Chemický průmysl je extrémně rozmanitý, s více než 60 000 známými produkty a chemické látky mohou ovlivnit výběr, strukturu nebo konstrukci materiálů ventilů. Stejně jako ve všech průmyslových odvětvích vyžaduje navrhování a výroba ventilů pro chemické aplikace zvážení faktorů, jako je bezpečný, účinný a spolehlivý procesní provoz.
Petrochemický a polymerní sektor
V chemickém průmyslu představují petrochemické produkty jeden z největších segmentů trhu, který zahrnuje olefiny (etylen, propylen, butadien) a aromáty (benzen, toluen, xylen). Ty se používají k výrobě široké škály produktů, jako je ethylen vyráběný parním krakováním, který se dále polymeruje za vzniku polyethylenu a dalších derivátů na bázi ethylenu.
Než etylen vstoupí do studené zóny, obvykle se suší pomocí lože molekulárního síta. Ventily kolem těchto sušicích lůžek jsou během adsorpčních a regeneračních cyklů vystaveny různým tepelným podmínkám. Ve studené zóně musí ventily odolávat nízkým teplotám a vysokým poklesům tlaku. Pro řízení palivového plynu jsou primárním řešením kulové ventily, avšak segmentové kulové ventily rovněž představují schůdnou alternativu, pokud se vezme v úvahu faktor nastavitelného rozsahu. V rámci studené zóny jsou vyžadovány ventily schopné zvládnout aplikace s nízkou teplotou a vysokým poklesem tlaku. Zde se používají kulové ventily vybavené vícestupňovou úpravou, která pomáhá eliminovat hluk a kavitaci.
Vícestupňové antikavitační vnitřní ventily pro ventily
Kulové ventily s kovovým sedlem jsou ideálním řešením pro sušičky v parním krakování. Tyto ventily zvládnou výrazné výkyvy teplot a časté cyklování. Ve srovnání s jinými konstrukcemi ventilů se rotační ventily snadno ovládají, vyznačují se kompaktní konstrukcí a nabízejí více možností směru.
Proces polymerace zahrnuje manipulaci s tekutými médii obsahujícími polymer, pryskyřici a zbytky katalyzátoru. Tyto tekutiny se hromadí v dutinách ventilů, zhoršují funkčnost ventilů a způsobují přerušení procesu, což má za následek značné ztráty pro zařízení. Velkým problémem je navíc vysoký počet cyklů (až 1,5 milionu cyklů ročně). Ventily obklopující katalytické systémy manipulující se suchými katalyzátory čelí silné korozi vnitřních součástí. Řešení fugitivních emisí a netěsností sedadel je také zásadní z důvodu bezpečnosti a ochrany životního prostředí.
Podobně vynikající výkon poskytují kulové kohouty s kovovým sedlem a prvky proti usazení sedla. Anti-solidní konstrukce sedadla pomáhá zabránit vnikání médií do oblasti sedadla. Těsný kontakt mezi tělem ventilu a sedlem v kombinaci s konstrukcí stíracího sedla pomáhá při odstraňování nahromaděných částic. V důsledku toho se segmentované kulové ventily ukázaly jako vysoce účinné pro polymerní kaše.
Kulový ventil s pevným odolným sedlem a živě naloženým těsněním
Aromatické jednotky manipulující s běžnými médii, jako je paraxylen, se mohou usazovat na površích ventilů, což zvyšuje tření a zrychluje opotřebení. V určitých separačních procesech podstupují ventily časté cykly otevírání a zavírání, což vyžaduje přesné ovládání. Typická řešení zahrnují kulové ventily s kovovým sedlem se stíracím sedlem, stejně jako segmentové kulové ventily a excentrické rotační kuželkové ventily se speciálními povlakovými materiály, které odolávají silné erozi. Trojité přesazené klapky jsou také vhodné pro řešení v procesech extrakce benzenu a toluenu.
Sektor hnojiv a agrochemie
V sektoru zemědělských chemikálií představují dusíkatá hnojiva více než 50 % podílu na trhu, přičemž klíčovou složkou je čpavek. Syntéza amoniaku vyžaduje dusík a vodík. Směs vodíku z parních reformátorů a dusíku vstupuje do syntézní smyčky, kde prochází dvoustupňovou kompresí na syntetický tlak 2200-4400 psi (150-300 bar). Proces konverze amoniaku vyžaduje rovnováhu teploty a tlaku. Pro zajištění účinnosti katalyzátoru je vyžadována teplota 750 °F (400 °C).
