Қысымы жоғары жағдайларда сенімді герметизацияны қамтамасыз ететін шариктік клапандар қайсысы?

Шарлық клапанның құрылымы қалай сенімді жоғары қысымды герметизацияны қамтамасыз етеді

Негізгі герметизация қиыншылықтары: қысымнан туындайтын саңылаулар, отырғыштың деформациялануы және сақаның жүктемесі

Жоғары қысымды шариктік клапандар туралы болғанда, олардың бір-бірімен байланысты үш негізгі тәсілдері бар: қысымнан туындайтын саңылаулар, отырғыш пішінімен байланысты мәселелер және штокта тым көп кернеу. Саңылаулар отырғыштың орнында тұруын қамтамасыз ететін нәрсенің алдына қысым айырмашылығы шынымен ығыстыра алатын жағдайларда пайда болады, әсіресе клапан тез ашылып-жабылса. Бұл шар мен оның отыратын жерінің арасында өте кішкентай саңылаулар пайда болуына әкеледі. PTFE немесе резеңке материалдары сияқты жұмсақ материалдардан жасалған отырғыштар үшін қысым 3000 psi шамасынан асқан кезде компрессия мәселеге айналады. Мұндай материалдар қатты сығылуға көп ұзамайды. Алайда метал отырғыштардың өздеріне тән мәселелері бар. Арнайы беттік өңдеулер мен қатты қорытпалы қаптамалар болмағанда, олар бір-біріне жабысып қалып, тоза бастайды. Шток бөлігі экстремал қысым жағдайларында одан да нашар болады. Мысалы, 2500 классы клапандарды алайық. Олар қалыпты клапандарға қарағанда шамамен 48 пайызға артық бұрыштық күшке ұшырайды. Бұл инженерлерге троньонды дұрыс қолдау көрсету және өсте зақымдануды немесе тығыздағыштардың орнынан тыс шығуын болдырмау үшін үйкелісті азайтатын подшипниктерді енгізу туралы мұқият ойлану қажеттігін білдіреді.

Соңғы маңызды элементтер: дененің бүтіндігі, отырғыштың алдын-ала жүгі және шариктің бетінің өңделуі

Жоғары қысымда сенімді герметизациялау шынымен үш әртүрлі механикалық тәсілді ұштастыруға байланысты. Бастау үшін, өндірушілер дененің толық диаметрін ұстаған кезде, фланецтер мен порттардың жиектескен жеріндегі қосымша кернеу нүктелерін болдырмауға мүмкіндік береді. Бұл 2500-ге дейінгі және кейде одан да жоғары қысым деңгейлерінде ASME B16.34 талаптарына сай келуін қамтамасыз етеді. Келесі кезекте — отырғыштың алдын ала жүктеме жүйесі. Кейбір конструкциялар серіппелерді пайдаланса, басқалары серпімді полимерлерді таңдайды. Екеуінің де мақсаты — жылулық сығылуға және материалдардың уақыт өте келе серпуіне қарсы белсенді түрде әсер ету. Олар жұмыс істеу кезінде пайда болатын әртүрлі жағдайларда контактілік күшті тұрақты ұстап тұрады. Ал соңғысы — шар бетінің өңделуі. Шар бетін Ra 0,4 микроннан төмен болатындай етіп паратталған кезде, кішкентай саңылаулардың пайда болуына мүлдем жол бермейді. Зертханалық зерттеулер таңғажайып нәтиже көрсетті. 5000 psi сутек қысымында 5000 циклдан кейін, айналайын түрде паратталған шарлар дәстүрлі өңделген беттермен салыстырғанда шығатын газдарды 99,7%-ға жуық төмендетеді. Бұл үшеуін бірге қолданғанда тұрақты жүктеме немесе кенеттен температураның өзгеруіне қарамастан, берік қысым кедергісі пайда болады.

Жоғары қысымда тұрақтылық үшін тірекке орнатылатын шарлық крандар

3000 psi-ден жоғары қысымда шардың жүзіп жүру шектеулерін неге тірекке орнату жояды

Трондық орнатылған шарлық клапандар шарды дәстүрлі жүзбелі конструкциялар сияқты герметизациялау үшін сұйық қысымына тәуелді болмай, қатты механикалық біліктер арасында бекітеді. Бұл клапандардың құрылымы оларға үлкен жүктеме түскен кезде осьтік және радиалды қозғалысты тоқтатады, бұл 3000 psi немесе одан жоғары қысымда жеткенде жүзбелі клапандардың негізгі мәселелерінің бірі — сырқатуын шешеді. Шардың қозғалысы трондық тіреу арқылы шектелген кезде, операторлар осындай жоғары қысымдарда жұмыс істеу үшін шамамен 30-дан 40 пайызға дейін аз күш жұмсауы керек. Сонымен қатар, бұл жинақтау жүйеде қысымдың кенеттен артуы болған кезде де жұмыс барысында отыру бетіне түсетін жүктемені тұрақты және болжанатын күйінде сақтайды. Дұрыс изоляцияны сақтау өте маңызды болып табылатын қолданулар үшін бұл тұрақтылық үлкен маңызға ие, себебі шар күтпеген уақытта ығысса, отыру беттеріне нақты зиян келтіріп, толықтай істен шығуы мүмкін.

