석유 산업에서 밸브의 핵심 기술 : 게이트 밸브, 스로틀 밸브 및 체크 밸브의 메커니즘, 응용 및 개발

석유 산업에서 밸브의 핵심 기술 : 게이트 밸브, 스로틀 밸브 및 체크 밸브의 메커니즘, 응용 및 개발

소개 : 석유 산업의 "비판적 시청자"

광대 한 석유 산업 시스템 내에서 밸브는 매우 중요하지만 종종 간과되는 역할을합니다. 이들은 파이프 라인 시스템의 "중요한 시점"이며 석유, 천연 가스 및 관련 매체의 흐름, 압력, 방향 및 온/오프 상태를 정확하게 제어합니다 (예 : 고압 증기, 사워 가스, 사워 원유, 슬러리 등). 탐사 킬로미터 깊이의 지하, 폭풍이 치는 바다의 해외 시추, 대륙 횡단 장거리 파이프 라인 운송, 복잡한 고온, 고압 정제 및 화학 장치에 이르기까지 밸브는 어디에나 있습니다. 그들의 성과는 생산 안전, 효율성, 환경 준수 및 프로젝트의 전반적인 경제를 직접 결정합니다. 석유 산업 (고온, 고압, 극저온, 부식, 침식, 가연성, 폭발성)의 가혹한 운영 조건은 밸브에 거의 결정적인 요구 사항을 부과하여 고급 장비 제조의 진정한 영역이됩니다.

수많은 밸브 유형 중에서 게이트 밸브, 스로틀 밸브 (글로브 밸브, 바늘 밸브 포함) 및 밸브를 점검하십시오 (비 환전 밸브 -NRV) 석유 산업에서 유체 제어의 기본 핵심을 형성합니다. 주요 프로세스의 분리, 정확한 흐름/압력 조절 및 역류 방지와 같은 중요한 작업을 처리합니다.

1 부 : 게이트 밸브 - 견고하고 신뢰할 수있는 시스템 차단기

1.1 핵심 메커니즘 및 구조 분석 게이트 밸브의 핵심 기능은 완전히 열거 나 완전히 닫힙니다 파이프 라인 시스템에 상태를 유지하여 0에 가까운 누출로 안정적인 분리를 제공합니다. 작업 메커니즘은 간단하고 강력합니다.

• 개방/폐쇄 액션 : 줄기의 수직 위로 다운 이동은 게이트 (웨지 또는 평행 유형) 수직으로 참여하거나 분리합니다 시트 밀봉 표면 . 열면 게이트는 상단 보닛 캐비티로 완전히 수축되어 최소 압력 강하가있는 방해받지 않는 흐름 경로를 제공합니다. 닫으면 게이트는 미디어 압력 또는 액추에이터 추력으로 시트에 밀접하게 눌려져 단단한 금속-금속 (또는 소프트 조항) 씰을 형성합니다.
• 일반적인 구조 구성 요소 :
  • 몸: 압력 함유 경계. 유량 경로 설계 (전체 포트 / 감소 포트)가 중요합니다. 석유 산업은 일반적으로 풀 포트 디자인 (보어 ≥ 파이프 ID)을 사용하여 압력 강하 및 피깅 저항을 최소화합니다.
  • 보닛: 신체를 줄기에 연결하는 주요 구성 요소. 밀봉 방법은 다양합니다 (볼트, 압력 씰, 자체 밀봉). 고압/고온 (HP/HT) 조건 하에서 밀봉을 향상시키기 위해 미디어 압력을 사용하는 압력 씰 보닛은 주류입니다.
  • 게이트/디스크 : 핵심 폐쇄 멤버. 단단한 쐐기 게이트 : HP/HT 클리닝 매체에 적합한 간단하고 신뢰할 수있는 구조 (예 : 주 증기 분리). 유연한 웨지 게이트 : 온도 보상을위한 그루브는 적당한 온도 변동 (예 : 웰 헤드 밸브)에 적합합니다. 병렬 더블 디스크 게이트 : 스프링이나 스프레더를 사용하여 두 디스크를 시트에 동시에 강제로 강제하여 덜 엄격한 좌석 평탄도 요구 사항을 갖춘 우수한 밀봉을 제공합니다. 미세한 고형물이있는 미디어에 이상적이거나 코킹하기 쉬운 (예 : 원유 증류 단위의 잔류 선).
  • 시트 링 : 게이트와 밀봉 쌍을 형성합니다. 일반적으로 개선 된 침식/부식 저항 및 서비스 수명을 위해 교체 가능한 강화 시트 (예 : 별이 오버레이)를 사용합니다. 밀봉면은 평평하고 테이퍼링 될 수 있습니다.
  • 줄기: 운영력을 전달합니다. 상승 줄기 : 줄기는 게이트와 함께 상승/떨어지고 외부로 보이는 위치. 지상 또는 관찰 가능한 위치 (예 : 플랫폼 데크 밸브)에 적합한 효율적인 토크 전송. 비상장 줄기 : 줄기 만 회전하고, 너트는 게이트와 내부적으로 움직이며 높이는 일정하게 유지됩니다. 우주 제약 또는 매장 파이프 라인 (예 : 해저 밸브)에 이상적입니다.
  • 줄기 포장 : 스템을 따라 미디어 누출을 방지하는 임계 밀봉 영역. 다수의 유연한 흑연 링, 스프링 에너지 벨로우즈 씰 또는 조합 씰 (흑연 PTFE)을 사용합니다. 벨로우즈 씰은 HP, 독성 또는 방사성 매체 (API 624 인증)에 대한 외부 누출 제로를 달성합니다.
  • 액추에이터 : 수동 (핸드 휠, 기어 박스), 공압, 유압, 전기 또는 전기 수확량. 대형 보어 HP 게이트 밸브는 일반적으로 기어 박스 감소 또는 유압/전기 고압 액추에이터를 사용하여 높은 토크를 제공합니다.

1.2 설계 고려 사항 : 가혹한 석유 산업 요구 사항 충족 극한 환경은 게이트 밸브의 특수 설계를 형성합니다.

