Tworzenie się szronu i zacinanie się/otwieranie/zamykanie, ryzyko wycieku zaworów kulowych kriogenicznych

Szronienie i zacinanie się często występują jednocześnie

W systemie magazynowania i transportu LNG tworzenie się szronu na zewnętrznej powierzchni kriogenicznych zaworów kulowych jest zjawiskiem powszechnym, ale gdy tworzeniu się szronu towarzyszy zwiększony opór otwierania i zamykania koła ręcznego. Tworzenie się szronu wskazuje, że energia zimna przewodzi na zewnątrz przez ścieżkę trzpienia zaworu; zacinanie się wskazuje na stan dopasowania między trzpieniem zaworu a obszarem uszczelnienia.

Przyczyny szronienia i zacinania się zaworów przy otwieraniu/zamykaniu

1. Trzpień zaworu ze stali nierdzewnej jest bezpośrednio połączony z korpusem zaworu kriogenicznego i zewnętrznym kołem ręcznym. Bez wystarczającego przedłużenia, zimny przepływ będzie wznosił się wzdłuż trzpienia, powodując spadek temperatury w obszarze dławika poniżej punktu rosy otoczenia, co skutkuje tworzeniem się szronu.
2. Uszczelnienie zaworu wykonane jest z PCTFE, z zakresem temperatur odpowiednim od -196°C do +80°C. Elastyczność i zdolność do odbicia uszczelnienia w niskich temperaturach determinują jego zdolność kompensacyjną.
3. Medium przepływa w dół od gniazda zaworu, zalecana jest instalacja pionowa z trzpieniem zaworu skierowanym do góry. Odchylenia w orientacji instalacji mogą zmienić kierunek siły działającej na gniazdo zaworu, pośrednio zwiększając opór otwierania i zamykania.

Przyczyny wycieków wzaworach odcinających niskotemperaturowych

Gdy chłodzenie rurociągu głębokiego zimna osiągnie strefę temperatury ciekłego azotu lub ciekłego tlenu, występują różnice w skurczu między rurą stalową a końcem zaworu. W połączeniach spawanych doczołowo, zawór i rurociąg tworzą ciągłą ścieżkę metalową, powodując koncentrację naprężeń, która najpierw objawia się pękaniem w spoinie i strefie wpływu ciepła, prowadząc do wycieku płynu niskotemperaturowego.

Przyczyny ryzyka pękania spawów niskotemperaturowych

1. Korpus zaworu, pokrywa zaworu, gniazdo zaworu i trzpień zaworu wykonane są ze stali nierdzewnej, z zakresem temperatur odpowiednim od -196°C do +80°C. Stal nierdzewna zachowuje ciągliwość nawet w warunkach głębokiego zimna; jednakże, gdy skurcz materiału różni się od skurczu rurociągu, naprężenia ograniczenia mogą rozwijać się na połączeniach.

2. Grubość ścianki na końcu zaworu jest zazwyczaj większa niż grubość rurociągu, a różnica w sztywności powoduje, że spaw staje się strefą przejściową naprężeń.
3. Grubość ścianki na końcu zaworu jest zazwyczaj większa niż grubość rurociągu, a różnica w sztywności powoduje, że spaw staje się strefą przejściową naprężeń.

Zamrażanie nie oznacza awarii; zacinanie się jest oznaką

Szronienie na ścianie zewnętrznej jest przewidywalnym zjawiskiem fizycznym w rurociągach głębokiego zimna. To, co naprawdę wymaga oceny, to czy moment obrotowy otwierania i zamykania przekracza zakres pracy i czy występują widoczne wycieki z uszczelnienia. Przy wyborze zaworów nie należy polegać na kryteriach "zerowego wycieku" lub "bezobsługowości", ale zamiast tego używać czterech kluczowych parametrów: "zakres temperatury, materiał uszczelnienia i gniazda, kierunek przepływu medium oraz orientacja instalacji" jako punktów weryfikacji.

Spawanie jest uproszczone, nie zwolnione z inspekcji

Połączenie spawane doczołowo eliminuje kołnierze i uszczelki po obu stronach, przenosząc potencjalne punkty wycieku ze ścieżki "kołnierz-uszczelka" na ciągłą ścieżkę metalową – uproszczenie inżynieryjne. Przenosi jednak również odpowiedzialność za weryfikację na proces spawania i inspekcję po spawaniu: kształt rowka, metoda spawania, temperatura międzywarstwowa i czy po spawaniu wykonano penetrację lub badanie radiograficzne – wszystko to determinuje wydajność połączenia w cyklach głębokiego zimna.