Döner Hareketli İzolasyon Vanaları

İzolasyon vanaları, prosest ortamını yönlendirmek, bakımı kolaylaştırmak, ekipman sökümü ve kapatma işlemleri için kullanılır. Bu eğitimde döner hareketli (çeyrek dönüşlü) vanaların çalışması, uygulaması ve yapısı; küresel vanalar ve kelebek vanalar dahil ele alınmaktadır.

Döner hareketli vanalar, genellikle çeyrek dönüşlü vanalar olarak adlandırılır, küresel vanalar ve kelebek vanaları içerir. Döner hareketli vana türü ne olursa olsun, obtüratör akış yönüne dik bir eksen etrafında döner. Akışkan, küresel vanalarda olduğu gibi obtüratörün içinden veya kelebek vanalarda olduğu gibi etrafından akabilir. Döner hareketli vanalar basit bir çalışma mekanizmasına sahip olma eğilimindedir ve bu nedenle otomasyonu ve bakımı kolaydır.

Küresel vanalar

Küresel vanalar II. Dünya Savaşı sırasında geliştirilmiştir ve başlangıçta ağırlığın ve alanın değerli olduğu uçak yakıt sistemlerinde kullanılmak üzere tasarlanmıştır. Dönen bir küre barındıran bir gövdeden oluşurlar; kürede doğrudan bir delik veya silindir açılmıştır. Küre, iki sızdırmazlık halkası tarafından gövdeye yerleştirilir. Kürenin 90° döndürülmesi vanayı açar ve kapatır ve akışkanın doğrudan delikten akmasına izin verir. Kapalı konumda, kürenin boş tarafları girişi ve çıkışı engelleyerek herhangi bir akışı önler. Küresel vanaların iki temel tasarımı vardır – vanayı desteklemek için vana oturaklarına dayanan yüzen küre tasarımı ve küreyi desteklemek için bir trunion kullanan trunion monteli küre. Trunion montajı, yüzen kürenin sağladığı torkun yaklaşık üçte ikisine indirebildiğinden daha büyük vanalarda kullanılır. Geleneksel olarak, küreye bağlı tutamak vana açıkken boru eksenine paraleldir; tersine, boru eksenine dikse bu vananın kapalı olduğunu gösterir.

Küresel vanalar daraltılmış çap veya tam çap olarak mevcuttur. Tam çap vanalarda delik, boru çapıyla aynı boyuttadır; daraltılmış çap vanalarda ise delik çapı borununkinden küçüktür. Tam çap vanalar daraltılmış çap vanalardan daha pahalıdır ve vanadaki basınç düşüşünün kritik olduğu veya akışölçerlerin yukarısında küresel vanaların kullanıldığı yerlerde kullanılmalıdır.

Tam çap vanalar, ölçüm cihazının yukarısındaki akışkan türbülansını en aza indirmek için akışölçer uygulamalarında kullanılabilir. Kürenin gövdeye yerleştirilmesi için üç farklı montaj türü mevcuttur. Tür yalnızca montaj kolaylığını değil, vananın bakım kolaylığını da etkiler.

• İki ve üç parçalı vanalar - Vananın gövdesi, vana flanşının aynı düzleminde bir veya iki yerden bölünür ve bu parçalar cıvatalanarak birleştirilir. Bunun avantajı basitleştirilmiş, hat içi bakımdır.
• Üstten girişli vanalar - Küre, vananın üstündeki bir kapak içinden yerleştirilir. Bu hat içi bakımı kolaylaştırır.
• Tek parçalı vanalar - Küre, vananın ekseni boyunca takılan bir ek parça ile gövde içinde kapatılır. Bu, gövde eklemi sızıntısını ve çalışma sırasında bağlantının kopması olasılığını ortadan kaldırır; ancak bakım gerektiğinde tüm vananın boru hattından çıkarılması gerekir.

Oturak malzemesi seçimi, belirli bir küresel vananın en uygun olduğu koşulları belirler. Yeni oturak malzemeleri sürekli olarak geliştirilmekte olsa da, Tablo 12.2.1 günümüzde kullanılan daha yaygın malzemelerden bazılarını listelemektedir.

