Химическая промышленность чрезвычайно разнообразна: известно более 60 000 продуктов, и химические вещества могут влиять на выбор, структуру или конструкцию материалов клапанов. Как и во всех отраслях промышленности, проектирование и производство клапанов для химической промышленности требует учета таких факторов, как безопасность, эффективность и надежность технологического процесса.
Нефтехимический и полимерный сектор
В химической промышленности нефтехимическая продукция представляет собой один из крупнейших сегментов рынка, охватывающий олефины (этилен, пропилен, бутадиен) и ароматические соединения (бензол, толуол, ксилол). Они используются для производства широкого спектра продуктов, таких как этилен, полученный путем парового крекинга, который далее полимеризуется с получением полиэтилена и других производных на основе этилена.
Прежде чем этилен попадет в холодную зону, его обычно сушат с помощью молекулярных сит. Клапаны вокруг этих осушителей подвергаются различным термическим условиям во время циклов адсорбции и регенерации. В холодной зоне арматура должна выдерживать низкие температуры и большие перепады давления. Для регулирования топливного газа основным решением являются проходные клапаны, однако сегментные шаровые краны также представляют собой жизнеспособную альтернативу, если принять во внимание фактор регулируемого диапазона. В холодной зоне необходимы клапаны, способные работать в условиях низких температур и высоких перепадов давления. Здесь используются шаровые клапаны, оснащенные многоступенчатым тримом, которые помогают устранить шум и кавитацию.
Внутренние части многоступенчатых антикавитационных клапанов для проходных клапанов
Шаровые краны с металлическим седлом являются идеальным решением для сушилок установок парового крекинга. Эти клапаны могут выдерживать значительные колебания температуры и частые циклические циклы. По сравнению с клапанами других конструкций, поворотные клапаны просты в эксплуатации, имеют компактную конструкцию и предлагают несколько вариантов направления.
Процесс полимеризации включает работу с жидкими средами, содержащими остатки полимера, смолы и катализатора. Эти жидкости накапливаются в полостях клапанов, ухудшая функциональность клапана и вызывая остановки технологического процесса, что приводит к значительным потерям для установки. Кроме того, серьезной проблемой является большое количество циклов (до 1,5 миллионов циклов в год). Клапаны, окружающие каталитические системы, работающие с сухими катализаторами, подвергаются серьезной коррозии внутренних компонентов. Решение проблемы неорганизованных выбросов и протечек в седлах также имеет решающее значение из соображений безопасности и охраны окружающей среды.
Аналогичным образом, шаровые краны с металлическим седлом и антизалипающим седлом обеспечивают выдающуюся производительность. Конструкция седла с защитой от затвердевания помогает предотвратить попадание носителя в зону седла. Плотный контакт между корпусом клапана и седлом в сочетании с конструкцией скребкового седла способствует удалению скопившихся частиц. Следовательно, сегментированные шаровые краны оказываются весьма эффективными для полимерных суспензий.
Шаровой кран с твердостойким седлом и нагруженным уплотнением
Ароматические соединения, работающие с основными средами, такими как пара-ксилол, могут откладываться на поверхностях клапанов, увеличивая трение и ускоряя износ. В некоторых процессах разделения клапаны подвергаются частым циклам открытия и закрытия, что требует точного контроля. Типичные решения включают шаровые краны с металлическим седлом со скребковым седлом, а также сегментные шаровые краны и эксцентриковые поворотные плунжерные клапаны со специальными материалами покрытия, устойчивыми к сильной эрозии. Поворотные затворы с тройным эксцентриситетом также подходят для процессов экстракции бензола и толуола.
Удобрения и агрохимический сектор
В секторе агрохимикатов азотные удобрения занимают более 50% рынка, ключевым компонентом которых является аммиак. Для синтеза аммиака необходимы азот и водород. Смесь водорода из паровых риформеров и азота поступает в контур синтеза, где подвергается двухступенчатому сжатию до давления синтеза 2200-4400 фунтов на квадратный дюйм (150-300 бар). Процесс конверсии аммиака требует баланса температуры и давления. Для обеспечения эффективности катализатора необходима температура 750°F (400°C).
