שיקולי עיצוב שסתומים תעשייתיים: 10 גורמים הנדסיים לבחירת שסתומים אמינה והתאמה אישית

עיצוב שסתומים תעשייתיים אינו פשוט תהליך של בחירת מבנה גוף והקצאת דרגת לחץ. שסתום חייב להמיר את תנאי התהליך לגבול לחץ, נתיב זרימה, מערכת איטום, מנגנון הפעלה ותוכנית בדיקה שיכולים לעבוד יחד בתנאי שירות אמיתיים.

זה הופך להיות חשוב במיוחד כאשר פרויקט כולל לחץ גבוה, טמפרטורה גבוהה, מדיה קורוזיבית, מוצקים שוחקים, רכיבה תכופה על אופניים, כיבוי חזק, אוטומציה, בקרת פליטה נמלטת, ממדים חריגים או תיעוד ספציפי לפרויקט. בשירותים אלה, תיאור קטלוגי כגון "4 אינץ', Class 300, שסתום כדורי פלדת פחמן" אינו מספיק כדי לאשר את העיצוב.

מדריך זה מסביר את העיקר שיקולי עיצוב שסתומים תעשייתיים שמהנדסים, קבלני EPC, מפיצים וצוותי רכש צריכים לבדוק לפני אישור שסתום סטנדרטי, שסתום קטלוגי שונה או תצורה ספציפית לפרויקט. המטרה היא לא לקבוע עיצוב אוניברסלי אחד, אלא להראות כיצד יש לחבר נתוני שירות, חומרים, איטום, דירוג לחץ-טמפרטורה, הפעלה, ממשקים ואימות.

מה בעצם כולל עיצוב שסתומים תעשייתיים?

עבור רכש פרויקט, "תכנון שסתומים" יכול להיות מספר דברים שונים. זה עשוי להתייחס לבחירת שסתום סטנדרטי מוכח, שינוי תצורה סטנדרטית, או פיתוח מבנה מיוחד לשירות שלא ניתן לעמוד בו על ידי משפחת מוצרים קיימת.

פרויקט אינו זקוק אוטומטית לשסתום חדש לחלוטין פשוט כי יש לו דרישה מיוחדת. במקרים רבים, הפתרון הבטוח והחסכוני ביותר הוא פלטפורמת שסתומים מוכחת עם חומרים מבוקרים בקפידה, עיטור, מושבים, הפעלה ובדיקה. עיצוב חדש או שונה מאוד צריך להיות מוצדק על ידי דרישת השירות ולא על ידי המילה "מותאם אישית".

1. הגדר את חובת התהליך לפני בחירת השסתום

שער העיצוב הראשון הוא תנאי השירות. ללא נתוני תהליך אמינים, בחירות התכנון במורד הזרם הופכות להנחות. ספק השסתומים צריך להבין לא רק לחץ וטמפרטורה נומינליים, אלא גם את התנאים השולטים בטעינה מכנית, איטום ובלאי.

2. בחר את סוג השסתום והארכיטקטורה הפנימית

סוג השסתום צריך לעמוד בפונקציה הנדרשת. בידוד, מצערת, מניעת זרימה חוזרת, הפחתת לחץ וכיבוי חירום מטילים דרישות שונות על איבר הסגר, המושבים, הגבעול, נתיב הזרימה והמפעיל.

הארכיטקטורה הפנימית חשובה כמו שם השסתום הגנרי. לדוגמה, שסתום כדורי עשוי להיות צף או מותקן על פתח, יושב רך או מושב מתכת, קדח מלא או קדח מופחת, כניסה עליונה או כניסה צדדית, ועשוי להשתמש בהתנהגות שונה של הקלת לחץ במושב. שסתום שער עשוי להשתמש במבנה של טריז, מגלשה מקבילה או לוח. שסתום בקרה עשוי להשתמש בגזרה מאוזנת או לא מאוזנת, הנחיית כלוב, הפחתת לחץ רב-שלבי או חיתוך בשירות חמור.

לקבלת דוגמה מעמיקה יותר לאופן שבו סגנון הגוף, הגזרה והחלטות ההפעלה משתלבות, ראה את מדריך לבחירת שסתום בקרה.

3. אשר את דירוג לחץ-טמפרטורה ועיצוב גבול לחץ

גוף השסתום הוא חלק מגבול לחץ הצנרת. חומר הגוף הנבחר, סוג השסתומים, חיבור הקצה, עובי הדופן, ההברגה והטמפרטורה חייבים אפוא להיות עקביים עם תקן התכנון המתאים ומפרט הפרויקט.