• 고압/고온 (HP/HT) 내성 : API 6A/6D 표준은 엄격한 설계, 재료 및 테스트 요구 사항을 정의합니다. 신체 벽 두께 계산은 극심한 하중 하에서 구조적 무결성을 위해 유한 요소 분석 (FEA)에 의해 검증 된 ASME B16.34를 따릅니다. 재료는 고온 합금 강 (AISI 4130, F22, F91, Inconel 625), 이중 스테인레스 강 (2205, 2507) 또는 오스테 나이트 스테인리스 강 (316L, 317L)을 포함합니다.
• 부식 및 침식 보호 : h₂s, co₂, cl⁻, sour water, 샌디 원유와 같은 미디어를 마주 보는 것 :
  • 재료 선택 : NACE MR0175/ISO 15156은 황화물 응력 크래킹 (SSC) 및 응력 부식 균열 (SCC)에 내성이있는 재료를 제어합니다. 고 합금강, 이중/슈퍼 듀플렉스, 니켈 합금 (Hastelloy C276, C22, 625)이 일반적인 선택입니다.
  • 표면 경화 : 시트 및 게이트 밀봉은 레이저 클래딩, 플라즈마 전달 된 아크 (PTA) 또는 OFW (Oxy-Fuel Welding) 또는 코발트 기반 (Stellite 6, 21) 또는 니켈 기반 (Inconel 625) 합금 (≥3mm 두께), 상당히 향상된 마모, 침식 및 복막 내성을 광범위하게 사용합니다.
  • 코팅 : 줄기는 종종 전기 니켈 도금 (ENP), 열 분출 된 텅스텐 카바이드 (WC) 또는 물리 증기 증착 (PVD) 코팅 (CRN, TIN)을 사용하여 마모/부식 저항성을 향상시킵니다.
• 화재 안전 디자인 : API 6FA, API 607, ISO 10497은 외부 화재 노출 후 기본 밀봉 (낮은 누설 속도)을 유지하기 위해 밸브가 필요합니다. 주요 측면 :
  • 소프트 밀봉 백업 : 금속 시트 게이트 쌍은 소프트 씰 (예 : 시트 O- 링)이 타는 후 비상 씰을 형성합니다.
  • 내화성 포장 : 고온에서 팽창하여 간격을 채우기 위해 경골 흑연 포장을 사용합니다.
  • 반 정적 디자인 : 작동 중에 생성 된 정전기가 안전하게 배출되어 점화를 방지합니다.
• 낮은 배출 (LE) 표준 : 환경 규정 (EPA 메탄 규칙, TA ​​LUFT), API 624 (STEM SEAL TESTING), API 641 (체크 밸브), ISO 15848 (산업 밸브)에 의해 강력한 도망자 방출 테스트 클래스 (AH, BH, CH)에 의해 주도됩니다. LE Design은 최적화 된 포장 시스템 (디스크 스프링로드 포장, 초고 흑연), 정밀 스템 가공 (RA <0.4μm), 벨로우즈 씰에 중점을 둡니다.

1.3 전형적인 석유 산업 응용 게이트 밸브는 우수한 분리와 저 유량 저항을 위해 석유 및 가스 가치 사슬에 널리 배포됩니다.

• 업스트림 탐사 및 생산 (E & P) :
  • 웰 헤드 크리스마스 트리 : 마스터 밸브, 윙 밸브, 면봉 밸브. 극심한 웰 헤드 압력 (≥15000 psi), 사워 서비스, 모래 침식을 견딜 수 있습니다. API 6A PSL 3G/4, Stellite-Overlaid 좌석을 준수하는 고강도 저 합금 강철 (AISI 4130/4140)은 종종 재료입니다. API 6A PR2 인증이 필요합니다.
  • 지하 안전 밸브 (SSSV) : 튜브 내에 설치되며 응급 상황에서 자동으로 웰 보어를 닫습니다. 유압 또는 전기 제어는 폭발을 방지합니다.
• 미드 스트림 운송 및 보관 :
  • 파이프 라인 블록 밸브 : 메인 라인 블록 밸브, 스테이션 분리 밸브. 대형 보어 (≤60 "), 고압 (Cl. 600-2500). 완전 보어, 매장에 대한 적합성 (직접 또는 아치형), 신뢰할 수있는 원격/자동 제어 (RTU 유압 액추에이터), 우수한 CP 호환성. 재료 : 탄소강 (A106 Gr.B, A694 F60/F65/F70) 또는 저지대 탄소강 (LTC).
  • 탱크 농장 : 탱크 차단 밸브, 흡입구/출구 격리 밸브. 큰 온도 스윙, 잠재적 진공 (탱크 비우기)을 처리해야합니다.
• 다운 스트림 정유 및 석유 화학 :
  • 프로세스 단위 분리 : 반응기 인/아웃, 컬럼 인/아웃, 용광로 인/아웃, 임계 펌프 인/아웃. 공정 유체 (첨단 탄화수소, 부식성 산/알칼리, 촉매 슬러리)에 기초한 재료 선택 - 예를 들어, SS, 합금 강, 모넬, Hastelloy. 첨단 (> 500 ° C) 밸브는 특수 합금 (347H, 310H, 합금 800H/HT) 및 용접 보닛을 사용합니다.
  • 증기 시스템 : 주요 증기선, 압력 감소 및 De-SuperHeating 스테이션 (PRD)의 상류/하류 분리. HP (Cl. 1500-2500), HT (≤565 ° C). 재료 : CR-MO 강 (P11/P22/P91). 엄격한 크리프 피파이트 수명 평가가 필요합니다.

1.4 과제 및 솔루션

• 고집 및 운영 난이도 : 높은 온도 또는 파울 링 매체는 게이트와 시트 사이의 코킹, 스케일링 또는 산화물 결합을 유발합니다. 솔루션 : 일반 밸브 운동, 코킹 방지 코팅 게이트 (예 : PTFE 기반), 병렬 이중 디스크 설계, 최적화 된 캐비티 드레인 설계 (하단 배수 플러그).
• 침식 마모 : 고속 흐름 (특히 스로틀을 할 때)은 밀봉면과 신체 흐름 경로를 심하게 침식합니다. 솔루션 : 간소화 된 흐름 경로 설계, 두껍게/강화 된 임계 영역 (시트 오버레이), 스로틀 링 사용을 제한합니다.
• 차동 열 팽창 : 신체, 보닛, 높은 온도의 게이트 부품의 다양한 확장 계수는 결합 또는 누출을 유발할 수 있습니다. 솔루션 : 유연한 웨지 게이트, 최적화 된 시트지지, 압력 씰 보닛.
• 높은 토크 요구 사항 : 큰 보어 HP 밸브에는 엄청난 폐쇄 토크가 필요합니다. 솔루션 : 최적화 된 게이트 설계 (웨지 각도), 저속 씰 코팅 (예 : DLC), 강력한 액추에이터 (유압 실린더, 고중 모터).