Высокие температуры и давления водорода и аммиака представляют собой серьезную проблему для любого клапана. Учитывая токсичность обрабатываемой среды, контроль выбросов имеет решающее значение. Дисковые затворы с тройным эксцентриситетом представляют собой идеальное решение для изоляции и управления в контурах синтеза аммиака. Такая конструкция сводит к минимуму износ и продлевает срок службы, обеспечивая герметичное закрытие даже в сложных условиях.
Тройной эксцентриковый дисковый затвор с металлическим седлом
Использование твердосплавных седел клапанов снижает износ и обеспечивает сверхвысокую скорость потока. Эти седла обычно взаимозаменяемы, не требуя разборки тарелки клапана и вала. Уплотнения штока с динамической нагрузкой являются стандартным оборудованием, а клапаны проходят огневые испытания и сертификацию аварийного отключения для достижения уровня полноты безопасности SIL3.
Рост популярности специальных химикатов
Быстрый рост солнечной промышленности значительно увеличил спрос на фотоэлектрические панели, при этом поликремний служит важнейшим сырьем. Поликремний уже давно является ключевым компонентом в производстве полупроводников. Типичный процесс производства поликремния использует SiO₂ (кварцевый песок) в качестве сырья для производства кремния металлургического качества, также известного как MG-Si. MG-Si получают в электродуговой печи в присутствии углерода. В этом процессе сырье, промежуточные продукты и побочные продукты включают кремниевый порошок, газообразный хлор, газообразный водород, хлористый водород, трихлорсилан, дихлорсилан и хлорид кремния. Водород и трихлорсилан огнеопасны, хлористый водород обладает высокой коррозионной активностью, а тетрахлорид кремния крайне токсичен. Следовательно, конструкции клапанов должны работать с этими специализированными средами, особенно с высокоабразивным кремниевым порошком. Все эти химические вещества требуют улавливания и утилизации, чтобы свести к минимуму потребление сырья и повысить общую эффективность.
Работа вращающегося штока, сальниковая набивка с постоянной нагрузкой и противопожарная конструкция должны соответствовать всем действующим стандартам по выбросам и пожарной безопасности. Шаровые краны с мягким седлом имеют полимерное гибкое манжетное уплотнение с молекулярно армированным ПТФЭ в качестве материала седла, что обеспечивает долгосрочное решение даже в условиях многоцикловой эксплуатации.
Востребованные неорганические химические процессы
Диоксид титана (TiO₂) — еще одно применение, предъявляющее строгие требования к клапанам. Этот материал обычно используется в качестве белого пигмента в производстве красок, бумаги, пластмасс, резины, керамики и текстиля. Диоксид титана производят из ильменита, природной или синтетической рутиловой руды. В мокром сернокислотном процессе обычно используется сырье на основе ильменита, тогда как в высокотемпературном хлоридном процессе обычно используется сырье на основе рутила.
Весь производственный процесс подвергает клапаны воздействию высоких температур, абразивных суспензий и агрессивных сред. Шаровые краны с металлическим седлом с карбидным покрытием и сильфонными седлами подходят для перекрытия при высоких температурах. При перекачивании абразивных суспензий сверхмощные пережимные клапаны с передовой эластомерной технологией являются идеальным выбором для запорных и регулирующих устройств внутри системы. Управляемость дополнительно повышается за счет конических втулок и интеллектуальных позиционеров, что способствует увеличению интервалов технического обслуживания и значительному снижению затрат на техническое обслуживание.
Пережимной клапан
Хлор-щелочь также является одним из сложных применений клапанов. Хлор сжижается для хранения и транспортировки, а затем испаряется для переработки. Для жидкого хлора рекомендуются клапаны с корпусом клапана CS и внутренними деталями из сплава монеля. Дроссельные затворы с двойным эксцентриситетом и набивкой под динамической нагрузкой обычно используются для предотвращения неконтролируемых утечек.
Процесс преобразования жидкого хлора в пар требует применения тепла в контролируемых условиях, при этом температура пара, образующегося в секции испарителя, поддерживается путем регулирования горячей воды или пара. В то время как шаровые краны с резьбовым соединением используются для большинства дренажных клапанов и запорных клапанов, поворотные шаровые краны используются, когда требуется регулирование температуры.
Кроме того, шаровые краны, дроссельные заслонки и мембранные клапаны с футеровкой из PFA широко используются при подготовке рассола и производстве каустической соды для предотвращения коррозии.