Шынайы әлемдегі тексеру: API 6D/6FA сертификатталған тірек шарлы саңылаулардан алынған өнімділік деректері

API 6D/6FA сертификатталған тірек шарлы саңылаулар өртке төзімділік, шығындалған шығарылымдар және циклдік қысымдық сынақтардан өтеді – 2,500 psi асатын тұрақты қысымда өнімділікті растайды. Тәуелсіз салалық деректер олардың артықшылығын растайды:

Сертификатталған бірліктер 500-ден астам жылу циклінен кейін тіркелетін саңылаусыздықты сақтайды және күкіртті газ ортасы үшін NACE MR0175 талаптарын қанағаттандырады – бұл теңіз асты, СГЖ және мұнай өңдеу кәсіпорындарындағы сенімділікті көрсетеді.

Металл отыратын шарлық крандар: Үлкен қысымдың сенімділігінің стандарты

Жылу циклі кезінде және тұрақты жоғары қысымда металл-металлға тығыздау механикасы

Қатайтылған шар мен отырғыштың біршама деформациялануы салдарынан саңылаусыз, материалдың шығып кетуі жоқ тығыз бекітпені қамтамасыз етеді, осының арқасында металл отырғышты шарлық клапандар жұмыс істейді. Бұл металл интерфейстер 1000 psi астам қысым мен 400 градус Фаренгейттен жоғары температураға төтеп бере алады және жұмсақ отырғыштарға қарағанда әлдеқайда төзімдірек. Жылулық циклдау кезінде қызықты құбылыс байқалады. Температура көтерілгенде болат бөлшектер әртүрлі ұлғаяды және олардың арасындағы қысым шынымен 15-20 пайызға дейін артады, бұл бекітпенің тығыздауына әкеледі. Өнеркәсіптік сынақтар бұл әсерді бірнеше жыл бойы көрсетіп келеді. Мыңдаған рет пайдаланғаннан кейін де бұл клапандардың бұзылмай жұмыс істеуі үшін бетінің өңделуі өте жұмсақ болуы керек, 16 Ra микродюймнан төмен — бұл идеалды нұсқа. Сонымен қатар, Stellite 6 сияқты қатайтылған қаптамалар да маңызды, олар металл бөлшектердің бір-біріне жабысып қалуын болдырмауға және көп рет пайдаланғаннан кейін де клапанның саңылаусыздығын сақтауға көмектеседі.

Металл отырықты шарлық клапандарды жұмсақ отырықтыларға қарағанда қашан таңдау керек: қысым, температура және орта көрсеткіштері

Ұзақ мерзімді беріктік, өрт қауіпсіздігі немесе үйкеліске төзімділік талап етілетін экстремалды жағдайлар үшін металл отырықты клапандар анық таңдау болып табылады:

Олар отқа қауіпсіз қолданыстар үшін API 607/6FA бойынша міндетті түрде қажет, онда жылулық ыдырау герметизацияның бұзылуына әкелмеуі тиіс. Жоғары температурадағы бу қызметінде (>750°F) олар жұмсақ отырғызулы отырықтың қирауын болдырмауға кедергі жасайды. Керісінше, жұмсақ отырғызулы клапандар төмен қысымдағы су жүйелерінде, ең аз моментпен көпіршіксіз жабылу маңыздылығы менгерілетін, бірақ ұзақ мерзімділік немесе экстремалды жағдайларға төзімділіктен гөрі басымдық берілетін жағдайларда оптимальды болып қала береді.

Шарикті клапанның қысымдық өнімділігін максималдандыратын материалдар мен құрылыс таңдауы

Болат маркалары (F22, F51, F53) және олардың расталған қысым-температуралық рейтингтері

Материалдарды таңдау шынымен жабдықтың қысымға қалай төтеп бере алатынын, қайталанатын кернеу циклдарына төзімділігін және уақыт өте келе коррозияға төзімділігін анықтайды. Осындай факторлар ең маңызды болып табылатын орталарда инженерлер жиі F51 (стандарттық дуплекс маркасы) және F53 (Супер Дуплекс) сияқты аустенитті және дуплексті болаттарға жүгінеді. Бұл құймалар салмақты аз ұстап тұрумен қатар елеулі беріктікке ие, сонымен қатар хлоридтерге өте жақсы төзеді, бұл оларды мұхиттық платформалар мен химиялық өңдеу қондырғылары үшін идеалды етеді. Температура 500 градустан жоғары көтерілгенде F22 хром-молибден құймасы өзінің ерекше жылуға төзімділік қасиеттеріне байланысты негізгі таңдауға айналады. Бұл материалдардың әрқайсысы қысым-температуралық рейтингтер бойынша ASME B16.34 стандарттарының талаптарын қанағаттандырады, бұл өндірушілерге қиын өнеркәсіптік қолданыстар үшін таңдауларына сенім береді.

