Kokie rutuliniai vožtuvai užtikrina patikimą sandarumą aukšto slėgio sąlygomis?

Kaip rutulinio vožtuvo konstrukcija užtikrina patikimą aukšto slėgio sandarumą

Pagrindinės sandarumo problemos: slėgio sukeltas nesandarumas, sėdimo deformacija ir štoko apkrova

Kalbant apie aukšto slėgio rutulinio tipo vožtuvus, iš esmės yra trys pagrindiniai gedimo būdai, kurie visi tarpusavyje susiję: slėgio sukeltos nutekėjimai, sėdynės formos problemos ir pernelyg didelis apkrovimas špindeliui. Nutekėjimai atsiranda dėl to, kad slėgio skirtumas gali išstumti tai, kas laiko sėdynę vietoje, ypač jei vožtuvas atidaromas ir uždaromas greitai. Tai sukuria mažytes tarpas tarp rutulio ir jo vietos. Minkštesniems medžiagoms, tokioms kaip PTFE ar gumos medžiagos, suspaudimas tampa problema, kai slėgis viršija apie 3 000 psi. Šios medžiagos tiesiog nebegali atlaikyti tokio stipraus suspaudimo. Tačiau metalinės sėdynės taip pat turi savų problemų. Be specialių paviršiaus apdorojimų ir kietesnių lydinių dangų, jos pradeda limpti viena prie kitos ir dėvėtis. Špindelio dalis ekstremaliomis slėgio sąlygomis darosi dar blogiau. Paimkime, pavyzdžiui, 2500 klasės vožtuvus. Jie patiria maždaug 48 procentais didesnę sukimo jėgą lyginant su įprastiniais vožtuvais. Tai reiškia, kad inžinieriams reikia atidžiai pagalvoti, kaip tinkamai paremti atramines guoles ir integruoti guolius, kurie sumažintų trintį, kad būtų išvengta pažeidimų velenui arba sandarikliams, kurie gali būti išstumti iš vietos.

Svarbūs konstrukciniai elementai: korpuso vientisumas, sėdynės išankstinis apkrovimas ir rutulio paviršiaus apdorojimas

Patikimas sandarumas aukštu slėgiu labai priklauso nuo trijų skirtingų mechaninių požiūrių derinimo. Pirma, kai gamintojai kalvia visą korpuso skersmenį, tai pašalina erzinančius įtempimo taškus, kur flancai jungiasi su angomis. Tai užtikrina, kad viskas atitiktų ASME B16.34 reikalavimus net esant slėgiui iki 2500 ir kartais dar aukštesniam. Kitas dalykas – sėdimojo paviršiaus pirminio apkrovimo sistema. Kai kurios konstrukcijos naudoja spyruokles, kitos – elastingus polimerus. Bet kokiu atveju šie komponentai aktyviai veikia prieš šiluminę traukimąsi bei medžiagų atsipalaidavimą, kurį sukelia slėgis laikui bėgant. Jie palaiko pastovią kontaktinę jėgą nepriklausomai nuo sąlygų, atsirandančių eksploatacijos metu. Ir pagaliau – rutulio paviršiaus apdorojimas. Kai paviršius polituojamas iki mažesnio nei 0,4 mikrono Ra, susidaro žymiai mažiau vietų, kur galėtų atsirasti maži nutekėjimai. Laboratoriniai tyrimai taip pat parodė stebėtinų rezultatų: cikluose su 5 000 psi vandenilio veikimu, veidrodiškai polituoti rutuliai sumažino nenorimą emisiją beveik 99,7 % lyginant su įprastais paviršiais. Visus šiuos elementus sujungus, susidaro slėgio barjeras, kuris išlaiko vientisumą tiek veikiamas pastovios apkrovos, tiek staigių temperatūrų pokyčių.

Ašiniu būdu sumontuoti rutuliniai vožtuvai aukštam slėgiui

Kodėl ašinis montavimas pašalina plūduriuojančio rutulio apribojimus virš 3 000 psi

Trunnion montuojami rutuliniai vožtuvai užtikrina rutulį tarp kietųjų mechaninių ašių, o ne remiasi skysčio slėgiu, kaip tai daro tradicinės plūduriuojančios konstrukcijos. Šių vožtuvų konstrukcija neleidžia nei ašinio, nei radialinio judėjimo, kai veikiamos didelės apkrovos, taip išsprendžiant vieną pagrindinių plūduriuojančių vožtuvų problemų – jie pradeda nutekėti, kai pasiekiamas apie 3 000 psi arba didesnis slėgis. Kai rutulio judėjimą riboja trunnion atrama, operatoriams faktiškai reikia apie 30–40 procentų mažiau sukimo momento, kad juos valdytų esant tokiems dideliems slėgiams. Be to, tokia konfigūracija užtikrina nuolatinį ir numatytą sėdynės apkrovą visą veikimo laiką, net jei sistemoje atsiranda staigūs slėgio šuoliai. Ten, kur yra būtina visiškai užtikrinti tinkamą izoliaciją, tokia stabilumas yra labai svarbus, nes jei rutulys netikėtai pasislenka, tai gali rimtai pažeisti sėdimojo paviršiaus paviršių ir galiausiai sukelti visišką gedimą.