2 부 : 스로틀 링 밸브 - 정확한 흐름 및 압력 제어의 마스터

2.1 핵심 메커니즘 및 구조적 다양성 조절 밸브의 핵심 기능은 다음과 같습니다 정확한 규제 유체의 유량과 압력 파이프 라인 시스템에서. 흐름 경로 단면적 또는 흐름 프로파일을 변경하여 제어 된 에너지 소산을위한 국소 저항 (압력 강하)을 만듭니다.

• 핵심 행동 : 클로저 부재 (플러그/바늘/볼)는 좌석에 대해 선형 또는 회전으로 이동하여 흐름 영역을 지속적으로 변경합니다.
• 주요 구조 유형 및 특성 :
  • 글로브 밸브 :
    • 구조: 구형 또는 전구 모양의 바디 캐비티. 줄기는 플러그 (디스크, 플러그, 바늘 모양)를 시트에서 수직으로/멀리 이동합니다. 흐름 경로 : "S"(표준) 또는 "y"(각도 패턴).
    • 조절 : 플러그 링과 시트 링 사이의 환형 갭 영역이 다양합니다. 스트로크 대 흐름 : 약. 선형 또는 동일한 백분율 (플러그 모양 종속).
    • 특징: 높은 정밀 (특히 저속), 단단한 차단 (금속/소프트 씰), 고압 강하, 침식에 대한 플러그. 낮은/중간 압력, 차단 및 조절이 필요한 청정 매체 (보일러 공급 물 제어, 기기 공기)에 적합합니다.
  • 바늘 밸브 :
    • 구조: 플러그는 정밀 테이퍼 시트 오리피스를 장착하는 길고 테이퍼링 된 "바늘"입니다.
    • 조절 : 미세 변위는 초 미세 유량 제어 (매우 낮은 이력서)를 위해 좁은 환형 갭 영역을 정확하게 변화시킵니다.
    • 특징: 매우 높은 정밀도, 좁은 유량 범위, 쉽게 막히고 침식 저항이 불량합니다. 기기 샘플링, 정밀 계량, 테스트 벤치에 사용됩니다.
  • 케이지 유도 밸브 (케이지 트림 밸브) :
    • 구조: 플러그 (피스톤)는 특정 개구부 (Windows)가있는 금속 케이지 내부로 수직으로 움직입니다. 케이지 가이드 및 흐름 경로 및 특성을 정의합니다.
    • 조절 : 유체는 케이지 개구부를 통해 흐릅니다. 플러그 모션 커버/오프닝 영역을 노출시킵니다. 개방 모양/분포에 의해 정의 된 유량 특성 (Lin., EQ%, 빠른 개방).
    • 특징: 밸런스 플러그 (운영력 감소), 강한 포기 (다단 압력 강하), 우수 소음 감쇠 (Labyrinth), 트림 교체 가능, 쉬운 유지 보수. 돼지의 HP 드롭, 심한 서비스 (고체, 캐비테이션)에 선호 : HP 드롭 제어, 항 (항), 소음 감소 밸브.
  • 앵글 밸브 :
    • 구조: 90 °의 글로브 밸브 변형, 흡입구/출구.
    • 특징: 표준 글로브보다 유량 저항, 유량 저항이 낮아지면 흐름 방향을 변경하면 고체가 정착됩니다. 보일러 블로우 다운, 슬러리 제어에 일반적입니다.
  • 조절 용 플러그 밸브 (V- 포트 플러그 밸브) :
    • 구조: 포트 모양의 원형/원통형 플러그 (예 : V- 포트).
    • 조절 : 회전 플러그는 포트 노출을 변경하여 EQ% 흐름 특성 근처를 달성합니다.
    • 특징: 대용량 (개방시 풀 포트 글로브 근처), 우수한 규제, 내마모 (금속 씰), 점성, 슬러리 또는 벌금이 부여 된 미디어 규정 (잔류 물, 슬러리)에 적합합니다.
  • 조절 용 볼 밸브 (V-Ball / 특성화 된 볼 밸브) :
    • 구조: 윤곽이 지분 된 공 (V-notch, 세그먼트).
    • 조절 : 회전 볼은 포트 노출을 변경합니다. 윤곽은 특정 특성 (예 : EQ%)을 달성합니다.
    • 특징: 매우 높은 용량 (열린 경우 직선 파이프 근처), 강한 전단 작용 (섬유/슬러리를자를 수 있음), 신뢰할 수있는 씰 (소프트 시트), 결합 된 격리 및 조절, 섬유/소프트 고형물 서비스 (펄프, 폐수, 음식)에 적합합니다. 슬러리 조절, 넓은 범위 흐름 제어 (탱크 팜 스위칭)에 석유 및 가스에 사용됩니다.
  • 다단계 안티 포기 트림 : 복잡한 멀티 홀/미로 흐름 경로 설계 (케이지 밸브 등에 통합) 큰 ΔP를 작은 단계로 나누어 깜박이/캐비테이션을 방지하고 트림 및 다운 스트림 배관을 보호합니다. HP 드롭 서비스에 필수적입니다 (HP 가스 letdown, 보일러 공급 펌프 Min. 흐름 재활).

2.2 석유의 핵심 규제 및 설계 문제 복잡성은 특별한 요구를 부과합니다.