Table 12.2.1 Common ball valve seat materials

Küresel vana seçenekleri

Küresel vanalar çok çeşitli uygulamaların taleplerini karşılamak için birkaç seçenekle üretilebilir:

• Aktüatörler- Küresel vanalar ve aslında tüm döner vanalar otomasyon için uygundur. Bu genellikle elektrikli veya pnömatik olarak çalışan bir aktüatör kullanılarak gerçekleştirilir. Aktüatör, bir bağlantı kiti aracılığıyla vanaya bağlanır. Zorunlu olmamakla birlikte, ISO standart montaj yatağı, bağlantı kitinin vanayı sökmeden kurulmasını sağlar; bu da vana bütünlüğünü korur. Aktüatörler hakkında daha fazla bilgi için Modül 6.6’ya bakın.
• Yangına dayanıklı- Küresel vanalar gaz ve petrol boru hatlarında yaygın olarak kullanıldığından, bu tür uygulamalarda kullanılan vanaların yangına dayanıklı olması zorunludur. Bir vana, yangın koşullarına maruz kaldığında oturak ve mil üzerinden minimum sızıntı sağlamaya devam ederse ve yangın sırasında veya aşırı sıcaklıklara maruz kaldıktan sonra etkili kapanma sağlarsa yangına dayanıklı kabul edilir. Yangın güvenliği ile ilgili standartlar BS 6755 ve API RP 6FA’da belirlenmiştir. Ana endişe, yanma sıcaklıklarının yumuşak oturakları ve contaları tahrip etmesidir; bunu gidermek için birkaç yöntem geliştirilmiştir. Bir yaklaşım, gövdenin ayrılmaz bir parçası olarak polimerik oturakların arkasında ikincil metal sızdırmazlık yüzeylerini dahil etmektir. Yanma sıcaklıklarına maruz kaldığında, oturak deforme olmaya başlar ve prosest ortamın basıncı küreyi yerinden oynatarak polimerik oturağı extrüde eder (Şekil 12.2.3(b)). Oturak tamamen tahrip edildiğinde, küre gövde metal sızdırmazlık yüzeyine oturarak sıkı bir kapanma sağlar (Şekil 12.2.3(c)).

Oturak mekanizmasının doğuştan gelen güvenliğinin yanı sıra, mil sızdırmazlığı da ‘yangın’ koşulları altında atmosfere sızıntı önleyebilmelidir. Bu, esnek grafit veya Grafoil®‘den yapılmış yüksek sıcaklık contaları kullanılarak sağlanabilir; alternatif olarak, körük sızdırmazlı bir düzen kullanılabilir (Bkz. Şekil 12.2.4).

• Temiz buhar vanaları - Vananın ‘temiz’ tasarımda olmasını gerektiren bir dizi uygulama mevcuttur; bunlar arasında biyoteknoloji, gıda ve elektronik endüstrilerinde ürüne ve prosest akışkan hatlarına doğrudan buhar enjeksiyonunun olduğu buhar uygulamaları yer alır. Bu tür uygulamalarda ana endişe alanı, gövde ile küre arasındaki alandır; prosest akışkan bu alanlarda birikerek kontaminasyona ve korozyona neden olabilir. Bu, bu alanlara boşluk dolguları yerleştirilerek giderilebilir. Boşluk dolgusu, oturağın ayrılmaz bir parçası veya vana montajında ayrı bir bileşen olabilir. Ayrıca, temiz buhar uygulamalarında kullanılan küresel vanalar, iyi bir yüzey kalitesine sahip paslanmaz çelikten yapılmalıdır (81 mikron Ra’dan az önerilir).
• Boğma uygulamaları- Küresel vanalar boğma uygulamalarında kullanıldığında, yüksek hızlı akış, kürenin ve contaların yerel bir bölgesine çarparak oturak malzemesinin erken bozulmasına neden olabilir. Küresel vanaların boğma için kullanılması standart tasarımda değişiklikler gerektirir; bunlar arasında metal oturaklar, sert kaplamalar ve bazen kürede karakterize bir akış deseni vermek için değişiklikler yer alır.

Kelebek vanalar

Kelebek vanaların birçok farklı tasarımı olmasına rağmen, hepsi akışkan akışına dik bir mil üzerinde dönen bir diskten oluşur. Açıkken disk akışa kenarından bakar ve akışkan etrafından geçerek sınırlı direnç sunar. Kapalı konumda, disk vana gövdesindeki bir oturağa karşı döndürülür. Kelebek vanalar genellikle bir çift boru flanşından biraz daha fazla yer kaplar ve bu nedenle alanın kısıtlı olduğu durumlarda küresel vanaya çekici bir alternatiftir. Aslında, bazı kelebek vanalar özellikle boru flanşları arasına yerleştirilmek üzere tasarlanmıştır; bunlara wafer tipi kelebek vanalar denir.