Realiojo pasaulio patvirtinimas: našumo duomenys iš API 6D/6FA sertifikuotų atramių rutulinės sklendės

API 6D/6FA sertifikuotos atraminės rutulinės sklendės atlaiko ugnies atsparumo, nekontroliuojamų emisijų ir ciklinio slėgio bandymus – tai patvirtina jų našumą esant ilgalaikiam slėgiui, viršijančiam 2 500 psi. Nepriklausomi pramonės duomenys patvirtina jų pranašumą:

Sertifikuoti vienetai išlaiko nulinę nustatomą nutekėjimą po daugiau nei 500 šiluminių ciklų ir atitinka NACE MR0175 reikalavimus aštriosios dujos aplinkose – tai įrodo patikimumą jūros dugne, skystųjų gamtinių dujų (LNG) ir rafinuotės angliavandenilių apdorojime.

Metaliniais sėdynėmis rutuliniai vožtuvai: standartas ekstremalioms slėgio sąlygoms

Metalo prie metalo sandarumo mechanika šiluminiams ciklams ir ilgalaikiam dideliam slėgiui

Metaliniai sėdinčio tipo rutuliniai vožtuvai veikia dėl to, kaip pakankamai deformuojasi sukietintas rutulys ir sėdynė, kad susidarytų sandarus uždarymas be jokių tarpų ar išspaudžiamo medžiagos kiekio. Šie metaliniai sąsajos paviršiai atlaiko žymiai didesnį slėgį nei minkštos sėdynės – virš 1000 psi ir temperatūras, viršijančias 400 laipsnių pagal Farenheitą. Taip pat pastebėtas įdomus reiškinys, vykstant terminiam ciklui. Kai nerūdijančio plieno detalės šildomos skirtingai išsiplėtę, tarp jų esantis slėgis iš tikrųjų padidėja apie 15–20 procentų, dėl ko sandarumas dar labiau sustiprėja. Pramonės testai šį efektą parodė jau prieš daugelį metų. Kad šie vožtuvai galėtų išlaikyti tūkstančius veikimo ciklų nesugedę, paviršių apdorojimas turi būti itin lygus – idealiai mažesnis nei 16 Ra mikrocoliai. Taip pat svarbūs kietieji dangteliai, tokie kaip Stellite 6, kurie neleidžia metalinėms detalėms prikibti viena prie kitos ir neleidžia vožtuvui nutekėti net po daugkartinio naudojimo.

Kada pasirinkti metalinių sėdymo vietų vietoj minkštųjų sėdymo vietų rutulinius vožtuvus: slėgio, temperatūros ir terpės gairės

Vožtuvai su metalinėmis sėdymo vietomis yra aiškus pasirinkimas ekstremalioms sąlygoms, reikalaujančioms ilgalaikės vientisumo, ugnies saugos arba atsparumo dilimui:

Jie yra privalomi ugniai atspariems taikymams pagal API 607/6FA, kai šiluminė disociacija neturi pakenkti uždarymui. Aukštos temperatūros garo aplinkoje (>750 °F) jie neleidžia katastrofiškai susmukti minkštam sėdimajam tarpui. Priešingai, vožtuvai su minkštu sėdimuoju tarpeliu lieka optimalūs žemos įtampos vandens sistemoms, kur svarbiausia yra burbuliukų nepraleidžiantis uždarymas minimalia jėga, o ne ilgaamžiškumas ar atsparumas ekstremalioms sąlygoms.

Medžiagų ir konstrukcijos pasirinkimas, kuris maksimaliai padidina rutulinio vožtuvo slėgio našumą

Nerūdijančio plieno rūšys (F22, F51, F53) ir jų patvirtinti slėgio-temperatūros reitingai

Medžiagų pasirinkimas iš tikrųjų lemia, kiek gerai įranga atlaiko slėgį, ilgalaikį ciklinį krūvį ir atsparumą korozijai laikui bėgant. Aplinkose, kur šie veiksniai yra svarbiausi, inžinieriai dažnai renkasi austenitines ir dvifazines nerūdijančias plieno rūšis, tokias kaip F51 (standartinė Duplex rūšis) ir F53 (Super Duplex). Šios lydinio rūšys pasižymi įspūdingu stiprumu, kartu būdamos lengvos, taip pat puikiai atlaiko chloridus, todėl yra idealios jūros platformoms ir cheminių medžiagų perdirbimo įrenginiams. Kai temperatūra pakyla virš 500 laipsnių Celsijaus, dėl savo puikių karščiui atsparių savybių tampa pagrindine parinktimi chromo-molibdeno lydinys F22. Visos šios medžiagos atitinka ASME B16.34 standartų reikalavimus dėl slėgio-temperatūros rodiklių, todėl gamintojams suteikia pasitikėjimą, renkantis medžiagas reikalaujamoms pramoninėms panaudojimo sritims.