• 고압 낙하 제어 : 예를 들어, 웰 헤드 초크, 가스 압력 감소 스테이션, 압축기 방지 밸브, HP 공정 제어. 주요 도전 : 캐비테이션 및 깜박임 :
  • 캐비테이션 : 증기 압력 아래로 국소 압력이 떨어집니다 → 기포 형태 → 다운 스트림 압력 회복 → 거품 붕괴 → 마이크로 제트는 피팅 손상 및 높은 노이즈를 유발합니다.
  • 섬광: 압력이 증기 압력 아래로 떨어집니다 → 부분 연속 기화 → 침식 2 상 흐름.
  • 솔루션 : 다단계 트림 설계 :
    • 오리피스 플레이트 어레이 (드래그, 하이 플로우) : 무대 ΔP를위한 여러 개의 작은 구멍이있는 판 스택.
    • 미로 경로 : 길고 구불 구불 한 경로는 마찰 소산을 증가시킵니다.
    • 직각 회전 : 다중 90 ° 굽힘을 통한 에너지 소산.
    • 와류 챔버 : 고속 소용돌이 원심 분리 소산.
    • 목표 : 큰 ΔP를 ΔP_STAGE <ΔP_CRITICAL (기포 형성/대조군이 붕괴되는 것을 방지하는 단계로 분할).
• 정확한 흐름 제어 : 예를 들어, FCC 사료 제어, 개혁자 수소 흐름, 증류 열 역류/종이 비율, 첨가제 주입. 필수 :
  • 높은 범위 (> 50 : 1) : 넓은 흐름 범위에 대한 특성을 유지하십시오.
  • 고해상도 및 반복성 : 미세 액추에이터 제어 (스마트 포지셔너).
  • 낮은 히스테리시스 : 데드 밴드/불안정성을 피하십시오.
  • 해결책: 트림 지오메트리 (케이지 홀 설계, 플러그 윤곽), 고성능 액추에이터 (디지털 스마트 전기, 정밀 공압 포지셔너), 줄기 마찰 감소 (저속 포장, 로터리 밸브) 최적화.
• 마모 및 부식 저항 : 촉매 벌금, 모래 원유, 사워 서비스 (h₂s, co₂, Hcl). 솔루션 :
  • 강화 된 표면 : 플러그/시트/케이지 오버레이 : Stellite, WC, 스프레이 세라믹 (Allool, Cr₂o₃) 또는 고체 소결 WC.
  • 부식 방지 합금 : 트림 : 이중, Hastelloy, Monel.
  • 흐름 경로 최적화 : 입자 충돌을 줄이기 위해 날카로운 모서리/죽은 구역을 피하십시오.
• 고온 응용 : 예를 들어, 지연된 코커 핫 증기, FCC 재생기 슬라이드 밸브 (기능적으로 제어 밸브), 스팀 PRD 제어. 과제 : 재료 강도/변형, 열 팽창 → 결합/누출. 솔루션 : 첨단 합금 (Inconel 625/718, Haynes 230, 800H), 열 팽창 보상, 최적화 된 가이딩, HT 포장 (Flexible Graphite).
• 낮은 배출 및 화재 안전 : 게이트 밸브와 유사한 요구 사항, 플램블 (H₂, LPG, LNG) 또는 독소에 중요합니다. API 624/641/ISO 15848 동일하게 적용 가능합니다.

2.3 전형적인 석유 산업 응용

• 상류 :
  • 우물 초크 밸브 : ** Critical! ** 잘 유량 및 압력을 제어합니다 (형성 손상을 방지하고 생산을 관리합니다). 극심한 ΔP (저수지 대 파이프 라인 압력), 모래, 사워 서비스를 견딜 수 있습니다. 용도 다단계 케이지 트림 (8-12 단계) 또는 특수 바늘 케이지. 재료 : 고강도 합금 강철 강화 표면 (Stellite/WC). 마모, 캐비테이션, SSC 저항이 필요합니다. 유형 : 고정 (수동), 조절 가능 (유압/전기).
  • 분리기 제어 밸브 테스트 : 석유/가스/물 분리기의 수준/압력을 조절합니다.
• 내의 한복판:
  • 가스 압력 감소 스테이션 : 입구 압력 제어, 모니터, 작업자 밸브. HP 투과 가스를 MP/LP 분포 압력으로 안전하게/꾸준히 줄입니다. 주요 도전 : 높은 ΔP (수백 바) 하의 캐비테이션/소음. 흔한: 미로/다단계 케이지 트림 각도/직선 패턴 밸브. 엄격한 차단 (Ansi VI) 및 LE (ISO 15848 AH/BH)가 필요합니다.
  • 압축기 스테이션 : ** 서지 방지 밸브 : ** 압축기 라이프 라인. 필요합니다 매우 빠른 응답 (MS) , 큰 이력서 (즉시 높은 유량 통풍구), 높은 신뢰성. 종종 볼/나비 밸브 고성능 액추에이터 (유압 퀵 오픈).
  • 가스 저장 : 주입/생산 흐름 제어.
• 다운 스트림 정제 :
  • 원자로 공급 제어 : 정확한 탄화수소, H주, 촉매 흐름 제어 (수소화, 개혁).
  • 분별 열 제어 : 오버 헤드 환류, 바닥 재부팅 가열, 측면 드로우 컨트롤 (원유, FCC 메인 분획).
  • 용광로 제어 : 연료 가스/오일 흐름, 공급 흐름, 연소 공기/O₂ 컨트롤 (댐퍼/FD 팬을 통해).
  • 유용: ** 보일러 공급 물 제어 밸브 ** (HP 드롭, 소송 방지 트림), PRDS 제어 밸브 (HPHT 증기), 냉각수 흐름. BFW 밸브는 다단계 케이지 트림 (4-6 단계) 경화를 사용합니다.
  • 환경 단위 : FGD 슬러리 재활 펌프 방전 (마모/부식 저항), 폐수 흐름/압력 제어.
  • 특수 밸브 :
    • FCC 슬라이드 밸브 : 반응기/재생기 사이의 촉매 순환 (HT, Fines-Laden, HP Drop, High Wear) 간의 촉매 순환을 제어합니다. 특수한 내화 안감 ( "거북이 껍질 메쉬"), HT 합금, 유압 작동을 사용합니다.
    • 검은 색/회색 수상 각도 밸브 : 고체가있는 슬러리 (촉매 벌금, 콜라). 앵글 패턴, 강화 트림 (WC), 클로그를 방지하기 위해 간소화 된 디자인.

2.4 인텔리전스 및 진단 현대의 스로틀 링 밸브는 점점 지능적입니다.

