De chemische industrie is zeer divers, met meer dan 60.000 bekende producten, en chemische stoffen kunnen de selectie, structuur of het ontwerp van klepmaterialen beïnvloeden. Zoals bij alle industriële sectoren vereist het ontwerpen en vervaardigen van kleppen voor chemische toepassingen dat rekening wordt gehouden met factoren als een veilige, efficiënte en betrouwbare procesuitvoering.
Petrochemische en polymere sector
In de chemische industrie vertegenwoordigen petrochemische producten een van de grootste marktsegmenten, waaronder olefinen (ethyleen, propyleen, butadieen) en aromaten (benzeen, tolueen, xyleen). Deze worden gebruikt om een breed scala aan producten te vervaardigen, zoals ethyleen dat wordt geproduceerd via stoomkraken, dat verder wordt gepolymeriseerd om polyethyleen en andere op ethyleen gebaseerde derivaten op te leveren.
Voordat ethyleen de koude zone binnengaat, wordt het doorgaans gedroogd met behulp van moleculaire zeefbedden. De kleppen rond deze drogerbedden worden tijdens de adsorptie- en regeneratiecycli onderworpen aan verschillende thermische omstandigheden. In de koude zone moeten kleppen bestand zijn tegen lage temperaturen en hoge drukval. Voor brandstofgasregeling zijn klepafsluiters de primaire oplossing, maar gesegmenteerde kogelkranen vormen ook een haalbaar alternatief wanneer rekening wordt gehouden met de factor van het instelbare bereik. Binnen de koude zone zijn kleppen vereist die geschikt zijn voor toepassingen met lage temperaturen en hoge drukval. Hier worden klepafsluiters met meertraps trim gebruikt om geluid en cavitatie te helpen elimineren.
Meertraps anti-cavitatieklepinterne onderdelen voor klepafsluiters
Kogelkranen met metalen zitting zijn de ideale oplossing voor drogers in stoomkraakinstallaties. Deze kleppen zijn bestand tegen aanzienlijke temperatuurschommelingen en frequente cycli. Vergeleken met andere klepontwerpen zijn roterende kleppen eenvoudig te bedienen, hebben ze een compacte structuur en bieden ze meerdere richtingsopties.
Het polymerisatieproces omvat het hanteren van vloeibare media die polymeer-, hars- en katalysatorresiduen bevatten. Deze vloeistoffen hopen zich op in klepholten, waardoor de functionaliteit van de klep wordt aangetast en procesonderbrekingen worden veroorzaakt die tot aanzienlijke verliezen voor de installatie leiden. Bovendien vormen de hoge cyclustellingen (tot 1,5 miljoen cycli per jaar) een grote uitdaging. Kleppen rond katalysatorsystemen die droge katalysatoren hanteren, worden geconfronteerd met ernstige corrosie van interne componenten. Het aanpakken van diffuse emissies en stoellekkage is ook van cruciaal belang vanwege veiligheids- en milieuoverwegingen.
Op dezelfde manier leveren kogelkranen met metalen zitting en anti-vaste zitting uitstekende prestaties. Het anti-solid stoelontwerp helpt het binnendringen van media in het zitgedeelte te voorkomen. Het nauwe contact tussen het kleplichaam en de zitting, gecombineerd met een schrapend zittingontwerp, helpt bij het verwijderen van opgehoopte deeltjes. Bijgevolg blijken gesegmenteerde kogelkranen zeer effectief voor polymeerslurries.
Kogelkraan met vaste zitting en live-loaded pakking
Aromatische eenheden die reguliere media zoals paraxyleen verwerken, kunnen zich op de klepoppervlakken afzetten, waardoor de wrijving toeneemt en de slijtage wordt versneld. Bij bepaalde scheidingsprocessen ondergaan kleppen frequente openings- en sluitingscycli, wat een nauwkeurige controle vereist. Typische oplossingen zijn onder meer kogelkranen met metalen zitting en schrapende zitting, evenals gesegmenteerde kogelkranen en excentrische roterende plugkleppen met speciale coatingmaterialen om ernstige erosie te weerstaan. Triple-offset vlinderkleppen zijn ook geschikt voor oplossingen in benzeen- en tolueenextractieprocessen.
Meststoffen- en agrochemische sector
In de landbouwchemicaliënsector vertegenwoordigen stikstofmeststoffen ruim 50% van het marktaandeel, waarbij ammoniak een sleutelcomponent is. Voor de synthese van ammoniak zijn stikstof en waterstof nodig. Een mengsel van waterstof uit stoomreformers en stikstof komt de syntheselus binnen, waar het tweetrapscompressie ondergaat tot een synthesedruk van 2200-4400 psi (150-300 bar). Het ammoniakomzettingsproces vereist een evenwicht tussen temperatuur en druk. Om de effectiviteit van de katalysator te garanderen, is een temperatuur van 400°C (750°F) vereist.