• F53 (UNS S32750) : Mažiausias takumo ribos stipris 550 MPa esant 38 °C, išlaikant 480 MPa esant 200 °C
• F51 (UNS S31803) : Išlaiko 450 MPa takumo stiprumą 100 °C temperatūroje agresyviose chloridų aplinkose
• F22 (A182 F22) : Išlaiko 205 MPa temptinį stiprumą 540 °C temperatūroje

Šios patvirtintos savybės užtikrina nuolatinį sandarumą, kai naudojami suderinami sėdynės medžiagai ir tinkamos gamybos praktikos.

Kuojiniai prieš liejinius korpusai: poveikis konstrukciniam patikimumui ASME B16.34 2500+ klasės eksploatacijoje

Kuoduoti korpusai turi aiškių pranašumų dirbant su labai aukštu slėgiu, viršijančiu 2500 psi. Metalo grūdelių išsidėstymas kuovimo metu pašalina tas mažas poras ir nešvarumus, kuriuos dažnai randame liejiniuose. Tai ženkliai paveikia jų našumą ilgesniu laikotarpiu. Atsparumas nuovargiui padidėja apie 30 procentų, jie geriau atlaiko staigius slėgio šuolius – apie pusę geriau, o jų tarnavimo laikas ištripleja veikiami nuolatinių slėgio pokyčių. Kai temperatūra nukrenta iki minus 196 laipsnių Celsijaus kriogeninėse aplikacijose, kuoviniai komponentai neplyšta kaip galintys plyšti liejiniai dėl paslėptų defektų. Pagal ASME standartą B16.34, bet koks vožtuvas, kurio klasė 2500 ar aukštesnė ir vamzdžio nominalusis skersmuo 8 coliai, turi būti kuovinys. Tai susiję su tuo, kad kuovinė medžiaga yra vientisesnė visame plote ir elgiasi numanomai. Liejiniai vožtuvai tinka mažiau reikalaujančioms aplikacijoms, tačiau jei reikia visiškai išvengti nutekėjimų ilgalaikėje eksploatacijoje esant 413 bar arba 6 000 psi su angliavandeniliais, kuovimas iki šiol lieka vienintelė patikima parinktis. Be to, tokia patikimumas padeda sumažinti tuos varginančius netikėtus emisijų nutekėjimus, dėl kurių visada jaudinasi reguliuotojai.

Dažniausiai paskyrančių klausimų skyrius

Kokie yra pagrindiniai rutulinio vožtuvo gedimo prie didelio slėgio priežastys?

Rutuliniai vožtuvai dažnai gedę dėl slėgio sukeltų nutekėjimų, sėdynės deformacijos ir per didelės špindelio apkrovos, ypač jei jie pagaminti iš minkštesnių medžiagų, kurios negali atlaikyti slėgio virš 3 000 psi.

Kaip stovinčio tipo rutuliniai vožtuvai užtikrina geresnę stabilumą lyginant su tradiciniais plūduriuojančiais konstrukciniais sprendimais?

Stovinčio tipo rutuliniai vožtuvai pašalina rutulio ašinį ir radialinį judesį, sumažindami reikalingą sukimo momentą 30–40 % ir užtikrindami pastovią sėdynės apkrovą bei slėgio sandarumą.

Kada reikėtų pasirinkti metalinęs sėdynės rutulinius vožtuvus vietoj minkštosios sėdynės turinčių?

Metalinės sėdynės rutuliniai vožtuvai yra idealūs aukšto slėgio, aukštos temperatūros ir abrazyvių terpės sąlygoms, taip pat būtini ugniai atsparioms aplikacijoms pagal API 607/6FA.

Kodėl aukšto slėgio taikymams koviniams vožtuvų korpusams teikiamas pirmenybė prieš liejinius?

Kuoduoti kūnai turi mažiau priemaišų ir didesnį išsisėmimo atsparumą, dėl ko pagerėja našumas, konstrukcinis patikimumas ir tarnavimo laikas, ypač paslaugoms, viršijančioms 2500 psi.