Рисунок 1 Рисунок 2
малюнок 3
малюнок 4
Значне падіння тиску рідини в прохідному клапані нижче тиску пари призводить до того, що рідина виходить під тиском пари. Бульбашки відновлять тиск і згорнуться, утворюючи хвилі тиску. Як наслідок, хвилі тиску можуть пошкодити сідло, пробку та корпус прохідних клапанів. Кавітація може створити нерівні ямки та ерозію в обшивці (сиділо та заглушка), корпусі та нижніх трубах. На малюнку 2 показано кавітаційне пошкодження у вигляді невеликих ямок, дуже схоже на корозійне пошкодження в пробках запірних клапанів.
Окрім корозії та ерозії, кавітація має й інші негативні наслідки:
- Гучний шум
- Сильна вібрація
- Затримка потоку через утворення пари
- Зміна властивостей рідини
- Завод зупинили
ВИМІРЮВАННЯ КАВІТАЦІЇ
Інтенсивність кавітації вимірюється через індекс порожнини, який розраховується за цією формулою:
Ступінь і поширення кавітації для клапанів на основі значень індексу порожнини наведено в таблиці 1.
На рисунку 3 показано результат випробування потоку та розробку коефіцієнта кавітації для чвертьобертових клапанів, включаючи кульові, дискові та пробкові клапани.
Ризик кавітації залежить не тільки від індексу кавітації, але також на нього впливає відсоток відкриття клапана. Фактично, менше відкриття клапана збільшує ймовірність кавітації. Є й інші параметри, які впливають на кавітацію:
- Розмір клапана: більші розміри клапанів збільшують ризик кавітації.
- Клас тиску: клапани з вищим класом тиску мають ймовірність більшого падіння тиску та ризику кавітації.
- Матеріал: більш тверді матеріали, такі як дуплекс 22Cr, мають менший ризик кавітації порівняно з більш м’якими матеріалами, такими як аустенітна нержавіюча сталь. Крім того, тверді матеріали обробки, такі як Stellite 6 (UNS R30006) або Stellite 21 у формі суцільного або накладного шару, і мартенситна нержавіюча сталь 13Cr, наприклад UNS S41000 або 415000, мають вищу стійкість до кавітації.
- Витік: витік із сідла клапана, коли клапан закритий, збільшує ризик кавітації.
- Режим потоку: турбулентність і висока швидкість потоку збільшує ризик кавітації.
- Конструкція регулювача: наприклад, багатоступінчаста конструкція регулювача створює падіння тиску в два або більше ступенів, щоб уникнути високого падіння тиску на одному етапі. Інша перевага багатоступеневої конструкції кріплення полягає в тому, що високий перепад тиску від зон ущільнення сідла та плунжера.
ПРОПОНОВАНІ РІШЕННЯ
Існують різні підходи, щоб уникнути кавітації. Вони включають зміну клапана та зменшення вибору прохідних клапанів. Інші рішення стосуються вибору більш міцного запірного клапана прямого типу.
Новий стандарт
Перше видання стандарту Американського інституту нафти (API) 623, випущене в 2013 році, містить вимоги до прохідних клапанів щодо запобігання витоку, вібрації та кавітації. Стандарт API 623 визначає жорстке наплавлення як на сідло, так і на плунжер і направляючий диск, особливо для класів високого тиску. Діаметр штока, зазначений в API 623, відповідає принципам стандарту API 600 для засувок із литої сталі з різними значеннями. Значення діаметра штока в API 623 є більшими, ніж в інших стандартах на прохідні клапани, включаючи BS 1873, щоб уникнути таких поломок, як розрив штока та плунжера. Цей стандарт поширюється на клапани діаметром від 2- до 24-дюймів і класами тиску від 150 до 2500. Стелліт – це кобальт-хромовий сплав, який широко використовується для твердого наплавлення внутрішніх компонентів прохідного клапана, включаючи сідло. і пробка, щоб запобігти ерозії та кавітації.
Вибір альтернативного клапана
малюнок 5
Прохідні клапани Y-типу (також відомі як косі клапани) та осьові клапани (рис. 4 і 5) є альтернативними типами клапанів, які можна використовувати, щоб уникнути ерозії та кавітації. Шлях потоку всередині запірного клапана Y-типу більш прямий, ніж за допомогою прямого запірного клапана.
Осьові клапани, як нове покоління прохідних клапанів DAGO, мають багато переваг, таких як низький перепад тиску, швидка швидкість закриття та відкриття, плавна характеристика потоку, низький робочий крутний момент і тривалий термін служби. Однак осьові клапани та клапани Y-типу є дорожчими, ніж прохідні клапани з прямою схемою щодо вартості витрат (CAPEX). Крім того, дросельні клапани можуть бути кращим вибором для дроселювання в комунальних послугах, таких як водопостачання, замість запірних клапанів. Однією з причин вибору поворотних клапанів замість поворотних клапанів для дроселювання в системах морської води є те, що поворотні клапани є менш дорогими, хоча кавітація може виникнути всередині поворотних клапанів, як це відбувається в поворотних клапанах.
ВИСНОВОК
Кавітація є основною проблемою експлуатації звичайних прохідних клапанів Т-типу. Для проектування прохідних клапанів Т-типу (DAGO) рекомендується вибирати тверді матеріали обрізки, такі як Stellite, використовувати антикавітаційну обрізку, як багатоступінчастий тип, і застосовувати стандарт API 623. Однак вибір таких клапанів, як Y-подібний шаровий (DAGO) або аксіальний клапан, також може бути хорошим рішенням для зменшення або уникнення ризику кавітації.