Рисунок 1 Рисунок 2
Рисунок 3
Рисунок 4
Значительный перепад давления жидкости, обслуживаемой в запорном клапане, ниже давления пара приводит к вытеснению пара из жидкости. Пузырьки восстановят давление и лопнут, создавая волны давления. Следовательно, волны давления могут повредить седло, плунжер и корпус шаровых клапанов. Кавитация может привести к образованию неравномерных ямок и эрозии в затворе (седле и плунжере), корпусе и трубопроводе, расположенном ниже по потоку. На рис. 2 показаны кавитационные повреждения в виде небольших ямок, очень похожих на коррозионные повреждения в плунжерах запорных клапанов.
Помимо коррозии и эрозии кавитация имеет и другие негативные последствия:
- Громкий шум
- Сильная вибрация
- Засорение потока из-за образования пара
- Изменение свойств жидкости
- Завод закрыт
ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЬНОСТИ КАВИТАЦИИ
Интенсивность кавитации измеряется индексом полости, который рассчитывается по следующей формуле:
Тяжесть и распространение кавитации для клапанов на основе значений индекса полости приведены в таблице 1.
На Рисунке 3 показаны результаты гидродинамических испытаний и определения коэффициента кавитации для четвертьоборотных клапанов, включая шаровые, дисковые и пробковые краны.
Риск кавитации зависит не только от индекса кавитации, но также зависит от процента открытия клапана. Фактически, меньшее открытие клапана увеличивает вероятность кавитации. Есть и другие параметры, влияющие на кавитацию:
- Размер клапана: Большие размеры клапанов увеличивают риск кавитации.
- Класс давления: Клапаны более высокого класса давления могут иметь более высокий перепад давления и риск 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 стеллит 6 (UNS R30006) или стеллит 21 в виде твердого или наплавленного материала, и мартенситные нержавеющие стали 13Cr, такие как UNS S41000 или 415000, обладают более высокой устойчивостью к кавитации.
- Утечка: Утечка через седло клапана, когда клапан закрыт, увеличивает риск кавитации.
- Режим потока: турбулентность и высокая скорость потока увеличивают риск кавитации.
- Конструкция трима: например, многоступенчатая конструкция трима создает перепад давления в две или более ступеней, чтобы избежать высокого перепада давления на одной ступени. Другим преимуществом многоступенчатой конструкции затвора является высокий перепад давления вдали от областей уплотнения седла и плунжера.
ПРЕДЛАГАЕМЫЕ РЕШЕНИЯ
Существуют различные подходы к предотвращению кавитации. Они включают в себя замену клапана и уменьшение выбора шаровых клапанов. Другие решения касаются выбора более прочного прямоходного запорного клапана.
Новый стандарт
Первое издание стандарта Американского института нефти (API) 623, выпущенное в 2013 году, включает требования к шаровым клапанам, чтобы избежать утечек, вибрации и кавитации. Стандарт API 623 определяет твердое покрытие седла и плунжера, а также направляющего диска, особенно для классов высокого давления. Диаметр штока, указанный в API 623, соответствует принципам стандарта API 600 на задвижки из литой стали с различными значениями. Значения диаметра штока в API 623 больше, чем в других стандартах на шаровые краны, включая BS 1873, чтобы избежать поломок, 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 твердосплавного покрытия внутренних компонентов шарового клапана, включая седло. и заглушка для предотвращения эрозии и кавитации.
Альтернативный выбор клапана
Рисунок 5
Запорные клапаны Y-образного типа (также известные как наклонные клапаны) и осевые клапаны (рис. 4 и 5) представляют собой альтернативные типы клапанов, которые можно использовать для предотвращения эрозии и кавитации. Путь потока внутри шарового клапана Y-образного типа более прямой, чем в прямом шаровом клапане.
Осевые клапаны нового поколения запорных клапанов DAGO имеют множество преимуществ, таких как низкий перепад давления, высокая скорость закрытия и открытия, плавная характеристика потока, низкий рабочий крутящий момент и длительный срок службы. Однако осевые клапаны и Y-образные клапаны дороже, чем прямоходные запорные клапаны с точки зрения затрат (CAPEX). Кроме того, дисковые затворы могут быть предпочтительным выбором для дросселирования в коммунальных службах, таких как вода, вместо шаровых клапанов. Одной из причин выбора дисковых затворов вместо запорных клапанов для дросселирования в морской воде является то, что затворы менее дорогостоящие, хотя внутри затворов, как и в запорных затворах, может происходить кавитация.
ВЫВОД
Кавитация является основной эксплуатационной проблемой обычных запорных клапанов Т-образного типа. Для проектирования запорных клапанов Т-типа (DAGO) рекомендуется выбирать твердые материалы трима, такие как стеллит, использовать антикавитационный трим, такой как многоступенчатый, и применять стандарт API 623. Тем не менее, выбор таких клапанов, как шаровые Y-образные (DAGO) или осевые клапаны, также может быть хорошим решением для снижения или предотвращения риска кавитации.