Jaka jest różnica między zasuwą a zaworem kulowym

Jaka jest różnica między zasuwą a zaworem kulowym

Podczas projektowania systemu rurociągów lub wyboru konserwacji często porównuje się zasuwy i zawory kulowe. Chociaż oba są używane do blokowania lub regulacji przepływu medium, istnieją znaczne różnice w ich wewnętrznej strukturze, dynamice płynów i odpowiednich scenariuszach.

 

Z punktu widzenia geometrii ścieżki przepływu element zamykający (zasuwa) zasuwy porusza się prostopadle do kierunku płynu. Gdy zawór jest całkowicie otwarty, zasuwa całkowicie oczyszcza ścieżkę przepływu, tworząc prosty-przepływ. Ten projekt ma kluczowy parametr:pełny port. A zasuwa z pełnym przelotemma średnicę otworu zasadniczo odpowiadającą średnicy wewnętrznej rury, a zmierzony współczynnik przepływu (wartość Cv) może osiągnąć 95% ~ 98% prostej rury o tym samym rozmiarze. Na przykład DN100, PN16 zasuwa z pełnym przelotemw warunkach całkowicie otwartych wykazuje spadek ciśnienia ΔP typowo poniżej 0,5 kPa (czynnik: woda, prędkość przepływu 2 m/s).

 

Natomiast droga przepływu zaworu kulowego ma kształt litery „S”-lub jest wygięta. Ciecz musi przechodzić przez wąską pierścieniową szczelinę pomiędzy gniazdem a tarczą – nawet gdy zawór jest całkowicie otwarty, kierunek przepływu zmienia się dwukrotnie o 90 stopni. Taka konstrukcja prowadzi do znacznie większych strat ciśnienia. Standard branżowyAPI 623dane testowe pokazują, że dla tego samego rozmiaru otworu (DN100) wartość Cv całkowicie otwartego zaworu kulowego wynosi tylko 40% ~ 60% wartości zaworu odcinającego, a strata ciśnienia jest 3 ~ 5 razy większa.

Mechanizm uszczelniający i charakterystyka robocza

Zawory zasuwowe zapewniają uszczelnienie za pomocą siły klinowej pomiędzy zasuwą a obiema powierzchniami gniazd. W przemysłowych warunkach-wysokiej-temperatury i wysokiego ciśnieniaZasuwa klinowa ze staliwajest częstym wyborem. Brama ma zwężenie w kształcie klina- (zwykle kąt klina 5–8 stopni), który współpracuje z powierzchniami uszczelniającymi w korpusie. Podczas zamykania trzpień popycha bramę w dół, a powierzchnie klina powodują mechaniczne samoblokowanie, osiągając docisk uszczelniający wynoszący 40~60 MPa (wg.ASME B16.34, klasa 300). Jednakże zasuwy nie nadają się do regulacji przepływu – gdy zasuwa znajduje się w otworze pośrednim, uderzenia i wibracje o dużej prędkości ze średnią prędkością szybko zużywają powierzchnie uszczelniające. Doświadczenie pokazuje, że ciągła praca zasuwy przy otwarciu 30% ~ 70% skraca żywotność powierzchni uszczelniającej do mniej niż 10% znamionowej liczby cykli przełączania.

Z drugiej strony zawory kulowe mają powierzchnie uszczelniające zaprojektowane jako płaskie lub stożkowe (kąt stożka zwykle 5 stopni ~ 10 stopni), przy czym dysk dociska się pionowo do gniazda. Konstrukcja ta umożliwia stabilne uszczelnienie w dowolnej pozycji otwarcia, co czyni zawór kulowy idealnym kandydatem do dławienia. Ale kompromis jest taki, że trzpień musi wytrzymać większą siłę osiową. W przypadku zaworu kulowego klasy 150, DN80, siła nacisku trzpienia wymagana do zamknięcia jest około 1,8 razy większa niż w przypadku zaworu kulowego klasy 150, DN80.Zasuwa klinowa ze staliwao tej samej specyfikacji (obliczone na podstawie: średniego ciśnienia 1,6 MPa, średniej średnicy powierzchni uszczelniającej 60 mm).

 

Materiały i parametry produkcyjne

A Zasuwa klinowa ze staliwajest zazwyczaj wykonany zWCB, LCB, LubWC6staliwa węglowe i stopowe, z odpowiednim zakresem temperatur od -29 do 425 stopni (npWCB). Powierzchnie uszczelniające można utwardzaćStellit 6stop na bazie kobaltu (twardość HRC 40~45) lub wykonany ze stali nierdzewnej zawierającej 13% chromu. Na przykład dane dotyczące zamówień z projektu petrochemicznego: 6-calowy telewizor klasy 300Zasuwa klinowa ze staliwama minimalną grubość ścianki 9,5 mm naASME B16.34, hydrostatyczne ciśnienie próbne 7,7 MPa (temperatura otoczenia) i wynik testu szczelności szczelnościAPI598(zero wycieków cieczy).

