומי הצינור פועלים לפי שסתומי הצינור API 6D.

ישנם גם צינורות קטנים יותר המוזנים לבתים ומבנים מסחריים. קווים אלה מספקים מים וגז ומאובטחים על ידי שסתומי סגירה.

רשויות מקומיות גדולות, במיוחד בחלק הצפוני של ארצות הברית, מספקות קיטור לצורכי חימום של לקוחות מסחריים. קווי אספקת קיטור אלה מצוידים במגוון שסתומים לשליטה וויסות אספקת הקיטור. למרות שהנוזל הוא קיטור, הלחצים והטמפרטורות נמוכים מאלה המצויים בייצור קיטור בתחנות כוח. מגוון סוגי שסתומים משמשים בשירות זה, אם כי שסתום התקע המכובד עדיין בחירה פופולרית.

בית זיקוק ופטרוכימיה

שסתומי בתי זיקוק מהווים שימוש רב יותר בשסתומים תעשייתיים מכל פלח שסתומים אחר. בתי זיקוק הם ביתם של נוזלים קורוזיביים ובמקרים מסוימים, טמפרטורות גבוהות.

גורמים אלה מכתיבים כיצד בונים שסתומים בהתאם למפרטי תכנון שסתומים של API כגון API 600 (שסתומי שער), API 608 (שסתומי כדור) ו-API 594 (שסתומי אל-חזור). בשל השירות הקשה שעוברים רבים משסתומים אלה, נדרשת לעתים קרובות תוספת קורוזיה. תוספת זו מתבטאת בעובי דופן גדול יותר המצוין במסמכי התכנון של API.

כמעט כל סוג שסתומים עיקרי ניתן למצוא בשפע בבית זיקוק גדול טיפוסי. שסתום השער הנפוץ הוא עדיין מלך ההר עם האוכלוסייה הגדולה ביותר, אך שסתומי רבע סיבוב תופסים נתח שוק הולך וגדל שלהם. מוצרי רבע הסיבוב שזוכים לפריצה מוצלחת בתעשייה זו (שבעבר נשלטה גם על ידי מוצרים ליניאריים) כוללים שסתומי פרפר בעלי ביצועים גבוהים בעלי אופסט משולש ושסתומי כדור בעלי מושב מתכת.

שסתומי שער, שסתומי גלובוס ושסתומי אל-חזור סטנדרטיים עדיין נמצאים בהמוניהם, ובגלל עיצובם האיכותי וחסכוני בייצורם, הם לא ייעלמו בקרוב.

דירוגי הלחץ עבור שסתומי זיקוק נעים בין Class 150 ל- Class 1500, כאשר Class 300 הוא הפופולרי ביותר.

פלדות פחמן פשוטות, כגון WCB (יצוק) ו-A-105 (מזויפות), הן החומרים הפופולריים ביותר המשמשים בשסתומים לשירותי זיקוק. יישומי תהליכי זיקוק רבים דוחפים את גבולות הטמפרטורה העליונים של פלדות פחמן פשוטות, וסגסוגות לטמפרטורות גבוהות יותר מוגדרות עבור יישומים אלה. הפופולריות ביותר הן פלדות כרום/מולי כגון 1-1/4% Cr, 2-1/4% Cr, 5% Cr ו-9% Cr. פלדות אל חלד וסגסוגות עתירות ניקל משמשות גם בתהליכי זיקוק קשים במיוחד.