• 스마트 포지셔너 : 마이크로 프로세서 기반, 지원 HART/FF/PA. 정확한 위치 피드백/제어, 밸브 진단 (마찰 변경, 포장 마모, 액추에이터 압력 문제), 적응 형 튜닝, 단계 응답 테스트, 데이터 로깅/통신을 제공합니다.
• 조건 모니터링 : 통합 센서 (진동, 음향 방출, 온도, STEM 변위)는 예측 유지 보수를위한 실시간 건강 모니터링 (트림 침식, 캐비테이션 강도, 누출 예측 포장)을 가능하게합니다.
• 디지털 트윈 : 성능 시뮬레이션, 제어 최적화 및 수명 예측을위한 물리 및 운영 데이터를 기반으로하는 가상 모델.

파트 3 : 점검 밸브 - 흐름 방향의 보호자

3.1 핵심 메커니즘 및 구조 유형 점검 밸브 (비 환전 밸브 -NRV)는 자동으로 역 유체 흐름을 방지하여 업스트림 장비 (펌프, 압축기, 용기) 및 안전 시스템을 보호합니다. 작동은 유체 운동 에너지 및 차등 압력에만 의존합니다. 외부 액추에이터가 없습니다.

• 핵심 원칙 : 순방향 흐름 압력은 디스크 (스윙 디스크, 피스톤, 볼, 웨이퍼)를 열어줍니다. 흐름 중단/반전시, 디스크는 중력, 스프링 힘 또는 역류 압력을 통해 자동으로 닫혀 역 흐름을 차단합니다.
• 주요 구조 유형 및 특성 :
  • 스윙 체크 밸브 :
    • 구조: 디스크 (무게가 있든 없든) 신체 내부의 힌지 핀에 피벗됩니다.
    • 작업: 순방향 흐름은 디스크를 들어 올리며 좌석을 끄는 것; 정지/반전 중력 스윙 디스크가 닫혔습니다. 열면 저압 강하 (디스크 ~ 유동에 평행).
    • 특징: 단순하고 큰 크기 (≥DN50), 낮은 ΔP, 느린 닫기 (워터 해머가 발생하기 쉬운), 수평 설치 만. 정상 흐름 (펌프 배출)을 갖는 깨끗한 액체에 적합합니다.
  • 체크 밸브 / 피스톤 체크 밸브를 들어 올립니다.
    • 구조: 디스크 (피스톤, 플러그, 디스크)는 흐름에 수직으로 가이드에서 수직으로 움직입니다. 글로브 밸브 디스크와 유사합니다.
    • 작업: 전방 흐름 리프트 디스크; 파업/반전 중력/스프링이 닫힙니다. 디스크 OD/가이드 보어 적합에 의해 안내됩니다.
    • 특징: 짧은 여행, 더 빠른 폐쇄 (스윙보다), 좋은 밀봉 (금속/소프트 시트), 수평/수직 설치 (위쪽으로 흐르기), 더 높은 ΔP (구불 구불 한 경로), 가이드 청결성 중요합니다. 더 작은 크기 (≤dn50), 더 높은 압력, 빠른 닫기 (펌프 방전), 증기 시스템에 적합합니다.
  • 듀얼 플레이트 웨이퍼 체크 밸브 / 더블 도어 체크 :
    • 구조: 중앙에 장착 된 스프링로드 힌지로 연결된 2 개의 반원형 (또는 나비) 플레이트.
    • 작업: 전방 흐름은 플레이트를 열어줍니다 (~ 78-85 °). 파업/반전 스프링 힘 백 플로우 스냅 플레이 플랫 닫힌.
    • 특징: 소형/조명 (큰 크기), 매우 빠른 닫기 (워터 해머 감소), 낮은 ΔP, 스프링 보조 (위치 둔감), 우수한 흐름 용량. 펌프/압축기 방전 보호에 널리 사용됩니다. 스윙/리프트 밸브의 주요 교체.
  • 볼 체크 밸브 :
    • 구조: 클로저 부재는 단단한 공 (금속/엘라스토머 코팅)이며 시트는 원뿔입니다.
    • 작업: 전방 흐름 공; 파업/반전 중력/스프링은 시트에 공을 떨어 뜨립니다.
    • 특징: 매우 간단하고 신뢰할 수있는 밀봉 (소프트 시트), 높은 ΔP, 고체/점성 매체 (볼 회전), 수직 설치가 필요합니다 (위쪽으로 흐르기). 일반적인 작은 라인, 슬러리 펌프 방전, 화학 주입.
  • 디스크 체크 체크 밸브 / 노즐 체크 / 축 흐름 검사 틸팅 :
    • 구조: 중앙 샤프트에 장착 된 카운터 웨이트/스프링이있는 경사 디스크 (또는 노즐 모양).
    • 작업: Forward Flow는 최소한의 편향으로 디스크를 열어줍니다 (~ 15-20 °). 파업/반전 카운터 웨이트/스프링 배압 스냅 디스크 폐쇄 (밀리 초 속도).
    • 특징: 매우 낮은 ΔP (직선 파이프 근처), 초고속 폐쇄 (최고의 워터 해머 예방) , 간소화, 스프링 보조 (위치 유연성), 고속 (펌프/압축기 아울렛), 유지 보수가 쉬운 경우. 워터 해머 완화 및 초저 ΔP에 대한 최고의 선택.
  • 중지 확인 밸브 : 수동 차단 (Globe Valve 등)과 자동 점검 기능을 결합합니다. 줄기는 디스크를 강제로 닫거나 올라갈 때 자유로운 움직임을 허용 할 수 있습니다. 추가 분리가 필요한 경우 (예 : 보일러 급식 펌프 아울렛) 사용합니다.