ASME B16.34 נמצא בשימוש נרחב לשסתומי אוגן, הברגה ושסתומי ריתוך ומתייחסת לתחומים כולל דירוגי לחץ-טמפרטורת, חומרים, מידות, בדיקות וסימון עבור קונסטרוקציות שסתומים מכוסות. עם זאת, דרגת לחץ בלבד אינה מבטיחה שכל רכיב פנימי מתאים לאותה טמפרטורה.

מושבים, טבעות O, אריזה, אטמים, קפיצים, ציפויים ומפעילים יכולים להטיל מגבלות טמפרטורה מעשיות נמוכות יותר מהגוף המכיל לחץ. לכן על הקונה לעיין במעטפת הלחץ-טמפרטורת המלאה במקום לקרוא רק את לוחית השם.

לזרימת עבודה מפורטת של רכש, השתמש ב- מדריך לדירוג לחץ-טמפרטורת שסתום.

4. תכנן את נתיב הזרימה עבור החובה ההידראולית בפועל

נתיב הזרימה הפנימי שולט באובדן הלחץ, חלוקת המהירות והכוחות הפועלים על איבר הסגר. זה חשוב במיוחד בשירותי זרימה גבוהה, ירידה בלחץ גבוה, רפש, מהבהב, חילוץ או רכיבה מהירה על אופניים.

שאלות חשובות בתכנון הידראולי כוללות:

• האם נדרשת קידוח מלא עבור חזרות, ירידת לחץ נמוכה או מעבר מוצקים?
• האם קדח מופחת יצור מהירות או אובדן לחץ בלתי מקובל?
• האם לשסתום יש כיוון זרימה מועדף?
• האם הגזרה יכולה לחוות קוויטציה, מהבהב, חנק או מהירות שחיקה?
• האם שסתום סימון יכול להיסגר מספיק מהר כדי לשלוט בהאטת הזרימה ההפוכה ללא טריקה מוגזמת?
• האם מוצקים ייאספו בחלל גוף או מאחורי מושב?
• האם השסתום דורש מצערת חלקה או רק פעולת פתיחה מלאה/סגירה מלאה?

עבור בעיות זרימה מורכבות, כלים הנדסיים כגון Computational Fluid Dynamics עשויים לשמש את ארגון התכנון האחראי כדי לחקור מהירות מקומית, התאוששות לחץ, מחזור או טעינת קיצוץ. CFD הוא עזר עיצובי, אינו תחליף לגיליון נתונים נכון של תהליך, כללי עיצוב ישימים או בדיקות פיזיות כאשר נדרשת הסמכה.

5. בחר חומרי גוף, מצנפת וחיתוך כמערכת שלמה

בחירת החומר צריכה להתבסס על חוזק מכני, טמפרטורה, מנגנון קורוזיה, שחיקה, סכנת התלקחות, דרישות ייצור והגבלות פרויקט. בחירה בדרגת הגוף לבדה אינה מספיקה מכיוון שרכיבי הגזרה מתמודדים לעתים קרובות עם מהירות גבוהה יותר, מגע החלקה או קורוזיה מרוכזת.

משפחות חומרי גוף טיפוסיות כוללות פלדת פחמן, פלדת פחמן בטמפרטורה נמוכה, פלדת אל חלד, פלדת סגסוגת, דרגות דופלקס, סגסוגות ניקל, ברזל רקיע וקונסטרוקציות מרופדות. יש לבחור את הציון המדויק מתוך כימיית השירות ותקן הפרויקט הרלוונטי.

לבחירת רכיבים פנימיים, ראה את מדריך לבחירת חומרי שסתומים.

6. הנדס את מערכת המושב והאיטום

לשסתום יכול להיות גבול לחץ הולם ועדיין להיכשל בתפקידו העיקרי אם מערכת איטום המושב או הגבעול שגויה. עיצוב המושב משפיע על כיבוי, כוח הפעלה, יכולת טמפרטורה, סבילות לזיהום, בלאי ותחזוקה.

מושבים רכים

מושבי פולימר או אלסטומר יכולים לספק כיבוי חזק בשירות תואם. השימוש בהם תלוי בלחץ, טמפרטורה, כימיה של מדיה, מוצקים, לחץ דיפרנציאלי ורכיבה על אופניים. PTFE, PTFE שונה, PEEK, PCTFE, EPDM, NBR, FKM וחומרים אחרים לכל אחד מהם מגבלות יישום שונות.

