Proč těsní plavající uzávěr DN50 třídy 300 při tlaku 0,2 MPa

01 | Test, který skrývá problém

Plavající kulový kohout DN50 třídy 300 ventil úspěšně projde zkouškou tělesa i sedla při stanoveném násobku jmenovitého tlaku, je zabalen, odeslán, nainstalován a poté kapá na přečerpávacím potrubí provozovaném při tlaku 0,2 MPa. Kohout není vadný. Byl testován za tlaku, který v provozu nikdy nevznikne, a mechanismus, na němž závisí jeho utěsnění, při provozním tlaku nefunguje.

Hydrostatická zkouška silně zatíží měkké sedlo a ventil snadno utěsňuje. Při 0,2 MPa poskytuje stejné sedlo téměř žádnou tlakovou pomoc a vše závisí na předpětí nastaveném při montáži. Běžná zkušební sekvence tento stav nekontroluje, pokud jej kupující konkrétně nevyžaduje.

Obrázek 1. Plovoucí koule DN50 (2 palce), třída 300 ventil v tělese z materiálu WCB s označením rozměru, třídy a materiálu na litinovém tělese. Koule je udržována pouze dvěma sedlovými kroužky. Shanghai Xiazhao Ventil .

02 | Číslo kontaktního napětí

Netěsnost sedla je problém kontaktního napětí, nikoli tlakový problém. Tah je roven rozdílu tlaků násobenému průřezovou plochou otvoru. Kontaktní plocha je rovná obvodu sedla násobenému šířkou kontaktního pásu. Vydělením jednoho druhým se průměr otvoru vykrátí a zůstane jediný vztah.

sigma přibližně dP × D / (4 × w); D = průměr sedla (mm), w = šířka kontaktního pásu (mm), dP v MPa, sigma v MPa

Při typické šířce kontaktního pásu 3 mm, DN50 ventil při 0,2 MPa vyvíjí přibližně 0,8 MPa kontaktního napětí na sedle. Při 5,1 MPa, tedy u hodnocení Class 300, dosahuje stejné sedlo přibližně 21 MPa. U rozměru DN25 při 0,2 MPa činí kontaktní napětí přibližně 0,4 MPa. Vzhledem k sedlu z RPTFE, jehož mez pevnosti v tlaku leží v desítkách megapascalů, je případ nízkého tlaku zatížen pouze několika procenty toho, co materiál unese. Příspěvek tlaku efektivně zmizel a těsnění funguje výhradně na základě předpnutí.

Tabulka 1. Orientační kontaktní napětí na sedle, šířka kontaktu 3 mm

Tabulka také vysvětluje jev, který kupující překvapuje: čím menší je ventil , tím horší je chování při nízkém tlaku. U rozměru DN25 činí kontaktní napětí při stejném tlakovém rozdílu méně než polovinu kontaktního napětí u rozměru DN50, protože tah klesá se čtvercem průměru otvoru, zatímco obvod kontaktu klesá pouze lineárně.

A vysvětluje také, proč třída nemá na tento typ poruchy žádný vliv. Zvýšení rozměru DN50 z třídy Class 300 na Class 600 změní hodnocení, nikoli však kontaktní napětí při 0,2 MPa. Pokud je potrubí provozováno při 0,2 MPa, je ventil 0,2 MPa ventil cokoli je vyraženo na těle.

03 | Proč se předpínání postupně ztrácí

Předpínání je uložená síla pružiny, která vzniká geometrií sedla, stlačením elastomeru nebo explicitní pružinou. Tři mechanismy ho spotřebují a všechny tři jsou v tovární výrobě neviditelné.

Trvalá deformace (compression set). Měkké sedlo pod zátěží trvale deformuje a síla, která tuto deformaci způsobila, se uvolní. A ventil která celý rok zůstala uzavřená při plném rozdílu tlaků, přichází do prvního provozu za nízkého tlaku s nižším předpínáním, než měla na zkušebním stojanu.

Teplotní cyklování. Každý cyklus od okolní teploty na provozní teplotu média a zpět uvolní část předpínání a ztráta se hromadí. A ventil na potrubí, které se denně zahřívá a ochlazuje, je jiná ventil po dvou stech cyklech.

Dlouhodobé uzavření. Sedlo, které zůstává stlačené proti nepohyblivé kuličce, se pomalu deformuje (creeps). Rozbití těsnění a opětovné nasazení obnoví část kontaktu, proto operátor, který dvakrát otevře a zavře kapající ventil často hlásí, že neteče – alespoň po určitou dobu.

Plynová služba zhoršuje každý z těchto případů. Plyn nemá užitečný samozávěrný účinek, dokud se nevytvoří tlak, a navíc proniká sedlem a na cestě dolů se jím rozepíná. Měkké sedlo plavajícího uzavíracího klapky pro nízkotlaký plyn je jedním z nejnáročnějších případů v jakémkoli katalogu a běžně se specifikuje jako by šlo o vodu.