3.2 주요 석유 문제 : 워터 망치 및 밀봉 체크 밸브의 핵심 문제 :

• 워터 해머 / 서지 보호 :
  • 원인: 갑작스런 펌프/압축기 정지 → 포워드 흐름 중단 → 다운 스트림 유체 관성은 저압/진공 → 유체 감속, 정지, 반전 → 슬램을 폐쇄/폐쇄 디스크 → 파괴 압력 서지파로 만듭니다.
  • 밸브 역할 확인 : 마감 속도 중요합니다. 더 빠른 폐쇄 → 리버스 흐름 운동량이 적습니다 → 하부 서지 압력 피크.
  • 해결책: 느리게 입은 밸브 (스윙) 높은 위험. 석유 산업은 다음을 선호합니다.
    • 빠르게 입금 체크 밸브 : ** 듀얼 플레이트 ** (강력한 스프링), 디스크/축 틸팅 (카운터 웨이트/스프링 최적화 유체 역학)는 밀리 초 클로저, 펌프 트립 보호를위한 주류 (API 6D 권장)를 제공합니다.
    • 부속품: 설치하다 대시 팟 또는 표준 밸브의 아울렛 (예 : 스윙)의 유압 댐퍼 (예 : 스윙)를 지연시켜 최종 닫기 (~ 10-15 ° 이동)를 지연시켜 디스크 충격 속도 및 서지 피크를 줄입니다 (약간의 속도 희생).
    • 시스템 설계 : 서지 탱크, 릴리프 밸브, VFD 소프트 펌프 정지.
• 밀봉 신뢰성 :
  • 도전 과제 : 반복적 인 충격 마모, 고체 마모, 파울 링, 부식, 낮은 ΔP (불충분 함)는 내부 누출 (역 유량 누출)을 유발합니다.
  • 솔루션 :
    • 씰 디자인 : HPHT의 금속 씰 (하드 페이스, 정밀 랩핑); 낮은 ΔP 압박감을위한 탄력성 씰 (디스크 장착 O- 링, PTFE, 흑연).
    • 지원 마감 : 스프링 하중 (듀얼 플레이트, 리프트, 틸트 디스크)은 낮은 흐름/압력 및 수직 다운 플로에서 안정적인 폐쇄/밀봉을 보장합니다.
    • 재료/경화 : 디스크/씰은 Stellite, WC 또는 세라믹 스프레이로 겹쳐진 얼굴입니다.
  • 표준 : API 598, API 6D, API 6A 엄격한 시트 테스트 (저압, 고압). API 6D는 특정 밀봉 클래스 (예 : 양방향 밀봉)를 정의합니다.
• 고체가 가득한 미디어 : 입자는 고착 (폐쇄 방지) 또는 씰 마모를 유발합니다. 솔루션 : 볼 체크 (덜 고착), 듀얼 플레이트 (스프링 힘 닫기), 리프트 체크 (가이드 보호 씰), 특수 하드 페이스 트림.
• HPHT : 게이트/스로틀 밸브와 마찬가지로 재료 선택 (HT 합금), 구조 설계 (FEA), 화재 안전 (API 6FA)이 중요합니다.

3.3 전형적인 석유 산업 응용 점검 밸브는 역 흐름에 대한 유비쿼터스 안전 장벽입니다.

• 펌프 방전 : ** 가장 중요한 응용 프로그램! ** 셧다운시 역 회전을 통해 백 플로 손상 펌프를 방지합니다. 빠른 닫기 필수 (듀얼 플레이트, 틸트 디스크 선호). API 6D 공정 펌프에 공통적 인 API 인증 듀얼 플레이트 밸브.
• 압축기 방전 : 가스 백 플로우 손상 로터를 방지합니다. 빠른 폐쇄, HP 공차, 낮은 누출이 필요합니다. 대형 원심 압축기에 공통적 인 디스크 밸브 기울기.
• 병렬 장비 : 흐르는 장비에서 대기 (펌프, 압축기)로 흐름을 방지합니다.
• 선박 아울렛 : 용기 압력을 유지하고, 백 플로우 (분리기, 탱크 매장)를 방지합니다.
• 보일러 사료 펌프 방전 : HPHT 서비스. 종종 대시 팟 (& 정지 점검)으로 리프트 체크 또는 스윙 체크를 사용합니다.
• 해저 파이프 라인 : 중력/ESD- 유도 백 플로를 방지합니다. 높은 신뢰성, 부식 저항, 방향 유연성 (듀얼 플레이트, 볼 공통)이 필요합니다.
• 주입 웰 (물/가스) : 저수지 유체 역류를 방지합니다.
• 압력 완화 시스템 : 업스트림 분리 밸브가 실수로 닫히면 압력 안전 밸브 (PSV)가 액세스 할 수 있도록합니다 (Tell-Tale 포트 또는 특수 우회가있는 체크 밸브 사용).

4 부 : 개발 동향 및 미래 전망

석유 산업의 핵심 밸브 기술은 고성능, 인텔리전스 및 지속 가능성을 향해 지속적으로 발전합니다.

1. 재료 과학 혁신 :

• 고급 합금 : 슈퍼 듀플렉스 (Zeron 100, 2507), Ni 기반 HT 합금 (Inconel 718, 725, Haynes 282), 극단적 인 부식, HPHT, 심해 극저온 서비스의 광범위한 사용. 첨가제 제조 (3D 프린팅)는 캐스팅을 통해 어려운 고급 합금을 사용하여 복잡한 트림 형상 (최적화 다단계 케이지)을 가능하게합니다.
• 표면 공학 혁신 :
  • 초 하드 코팅 : CVD/PVD 다이아몬드 유사 탄소 (DLC), 입방 붕소 (CBN)는 극도의 경도/내마모성을 제공합니다.
  • 나노 복합체 코팅 : 균형 경도/인성/낮은 마찰/부식 저항에 대한 요소를 결합합니다 (Tialn MOS2, DLC WC).
  • 기능적으로 등급이 매겨진 코팅 : 조성 구배는 결합 강도 및 표면 특성을 향상시킵니다.
  • 극단적 인 환경 코팅 : FCC 등의 산화 내성 (Mcraly), 용융 금속 침식 내성
• 세라믹 재료 : 마모 부품 (볼, 시트, 디스크), 특히 순도에 민감한 (세미콘, 제약) 또는 극한 마모 응용 분야에서 엔지니어링 된 도자기 (ZTA, SIC) 사용 증가.

