Figuur 1 Figuur 2
Figuur 3
Figuur 4
Aanzienlijke drukval van de vloeistofdiensten in de bolklep onder de dampdruk zorgt ervoor dat de damp uit de vloeistof drukt. De bubbels zullen de druk herstellen en instorten, waardoor drukgolven ontstaan. Bijgevolg kunnen de drukgolven de zitting, de plug en het lichaam van de bolkleppen beschadigen. Cavitatie kan onregelmatige putten en erosie in de trim (stoel en plug), het lichaam en stroomafwaartse leidingen veroorzaken. Figuur 2 toont cavitatieschade in de vorm van kleine putjes die sterk lijken op corrosieschade in de pluggen van de bolkleppen.
Cavitatie heeft naast corrosie en erosie nog andere negatieve effecten:
- Hard geluid
- Sterke vibratie
- Verstikking van de stroming door dampvorming
- De vloeistofeigenschappen wijzigen
- Fabriek stilgelegd
CAVITATIE ERNSTMETING
De cavitatie-ernst wordt gemeten door de caviteitsindex, die wordt berekend met behulp van deze formule:
De ernst en uitbreiding van de cavitatie voor de kleppen op basis van caviteitsindexwaarden is weergegeven in tabel 1.
Figuur 3 toont het resultaat van de ontwikkeling van de stromingstest en cavitatiecoëfficiënt voor kwartslagkleppen inclusief kogel-, vlinder- en plugkleppen.
Het cavitatierisico is niet alleen afhankelijk van de cavitatie-index, maar wordt ook beïnvloed door het openingspercentage van de klep. Sterker nog, minder openen van de klep verhoogt de kans op cavitatie. Er zijn andere parameters die de cavitatie beïnvloeden:
- Klepgrootte: Grotere maten kleppen verhogen het risico op cavitatie.
- Drukklasse: Kleppen in hogere drukklasse hebben de mogelijkheid van een hogere drukval en cavitatierisico.
- Materiaal: Hardere materialen zoals 22Cr duplex hebben minder risico op cavitatie in vergelijking met zachtere materiaalkeuzes zoals austenitisch roestvrij staal. Bovendien hebben harde afwerkingsmaterialen zoals Stellite 6 (UNS R30006) of Stellite 21 als een vorm van massief of overlay en 13Cr martensitisch roestvrij staal zoals UNS S41000 of 415000 een hogere weerstand tegen cavitatie.
- Lekkage: Lekkage uit de klepzitting wanneer de klep gesloten is, verhoogt het cavitatierisico.
- Stromingsregime: Turbulente en hoge stroomsnelheid verhoogt het cavitatierisico.
- Trimontwerp: Als voorbeeld creëert het trimontwerp met meerdere stappen een drukval in twee of meer fasen om een hoge drukval in één fase te voorkomen. Het andere voordeel van meertraps trimontwerp is dat hoge druk wegvalt van de stoel en plugafdichtingsgebieden.
VOORGESTELDE OPLOSSINGEN
Er zijn verschillende benaderingen om cavitatie te voorkomen. Ze omvatten het vervangen van de klep en het verminderen van de selectie van bolkleppen. Andere oplossingen richten zich op de selectie van de robuustere rechte patroonbolklep.
Nieuwe standaard
De american petroleum institute (API) 623 standaard eerste editie, uitgebracht in 2013, bevat vereisten voor globekleppen om lekkage, trillingen en cavitatie te voorkomen. De API 623-standaard specificeert harde bekleding op zowel de stoel en stekker als de geleide schijf, vooral voor hogedrukklassen. De in API 623 gespecificeerde steeldiameter volgt de principes van de API 600 Cast Steel Gate Valves Standard, met verschillende waarden. De waarden van de steeldiameter in API 623 zijn groter dan andere globeklepnormen, waaronder BS 1873, om breuken zoals steel- en plugscheiding te voorkomen. Deze standaard dekt kleppen met een diameter van 2 tot 24 inch en drukklassen van 150 tot 2500. Stellite is een kobalt-chroomlegering die veel wordt gebruikt voor harde interne componenten van de bolklep, waaronder de zitting en plug, om erosie en cavitatie te voorkomen.
Alternatieve klepselectie
Figuur 5
Y-type bolkleppen (ook bekend als schuine kleppen) en axiale kleppen (figuur 4 en 5) zijn alternatieve kleptypen die kunnen worden gebruikt om erosie en cavitatie te voorkomen. Het stromingspad in de Y-type patroonbolklep is rechter dan de rechte patroonbol.
Axiale kleppen als de nieuwe generatie DAGO-bolkleppen hebben veel voordelen, zoals lage drukval, snelle sluit- en openingssnelheid, soepele stroomkarakteristiek, laag bedrijfskoppel en een lange levensduur. Axiale kleppen en Y-type zijn echter duurder dan rechte patroon globekleppen met betrekking tot de kosten van uitgaven (CAPEX). Bovendien kunnen vlinderkleppen de voorkeur hebben voor het afknijpen in nutsvoorzieningen zoals water, in plaats van bolkleppen. Een reden om vlinderkleppen te selecteren in plaats van bolkleppen voor throttling in zeewaterdiensten is dat vlinderkleppen minder duur zijn, hoewel cavitatie kan gebeuren in de vlinderkleppen zoals in globekleppen.
CONCLUSIE
Cavitatie is het grootste operationele probleem in de conventionele T-type bolkleppen. Het selecteren van harde trimmaterialen zoals Stellite, het gebruik van anti-cavitatie trim zoals multi-step type en het toepassen van de API 623-standaard worden aanbevolen voor het ontwerpen van T-type globe-kleppen (DAGO). Het selecteren van kleppen zoals Y-type globe (DAGO) of axiale kleppen kan echter ook een goede oplossing zijn voor het verminderen of vermijden van cavitatierisico' s.