کاویتاسیون در شیرهای گلوب و راه حل های پیشنهادی

شکل 1 شکل 2

شکل 3

شکل 4

افت فشار قابل توجه خدمات مایع در شیر کره زیر فشار بخار باعث می شود پرس بخار از مایع خارج شود. حباب ها فشار را بازیابی کرده و فرو می ریزند و امواج فشار ایجاد می کنند. در نتیجه، امواج فشار می تواند به نشیمنگاه، دوشاخه و بدنه شیرهای گلوب آسیب برساند. کاویتاسیون می تواند حفره های نامنظم و فرسایش در تریم (صندلی و پلاگین)، بدنه و لوله های پایین دست ایجاد کند. شکل 2 آسیب کاویتاسیون را به شکل حفره های کوچک بسیار شبیه به آسیب خوردگی در شاخه های دریچه های گلوب نشان می دهد.

کاویتاسیون علاوه بر خوردگی و فرسایش اثرات منفی دیگری نیز دارد:

• صدای بلند
• لرزش قوی
• خفه کردن جریان به دلیل تشکیل بخار
• تغییر خواص سیال
• کارخانه تعطیل شد

اندازه گیری شدت کاویتاسیون

شدت کاویتاسیون از طریق شاخص حفره اندازه گیری می شود که از طریق این فرمول محاسبه می شود:

شدت و گسترش کاویتاسیون برای دریچه ها بر اساس مقادیر شاخص حفره در جدول 1 آورده شده است.

شکل 3 نتیجه آزمایش جریان و توسعه ضریب کاویتاسیون را برای شیرهای یک چهارم چرخشی شامل شیرهای توپی، پروانه ای و پلاگین نشان می دهد.

خطر کاویتاسیون نه تنها به شاخص کاویتاسیون بستگی دارد بلکه تحت تأثیر درصد باز شدن دریچه نیز قرار دارد. در واقع باز شدن کمتر دریچه احتمال کاویتاسیون را افزایش می دهد. پارامترهای دیگری نیز وجود دارد که بر کاویتاسیون تأثیر می گذارد:

1. اندازه دریچه: اندازه های بزرگتر دریچه ها خطر ایجاد کاویتاسیون را افزایش می دهد.
2. کلاس فشار: شیرهای کلاس فشار بالاتر امکان افت فشار و خطر کاویتاسیون بالاتری دارند.
3. مواد: مواد سخت‌تر مانند 22Cr دوبلکس در مقایسه با مواد نرم‌تر مانند فولادهای زنگ نزن آستنیتی، خطر کاویتاسیون کمتری دارند. علاوه بر این، مواد تراش سخت مانند Stellite 6 (UNS R30006) یا Stellite 21 به عنوان یک فرم جامد یا روکش و فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی 13Cr مانند UNS S41000 یا 415000 مقاومت بالاتری در برابر کاویتاسیون دارند.
4. نشتی: نشتی از نشیمنگاه سوپاپ زمانی که شیر بسته است، خطر کاویتاسیون را افزایش می دهد.
5. رژیم جریان: آشفتگی و سرعت جریان بالا خطر کاویتاسیون را افزایش می دهد.
6. طراحی تریم: به عنوان مثال، طراحی تریم چند مرحله ای افت فشار را در دو یا چند مرحله ایجاد می کند تا از افت فشار بالا در یک مرحله جلوگیری شود. مزیت دیگر طراحی تریم چند مرحله ای، داشتن افت فشار بالا به دور از قسمت های آب بندی صندلی و دوشاخه است.

راه حل های پیشنهادی

روش های مختلفی برای جلوگیری از کاویتاسیون وجود دارد. آنها شامل تغییر دریچه و کاهش انتخاب شیرهای گلوب هستند. راه حل های دیگر به انتخاب دریچه کره ای با الگوی مستقیم قوی تر می پردازند.

استاندارد جدید

نسخه اول استاندارد مؤسسه نفت آمریکا (API) 623 که در سال 2013 منتشر شد، شامل الزاماتی برای شیرهای گلوب برای جلوگیری از نشت، لرزش و حفره است. استاندارد API 623 نمای سختی را بر روی صندلی و دوشاخه و دیسک هدایت شونده مشخص می کند، به خصوص برای کلاس های فشار بالا. قطر ساقه مشخص شده در API 623 از اصول استاندارد شیرهای دروازه فولادی ریخته گری API 600 با مقادیر متفاوت پیروی می کند. مقادیر قطر ساقه در API 623 بزرگتر از سایر استانداردهای شیر کره ای از جمله BS 1873 است تا از شکستگی هایی مانند جدا شدن ساقه و شاخه جلوگیری شود. این استاندارد دریچه هایی از قطر 2- تا 24-اینچ و کلاس های فشار از 150 تا 2500 را پوشش می دهد. و پلاگین، برای جلوگیری از فرسایش و حفره.

انتخاب دریچه جایگزین

شکل 5

دریچه های گلوب نوع Y (همچنین به عنوان دریچه های مایل شناخته می شوند) و دریچه های محوری (شکل 4 و 5) انواع دریچه های جایگزین هستند که می توانند برای جلوگیری از فرسایش و حفره استفاده شوند. مسیر جریان در داخل شیر گلوب الگوی نوع Y مستقیمتر از گلوب الگوی مستقیم است.

شیرهای محوری به عنوان نسل جدید شیرهای گلوب DAGO دارای مزایای زیادی مانند افت فشار کم، سرعت بسته شدن و باز شدن سریع، مشخصه جریان روان، گشتاور عملکرد کم و عمر طراحی طولانی هستند. با این حال، شیرهای محوری و نوع Y از نظر هزینه هزینه (CAPEX) نسبت به شیرهای گلوب الگوی مستقیم گران‌تر هستند. علاوه بر این، شیرهای پروانه ای می توانند به جای شیرهای گلوب، انتخاب ارجح برای دریچه گاز در خدمات شهری مانند آب باشند. یکی از دلایل انتخاب شیرهای پروانه ای به جای دریچه های گلوب برای دریچه گاز در خدمات آب دریا این است که دریچه های پروانه ای هزینه کمتری دارند، اگرچه کاویتاسیون می تواند در داخل دریچه های پروانه ای مانند دریچه های کره ای اتفاق بیفتد.

نتیجه

کاویتاسیون مشکل اصلی عملیاتی در شیرهای گلوب معمولی نوع T است. انتخاب مواد تریم سخت مانند Stellite، استفاده از تریم ضد کاویتاسیون مانند نوع چند مرحله ای و اعمال استاندارد API 623 برای طراحی شیرهای گلوب نوع T (DAGO) توصیه می شود. با این حال، انتخاب دریچه هایی مانند Y-type globe (DAGO) یا دریچه های محوری نیز می تواند راه حل خوبی برای کاهش یا اجتناب از خطر کاویتاسیون باشد.