Kuva 1 Kuva 2
Kuva 3
Kuva 4
Nestepalveluiden merkittävä paineen lasku palloventtiilissä höyrynpaineen alapuolella saa höyryn puristumaan nesteestä. Kuplat palauttavat paineen ja romahtavat luoden paineaaltoja. Tämän seurauksena paineaallot voivat vaurioittaa palloventtiilien istukkaa, tulppaa ja runkoa. Kavitaatio voi aiheuttaa epäsäännöllisiä kuoppia ja eroosiota verhoiluun (istuin ja tulppa), runkoon ja alavirran putkiin. Kuva 2 esittää kavitaatiovaurioita pienten kuoppien muodossa, jotka ovat hyvin samanlaisia kuin korroosiovauriot palloventtiilien tulpissa.
Kavitaatiolla on muita kielteisiä vaikutuksia korroosion ja eroosion lisäksi:
- Kovaa ääntä
- Voimakas tärinä
- Virtauksen tukehtuminen höyryn muodostumisen vuoksi
- Nesteen ominaisuuksien muuttaminen
- Tehdas suljettu
KAVITAATIOVAKAVUUSMITTAUS
Kavitaation vakavuus mitataan onkaloindeksillä, joka lasketaan tällä kaavalla:
Venttiilien kavitaation vakavuus ja laajeneminen onteloindeksiarvojen perusteella on esitetty taulukossa 1.
Kuvassa 3 näkyy virtaustestin tulos ja kavitaatiokertoimen kehitys neljänneskierrosventtiileille, mukaan lukien pallo-, läppä- ja tulppaventtiilit.
Kavitaatioriski ei riipu pelkästään kavitaatioindeksistä, vaan siihen vaikuttaa myös venttiilin avautumisprosentti. Itse asiassa venttiilin pienempi avaaminen lisää kavitaation mahdollisuutta. On myös muita parametreja, jotka vaikuttavat kavitaatioon:
- Venttiilin koko: Suuremmat venttiilikoot lisäävät kavitaatioriskiä.
- Paineluokka: Korkeamman paineluokan venttiileillä on suurempi painehäviön ja kavitaatioriskin mahdollisuus.
- Materiaali: Kovemmilla materiaaleilla, kuten 22Cr duplexilla, on pienempi kavitaatioriski verrattuna pehmeämpiin materiaalivaihtoehtoihin, kuten austeniittisiin ruostumattomiin teräksiin. Lisäksi kovat viimeistelymateriaalit, kuten Stellite 6 (UNS R30006) tai Stellite 21 kiinteänä tai päällysteenä, ja 13Cr martensiittiset ruostumattomat teräkset, kuten UNS S41000 tai 415000, kestävät paremmin kavitaatiota.
- Vuoto: Vuoto venttiilin istukasta, kun venttiili on kiinni, lisää kavitaatioriskiä.
- Virtausjärjestelmä: Turbulentti ja suuri virtausnopeus lisää kavitaatioriskiä.
- Trimmisuunnittelu: Esimerkiksi monivaiheinen trimmaussuunnittelu luo paineen alenemisen kahdessa tai useammassa vaiheessa, jotta vältetään korkea painehäviö yhdessä vaiheessa. Toinen monivaiheisen verhoilusuunnittelun etu on korkea painehäviö pois istuimen ja tulpan tiivistysalueilta.
EHDOTETUT RATKAISUT
Kavitaation välttämiseksi on erilaisia tapoja. Niihin kuuluu venttiilin vaihto ja palloventtiilien valikoiman vähentäminen. Muut ratkaisut koskevat vankemman suorakuvioisen palloventtiilin valintaa.
Uusi standardi
American Petroleum Institute (API) 623 -standardin ensimmäinen painos, joka julkaistiin vuonna 2013, sisältää vaatimukset palloventtiileille vuotojen, tärinän ja kavitaation välttämiseksi. API 623 -standardi määrittelee kovapinnan sekä istuimelle ja pistokkeelle että ohjatulle levylle, erityisesti korkeapaineluokissa. API 623:ssa määritetty karan halkaisija noudattaa API 600 Cast Steel Gate Valves Standardin periaatteita eri arvoilla. API 623:n karan halkaisija-arvot ovat suurempia kuin muissa palloventtiilistandardeissa, mukaan lukien BS 1873, rikkoutumisen, kuten karan ja tulpan irtoamisen välttämiseksi. Tämä standardi kattaa venttiilit, joiden halkaisija on 2- - 24- tuumaa, ja paineluokat 150 - 2500. Stellite on koboltti-kromiseos, jota käytetään laajalti maapalloventtiilin sisäosien, mukaan lukien istukan, kovapintaiseen pintakäsittelyyn. ja tulppa eroosion ja kavitaation estämiseksi.
Vaihtoehtoinen venttiilin valinta
Kuva 5
Y-tyypin palloventtiilit (tunnetaan myös vinoventtiileinä) ja aksiaaliventtiilit (kuvat 4 ja 5) ovat vaihtoehtoisia venttiilityyppejä, joita voidaan käyttää eroosion ja kavitaatioiden välttämiseen. Virtausreitti Y-tyypin kuviopalloventtiilin sisällä on suorempi kuin suorakuviopallo.
Aksiaaliventtiileillä uuden sukupolven DAGO-palloventtiileinä on monia etuja, kuten alhainen painehäviö, nopea sulkemis- ja avautumisnopeus, tasainen virtausominaisuus, alhainen vääntömomentti ja pitkä suunnitteluikä. Aksiaaliventtiilit ja Y-tyyppiset venttiilit ovat kuitenkin kalliimpia kuin suorakuvioiset palloventtiilit kustannusten (CAPEX) suhteen. Lisäksi läppäventtiilit voivat olla parempi valinta yleishyödyllisten palvelujen, kuten veden, kuristukseen palloventtiilien sijaan. Eräs syy valita läppäventtiilit läppäventtiilien sijaan kuristukseen merivesipalveluissa on se, että läppäventtiilit ovat halvempia, vaikka läppäventtiilien sisällä voi tapahtua kavitaatiota, kuten palloventtiileissä.
PÄÄTELMÄ
Kavitaatio on perinteisten T-tyyppisten palloventtiileiden suurin toimintaongelma. T-tyyppisten palloventtiileiden (DAGO) suunnittelussa suositellaan kovien verhoilumateriaalien, kuten Stelliten, valintaa, kavitaatiota estävän verhouksen, kuten monivaiheisen tyypin, käyttöä ja API 623 -standardin soveltamista. Kuitenkin venttiilien, kuten Y-tyypin globe (DAGO) tai aksiaaliventtiilien, valitseminen voi myös olla hyvä ratkaisu kavitaatioriskin vähentämiseen tai välttämiseen.