2. 인텔리전스 심화 및 디지털화 :

• 스마트 포지셔너 및 액추에이터 : 다기능, 고정밀, 높은 신뢰성, 강력한 의사 소통으로 발전합니다. 더 많은 센서 (토크, 변형, 가속도, 음향), 고급 로컬 진단을위한 에지 컴퓨팅 (트림 침식, 포장 건강, 트리거 예측 유지 보수)을 통합합니다.
• IIOT 통합 : Plant IoT 플랫폼 (Osisoft Pi, Aveva, Honeywell PhD)에서 스마트 노드로서의 밸브, 실시간 상태, 성능, 진단 스트리밍.
• AI 및 빅 데이터 분석 : ML 알고리즘은 방대한 밸브 데이터를 분석하여 고장을 예측하고 유지 보수를 최적화하며, 이상을 식별 (임박한 캐비테이션), 자동 조정 제어를 식별합니다. 디지털 쌍둥이는 밸브 물리 (흐름, 스트레스, 마모)를보다 정확하게 시뮬레이션합니다.
• 무선 기술 : WirelessHart, Lorawan은 필드 배선을 단순화하고 원격 영역 (우물 사이트, 파이프 라인 밸브 스테이션)에서 모니터링을 활성화합니다.

3. 극도의 성능 및 신뢰성 추구 :

• 초 저 배출 : ISO 15848 최고급 클래스 (AH/BH)에 대한 지속적인 발전. 포커스 : 신규 씰 (Metal Bellows Graphite), 초 고정 가공 (Nano-Finish), 고급 포장 재료/디자인 (스프링 에너지 다단).
• 매우 긴 수명 및 유지 보수가 없습니다 : "시간 기반"에서 "조건 기반"또는 "디자인 수명 유지 보수가없는"목표 이동. 혁신적인 재료/표면 기술, 최적화 된 설계 (감소 된 마모), 부하 스펙트럼 및 실패 모드에 대한 정확한 이해에 의존합니다.
• 극한 서비스 솔루션 : Ultra-Deepwater (> 3000m), Ultra-HT (> 700 ° C), Ultra-HP (> 25000 psi), 강한 방사선, 초 임계 유체, 위험 기반 무결성 관리 (RBI) 활용.

4. 녹색 전환 및 지속 가능성 :

• 에너지 소비 감소 :
  • 최적화 된 흐름 경로 : CFD 시뮬레이션은 본체/트림 흐름 설계를 지속적으로 향상시켜 난기류/ΔP → 하부 펌핑/압축 에너지를 줄입니다. 예를 들어, 게이트 밸브 시트 전환, 스로틀 밸브 다단 무대 경로, 밸브 디스크 프로파일을 확인하십시오.
  • 저조도 디자인 : 밸브 작동 에너지를 줄입니다. 예를 들어, 저속 포장 (PTFE-graphite 복합재), 최적화 된 게이트 웨지 각도/평행 디스크, 상승 줄기를 대체하는 로터리 밸브, 고성능 베어링.
  • 스마트 규정 : 지능형 포지셔너 프로세스 최적화 (APC) → 밸브는 불필요한 스로틀 링 손실을 피하기 위해보다 효율적인 지점에서 작동합니다.
• 메탄 배출 감소 : 도망자 배출 (메탄)은 주요 GHG 초점입니다. Valve Le Tech Evolving :
  • 밀봉 혁신 : 더 넓은 벨로우즈 씰 사용 (STEMS), 다중 밀봉 설계 (1 차 2 차), 고성능 재료 (초 퓨어 흑연, 강화 된 중합체 씰).
  • 정밀 제조 : 초고 가공 (STEM RA <0.2μm), 엄격한 어셈블리 공차, 자동 조립 → 일관성.
  • 모니터링 및 수리 : 통합 미세 누출 센서 (레이저 분광법, 초음파) 예측 플랫폼 → 초기 누출 경고/정확한 수리.
• 연장 된 수명 및 유지 가능성 :
  • 모듈 식 디자인 : 핵심 부품 (시트, 케이지, 디스크, 씰) 쉽게 교체 가능 → 풀 밸브 교체 발자국/가동 중지 시간을 줄입니다 (예 : API 6D 게이트 시트는 종종 교체 가능한 인라인).
  • 재 제조 및 보수 공사 : 강력한 밸브 리먼 시스템 → API/ISO → 확장 수명 주기당 코어 부품 (BODY, BONNET) 수리/업그레이드/재 인증.
  • 생태계 : 바이오 기반 그리스 탐색, 생분해 성 포장 → 환경 발자국 감소. 5. 새로운 에너지 및 다양한 미디어에 적응 :
• 수소 밸브 : 수소 경제는 새로운 도전을 제기합니다.
  • 수소 취소 (HE) : H 원자는 금속 격자에 스며 듭니다 → 심각한 인성 손실. HE- 내성 재료 (특정 등급 AISI 316L/317L, Duplex 2507, Inconel 625/718- NACE MR0175/ISO 21457 부록 H), 최적화 된 열처리, 엄격한 경도 제어가 필요합니다.
  • 초경 침투/누출 : 소형 H→ 분자 → 높은 투과성. 보다 엄격한 LE 디자인 (ISO 15848 AH 이상), 정밀 금속-금속 랩핑, H주 특이 적 누출 감지가 필요합니다.
  • 고압 : 충전소, 파이프 라인 → HP 공차 (70-100MPA) → 초점 재료 강도, 씰, 피로 수명.
  • 극저온 (액체 H liquid) : 밸브에는 극도의 냉간 내성 (-253 ° C) → 재료 강인성, 특수 단열재, 얼음 플러그 예방이 필요합니다.
• CCU (탄소 캡처, 이용 및 저장) 밸브 :
  • 높은 COS 및 불순물 : 고순도 또는 불순한 CO₂ 스트림 (HATS, SOₓ, NOIT, OAT, MOISTURE) → 부식 (습식 경우 탄산/산 부식) 및 침식 주요 과제를 처리합니다. 재료 선택 (슈퍼 듀플렉스, NI 합금, 라이닝) 및 경화 중요.
  • 초 임계 co₂ (sco₂) : 독특한 특성 (액체와 유사 밀도, 가스 같은 점도)에는 새로운 밸브 설계 고려 사항 (밀봉, 열 팽창, 침식)이 필요합니다.
  • 고압 및 주입 : 주입 웰 헤드 및 파이프 라인 → HP 서비스 → 엄격한 밀봉/안전 표준.
• 바이오 연료 및 합성 연료 : 알코올, 에스테르, 유기산으로 배지를 처리하려면 더 높은 호환성, 부종 저항, 비금속 씰 (EPDM, FKM, FFKM)의 장기 안정성이 필요합니다.

