Kavitacija u globusnim ventilima i predložena rješenja

Slika 1 Slika 2

Slika 3

Slika 4

Značajan pad pritiska tečnosti u ventilu ispod pritiska pare čini pritisak pare iz tečnosti. Mjehurići će povratiti pritisak i kolabirati, stvarajući valove pritiska. Shodno tome, valovi pritiska mogu oštetiti sjedište, čep i tijelo ventila. Kavitacija može stvoriti nepravilne udubljenja i eroziju u oblogama (sjedište i čep), kućištu i nizvodnim cijevima. Slika 2 prikazuje oštećenje od kavitacije u obliku malih udubljenja vrlo sličnih oštećenjima od korozije u čepovima kugličnih ventila.

Kavitacija osim korozije i erozije ima i druge negativne efekte:

• Glasna buka
• Jake vibracije
• Gušenje protoka zbog stvaranja pare
• Promjena svojstava fluida
• Fabrika je zatvorena

MERENJE TEŽINE KAVITACIJE

Ozbiljnost kavitacije se mjeri preko indeksa kaviteta, koji se izračunava pomoću ove formule:

Ozbiljnost i proširenje kavitacije za ventile na osnovu vrednosti indeksa šupljine dato je u tabeli 1.

Slika 3 prikazuje rezultat ispitivanja protoka i razvoja koeficijenta kavitacije za četvrtokretne ventile uključujući kuglične, leptiraste i čep ventile.

Rizik od kavitacije ne zavisi samo od indeksa kavitacije, već na njega utiče i procenat otvaranja ventila. U stvari, manje otvaranje ventila povećava mogućnost kavitacije. Postoje i drugi parametri koji utiču na kavitaciju:

1. Veličina ventila: Veće veličine ventila povećavaju rizik od kavitacije.
2. Klasa pritiska: Ventili u višoj klasi pritiska imaju mogućnost većeg pada pritiska i rizika od kavitacije.
3. Materijal: Tvrđi materijali kao što je 22Cr duplex imaju manji rizik od kavitacije u poređenju sa mekšim izborom materijala kao što su austenitni nerđajući čelici. Dodatno, tvrdi materijali za oblaganje poput Stellite 6 (UNS R30006) ili Stellite 21 kao oblik čvrste mase ili preklapanja i 13Cr martenzitni nehrđajući čelici poput UNS S41000 ili 415000 imaju veću otpornost na kavitaciju.
4. Curenje: Curenje iz sjedišta ventila kada je ventil zatvoren povećava rizik od kavitacije.
5. Režim strujanja: Turbulentan i velika brzina strujanja povećava rizik od kavitacije.
6. Dizajn trima: Na primjer, dizajn trima u više koraka stvara pad tlaka u dva ili više stupnjeva kako bi se izbjegao veliki pad tlaka u jednoj fazi. Druga prednost višestepenog dizajna trimova je visok pad pritiska dalje od područja zaptivke sedišta i čepa.

PREDLOŽENA RJEŠENJA

Postoje različiti pristupi za izbjegavanje kavitacije. Oni uključuju promjenu ventila i smanjenje izbora ventila. Ostala rješenja odnose se na odabir robusnijeg pravokutnog ventila.

Novi standard

Prvo izdanje standarda Američkog instituta za naftu (API) 623, objavljeno 2013. godine, uključuje zahtjeve za globusne ventile kako bi se izbjeglo curenje, vibracije i kavitacija. Standard API 623 specificira tvrdo oblaganje i sjedišta i utikača i vođenog diska, posebno za klase visokog pritiska. Prečnik vretena naveden u API 623 prati principe API 600 standarda za zaporne ventile od livenog čelika, sa različitim vrednostima. Vrijednosti prečnika vretena u API 623 su veće od ostalih standarda ventila, uključujući BS 1873, kako bi se izbjegle lomove kao što je razdvajanje vretena i čepa. Ovaj standard pokriva ventile od 2- do 24- inča u prečniku i klase pritiska od 150 do 2500. Stelit je legura kobalt-hrom koja se široko koristi za tvrdo oblaganje unutrašnjih komponenti ventila, uključujući sjedište i čep, kako bi se spriječila erozija i kavitacija.

Alternativni izbor ventila

Slika 5

Kuglasti ventili tipa Y (također poznati kao kosi ventili) i aksijalni ventili (Slike 4 i 5) su alternativni tipovi ventila koji se mogu koristiti za izbjegavanje erozije i kavitacije. Putanja protoka unutar kružnog ventila Y-tipa je ravnija od pravog kruga uzorka.

Aksijalni ventili kao nova generacija DAGO globus ventila imaju mnoge prednosti kao što su nizak pad pritiska, brza brzina zatvaranja i otvaranja, karakteristika glatkog protoka, mali radni moment i dug životni vijek. Međutim, aksijalni ventili i Y-tip su skuplji od globusnih ventila s ravnim uzorkom u pogledu troškova troškova (CAPEX). Osim toga, leptir ventili mogu biti poželjan izbor za prigušivanje u komunalnim uslugama kao što je voda, umjesto kugličnih ventila. Jedan od razloga za odabir leptir ventila umjesto sfernih ventila za prigušivanje u uslugama morske vode je taj što su leptir ventili jeftiniji, iako se unutar leptir ventila može dogoditi kavitacija kao što se događa u kugličnim ventilima.

ZAKLJUČAK

Kavitacija je glavni operativni problem kod konvencionalnih ventila T-tipa. Odabir tvrdih materijala za oblaganje kao što je Stellite, korištenje antikavitacijske obloge kao što je višestepeni tip i primjena standarda API 623 preporučuje se za dizajniranje ventila T-tipa (DAGO). Međutim, odabir ventila poput globusnog tipa Y (DAGO) ili aksijalnih ventila također može biti dobro rješenje za smanjenje ili izbjegavanje rizika od kavitacije.