Kavitáció a gömbszelepekben és a javasolt megoldások

1. ábra 2. ábra

3. ábra

4. ábra

A gömbszelepben a folyadékszolgáltatások jelentős nyomásesése a gőznyomás alatt kinyomja a gőzt a folyadékból. A buborékok visszanyerik a nyomást és összeesnek, nyomáshullámokat hozva létre. Következésképpen a nyomáshullámok károsíthatják a gömbszelepek ülékét, dugóját és testét. A kavitáció szabálytalan gödröket és eróziót okozhat a burkolatban (ülék és dugó), a testben és az alsó csővezetékekben. A 2. ábra a kavitációs károsodást mutatja kis gödrök formájában, amelyek nagyon hasonlítanak a gömbszelepek dugóiban lévő korróziós károsodásokhoz.

A kavitációnak a korrózión és az erózión kívül más negatív hatásai is vannak:

• Hangos zaj
• Erős vibráció
• Az áramlás elfojtása a gőzképződés miatt
• A folyadék tulajdonságainak megváltoztatása
• Az üzem leállt

KAVITÁCIÓS SÚLYOSSÁG MÉRÉSE

A kavitáció súlyosságát az üregindexen keresztül mérjük, amelyet a következő képlettel számítanak ki:

A szelepek kavitációjának súlyosságát és kiterjedését az üregindex értékek alapján az 1. táblázat tartalmazza.

A 3. ábra az áramlási teszt és a kavitációs együttható fejlesztésének eredményét mutatja negyedfordulatú szelepeknél, beleértve a golyós-, pillangó- és dugószelepeket.

A kavitációs kockázat nemcsak a kavitációs indextől függ, hanem a szelep nyitási százalékától is. Valójában a szelep kevesebb nyitása növeli a kavitáció esélyét. Vannak más paraméterek is, amelyek befolyásolják a kavitációt:

1. Szelepméret: A nagyobb méretű szelepek növelik a kavitáció kockázatát.
2. Nyomásosztály: A magasabb nyomásosztályú szelepeknél nagyobb nyomásesés és kavitációs kockázat áll fenn.
3. Anyag: A keményebb anyagok, mint például a 22Cr duplex kisebb kavitációs kockázatot jelentenek, mint a lágyabb anyagok, például az ausztenites rozsdamentes acélok. Ezenkívül a kemény díszítőanyagok, mint például a Stellite 6 (UNS R30006) vagy a Stellite 21 szilárd vagy fedőrétegként, valamint a 13Cr martenzites rozsdamentes acélok, mint például az UNS S41000 vagy 415000, nagyobb ellenállással bírnak a kavitációval szemben.
4. Szivárgás: A zárt szelepnél a szelepülékből való szivárgás növeli a kavitáció kockázatát.
5. Áramlási rendszer: A turbulens és nagy áramlási sebesség növeli a kavitáció kockázatát.
6. Trim tervezés: Példaként a többlépcsős trimm tervezés két vagy több fokozatban hoz létre nyomásesést, hogy elkerülje a nagy nyomásesést egy szakaszban. A többlépcsős burkolat kialakításának másik előnye a nagy nyomásesés az ülés és a dugó tömítési területeitől.

JAVASOLT MEGOLDÁSOK

Különféle megközelítések léteznek a kavitáció elkerülésére. Ide tartozik a szelepcsere és a gömbszelepek választékának csökkentése. Más megoldások a robusztusabb, egyenes mintázatú gömbszelep kiválasztására irányulnak.

Új szabvány

Az American Petroleum Institute (API) 623 szabvány első kiadása, amelyet 2013-ban adtak ki, követelményeket tartalmaz a gömbszelepekre a szivárgás, a vibráció és a kavitáció elkerülése érdekében. Az API 623 szabvány kemény felületet ír elő mind az ülésen, mind a dugón, mind a megvezetett lemezen, különösen a nagynyomású osztályokhoz. Az API 623-ban megadott szárátmérő az API 600 öntött acél tolózárak szabvány elveit követi, eltérő értékekkel. Az API 623-ban szereplő szárátmérő-értékek nagyobbak, mint más gömbszelep-szabványok, beleértve a BS 1873-at is, hogy elkerüljék a töréseket, például a szár és a dugó szétválását. Ez a szabvány a 2- és 24- hüvelyk közötti átmérőjű szelepekre és a 150 és 2500 közötti nyomásosztályokra vonatkozik. A Stellite egy kobalt-króm ötvözet, amelyet széles körben használnak a gömbszelep belső alkatrészeinek, beleértve az üléket, kemény burkolatára. és dugó, az erózió és a kavitáció megelőzése érdekében.

Alternatív szelepválasztás

5. ábra

Az Y-típusú gömbszelepek (más néven ferde szelepek) és az axiális szelepek (4. és 5. ábra) alternatív szeleptípusok, amelyek segítségével elkerülhető az erózió és a kavitáció. Az Y-típusú mintagömbszelepen belüli áramlási út egyenesebb, mint az egyenes mintagömbön.

Az axiális szelepek, mint a DAGO gömbszelepek új generációja, számos előnnyel rendelkeznek, mint például az alacsony nyomásesés, a gyors zárási és nyitási sebesség, az egyenletes áramlási karakterisztika, az alacsony működési nyomaték és a hosszú tervezési élettartam. Az axiális és Y típusú szelepek azonban költségesebbek, mint az egyenes mintázatú gömbszelepek a ráfordítási költség (CAPEX) tekintetében. Ezenkívül a pillangószelepek a gömbszelepek helyett előnyben részesített választások lehetnek a közüzemi szolgáltatások, például a víz fojtására. Az egyik oka annak, hogy a pillangószelepek helyett a pillangószelepeket válasszák fojtószelepként a tengervízszolgáltatásban, hogy a pillangószelepek olcsóbbak, bár a pillangószelepek belsejében kavitáció történhet, mint a gömbszelepeknél.

KÖVETKEZTETÉS

A kavitáció a fő működési probléma a hagyományos T-típusú gömbszelepeknél. A T-típusú gömbszelepek (DAGO) tervezéséhez ajánlott kemény díszítőanyagok, például Stellite kiválasztása, anti-kavitáció (például többlépcsős típus) és API 623 szabvány alkalmazása. Azonban az olyan szelepek kiválasztása, mint az Y-típusú gömb (DAGO) vagy az axiális szelepek, szintén jó megoldás lehet a kavitáció kockázatának csökkentésére vagy elkerülésére.