5. 고급 제조 및 인증 :

• 첨가제 제조 (AM) :
  • 복잡한 형상 : 복잡한 내부 흐름 경로 (최적화 된 다중 단계 미로 트림), 가벼운 토폴로지-최적화 된 구조, 통합 냉각 채널 (HT 밸브)의 생산은 캐스팅/단조를 통해 불가능합니다.
  • 고성능 재료 : NI 합금의 직접 인쇄, TI 합금 → 폐기물 감소, 성능 향상.
  • 빠른 예비 부품 : 임계 트림의 주문형 생산 → 공급망/가동 중지 시간 (예 : 해양 플랫폼 스페어). 과제 : AM 부품 일관성, NDT 방법, 산업 인증 (API 20S).
• 정밀 가공 및 검사 :
  • 초 충전 가공 : 5 축제 가공 센터, 고정밀 분쇄기는 임계 씰 페이스 기하 공차/표면 마감을 보장합니다.
  • 자동 및 스마트 프로덕션 : 로봇 어셈블리, 비전 검사, 온라인 QC → 효율성/일관성 부스트.
  • 고급 NDT : 단계적 배열 초음파 테스트 (PAUT), 디지털 방사선 촬영 (DR/CR), 산업용 CT, 자동화 된 PT/MT → 내부 품질/결함 감지의 광범위한 사용.
• 엄격한 인증 및 진화 표준 :
  • API 표준 진화 : API 6A (웰 헤드), API 6D (파이프 라인), API 600 (스틸 게이트), API 602 (Compact Gate), API 623 (스틸 글로브), API 624/641 (LE 테스트), 새로운 재료/디자인/테스트 요구 사항 (사이클 테스트, 스트리트 퓨터 테스트)에 대해 지속적으로 업데이트되었습니다.
  • ISO 표준 세계화 : ISO 14313 (파이프 라인, Equiv. API 6D), ISO 17292 (석유 화학 볼 밸브), ISO 10434 (볼트 보닛 스틸 게이트), ISO 15848 (도망자 배출)에 영향을 미칩니다.
  • 화재 안전 표준 강화 : API 6FA, API 607 ​​(소프트 시트 쿼터 턴), ISO 10497보다 현실적인 화재 시나리오를 시뮬레이션합니다.
  • 특별 서비스 인증 : SIS 밸브 (ESD 밸브)의 SIL (안전 무결성 레벨), Norsok M-630 (Norwegian Shelf), ASME III

석유 산업의 유체 제어 시스템의 초석이 핵심 기술이 단순한 온/오프 기능을 넘어서는 핵심 기술이 확장되는 것을 보았을 때 게이트 밸브, 스로틀 밸브 및 체크 밸브. 이들은 고온, 고압, 부식, 침식, 극저온 온도 및 가연성/폭발성과 같은 극한 조건에서 에너지 생산, 운송 및 처리의 안전하고 효율적이며 환경 적으로 준수하는 운영을 보장하는 정밀 장비입니다.

기계적인 관점에서 :

• 게이트 밸브 , 단단한 게이트 좌석 씰링 쌍에 의존하면, 프로세스 안전을위한 "철 게이트"역할을하는 0에 가까운 누설 분리를 제공합니다.
• 스로틀 밸브 , 독창적 인 트림 디자인 (케이지 가이드, 다단계 방지 방지)을 통해 유동 및 압력에 대한 정확한 제어를 달성하여 공정 최적화를위한 "정밀 헬름 스맨"역할을합니다.
• 밸브를 점검하십시오 유체 자체의 역학 및 정교한 기계 설계 (스프링 보조, 빠른 폐쇄)를 활용하여 흐름 방향을 충실하게 보호하며 역 흐름 손상에 대해 "자동 센티넬"역할을합니다.

미래에 직면하여 석유 산업 밸브 기술의 개발 동향은 분명합니다.

1. 재료 및 표면 공학 혁명 : 고성능 합금, 세라믹 및 코팅은 환경 내성이 강하고 수명이 길어지는 밸브를 부여합니다.
2. 딥 인텔리전스 및 디지털화 : 스마트 밸브는 산업 IoT에서 중요한 노드가되어 조건 인식,자가 진단, 예측 유지 보수 및 원격 최적화 제어를 가능하게하여 운영 안정성 및 효율성을 크게 향상시킵니다.
3. 극단적 인 성능 추구 : 초경량 배출, 초대형 수명/유지 보수가없는 운영 및 극한 조건 (초음파, 울트라 -HPHT, 수소 에너지)의 지속적인 혁신은 기술적 경계를 밀어냅니다.
4. 녹색 및 저탄소 전환 : 에너지 소비 감소, 도망자 방출 제거, 재 제조 개발 및 생태 재료 채택을 통한 밸브 라이프 사이클의 탄소 발자국 및 환경 위험의 현저한 감소.
5. 에너지 다각화에 대한 적응 : 수소 에너지, CCU 및 바이오 연료와 같은 새로운 분야를위한 전용 밸브 솔루션의 개발 에너지 구조 전환을 지원합니다.
6. 고급 제조를 통한 권한 부여 : 첨가제 제조, 정밀 가공 및 지능형 검사는 밸브 설계 및 생산을 재구성하여 품질 및 응답 성을 향상시킵니다.

글로벌 에너지 환경이 발전하고 산업 4.0 파도가 발전함에 따라 석유 산업 밸브는 계속 발전 할 것입니다. 이들은 수동적 인 "파이핑 부품"에서 활성 "지능형 유체 관리 장치"로 전환하여 기존 에너지 인프라의 안전성과 효율성을 보호하면서 동시에 새로운 에너지 시스템의 건설에 힘을 실어 줄 것입니다. 그들은 현대 산업 문명이 의존하는 에너지 생명선을 계속 보호 할 것입니다. 핵심 기술의 모든 획기적인 혁신은 에너지 부문의 지속 가능한 개발에 새로운 자극을 주입 할 것입니다.