Hoge temperaturen en drukken van waterstof en ammoniak vormen een ernstige uitdaging voor elke klep. Gezien de toxiciteit van de verwerkte media is emissiebeheersing van cruciaal belang. Drievoudige offset vlinderkleppen bieden de ideale oplossing voor isolatie en controle in ammoniaksynthesecircuits. Dit ontwerp minimaliseert slijtage en verlengt de levensduur, waardoor een goede afsluiting wordt gegarandeerd, zelfs onder de veeleisende omstandigheden.
Drievoudige excentrische vlinderklep met metalen zitting
Het gebruik van carbide klepzittingen vermindert slijtage en maakt ultrahoge stroomsnelheden mogelijk. Deze zittingen zijn doorgaans uitwisselbaar zonder dat demontage van de klepplaat en de as nodig is. Live-loaded spindelafdichtingen behoren tot de standaarduitrusting en de kleppen ondergaan brandtests en noodstopcertificeringen om Safety Integrity Level SIL3 te bereiken.
De opkomst van speciale chemicaliën
De snelle groei van de zonne-energie-industrie heeft de vraag naar fotovoltaïsche panelen aanzienlijk doen toenemen, waarbij polysilicium als kritische grondstof dient. Polysilicium is lange tijd een sleutelcomponent geweest in de productie van halfgeleiders. Het typische productieproces van polysilicium maakt gebruik van SiO₂ (kwartszand) als grondstof voor de productie van silicium van metallurgische kwaliteit, ook bekend als MG-Si. MG-Si wordt verkregen in een vlamboogoven in aanwezigheid van koolstof. Bij dit proces omvatten grondstoffen, tussenproducten en bijproducten siliciumpoeder, chloorgas, waterstofgas, waterstofchloride, trichloorsilaan, dichloorsilaan en siliciumchloride. Waterstof en trichloorsilaan zijn ontvlambaar, waterstofchloride is zeer corrosief en siliciumtetrachloride is acuut giftig. Bijgevolg moeten klepontwerpen deze gespecialiseerde media aankunnen, in het bijzonder het zeer schurende siliciumpoeder. Al deze chemicaliën moeten worden opgevangen en teruggewonnen om het grondstoffenverbruik te minimaliseren en de algehele efficiëntie te verbeteren.
De werking van de roterende spindel, de onder spanning staande stopbuspakking en het inherente brandveiligheidsontwerp moeten voldoen aan alle huidige emissie- en brandveiligheidsnormen. Kogelkranen met zachte zitting zijn voorzien van een polymeer flexibel lipafdichtingsontwerp met moleculair versterkt PTFE als zittingmateriaal, wat een langetermijnoplossing biedt, zelfs bij gebruik met hoge cycli.
Veelgevraagde anorganische chemische processen
Titaandioxide (TiO₂) is een andere toepassing met strenge klepvereisten. Dit materiaal wordt vaak gebruikt als wit pigment bij de productie van verf, papier, kunststoffen, rubber, keramiek en textiel. Titaandioxide wordt geproduceerd uit ilmeniet of natuurlijk of synthetisch rutielerts. Bij het natte zwavelzuurproces wordt doorgaans gebruik gemaakt van op ilmeniet gebaseerde grondstoffen, terwijl bij het hogetemperatuurchlorideproces doorgaans gebruik wordt gemaakt van op rutiel gebaseerde grondstoffen.
Het gehele productieproces stelt kleppen bloot aan hoge temperaturen, schurende slurries en corrosieve omgevingen. Kogelkranen met metalen zitting en carbidecoatings en balgzittingen zijn geschikt voor afsluitingstoepassingen bij hoge temperaturen. Bij het hanteren van schurende slurries zijn heavy-duty slangafsluiters met geavanceerde elastomeertechnologie de ideale keuze voor afsluit- en regeltoepassingen binnen het systeem. De beheersbaarheid wordt verder verbeterd door taps toelopende hulzen en intelligente klepstandstellers, wat bijdraagt aan langere onderhoudsintervallen en aanzienlijk lagere onderhoudskosten.
Knijpventiel
Chloor-alkali is ook een van de uitdagende toepassingen voor afsluiters. Chloor wordt vloeibaar gemaakt voor opslag en transport en vervolgens verdampt voor verwerking. Voor vloeibaar chloor worden kleppen met CS-kleplichamen en interne onderdelen van Monel-legering aanbevolen. Dubbel-offset vlinderkleppen met levend belaste pakking worden doorgaans gebruikt om diffuse lekkage te voorkomen.
Het proces waarbij vloeibaar chloor in damp wordt omgezet, vereist de toepassing van warmte onder gecontroleerde omstandigheden, waarbij de temperatuur van de damp die in het verdampingsgedeelte wordt gegenereerd, wordt gehandhaafd door het regelen van heet water of stoom. Terwijl kogelkranen met schroefdraad worden gebruikt voor de meeste afvoerkleppen en isolatiekleppen, worden roterende kogelkranen gebruikt wanneer temperatuurregeling vereist is.
Bovendien worden met PFA gevoerde kogelkranen, vlinderkleppen en membraankleppen veel gebruikt bij de pekelbereiding en de productie van natronloog om corrosie te voorkomen.
