Kavitacija u kuglastim ventilima i predložena rješenja

Slika 1 Slika 2

Slika 3

Slika 4

Značajan pad tlaka tekućih servisa u kuglastom ventilu ispod tlaka pare čini da se pare potiskuju iz tekućine. Mjehurići će povratiti pritisak i kolabirati, stvarajući valove pritiska. Posljedično, tlačni valovi mogu oštetiti sjedište, čep i tijelo kuglastih ventila. Kavitacija može stvoriti nepravilne udubine i eroziju na oblogi (sjedalo i čep), tijelu i cjevovodu nizvodno. Slika 2 prikazuje kavitacijska oštećenja u obliku malih jama vrlo sličnih korozijskim oštećenjima u čepovima kuglastih ventila.

Kavitacija ima i druge negativne učinke osim korozije i erozije:

• Glasna buka
• Jake vibracije
• Gušenje protoka zbog stvaranja pare
• Promjena svojstava tekućine
• Postrojenje zatvoreno

MJERENJE JAČINE KAVITACIJE

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

Ozbiljnost i proširenost kavitacije za ventile na temelju vrijednosti indeksa šupljine dani su u tablici 1.

Slika 3 prikazuje rezultat ispitivanja protoka i razvoj koeficijenta kavitacije za četvrtokretne ventile uključujući kuglaste, leptiraste i čepne ventile.

Rizik od kavitacije ne ovisi samo o indeksu kavitacije, već na njega utječe i postotak otvaranja ventila. Zapravo, manje otvaranje ventila povećava mogućnost kavitacije. Postoje i drugi parametri koji utječu na kavitaciju:

1. Veličina ventila: Veće veličine ventila povećavaju rizik od kavitacije.
2. Tlačna klasa: Ventili u višoj tlačnoj klasi imaju mogućnost većeg pada tlaka i rizika od kavitacije.
3. Materijal: tvrđi materijali kao što je 22Cr duplex imaju manji rizik od kavitacije u usporedbi s izborom mekših materijala kao što su austenitni nehrđajući čelici. Dodatno, tvrdi materijali za doradu kao što su Stellite 6 (UNS R30006) ili Stellite 21 kao oblik čvrste mase ili sloja i 13Cr martenzitni nehrđajući čelici poput UNS S41000 ili 415000 imaju veću otpornost na kavitaciju.
4. Propuštanje: Propuštanje iz sjedišta ventila kada je ventil zatvoren povećava rizik od kavitacije.
5. Režim protoka: Turbulentna i velika brzina protoka povećava rizik od kavitacije.
6. Dizajn trima: Kao primjer, dizajn trima u više koraka stvara pad tlaka u dva ili više stupnjeva kako bi se izbjegao veliki pad tlaka u jednom stupnju. Druga prednost višestupanjskog dizajna trima je veliki pad tlaka daleko od mjesta za brtvljenje sjedala i čepa.

PREDLOŽENA RJEŠENJA

Postoje različiti pristupi izbjegavanju kavitacije. Oni uključuju promjenu ventila i smanjenje izbora kuglastih ventila. Druga rješenja odnose se na izbor robusnijeg ravnog uzorka kuglastog ventila.

Novi standard

Prvo izdanje standarda Američkog instituta za naftu (API) 623, objavljeno 2013., uključuje zahtjeve za kuglaste ventile kako bi se izbjeglo curenje, vibracije i kavitacija. Norma API 623 specificira tvrdu oblogu i sjedišta i čepa i vođenog diska, posebno za klase visokog tlaka. Promjer vretena naveden u API 623 slijedi načela standarda API 600 zasuna od lijevanog čelika, s različitim vrijednostima. Vrijednosti promjera vretena u API 623 veće su od ostalih standarda za kuglaste ventile, uključujući BS 1873, kako bi se izbjegli lomovi poput odvajanja vretena i čepa. Ova norma pokriva ventile od 2- do 24-inča u promjeru i klase tlaka od 150 do 2500. Stelit je legura kobalta i kroma koja se naširoko koristi za tvrdo navlačenje unutarnjih komponenti kuglastog ventila uključujući sjedište i čep, kako bi se spriječila erozija i kavitacija.

Izbor alternativnog ventila

Slika 5

Ventili tipa Y (poznati i kao kosi ventili) i aksijalni ventili (Slika 4 i 5) alternativni su tipovi ventila koji se mogu koristiti za izbjegavanje erozije i kavitacije. Putanja protoka unutar kuglastog ventila Y-tipa ravnija je od kružnog ventila ravnog uzorka.

Aksijalni ventili kao nova generacija DAGO kuglastih ventila imaju mnoge prednosti poput niskog pada tlaka, brze brzine zatvaranja i otvaranja, glatke karakteristike protoka, niskog radnog momenta i dugog životnog vijeka. Međutim, aksijalni ventili i Y-tip su skuplji od ravnih kuglastih ventila s obzirom na trošak izdataka (CAPEX). Osim toga, leptir ventili mogu biti preferirani izbor za prigušivanje u komunalnim uslugama kao što je vodovod, umjesto kuglastih ventila. Jedan od razloga za odabir leptir ventila umjesto kuglastih ventila za prigušivanje u uslugama morske vode je taj što su leptirasti ventili jeftiniji, iako se kavitacija može dogoditi unutar leptirastih ventila kao što je slučaj u kuglastim ventilima.

ZAKLJUČAK

Kavitacija je glavni radni problem kod konvencionalnih kuglastih ventila T-tipa. Za projektiranje kuglastih ventila T-tipa (DAGO) preporuča se odabir tvrdih materijala za trim kao što je Stellite, korištenje antikavitacijskih trimova poput višestupanjskog tipa i primjena standarda API 623. Međutim, odabir ventila poput kuglastog Y-tipa (DAGO) ili aksijalnih ventila također može biti dobro rješenje za smanjenje ili izbjegavanje rizika od kavitacije.