Figur 1 Figur 2
Figur 3
Figur 4
Et betydeligt trykfald af væsken i kugleventilen under damptrykket får dampen til at presse ud af væsken. Boblerne vil genvinde trykket og kollapse, hvilket skaber trykbølger. Som følge heraf kan trykbølgerne beskadige kugleventilernes sæde, prop og krop. Kavitation kan skabe uregelmæssige fordybninger og erosion i beklædningen (sæde og stik), kroppen og nedstrøms rør. Figur 2 viser kavitationsskader i form af små gruber meget lig korrosionsskader i propperne på kugleventilerne.
Kavitation har andre negative effekter ud over korrosion og erosion:
- Kraftig støj
- Stærk vibration
- Kvælning af flowet på grund af dampdannelse
- Ændring af væskeegenskaberne
- Anlægget lukkes ned
MÅLING AF KAVITATIONSSVARLIGHED
Kavitationens sværhedsgrad måles gennem hulrumsindekset, som beregnes ved hjælp af denne formel:
Sværhedsgraden og forlængelsen af kavitationen for ventilerne baseret på kavitetsindeksværdier er angivet i tabel 1.
Figur 3 viser resultatet af flowtest og udvikling af kavitationskoefficient for kvartsvingsventiler inklusive kugle-, butterfly- og propventiler.
Kavitationsrisikoen er ikke kun afhængig af kavitationsindekset, men påvirkes også af ventilens åbningsprocent. Faktisk øger mindre åbning af ventilen chancen for kavitation. Der er andre parametre, der påvirker kavitationen:
- Ventilstørrelse: Større størrelser af ventiler øger risikoen for kavitation.
- Trykklasse: Ventiler i højere trykklasse har mulighed for højere trykfald og kavitationsrisiko.
- Materiale: Hårdere materialer såsom 22Cr duplex har mindre risiko for kavitation sammenlignet med blødere materialevalg såsom austenitisk rustfrit stål. Derudover har hårde trimmaterialer som Stellite 6 (UNS R30006) eller Stellite 21 som en form for solid eller overlay og 13Cr martensitisk rustfrit stål som UNS S41000 eller 415000 højere modstand mod kavitation.
- Lækage: Lækage fra ventilsædet, når ventilen er lukket, øger kavitationsrisikoen.
- Strømningsregime: Turbulent og høj strømningshastighed øger kavitationsrisikoen.
- Trimdesign: Som et eksempel skaber flertrins trimdesign et trykfald i to eller flere trin for at undgå højt trykfald i ét trin. Den anden fordel ved flertrins trimdesign er at have et højt trykfald væk fra sædet og tætningsområderne.
LØSNINGSFORSLAG
Der er forskellige tilgange til at undgå kavitation. De omfatter udskiftning af ventilen og reduktion af udvalget af kugleventiler. Andre løsninger adresserer valg af den mere robuste kugleventil med lige mønster.
Ny standard
American Petroleum Institute (API) 623 standard første udgave, udgivet i 2013, indeholder krav til globeventiler for at undgå lækage, vibrationer og kavitation. API 623-standarden specificerer hårde belægninger på både sædet og stikket og den styrede skive, især for højtryksklasser. Spindeldiameteren specificeret i API 623 følger principperne i API 600 støbt stål portventiler Standard, med forskellige værdier. Spindeldiameterværdierne i API 623 er større end andre kugleventilstandarder, inklusive BS 1873, for at undgå brud såsom spindel- og propadskillelse. Denne standard dækker ventiler fra 2- til 24-tommer i diameter og trykklasser fra 150 til 2500. Stellite er en kobolt-krom-legering, der er meget udbredt til hård beklædning af kugleventilens indre komponenter, inklusive sædet og prop, for at forhindre erosion og kavitation.
Alternativt ventilvalg
Figur 5
Y-type kugleventiler (også kendt som skråventiler) og aksialventiler (figur 4 og 5) er alternative ventiltyper, der kan bruges til at undgå erosion og kavitation. Strømningsvejen inde i Y-type mønsterkugleventilen er mere lige end den lige mønsterkugle.
Aksialventiler som den nye generation af DAGO kugleventiler har mange fordele såsom lavt tryktab, hurtig lukke- og åbningshastighed, jævn flowkarakteristik, lavt driftsmoment og lang designlevetid. Aksialventiler og Y-type er dog dyrere end kugleventiler med lige mønster med hensyn til omkostningerne (CAPEX). Derudover kan sommerfugleventiler være det foretrukne valg til drosling i forsyningstjenester såsom vand i stedet for kugleventiler. En grund til at vælge sommerfugleventiler i stedet for klodeventiler til drosling i havvandstjenester er, at sommerfugleventiler er billigere, selvom kavitation kan ske inde i sommerfugleventilerne, som det gør i klodeventiler.
KONKLUSION
Kavitation er det største driftsproblem i de konventionelle T-type kugleventiler. Udvælgelse af hårde trimmaterialer såsom Stellite, brug af anti-kavitationstrim som flertrinstype og anvendelse af API 623-standarden anbefales til design af T-type kugleventiler (DAGO). Men at vælge ventiler som Y-type globe(DAGO) eller aksialventiler kan også være en god løsning til at reducere eller undgå kavitationsrisiko.