Наше преимущество поставщика полностью сварных шаровых кранов, автоматических рециркуляционных клапанов - Edvc Valve

Шаровые клапаны прямого типа широко используются в нефтегазовой промышленности для регулирования и управления потоком жидкостей. Во время работы эти клапаны подвергаются таким проблемам, как кавитация.

Принцип работы шаровых клапанов прямой формы заключается в том, что поток достигает центра клапана, где расположены седло и плунжер. Два поворота жидкости на 90 градусов внутри шарового клапана до и после плунжера (рис. 1) создают значительный перепад давления.

рисунок 1Рисунок 1. Путь потока внутри шарового клапана с прямой схемой

Значительный перепад давления жидкости в шаровом клапане ниже давления пара заставляет пар выдавливаться из жидкости. Пузырьки восстановят давление и схлопнутся, создавая волны давления. Следовательно, волны давления могут повредить седло, плунжер и корпус шаровых клапанов. Кавитация может привести к образованию неровных ямок и эрозии обшивки (седла и пробки), корпуса и трубопроводов ниже по потоку. На рисунке 2 показаны кавитационные повреждения в виде небольших ямок, очень похожие на коррозионные повреждения в плунжерах шаровых клапанов.

рисунок 2Рисунок 2. Кавитационные повреждения

Кавитация помимо коррозии и эрозии имеет и другие негативные последствия:

Громкий шум
Сильная вибрация
Засорение потока из-за образования пара
Изменение свойств жидкости
Остановка завода
ИЗМЕРЕНИЕ ТЯЖЕСТИ КАВИТАЦИИ
Выраженность кавитации измеряется с помощью индекса полости, который рассчитывается по следующей формуле:

формула

Тяжесть и протяженность кавитации для клапанов на основе значений индекса полости приведены в таблице 1.

Таблица 1
На рисунке 3 представлены результаты испытаний на расход и расчета коэффициента кавитации для четвертьоборотных клапанов, включая шаровые, дисковые и плунжерные клапаны.

рисунок 3Рисунок 3. Кавитационные характеристики клапанов

Риск кавитации зависит не только от индекса кавитации, но и от процента открытия клапана. На самом деле, меньшее открытие клапана увеличивает вероятность кавитации. Существуют и другие параметры, влияющие на кавитацию:

Размер клапана: Большие размеры клапанов увеличивают риск кавитации.
Класс давления: Клапаны с более высоким классом давления имеют возможность более высокого перепада давления и риска кавитации.
Материал: Более твердые материалы, такие как дуплекс 22Cr, имеют меньший риск кавитации по сравнению с более мягкими материалами, такими как аустенитные нержавеющие стали. Кроме того, твердые материалы отделки, такие как Stellite 6 (UNS R30006) или Stellite 21 в виде твердого тела или наплавки, а также мартенситные нержавеющие стали 13Cr, такие как UNS S41000 или 415000, имеют более высокую устойчивость к кавитации.
Утечка: Утечка из седла клапана при закрытом клапане увеличивает риск кавитации.
Режим потока: турбулентность и высокая скорость потока увеличивают риск кавитации.
Конструкция трима: Например, многоступенчатая конструкция триммера создает перепад давления в два или более этапов, чтобы избежать высокого перепада давления в одном этапе. Еще одним преимуществом многоступенчатой конструкции отделки салона является высокий перепад давления в сторону от уплотнения седла и заглушек.
ПРЕДЛАГАЕМЫЕ РЕШЕНИЯ
Существуют разные подходы, позволяющие избежать кавитации. Они включают в себя замену клапана и уменьшение выбора шаровых клапанов. Другие решения предназначены для выбора более прочного шарового клапана с прямой схемой.

Новый стандарт

Стандарт Американского института нефти (API) 623 первого издания, выпущенный в 2013 году, включает требования к шаровым клапанам для предотвращения утечек, вибрации и кавитации. Стандарт API 623 определяет твердую наплавку как на седле, так и на пробке, а также на направляющем диске, особенно для классов высокого давления. Диаметр штока, указанный в API 623, соответствует принципам стандарта задвижек из литой стали API 600 с различными значениями. Значения диаметра штока в API 623 больше, чем в других стандартах шаровых клапанов, включая BS 1873, чтобы избежать разрывов, таких как разделение штока и плунжера. Этот стандарт распространяется на клапаны диаметром от 2 до 24 дюймов и классы давления от 150 до 2500. Стеллит представляет собой кобальт-хромовый сплав, который широко используется для наплавки внутренних компонентов шарового клапана, включая седло и пробку, для предотвращения эрозии и кавитации.

Выбор альтернативного клапана
Шаровые клапаны Y-образного типа (также известные как наклонные клапаны) и осевые клапаны (Рисунок 4) являются альтернативными типами клапанов, которые можно использовать для предотвращения эрозии и кавитации. Путь потока внутри шарового клапана Y-образного типа более прямой, чем у шара с прямым рисунком.

Осевые клапаны, как новое поколение шаровых клапанов, имеют множество преимуществ, таких как низкий перепад давления, быстрая скорость закрытия и открытия, плавная характеристика потока, низкий рабочий крутящий момент и длительный расчетный срок службы. Тем не менее, осевые клапаны и Y-образные клапаны дороже, чем прямолинейные шаровые клапаны, с точки зрения стоимости затрат (CAPEX). Кроме того, дисковые затворы могут быть предпочтительным выбором для дросселирования в коммунальных службах, таких как водоснабжение, вместо шаровых клапанов. Одна из причин выбора поворотных затворов вместо шаровых клапанов для дросселирования в системах морской воды заключается в том, что поворотные затворы дешевле, хотя кавитация может происходить внутри поворотных затворов, как и в шаровых клапанах.

рисунок 4Рисунок 4. Y-образные и осевые клапаны

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Кавитация является основной эксплуатационной проблемой в обычных шаровых клапанах Т-образного типа. Для проектирования шаровых клапанов Т-образного типа рекомендуется выбирать жесткие материалы отделки, такие как стеллит, использовать антикавитационную отделку, такую как многоступенчатый тип, и применять стандарт API 623. Тем не менее, выбор клапанов, таких как Y-образные шаровые или осевые клапаны, также может быть хорошим решением для снижения или предотвращения риска кавитации.