Mengapa Katup Mengapung DN50 Kelas 300 Bocor pada Tekanan 0,2 MPa

01 | Uji yang Menyembunyikan Masalah

Katup bola mengapung kelas 300 DN50 katup lulus uji badan dan uji dudukan pada kelipatan tekanan nominal yang ditentukan, dikemas, dikirim, dipasang, lalu menetes pada saluran transfer yang beroperasi pada tekanan 0,2 MPa. Katup tersebut tidak cacat. Katup ini diuji pada tekanan yang tidak pernah akan dialaminya dalam operasi nyata, dan mekanisme penyegelannya tidak beroperasi pada tekanan aktual yang dialaminya.

Uji hidro memberi beban besar pada dudukan lunak dan katup mudah disegel. Pada tekanan 0.2 MPa, dudukan yang sama hampir tidak memberikan bantuan tekanan, sehingga seluruh kinerja bergantung pada pritegangan (preload) yang telah diterapkan saat perakitan. Tidak ada uji standar dalam rangkaian pengujian normal yang memeriksa kondisi tersebut kecuali pembeli secara khusus meminta pemeriksaan itu.

Gambar 1. Bola mengambang DN50 (2 inci), Kelas 300 katup dengan badan WCB, serta ukuran, kelas, dan bahan yang tertera pada coran badannya. Bola hanya ditahan oleh dua cincin dudukan. Shanghai Xiazhao Katup .

02 | Angka Tegangan Kontak

Kebocoran dudukan merupakan masalah tegangan kontak, bukan masalah tekanan. Gaya dorong (thrust) adalah hasil perkalian antara selisih tekanan dan luas penampang lubang (bore area). Luas kontak adalah hasil perkalian antara keliling dudukan dan lebar zona kontak. Jika gaya dorong dibagi dengan luas kontak, maka dimensi lubang (bore) akan saling meniadakan, sehingga tersisa satu hubungan tunggal.

sigma ≈ dP × D ÷ (4 × w); D = diameter lubang dudukan (mm), w = lebar zona kontak (mm), dP dalam MPa, sigma dalam MPa

Dengan lebar zona kontak khas sebesar 3 mm, untuk DN50 katup pada 0,2 MPa menghasilkan tekanan kontak dudukan sekitar 0,8 MPa. Pada 5,1 MPa, yaitu peringkat Class 300, dudukan yang sama mengalami tekanan sekitar 21 MPa. Sebuah DN25 pada 0,2 MPa menghasilkan tekanan kontak sekitar 0,4 MPa. Dibandingkan dengan dudukan RPTFE yang kekuatan tekannya berada dalam puluhan megapascal, kondisi tekanan rendah hanya membebani material pada beberapa persen dari kapasitas maksimalnya. Kontribusi tekanan secara efektif menghilang dan segel beroperasi semata-mata berdasarkan beban awal (preload).

Tabel 1. Tekanan kontak dudukan perkiraan, lebar kontak 3 mm

Tabel ini juga menjelaskan pola yang mengejutkan pembeli: semakin kecil katup , semakin buruk kinerja pada tekanan rendah. Sebuah DN25 memiliki tekanan kontak kurang dari setengah dari DN50 pada beda tekanan yang sama, karena gaya dorong berkurang sebanding dengan kuadrat diameter lubang, sedangkan keliling kontak hanya berkurang secara linear.

Dan tabel ini juga menjelaskan mengapa kelas tidak berpengaruh terhadap kegagalan ini. Menaikkan DN50 dari Class 300 ke Class 600 mengubah peringkat, bukan tekanan kontak pada 0,2 MPa. Jika sistem beroperasi pada 0,2 MPa, maka katup adalah 0,2 MPa katup apa pun yang tercetak pada bodi.

03 | Mengapa Preload Menghilang Seiring Waktu

Preload adalah gaya pegas yang tersimpan, berasal dari geometri dudukan, kompresi elastomer, atau pegas eksplisit. Tiga mekanisme menguranginya, dan ketiganya tidak terlihat di pabrik.

Set kompresi. Dudukan lunak mengalami deformasi permanen di bawah beban, dan gaya yang menyebabkan deformasi tersebut melemah. Sebuah katup yang tertutup rapat selama satu tahun pada tekanan diferensial penuh tiba di tugas tekanan rendah pertamanya dengan preload lebih kecil dibandingkan saat di meja uji.