• F53 (UNS S32750) : 38°C температурадағы ең төменгі созылу шегі 550 МПа, 200°C температурада 480 МПа сақталады
• F51 (UNS S31803) : Бруттық хлоридті ортада 100°C температурада 450 МПа ағу беріктігін сақтайды
• F22 (A182 F22) : 540°C температурада 205 МПа созылу беріктігін сақтайды

Бұл расталған қасиеттер үйлесімді отырғыш материалдары мен дұрыс жасау әдістерімен қолданылған кезде тығыздықтың тұрақты орындалуын қамтамасыз етеді.

Шойын денелерге қарағанда шойыту арқылы жасалған денелер: ASME B16.34 Class 2500+ қызметіндегі құрылымдық сенімділікке әсері

2500 psi-тан жоғары өте жоғары қысымды қызмет көрсету кезінде шөгітілген денелердің айқын артықшылықтары бар. Металл дәндерінің шөгіту кезінде ыдыс бөлшектерінде жиі кездесетін сол шағын кеуектер мен қоспаларды жойып тастауға мүмкіндік береді. Бұл уақыт өте келе олардың жұмыс істеу сапасына нақты әсер етеді. Тырақтылық шамамен 30 пайызға дейін артады, олар қысымның сәтті өсуін шамамен жартысына жақсырақ шыдайды және тұрақты қысым өзгерістеріне ұшыраған кезде жұмыс істеу мерзімі үш есе артады. Криогенді қолданыста температура минус 196 градус Цельсийге дейін төмендегенде, шөгітілген компоненттердің жасырын кемшіліктерінен пайда болатын құймалар сияқты жарылмайды. ASME стандарты B16.34 бойынша, номиналды 8 дюймдік құбыр өлшемі бар және Class 2500 немесе одан жоғары рейтингі бар кез-келген саңылау шөгітілуі тиіс. Себебі шөгітілген материалдар бүкіл көлемі бойынша біркелкірек және болжанатындай мінез-құлық көрсетеді. Құймалы саңылаулар аз қажет ететін қолданыстар үшін жақсы жұмыс істейді, бірақ көмірсутектердің 413 бар немесе 6000 psi қысымда ұзақ уақыт бойы утилизация кезінде мүлдем саңылаулар болмауы қажет болса, қазіргі уақытта шөгіту ғана сенімді нұсқа болып табылады. Сонымен қатар, бұл сенімділік реттегіштердің әрқашан қайғырып отыратын шығындалған шығарындыларды азайтуға көмектеседі.

Сұрақтар мен жауаптар бөлімі

Жоғары қысымда шариктік клапандардың бұзылуының негізгі себептері қандай?

Шариктік клапандар жиі қысымнан туындайтын саңылаулар, отырғыштың деформациялануы және тұлғаның артық жүктемесі салдарынан бұзылады, әсіресе 3000 psi астам қысымға шыдамайтын жұмсақ материалдардан жасалған кезде.

Традициялық жүзіп тұратын конструкцияларға қарағанда тірегі бар шариктік клапандар тұрақтылықты қалай арттырады?

Тірегі бар шариктік клапандар шариктің осьтік және радиалды қозғалысын жояды, бұл 30-40% кемітілген моментті қажет етеді және отырғышқа тұрақты жүктеме мен қысым герметизациясын қамтамасыз етеді.

Жұмсақ отырғышты клапандарға қарағанда қашан металдан жасалған отырғышты шариктік клапандарды таңдау керек?

Металдан жасалған отырғышты шариктік клапандар жоғары қысым, жоғары температура және үйкеліске төзімді орталар үшін ыңғайлы және API 607/6FA стандартына сәйкес өрт қауіпсіздігі үшін қажет.

Жоғары қысымды қолданыстар үшін неге шойылтылған денелі клапандар тасталған денелілерге қарағанда ұсынылады?

Шөмілген денелердің қоспалары аз және түзету шегіне дейінгі беріктігі жоғары, бұл 2500 psi-дан жоғары қысым кезінде жұмыс істеген кезде өнімділікті, құрылымдық сенімділікті және жұмыс істеу мерзімін арттырады.