מושבי מתכת

מושבי מתכת נבחרים כאשר טמפרטורה, שחיקה, שחיקה או שירות חמור הופכים מושב רך לבלתי מתאים. חיפוי קשיח או ציפויים עשויים לשפר את עמידות הבלאי, אך חומר פני השטח לבדו אינו מבטיח כיבוי חזק. גיאומטריית מושב, מתח מגע, עיבוד שבבי, חיכוך, כוח מפעיל ותנאי בדיקה עדיין שולטים בביצועי הדליפה.

אריזת גזע ומפרקי גוף

אריזת גזע או פיר חייבת להכיל את נוזל התהליך תוך מתן תנועה. חיכוך האריזה משפיע גם על גודל המפעיל. אטמי מכסה המנוע, אטמי הגוף וטבעות ה-O חייבים להישאר תואמים לטמפרטורה, ללחץ ולחשיפה כימית.

כאשר בקרת פליטה נמלטת היא חלק מהפרויקט, על הקונה לציין את תקן ההסמכה או קבלת הייצור הנדרשים. ISO 15848-1, למשל, מתייחס לבדיקת סוגים של דליפה חיצונית מגזע שסתומים או אטמי פיר ומפרקי גוף עבור שסתומים תעשייתיים מכוסים.

לפרטים נוספים, קרא את מדריך ביצועי איטום שסתומים.

7. חשב את דרישות מומנט, דחף והפעלה

שסתום שאינו יכול להיפתח, לסגור במלואו או להגיע למצב הכשל הנדרש אינו תכנון מקובל. יש לבחור מפעילים ידניים, תיבות הילוכים ומפעילים מתוך עומסי פעולה מציאותיים ולא מגודל שסתום נומינלי בלבד.

בהתאם לסוג השסתום, כוח ההפעלה יכול להיות מושפע מ:

• לחץ דיפרנציאלי מרבי
• עומס מראש של מושב וחיכוך
• חיכוך אריזה
• חיכוך גזע, פיר ומסבים
• מומנט הידרודינמי
• לחץ קו הפועל על חיתוך לא מאוזן
• טמפרטורה והתפשטות תרמית
• משקעים, מוצקים או מוצרי קורוזיה
• זמן סגירה או פתיחה נדרש
• מקדם בטיחות הנדרש על ידי הפרוייקט או פרקטיקת גודל המפעיל

שסתומים אוטומטיים דורשים גם אישור של התנהגות פתיחה כשל, סגירת כשל או התנהגות כשל במקום; אספקה ​​פנאומטית; כוח חשמלי; אות בקרה; סיווג אזור מסוכן; מתגי גבול; שסתומי סולנואיד; מציבים; ממשק עקיפה והרכבה מקומיים.

8. אשר מידות, סיים חיבורים וממשקי התקנה

אפילו שסתום בעל יכולת טכנית יכול ליצור עיבוד מחדש של האתר אם הממשקים המכניים שלו שגויים. סקירת התכנון צריכה לאמת כיצד השסתום מתאים למערכת הצנרת, לגישה למפעיל ולמעטפת התחזוקה.

פריטי הממשק העיקריים כוללים:

• גודל נומינלי וקדח
• קצוות מאוגנים, רקיק, זיז, הברגה, ריתוך שקעים או קת
• חזית אוגן ודרגת לחץ
• מימד פנים אל פנים או מקצה לקצה
• הכנת קצה ריתוך קת ותזמון צינורות במידת הצורך
• כיוון זרימה
• Installation orientation
• עמדת מפעיל ואישור
• הארכת גזע או הארכת שירות קבורה
• כיוון הרכבה של המפעיל
• חיבורי ניקוז, אוורור או חלל גוף
• גישה לתחזוקה עבור מושב, אריזה, קישוט או הסרת מפעיל

ASME B16.10 הוא תקן מימד נפוץ עבור מידות פנים אל פנים ומקצה לקצה של שסתומים רבים ישר וממדים ממרכז אל פנים / מרכז אל קצה של שסתומי זווית. שרטוטי הפרויקט צריכים לאשר את סדרת הממדים בפועל החלה על סוג השסתום שנבחר.

9. יישם את תקני התכנון, הבדיקה והשירות הנכונים

אין תקן אחד המכסה כל עיצוב שסתומים תעשייתיים. הפרויקט עשוי להזדקק לתקנים נפרדים לבניית שסתומים, מידות, ממשקי אוגן, בדיקות לחץ, הסמכה בטוחה באש, פליטות נמלטות, שירות חמוץ או סוג שסתום ספציפי.

הזמנת הרכש צריכה לזהות את התקן והמהדורה הרלוונטיים המדויקים הנדרשים על ידי הפרויקט. אין לצפות מיצרן השסתומים להסיק דרישת הסמכה מיוחדת לאחר תחילת הייצור.

