Figur 1 Figur 2
Figur 3
Figur 4
Betydande tryckfall av vätsketjänsterna i jordklotventilen under ångtrycket gör att ångan pressar ut ur vätskan. Bubblorna kommer att återställa trycket och kollapsa, vilket skapar tryckvågor. Följaktligen kan tryckvågorna skada sätet, pluggen och kroppen på klotventilerna. Kavitation kan skapa oregelbundna gropar och erosion i trimmen (säte och plugg), kroppen och nedströms rörledningar. Figur 2 visar kavitationsskador i form av små gropar som mycket liknar korrosionsskador i pluggarna på klotventilerna.
Kavitation har andra negativa effekter förutom korrosion och erosion:
- Högt ljud
- Stark vibration
- Kvävning av flödet på grund av ångbildning
- Ändra vätskans egenskaper
- Anläggningen stängdes av
KAVITATION SVÅRIGHETSGRAD MÄTNING
Kavitationens svårighetsgrad mäts genom kavitetsindexet, vilket beräknas genom denna formel:
Svårighetsgraden och förlängningen av kavitationen för ventilerna baserat på kavitetsindexvärden anges i tabell 1.
Figur 3 visar resultatet av flödestest och kavitationskoefficientutveckling för kvartsvarvventiler inklusive kul-, vrid- och pluggventiler.
Kavitationsrisken är inte bara beroende av kavitationsindexet utan påverkas också av ventilens öppningsprocent. Faktum är att mindre öppning av ventilen ökar risken för kavitation. Det finns andra parametrar som påverkar kavitationen:
- Ventilstorlek: Större storlekar på ventiler ökar risken för kavitation.
- Tryckklass: Ventiler i högre tryckklass har möjlighet till högre tryckfall och kavitationsrisk.
- Material: Hårdare material som 22Cr duplex har mindre risk för kavitation jämfört med mjukare materialval som austenitiska rostfria stål. Dessutom har hårda trimmaterial som Stellite 6 (UNS R30006) eller Stellite 21 som en form av fast eller överlägg och 13Cr martensitiska rostfria stål som UNS S41000 eller 415000 högre motståndskraft mot kavitation.
- Läckage: Läckage från ventilsätet när ventilen är stängd ökar kavitationsrisken.
- Flödesregim: Turbulent och hög flödeshastighet ökar kavitationsrisken.
- Trimdesign: Som ett exempel skapar flerstegs trimdesign ett tryckfall i två eller flera steg för att undvika högt tryckfall i ett steg. Den andra fördelen med flerstegs trimdesign är att ha högt tryckfall bort från sätet och pluggtätningsområdena.
FÖRESLAGNA LÖSNINGAR
Det finns olika sätt att undvika kavitation. De inkluderar byte av ventil och minskning av valet av klotventiler. Andra lösningar adresserar valet av den mer robusta raka mönsterglobsventilen.
Ny standard
American Petroleum Institute (API) 623 standard första upplagan, släppt 2013, innehåller krav på jordklotventiler för att undvika läckage, vibrationer och kavitation. API 623-standarden anger hård vändning på både sätet och kontakten och den styrda disken, särskilt för högtrycksklasser. Stamdiametern som anges i API 623 följer principerna i API 600 Cast Steel Gate Valves Standard, med olika värden. Stamdiametervärdena i API 623 är större än andra klotventilstandarder inklusive BS 1873, för att undvika brott som stam- och pluggseparation. Denna standard täcker ventiler från 2 till 24 tum i diameter och tryckklasser från 150 till 2500. Stellite är en kobolt-kromlegering som används ofta för hård vändning av klotventilens inre komponenter, inklusive sätet och pluggen, för att förhindra erosion och kavitation.
Alternativt ventilval
Figur 5
Jordklotsventiler av Y-typ (även kända som sneda ventiler) och axiella ventiler (figur 4 och 5) är alternativa ventiltyper som kan användas för att undvika erosion och kavitation. Flödesbanan inuti Y-typmönstrets klotventil är rakare än den raka mönstergloben.
Axiella ventiler som den nya generationen dagoglobsventiler har många fördelar som lågt tryckfall, snabb stängnings- och öppningshastighet, jämn flödeskarakteristik, lågt driftsmoment och lång designlivslängd. Axiella ventiler och Y-typ är dock dyrare än raka mönster klotventiler när det gäller utgiftskostnaden (CAPEX). Dessutom kan vridspjällventiler vara det föredragna valet för strypning i allmännyttiga tjänster som vatten istället för klotventiler. En anledning till att välja vridspjällventiler istället för klotventiler för strypning i havsvattentjänster är att vridspjällventiler är billigare, även om kavitation kan ske inuti vridspjällventilerna som det gör i klotventiler.
SLUTSATS
Kavitation är det största driftsproblemet i de konventionella klotventilerna av T-typ. Att välja hårda trimmaterial som Stellite, använda antikavitationstrim som flerstegstyp och tillämpa API 623-standarden rekommenderas för att designa klotventiler av T-typ (DAGO). Att välja ventiler som Y-typ jordklot (DAGO) eller axiella ventiler kan dock också vara en bra lösning för att minska eller undvika kavitationsrisken.