Vysoké teploty a tlaky vodíku a čpavku představují vážnou výzvu pro každý ventil. Vzhledem k toxicitě zpracovávaných médií je kontrola emisí kritická. Klapky s trojitým posunutím poskytují ideální řešení pro izolaci a řízení v obvodech syntézy amoniaku. Tato konstrukce minimalizuje opotřebení a prodlužuje životnost a zajišťuje těsné uzavření i v náročných podmínkách.
Trojitý excentrický kovový klapkový ventil
Použití karbidových sedel ventilů snižuje opotřebení a umožňuje ultra vysoké rychlosti průtoku. Tato sedla jsou obvykle zaměnitelná bez nutnosti demontáže ventilové desky a hřídele. Těsnění vřetene s aktivním zatížením jsou standardním vybavením a ventily procházejí požárními zkouškami a certifikací nouzového vypnutí, aby dosáhly úrovně integrity bezpečnosti SIL3.
Vzestup speciálních chemikálií
Rychlý růst solárního průmyslu výrazně zvýšil poptávku po fotovoltaických panelech, přičemž polysilikon slouží jako kritická surovina. Polysilicon je již dlouho klíčovou součástí výroby polovodičů. Typický proces výroby polysilikonu používá SiO₂ (křemenný písek) jako surovinu pro výrobu křemíku metalurgické kvality, také známého jako MG-Si. MG-Si se získává v elektrické obloukové peci v přítomnosti uhlíku. V tomto procesu suroviny, meziprodukty a vedlejší produkty zahrnují křemíkový prášek, plynný chlor, plynný vodík, chlorovodík, trichlorsilan, dichlorsilan a chlorid křemičitý. Vodík a trichlorsilan jsou hořlavé, chlorovodík je vysoce korozivní a chlorid křemičitý je prudce toxický. V důsledku toho musí konstrukce ventilů pracovat s těmito specializovanými médii, zejména s vysoce abrazivním silikonovým práškem. Všechny tyto chemikálie vyžadují zachycení a regeneraci, aby se minimalizovala spotřeba surovin a zvýšila celková účinnost.
Provoz s otočným vřetenem, ucpávka pod napětím a vlastní konstrukce požární bezpečnosti musí splňovat všechny aktuální emisní a požární normy. Kulové ventily s měkkým sedlem jsou vybaveny polymerovým pružným břitovým těsněním s molekulárně zesíleným PTFE jako materiálem sedla, což poskytuje dlouhodobé řešení i při vysokocyklovém provozu.
Anorganické chemické procesy s vysokou poptávkou
Oxid titaničitý (TiO₂) je další aplikací s přísnými požadavky na ventily. Tento materiál se běžně používá jako bílý pigment při výrobě barev, papíru, plastů, gumy, keramiky a textilu. Oxid titaničitý se vyrábí z ilmenitu nebo přírodní nebo syntetické rutilové rudy. Mokrý proces s kyselinou sírovou typicky používá surovinu na bázi ilmenitu, zatímco vysokoteplotní chloridový proces běžně používá surovinu na bázi rutilu.
Celý výrobní proces vystavuje ventily vysokým teplotám, abrazivním kalům a korozivnímu prostředí. Kulové kohouty s kovovým sedlem a karbidovým povlakem a vlnovcovým sedlem jsou vhodné pro vysokoteplotní uzavírací aplikace. Při manipulaci s abrazivními kaly jsou ideální volbou pro uzavírací a řídicí aplikace v rámci systému vysoce výkonné škrticí ventily s pokročilou elastomerní technologií. Ovladatelnost je dále zlepšena prostřednictvím zkosených objímek a inteligentních polohovadel, což přispívá k prodlouženým intervalům údržby a výrazně snižuje náklady na údržbu.
Škrticí ventil
Chlor-alkálie jsou také jednou z náročných aplikací pro ventily. Chlór se zkapalňuje pro skladování a přepravu, poté se odpařuje pro zpracování. Pro kapalný chlór se doporučují ventily s tělesy ventilů CS a vnitřními prvky ze slitiny Monel. K zabránění fugitivnímu úniku se obvykle používají dvojitě přesazené škrticí klapky s těsněním pod napětím.
Proces přeměny kapalného chloru na páru vyžaduje použití tepla za kontrolovaných podmínek, přičemž teplota páry generované v sekci odpařovače je udržována regulací horké vody nebo páry. Zatímco kulové ventily se závitem se používají pro většinu vypouštěcích ventilů a uzavíracích ventilů, rotační kulové ventily se používají, když je vyžadována regulace teploty.
Kulové ventily s PFA, škrticí ventily a membránové ventily jsou navíc široce používány při přípravě solanky a výrobě louhu, aby se zabránilo korozi.