04 | Tři funkční řešení

Zvýšení předpnutí je nejlevnějším řešením. Sedlo se pružnou podložkou nebo silnější pružinou sedla udržuje kontaktní napětí nad těsnicí prahovou hodnotou při nízkém diferenciálním tlaku. Náklady se projeví na druhém konci rozsahu: vyšší předpnutí znamená vyšší tření a vyšší krouticí moment při vysokém diferenciálním tlaku; u pákově ovládaného uzavíracího klapky DN50 to může být rozdíl mezi pákou a převodovkou.

Změna principu sedla je robustnějším řešením. Sedlo s tlakovou pomocí a samostatným pístem utěsňuje na malé účinné ploše, takže stejný tlak v potrubí vyvolá mnohem vyšší kontaktové napětí. Kompenzací je směrovost: pístové sedlo obvykle utěsňuje pouze v jednom směru a musí být proto specifikováno s ohledem na jeho orientaci; dvousměrná verze obvykle stojí více. Pro nízkotlaké potrubí, které musí utěsnit v obou směrech, je to přesto často správné řešení.

Změna konstrukce je upřímným řešením, pokud je provozní zátěž skutečně náročná. U DN50 poskytuje tělo s trunnionem nebo horním vstupem se sedlem s pružinovým předpínáním předvídatelné chování při nízkém tlaku, avšak za cenu, kterou komoditní plavající ventil kohout nemůže dosáhnout. Na potrubí, kde má únik důsledky, se tato investice vyplatí; na potrubí, kde únik žádné důsledky nemá, je zbytečná.

Nefunguje specifikace menšího ventil , vyšší třídy nebo dražší značky. Žádná z těchto možností nezmění kontaktové napětí při 0,2 MPa. Tato hodnota je určena průměrem otvoru, šířkou těsnicího pásu a předpínáním.

05 | Co uvést ve specifikaci

Specifikace by měla popisovat nejnižší tlak, při němž musí těsnění ventil zajistit utěsnění, nikoli pouze nejvyšší tlak, který musí vydržet. Tabulka 2 převádí obvyklé provozní stížnosti na řádek, který měl být uveden v technickém listu.

Tabulka 2. Provozní příznak, příčina a řádek specifikace, který jej zabrání

Kritérium přijetí je stejně důležité jako zkušební tlak. Nulová únikovost není specifikací; specifikací jsou třídy úniku. ISO 5208, třída A, znamená žádný vizuálně detekovatelný únik, což je obvykle to, co kupující míní pod pojmem „nulový únik“. Třídy B, C a D povolují postupně vyšší úroveň úniku, měřenou vzhledem k DN, a u ventilů s kovovým sedlem se obvykle vyžaduje vyšší třída než u ventilů se měkkým sedlem. ventil uvedení třídy úniku, pracovního prostředí a tlaku odstraňuje jakékoli nedorozumění při uvedení do provozu.

Pět řádků v daném pořadí:

• Minimální pracovní diferenční tlak, při němž musí ventil utěsnit, uvedený jako hodnota .
• Zkušební utěsnění sedla při tomto tlaku navíc ke standardnímu zkušebnímu utěsnění sedla za vysokého tlaku.
• Přijetí úniku podle třídy podle ISO 5208 (třídy A až D), včetně uvedení zkušebního prostředí.
• Materiál sedla a základ předpnutí, požadovaný od výrobce místo jeho předpokládaného určení.
• Očekávaný počet cyklů a doba uzavření, které rozhodují o tom, zda je deformace pod tlakem (compression set) konstrukčním problémem.

Příloha A | Obrazový materiál

Obrázek 1 je vložen do oddílu 01 ve svém dodaném rozlišení. Dodaný soubor má rozměr 1440 × 960 px, což je vhodné pro webový obrázek o šířce 15 cm, avšak pro tisk by měl být znovu exportován z původní fotografie.

Příloha B | Odkazované normy a poznámky k údajům

API 598. Ventil Kontrola a zkoušení. Určuje požadavky na tlakové zkoušky těla a sedla; tlak zkoušky sedla je násobkem jmenovitého tlaku, proto neoznačuje provoz za nízkého tlaku.

ISO 5208. Průmyslové ventily – Tlakové zkoušení kovových uzavíracích armatur. Únikové rychlosti A až D jsou vyjádřeny jako povolený únik na jednotku DN a za časovou jednotku a představují správný způsob stanovení kritéria přijetí.

API 608. Kovový kuličkový uzávěr Ventily – Přírubové, závitové a svařované konce. Zahrnuje malý rozsah přírubových uzávěrů, u nichž jsou plovoucí konstrukce standardní.

ASME B16.34. Ventily – Přírubové, závitové a svařované konce. Třída 300 z uhlíkové oceli při teplotě 38 °C má tlakovou hodnotu 51,0 baru; použita zde pouze jako referenční tlak.