לבדיקת היקף ומינוח, עיין בדיקת לחץ שסתומים: שיטות, תקנים ודרישות בדיקה.

10. הגדר בקרות אימות, תיעוד וייצור

אישור התכנון אינו שלם עד שהקונה יוכל לוודא שהשסתום המיוצר תואם את התצורה המאושרת. המסמכים הנדרשים תלויים בקריטיות הפרויקט, אך יש להגדיר אותם בשלב ההצעה או שלב ההבהרה הטכנית.

לרצף הייצור במורד הזרם, ראה ייצור שסתומים תעשייתיים: מיציקה ועד בדיקה סופית.

מתי פרויקט צריך עיצוב שסתום שונה או מותאם אישית?

הנדסה מותאמת אישית אמורה לפתור בעיה טכנית מוגדרת. בדרך כלל זה מוצדק כאשר השירות הנדרש נופל מחוץ לתצורה הרגילה של מוצר מוכח או כאשר מערכת הצנרת כופה ממשק לא תקני.

טריגרים אופייניים כוללים:

• מידות פנים אל פנים או חלופיות מיוחדות
• דרישת קידוח או נתיב זרימה חריגים
• טמפרטורה גבוהה או נמוכה מעבר לסידורי איטום סטנדרטיים
• לחץ דיפרנציאלי גבוה מאוד
• קורוזיה או שחיקה חמורה הדורשת חומרים מורטבים מיוחדים
• דרישות קישוט מושב מתכת או מוקשה
• התנהגות מיוחדת להורדת לחץ חלל
• גזע מורחב או מתקן קבור
• התקנת מפעיל חריגה או דרישה לבטיחות כשל
• חשש לרכיבה על אופניים או בלאי מואץ
• דרישות מיוחדות לבטיחות אש, פליטה נמוכה, קריוגנית, שירות חמוץ או בדיקה
• החלפת ציוד מיושן בו לא ניתן לשנות את הצנרת הקיימת

עבור שינויים מורכבים, הארגון ההנדסי האחראי עשוי להשתמש במודלים של CAD, חישובים מבניים, ניתוח אלמנטים סופיים, דינמיקת נוזלים חישובית, בדיקות אב טיפוס, בדיקות מחזוריות או שיטות אימות אחרות בהתאם לשינוי התכנון ודרישת הפרויקט. יש ליישם שיטות אלו היכן שהן עונות על שאלת עיצוב אמיתית; אין להתייחס אליהם כאל תיבות סימון שיווקיות.

זרימת עבודה מעשית של סקירת שסתומים תעשייתיים

רשימת הצעות מחיר לעיצוב שסתומים תעשייתיים

הצעת מחיר חזקה עוזרת לספק לבחור עיצוב מוכח או לזהות אם יש צורך בשינוי. עבור שסתומי פרויקט, ספק כמה שיותר מהמידע הבא:

טעויות נפוצות בסקירת עיצוב שסתומים

בחירה לפי מידה וכיתה בלבד

שני שסתומים בעלי גודל נומינלי ודרגת לחץ זהה יכולים לדרוש מושבים, קישוט, מפעילים וחומרים שונים לחלוטין מכיוון שחובת השירות שונה.

ציון רק את חומר הגוף

עיטור פנימי, גבעולים, מושבים, קפיצים, אריזה ואטמים עלולים להיכשל לפני הגוף אם החומרים שלהם אינם תואמים לתהליך.

שימוש ב"אפס דליפה" ללא בסיס בדיקה

דרישות כיבוי צריכות להיות מחוברות לשיטת בדיקה מוגדרת, לחץ, מדיום, כיוון וקריטריון קבלה ולא לביטוי מכירה גנרי.

התעלמות מהפרש לחץ בגודל מפעיל

לחץ דיפרנציאלי מרבי יכול לשלוט במומנט או בדחף גם כאשר לחץ קו רגיל נראה מתון.

הוספת אישורים מיוחדים לאחר ההזמנה

הסמכה בטוחה באש, הסמכה לפליטה נמלטת, הגבלות על חומרי שירות חמוץ, בדיקות קריוגניות ובדיקת צד שלישי יכולים להשפיע על התכנון, החומרים ותכנון הייצור. ציין אותם לפני הייצור.

בהנחה שהתאמה אישית תמיד משמעה טוב יותר

שסתום שונה מאוד מציג שיקולי הנדסה, הסמכה, חלקי חילוף ולוח זמנים נוספים. השתמש בפלטפורמה סטנדרטית מוכחת בכל פעם שהיא יכולה לעמוד בשירות בבטחה ובאמינות.

שאלות נפוצות: שיקולי עיצוב שסתומים תעשייתיים