 

Dlazasuwa z pełnym przelotem, muszą być zachowane krytyczne tolerancje wymiaroweISO5208LubEN 12266. Typowy 4-calowy (DN100)pełny portprodukt ma minimalny rzeczywisty otwór wynoszący 102 mm (wewnętrzna średnica rury wynosi zwykle 104 mm). W porównaniu do zasuwy o zmniejszonym średnicy (średnica tylko około 80 mm),pełny portkonstrukcja umożliwia przejście tłoka lub sondy inspekcyjnej bez przeszkód. Jednakże pełny otwór zwiększa długość zabudowy zaworu – wgISO57524-calowy zasuwa z pełnym przelotem ma długość konstrukcyjną około 229 mm, podczas gdy zawór o zmniejszonym średnicy przelotu tego samego rozmiaru wynosi tylko 178 mm.

 

Podstawa decyzji o wyborze: Kiedy stosować zasuwę a kiedy zawór kulowy

WedługAPI 571INACE MR0175wytycznych, następujące warunki sprzyjają doborowi zasuw (zwłaszczaZasuwa klinowa ze staliwa):

• Rurociągi dalekobieżne (np. magistrale ropy naftowej i gazu ziemnego), które po całkowitym otwarciu prawie nie wymagają utraty ciśnienia.
• Systemy z częstymi cyklami włączania i wyłączania, ale nie wymagające regulacji pośredniej.
• Media zawierające cząstki stałe – prosta droga przepływu zasuwy jest mniej podatna na zatykanie.

 

Zawory kulowe nadają się do:

• Branże wymagające dokładnej regulacji przepływu (np. obejście wody chłodzącej, woda zasilająca schładzacz pary).
• Zastosowania z niską częstotliwością przełączania, ale wymagające szybkiego odcięcia (skok zamykania zaworu kulowego wynosi około jednego obrotu trzpienia, podczas gdy zasuwy wymagają wielu obrotów).
• Małe rozmiary otworów (DN mniejsze lub równe 50), w przypadku których zawory kulowe mają niższy koszt i przestrzeń montażową.

 

Walidacja danych branżowych i powszechne nieporozumienia

Z przeglądu statystycznego dokumentacji remontowej rafinerii (2008-2020, obejmującej 37 jednostek) wynika, że: w instalacjach parowych (para nasycona, ciśnienie 1,0 MPa, temperatura 184 st.) zasuwy niewłaściwie zastosowane do dławienia miały średni czas międzyawaryjny (MTBF) wynoszący zaledwie 6 miesięcy; po wymianie na zawory grzybkowe MTBF wzrósł do 54 miesięcy. I odwrotnie, w linii pozostałości jednostki destylacji atmosferycznej/próżniowej (ośrodek zawierający proszek katalizatora, temperatura 350 stopni), zawory kulowe doświadczyły poważnej erozji gniazda i perforacji z powodu turbulentnego przepływu, przy średnim okresie użytkowania krótszym niż 1 rok; zastąpienie przez AZasuwa klinowa ze staliwa(uszczelnianie powierzchni twardychStelit 21, twardość HRC 38 ~ 42) wydłużona żywotność do ponad 5 lat.

 

Kolejny często pomijany parametr: moment obrotowy. WedługISO5210testowania, 8-calowy zawór odcinający klasy 150 (klin ze staliwatyp) ma moment otwierający/zamykający wynoszący około 850 N·m przy znamionowym ciśnieniu różnicowym; moment zamykający zaworu kulowego tej samej wielkości wynosi tylko około 400 N·m. Jednakże w przypadku wyboru siłownika elektrycznego lub pneumatycznego należy pamiętać, że nakrętka trzpienia zasuwy musi wytrzymać znacznie większy nacisk (w wyniku działania klinującego).

 

Streszczenie

Podstawowe różnice między zaworami zasuwowymi i grzybkowymi wynikają z geometrii ścieżki przepływu i zasady uszczelnienia. Azasuwa z pełnym przelotemzapewnia prawie nieograniczony, prosty przelot, odpowiedni do zastosowań wymagających niskiego oporu i przejścia tłokowego. TheZasuwa klinowa ze staliwa, dzięki klinowym powierzchniom uszczelniającym, działa niezawodnie w mediach o wysokiej temperaturze, pod wysokim ciśnieniem i zawierających cząstki stałe. Zawór kulowy z krętą ścieżką przepływu i pionową konstrukcją uszczelniającą zapewnia możliwość dławienia kosztem większych strat ciśnienia. Wybór powinien uwzględniać specyficzne wymagania procesu dotyczące wartości Cv, charakterystyki medium, częstotliwości roboczej i okresów konserwacji oraz być weryfikowany pod kątem norm takich jakAPI600(zasuwy) iAPI 623(zawory kuliste).