Kavitasjon i globusventiler og foreslåtte løsninger

Figur 1 figur 2

Figur 3

Figur 4

Betydelig trykkfall av væsketjenestene i klodeventilen under damptrykket gjør at dampen trykker ut av væsken. Boblene vil gjenopprette trykket og kollapse, og skape trykkbølger. Følgelig kan trykkbølgene skade setet, pluggen og kroppen til globusventilene. Kavitasjon kan skape uregelmessige groper og erosjon i trim (sete og plugg), kroppen og nedstrøms rør. Figur 2 viser kavitasjonsskader i form av små groper som ligner korrosjonsskader i støpslene til klodeventilene.

Kavitasjon har andre negative effekter i tillegg til korrosjon og erosjon:

• Høy lyd
• Sterk vibrasjon
• Kvelning av strømmen på grunn av dampdannelse
• Endre væskeegenskapene
• Anlegg stengt ned

ALVORLIGHETSGRADSMÅLING AV KAVITASJON

Kavitasjonsgraden måles gjennom hulromsindeksen, som beregnes gjennom denne formelen:

Alvorlighetsgraden og forlengelsen av kavitasjonen for ventilene basert på hulromsindeksverdier er gitt i tabell 1.

Figur 3 viser resultatet av strømningstest og kavitasjonskoeffisientutvikling for kvartsvingventiler, inkludert kule-, sommerfugl- og pluggventiler.

Kavitasjonsrisikoen er ikke bare avhengig av kavitasjonsindeksen, men påvirkes også av ventilens åpningsprosent. Faktisk øker mindre åpning av ventilen sjansen for kavitasjon. Det er andre parametere som påvirker kavitasjonen:

1. Ventilstørrelse: Større ventilstørrelser øker risikoen for kavitasjon.
2. Trykkklasse: Ventiler i høyere trykkklasse har mulighet for høyere trykkfall og kavitasjonsrisiko.
3. Materiale: Hardere materialer som 22Cr duplex har mindre risiko for kavitasjon sammenlignet med mykere materialvalg som austenittisk rustfritt stål. I tillegg har harde trimmaterialer som Stellite 6 (UNS R30006) eller Stellite 21 som en form for fast eller overlegg og 13Cr martensitic rustfritt stål som UNS S41000 eller 415000 høyere motstand mot kavitasjon.
4. Lekkasje: Lekkasje fra ventilsetet når ventilen er lukket øker kavitasjonsrisikoen.
5. Strømningsregime: Turbulent og høy strømningshastighet øker kavitasjonsrisikoen.
6. Trim design: Som et eksempel skaper flertrinns trimdesign et trykkfall i to eller flere stadier for å unngå høyt trykkfall i ett trinn. Den andre fordelen med flertrinns trimdesign er å få høyt trykk til å falle bort fra sete- og pluggforseglingsområdene.

FORESLÅTTE LØSNINGER

Det er forskjellige tilnærminger for å unngå kavitasjon. De inkluderer å bytte ventil og redusere valget av klodeventiler. Andre løsninger tar for seg valg av den mer robuste klodeventilen med rett mønster.

Ny standard

American Petroleum Institute (API) 623 standard førsteutgave, utgitt i 2013, inkluderer krav til klodeventiler for å unngå lekkasje, vibrasjon og kavitasjon. API 623-standarden angir hardt vendt både på setet og pluggen og den styrte disken, spesielt for høytrykksklasser. Stammediameteren som er angitt i API 623 følger prinsippene i API 600 Cast Steel Gate Valves Standard, med forskjellige verdier. Stammediameterverdiene i API 623 er større enn andre klodeventilstandarder, inkludert BS 1873, for å unngå pauser som stamme- og pluggseparasjon. Denne standarden dekker ventiler fra 2- til 24 tommer i diameter og trykkklasser fra 150 til 2500. Stellite er en kobolt-kromlegering som er mye brukt til hard vendt mot kloden ventil interne komponenter, inkludert sete og plugg, for å forhindre erosjon og kavitasjon.

Valg av alternativ ventil

Figur 5

Y-type globusventiler (også kjent som skråventiler) og aksiale ventiler (figur 4 og 5) er alternative ventiltyper som kan brukes til å unngå erosjon og kavitasjon. Strømningsbanen inne i Y-type mønsterkuleventilen er rettere enn den rette mønsterkulen.

Aksiale ventiler som den nye generasjonen DAGO-klodeventiler har mange fordeler som lavt trykkfall, rask lukking og åpningshastighet, glatt strømningskarakteristikk, lavt driftsmoment og lang levetid. Aksiale ventiler og Y-type er imidlertid dyrere enn klodeventiler med rett mønster når det gjelder utgiftskostnadene (CAPEX). I tillegg kan sommerfuglventiler være det foretrukne valget for struping i verktøytjenester som vann, i stedet for globusventiler. En grunn til å velge sommerfuglventiler i stedet for globusventiler for struping i sjøvannstjenester er at sommerfuglventiler er mindre kostbare, selv om kavitasjon kan skje inne i sommerfuglventilene som det gjør i globusventiler.

KONKLUSJON

Kavitasjon er det største driftsproblemet i de konvensjonelle T-type klodeventilene. Valg av hard trim materialer som Stellite, ved hjelp av anti-kavitasjon trim som multi-step type og bruke API 623 standard anbefales for å designe T-type globe ventiler (DAGO). Valg av ventiler som Y-type globe (DAGO) eller aksiale ventiler kan imidlertid også være en god løsning for å redusere eller unngå kavitasjonsrisiko.