Figura 1 Figura 2
Figura 3
Figura 4
La caiguda significativa de la pressió dels serveis líquids a la vàlvula del globus per sota de la pressió de vapor fa que la premsa de vapor surti del líquid. Les bombolles recuperaran la pressió i es col·lapsaran, creant ones de pressió. En conseqüència, les ones de pressió poden danyar el seient, l'endoll i el cos de les vàlvules del globus. La cavitació pot crear fosses irregulars i erosió en l'acabat (seient i endoll), el cos i canonades aigües avall. La figura 2 mostra danys per cavitació en forma de petits pous molt similars als danys per corrosió en els endolls de les vàlvules del globus.
La cavitació té altres efectes negatius a més de la corrosió i l'erosió:
- Soroll fort
- Vibració forta
- Asfixiar el flux a causa de la formació de vapor
- Canviar les propietats del fluid
- Planta tancada
MESURA DE LA GRAVETAT DE CAVITACIÓ
La gravetat de la cavitació es mesura a través de l'índex de cavitat, que es calcula a través d'aquesta fórmula:
La gravetat i extensió de la cavitació per a les vàlvules basades en els valors de l'índex de cavitat es dóna a la taula 1.
La figura 3 mostra el resultat de la prova de flux i el desenvolupament del coeficient de cavitació per a vàlvules de quart de volta, incloses les vàlvules de bola, papallona i endoll.
El risc de cavitació no només depèn de l'índex de cavitació, sinó que també es veu afectat pel percentatge d'obertura de la vàlvula. De fet, menys obertura de la vàlvula augmenta la possibilitat de cavitació. Hi ha altres paràmetres que afecten la cavitació:
- Mida de la vàlvula: Mides més grans de vàlvules augmenten el risc de cavitació.
- Classe de pressió: Les vàlvules de la classe de pressió més alta tenen la possibilitat d'una major caiguda de pressió i risc de cavitació.
- Material: Els materials més durs com el dúplex 22Cr tenen menys risc de cavitació en comparació amb opcions de material més suaus, com ara acers inoxidables austenítics. A més, materials de tall dur com Stellite 6 (UNS R30006) o Stellite 21 com a forma de sòlid o superposició i acers inoxidables martensítics de 13Cr com UNS S41000 o 415000 tenen una major resistència contra la cavitació.
- Fuites: Les fuites del seient de la vàlvula quan es tanca la vàlvula augmenten el risc de cavitació.
- Règim de flux: La velocitat de flux turbulenta i alta augmenta el risc de cavitació.
- Disseny de trim: Com a exemple, el disseny de retalls en diversos passos crea una caiguda de pressió en dues o més etapes per evitar una caiguda d'alta pressió en una etapa. L'altre avantatge del disseny de diversos escenodis és tenir una caiguda d'alta pressió de les zones de segellat del seient i endoll.
SOLUCIONS PROPOSADES
Hi ha diferents enfocaments per evitar la cavitació. Inclouen canviar la vàlvula i reduir la selecció de vàlvules de globus. Altres solucions aborden la selecció de la vàlvula del globus de patró recte més robusta.
Nou estàndard
La primera edició estàndard de l'American Petroleum Institute (API) 623, llançada el 2013, inclou requisits per a les vàlvules del globus per evitar fuites, vibracions i cavitació. L'estàndard API 623 especifica la cara dura tant al seient com a l'endoll i al disc guiat, especialment per a classes d'alta pressió. El diàmetre de la tija especificat a l'API 623 segueix els principis de l'ESTÀNDARD API 600 Cast Steel Gate, amb diferents valors. Els valors de diàmetre de la tija en API 623 són més grans que altres estàndards de vàlvules de globus, incloent BS 1873, per evitar trencaments com la separació de tija i endoll. Aquest estàndard cobreix vàlvules de 2 a 24 polzades de diàmetre i classes de pressió de 150 a 2500. L'estellita és un aliatge de cobalt-crom que s'utilitza àmpliament per a la cara dura dels components interns de la vàlvula del globus, incloent el seient i l'endoll, per evitar l'erosió i la cavitació.
Selecció de vàlvules alternatives
Figura 5
Les vàlvules de globus de tipus Y (també conegudes com a vàlvules oblics) i les vàlvules axials (Figura 4 i 5) són tipus de vàlvules alternatives que es poden utilitzar per evitar l'erosió i la cavitació. La trajectòria de flux dins de la vàlvula del globus de patró de tipus Y és més recta que el globus de patró recte.
Les vàlvules axials com la nova generació de vàlvules de globus DAGO tenen molts avantatges com ara caiguda de baixa pressió, velocitat de tancament i obertura ràpida, característica de flux suau, parell de baix funcionament i llarga vida útil de disseny. No obstant això, les vàlvules axials i el tipus Y són més cares que les vàlvules de globus de patró recte pel que fa al cost de la despesa (CAPEX). A més, les vàlvules de papallona poden ser l'opció preferida per limitar-se en serveis públics com l'aigua, en lloc de vàlvules de globus. Una de les raons per seleccionar vàlvules de papallona en lloc de vàlvules de globus per a l'acceleració en els serveis d'aigua de mar és que les vàlvules de papallona són menys costoses, tot i que la cavitació pot ocórrer dins de les vàlvules de papallona com ho fa en les vàlvules del globus.
CONCLUSIÓ
La cavitació és el principal problema operatiu en les vàlvules convencionals de globus de tipus T. La selecció de materials de tall dur com Stellite, l'ús de trim anti-cavitació com a tipus de diversos passos i l'aplicació de l'estàndard API 623 es recomanen per dissenyar vàlvules de globus de tipus T (DAGO). No obstant això, la selecció de vàlvules com el globus de tipus Y (DAGO) o les vàlvules axials també pot ser una bona solució per reduir o evitar el risc de cavitació.