Kelebek vanaların ana dezavantajı, kapanmanın diğer vana türleri tarafından elde edildiği kadar sıkı olmamasıdır. Bu, disk döndürme eksenini kaydırarak ve basınç destekli oturaklar kullanarak bir ölçüde hafifletilebilir. Kaydırılmış bir döndürme ekseni kullanılarak bir ‘eksantrik’ hareket üretilir; bu, disk son birkaç derecelik kapanmada oturakla sıkı bir conta oluşturduğu anlamına gelir. Bu yüksek performanslı veya eksantrik tip kelebek vanalar geliştirilmiş kapanma yeteneklerine sahiptir ve tasarımları boğma için kullanılmalarını sağlar.

Buhar uygulamaları için kelebek vanalar büyük ölçüde küresel vanalar tarafından değiştirilmiştir. Kelebek vanalar daha yaygın olarak sıvı sistemlerinde veya alanın kısıtlı olduğu yerlerde kullanılır. Kelebek vanaların kompaktlığı daha az malzeme gerektirdiği anlamına gelir ve bu nedenle uygulamanın pahalı malzemelerin kullanımını belirttiği yerlerde idealdir; örneğin nikelin belirtildiği deniz suyu uygulamalarında.

İzolasyon vanalarının seçimi ve boyutlandırılması

Bir prosest akışkan, personeli ve çevreyi tehlikeye atmamak ve akışkanın kendisinin kontaminasyonunu önlemek için düzgün tasarlanmış bir boru sistemi içinde tamamen muhafaza edilmelidir. Boru sistemi, boru eklemeleri, dikişler, ekipman bağlantıları ve en önemlisi vanalar gibi birçok potansiyel sızıntı yoluna sahip olabilir. Vanalar, yanlış seçildiklerinde veya kötü tasarlanmış veya üretilmişlerse tesis sorunlarının en büyük katkıda bulunanlarından biri olabilir. Ayrıca, bir vana uygulama için doğru seçildiğinde, düzgün bakılırsa en az tesis ömrü kadar dayanmalıdır. Belirli bir uygulama için izolasyon vanası seçilirken birkaç faktör dikkate alınmalıdır; bunlar Tablo 12.2.2’de etkilenen vana seçim parametresiyle birlikte gösterilmiştir.

Table 12.2.2 Factors affecting the selection of an isolation valve

Tablo 12.2.3, farklı izolasyon vanası türlerinin temel özelliklerini özetlemektedir.

Table 12.2.3 Typical sizes and operating ranges of isolation valves

1 Not: 24 bar’da doymuş buhar geçiren ve 40 m/s hızla akan bir DN150 çaplı vana için tipik değerler. Tablo 12.2.4, günümüzde kullanılan en yaygın izolasyon vanası türlerinin uygulamalarını özetlemektedir.

Table 12.2.4 Applications of isolating valve types

Tablo 12.2.5, belirli buhar ve kondens uygulamaları için izolasyon vanalarının seçimine ilişkin genelleştirilmiş bir kılavuzdur. İzolasyon vanası seçiminin öznel olduğu ve farklı endüstrilerin ve farklı coğrafi bölgelerdeki kişilerin kendilerine özgü tercihleri olduğu unutulmamalıdır.

Table 12.2.5 Selection of valves for steam/condensate isolation purposes Note: in this table, bellows sealed refers to a bellows sealed globe valve and globe refers to a standard, gland packed globe valve.

En uygun vana türü seçildikten sonra, doğru boyutun seçilmesi gerekir. Vanalar tipik olarak boru hattı boyutuna göre boyutlandırılır. Ancak vanadaki basınç düşüşünün (tamamen açıkken) kabul edilebilir sınırlar içinde olduğunun kontrol edilmesi tavsiye edilir. Basınç düşüşü, vana akış katsayısının (veya Kvs değerinin), debinin ve giriş basıncının bir fonksiyonudur. Teknik şartnameler genellikle vana tamamen açıkken Kvs değeri hakkında veri içerir.

Tipik çalışma basıncı ve kütle debisi bilgisiyle, seçilen vanadaki basınç düşüşünü belirlemek mümkündür. Alternatif olarak, kabul edilebilir maksimum basınç düşüşü biliniyorsa, uygun bir vana boyutu seçmek mümkündür. Debi ile basınç düşüşü arasındaki ilişkiyi tahmin etmek için birçok formül ve grafik mevcut olsa da, aşağıdaki basitleştirilmiş ampirik formül (Denklem 3.21.1) buhar için güvenilir sonuçlar üretir ve bu nedenle yaygın olarak kullanılır:

Bu formül, Blok 3, Modül 21’de ilk kez sunulan Şekil 12.2.7’deki grafiğin temelini oluşturur.

İzolasyon vanası sıvı sisteminde kullanılacaksa, vanadaki basınç düşüşü aşağıdaki denklem kullanılarak belirlenir: