קוויטציה בשסתומי גלובוס ופתרונות מוצעים

איור 1 איור 2

איור 3

איור 4

ירידת לחץ משמעותית של שירותי הנוזל בשסתום הגלובוס מתחת ללחץ האדים גורמת ללחץ האדים לצאת מהנוזל. הבועות ישחזרו את הלחץ ויתמוטטו, ויצרו גלי לחץ. כתוצאה מכך, גלי הלחץ עלולים לפגוע במושב, בפקק ובגוף של שסתומי הגלובוס. קוויטציה יכולה ליצור בורות לא סדירים ושחיקה בגזרה (מושב ופקק), בגוף ובצנרת במורד הזרם. איור 2 מציג נזקי חלל בצורת בורות קטנים הדומים מאוד לנזקי קורוזיה בפקק של שסתומי הגלובוס.

לקאוויטציה יש השפעות שליליות נוספות בנוסף לקורוזיה ושחיקה:

• רעש חזק
• רטט חזק
• חנק הזרימה עקב היווצרות אדים
• שינוי תכונות הנוזל
• המפעל נסגר

מדידת חומרת ה-CVITATION

חומרת הקוויטציה נמדדת באמצעות מדד החלל, אשר מחושב באמצעות נוסחה זו:

החומרה והרחבה של הקוויטציה עבור השסתומים על בסיס ערכי אינדקס חלל ניתנות בטבלה 1.

איור 3 מציג את התוצאה של בדיקת זרימה ופיתוח מקדם קוויטציה עבור שסתומי רבע סיבוב כולל שסתומי כדור, פרפר ותקע.

סיכון הקוויטציה אינו תלוי רק במדד הקוויטציה אלא גם מושפע מאחוז הפתיחה של השסתום. למעשה, פחות פתיחה של השסתום מגדילה את הסיכוי לקוויטציה. ישנם פרמטרים נוספים המשפיעים על הקוויטציה:

1. גודל שסתומים: גדלים גדולים יותר של שסתומים מגבירים את הסיכון לקוויטציה.
2. דרגת לחץ: לשסתומים בדרגת לחץ גבוהה יותר יש אפשרות לירידת לחץ וסיכון לקוויטציה גבוהים יותר.
3. חומר: לחומרים קשים יותר כגון דופלקס 22Cr יש פחות סיכון לקוויטציה בהשוואה לבחירות חומרים רכים יותר כגון פלדות אל-חלד אוסטניטיות. בנוסף, לחומרי חיתוך קשיחים כמו Stellite 6 (UNS R30006) או Stellite 21 כצורה של מוצק או שכבת-על ופלדות אל-חלד מרטנסיטיות 13Cr כמו UNS S41000 או 415000 בעלי עמידות גבוהה יותר נגד קוויטציה.
4. דליפה: דליפה ממושב השסתום כאשר השסתום סגור מגדילה את הסיכון לקוויטציה.
5. משטר זרימה: מהירות זרימה סוערת וגבוהה מגבירה את הסיכון לקוויטציה.
6. עיצוב חיתוך: כדוגמה, עיצוב קיצוץ רב-שלבי יוצר ירידת לחץ בשני שלבים או יותר כדי למנוע ירידת לחץ גבוהה בשלב אחד. היתרון הנוסף של עיצוב קיצוץ רב-שלבי הוא ירידה בלחץ גבוהה הרחק מאזורי האיטום של המושב והתקעים.

פתרונות מוצעים

ישנן גישות שונות כדי למנוע קוויטציה. הם כוללים החלפת השסתום וצמצום מבחר שסתומי הגלובוס. פתרונות אחרים מתייחסים לבחירה של שסתום הגלובוס הישר והחזק יותר.

תקן חדש

ה-American Petroleum Institute (API) 623 מהדורה ראשונה סטנדרטית, שיצאה בשנת 2013, כוללת דרישות לשסתומי גלובוס כדי למנוע דליפה, רעידות וקיוויטציה. תקן ה-API 623 מציין חזית קשה הן על המושב והן על התקע ועל הדיסק המונחה, במיוחד עבור שיעורי לחץ גבוה. קוטר הגזע המצוין ב-API 623 תואם את העקרונות של תקן API 600 Cast Steel Valves Standard, עם ערכים שונים. ערכי קוטר הגזע ב-API 623 גדולים יותר מתקני שסתום גלובוס אחרים כולל BS 1873, כדי למנוע הפסקות כגון הפרדת גזע ותקע. תקן זה מכסה שסתומים בקוטר של 2- עד 24- אינצ'ים ובדרגות לחץ מ-150 עד 2500. Stellite היא סגסוגת קובלט-כרום שנמצאת בשימוש נרחב עבור חזית קשה של הרכיבים הפנימיים של שסתום הגלובוס כולל המושב ותקע, כדי למנוע שחיקה וקוויטציה.

בחירת שסתומים חלופיים

איור 5

שסתומים גלובוסים מסוג Y (הידועים גם בשם שסתומים אלכסוניים) ושסתומים ציריים (איור 4 ו-5) הם סוגי שסתומים חלופיים שניתן להשתמש בהם כדי למנוע שחיקה וקוויטציה. נתיב הזרימה בתוך שסתום כדור התבנית מסוג Y ישר יותר מכדור התבנית הישר.

לשסתומים צירים כדור החדש של שסתומי גלובוס DAGO יש יתרונות רבים כגון ירידת לחץ נמוכה, מהירות סגירה ופתיחה מהירה, מאפיין זרימה חלקה, מומנט פעולה נמוך וחיי עיצוב ארוכים. עם זאת, שסתומים צירים וסוג Y יקרים יותר משסתומי גלובוס ישרים לגבי עלות ההוצאה (CAPEX). בנוסף, שסתומי פרפר יכולים להיות הבחירה המועדפת למצערת בשירותי שירות כגון מים, במקום שסתומי גלובוס. אחת הסיבות לבחור שסתומי פרפר במקום שסתומי כדורי למצערת בשירותי מי ים היא ששסתומי פרפר הם פחות יקרים, אם כי חלה יכולה לקרות בתוך שסתומי הפרפר כפי שקורה בשסתומי כדור הארץ.

סיכום

קוויטציה היא הבעיה התפעולית העיקרית בשסתומי הגלובוס הרגילים מסוג T. לתכנון שסתומי גלובוס מסוג T (DAGO) מומלצים בחירת חומרי חיתוך קשיחים כגון Stellite, שימוש בחיתוך נגד קוויטציה כמו סוג רב-שלבי ויישום תקן API 623. עם זאת, בחירת שסתומים כמו גלובוס מסוג Y (DAGO) או שסתומים ציריים יכולה גם להיות פתרון טוב להפחתת או הימנעות של סיכון לקוויטציה.