Siklus termal. Setiap siklus dari suhu ambien ke suhu saluran dan kembali melemahkan sebagian kecil preload, dan kehilangan tersebut terakumulasi. Sebuah katup pada saluran yang memanas dan mendingin setiap hari berbeda katup setelah dua ratus siklus.

Pemadaman jangka panjang. Dudukan yang tetap menekan bola tak bergerak mengalami creep. Memutus segel dan memasang kembali dudukan tersebut memulihkan sebagian kontak, itulah sebabnya operator yang menggerakkan katup bocor katup dua kali sering melaporkan bahwa kebocoran berhenti, setidaknya untuk sementara waktu.

Layanan gas membuat semua hal ini menjadi lebih buruk. Gas tidak memiliki efek penggerak-diri yang berguna hingga tekanan terbentuk, dan gas juga meresap ke dalam dudukan serta mengalami dekompresi melaluinya saat bergerak ke bawah. Katup mengapung berdudukan lunak untuk gas bertekanan rendah merupakan salah satu kasus paling sulit dalam katalog apa pun, namun secara rutin ditentukan seolah-olah beroperasi dengan air.

04 | Tiga Perbaikan yang Efektif

Meningkatkan priload merupakan perbaikan termurah. Dudukan dengan pegas cincin atau pegas dudukan yang lebih berat mempertahankan tekanan kontak di atas ambang penyegelan pada diferensial rendah. Biaya muncul di ujung lain rentang: priload lebih tinggi berarti gesekan lebih besar dan torsi lebih besar pada diferensial tinggi, serta pada katup berpenggerak tuas berukuran DN50, hal ini bisa menjadi perbedaan antara penggunaan tuas atau roda gigi.

Mengganti prinsip dudukan adalah perbaikan yang lebih kokoh. Dudukan bertekanan dengan piston terpisah menutup pada luas efektif yang kecil, sehingga tekanan saluran yang sama menghasilkan tegangan kontak jauh lebih tinggi. Komprominya adalah ketergantungan arah: dudukan piston biasanya hanya menutup dalam satu arah dan harus ditentukan berdasarkan orientasinya; versi dua arah umumnya lebih mahal. Untuk saluran bertekanan rendah yang harus mampu menahan tekanan dari kedua arah, solusi ini tetap sering menjadi pilihan tepat.

Mengganti desain merupakan perbaikan jujur ketika kondisi operasi memang benar-benar menantang. Pada DN50, badan tipe trunnion atau top-entry dengan dudukan yang dimuat pegas memberikan perilaku tekanan rendah yang dapat diprediksi, dengan harga yang tidak dapat disamai oleh produk floating standar. katup solusi ini layak diterapkan pada saluran di mana kebocoran berakibat serius, namun boros jika diterapkan pada saluran di mana kebocoran tidak berdampak signifikan.

Yang tidak efektif adalah menentukan ukuran katup , kelas yang lebih tinggi, atau merek yang lebih mahal. Tak satu pun dari opsi tersebut mengubah tegangan kontak pada 0,2 MPa. Nilai tersebut ditentukan oleh diameter lubang, lebar cincin, dan beban awal.

05 | Hal yang Harus Dimasukkan dalam Spesifikasi

Spesifikasi harus menggambarkan tekanan terendah di mana katup harus menyegel, bukan hanya tekanan tertinggi yang mampu ditahan. Tabel 2 mengonversi keluhan lapangan umum menjadi kalimat yang seharusnya tercantum dalam lembar data.

Tabel 2. Gejala di lapangan, penyebab, dan kalimat spesifikasi yang mencegahnya

Kriteria penerimaan sama pentingnya dengan tekanan uji. Tidak ada kebocoran bukanlah spesifikasi; kelas kebocoranlah yang berlaku. ISO 5208 Tingkat A berarti tidak ada kebocoran yang terdeteksi secara visual, yaitu yang biasanya dimaksud pembeli dengan istilah 'nol'. Tingkat B, C, dan D memperbolehkan kebocoran yang semakin besar, berskala menurut DN, dan katup dengan dudukan logam katup biasanya diterima berdasarkan tingkat yang lebih tinggi dibandingkan katup dengan dudukan lunak. Menyertakan tingkat kebocoran, medium uji, serta tekanan uji menghilangkan perdebatan saat commissioning.

Lima baris, dalam urutan berikut:

• Tekanan diferensial kerja minimum di mana katup harus mampu menyegel, dinyatakan sebagai nilai .
• Uji dudukan pada tekanan tersebut, selain uji dudukan tekanan tinggi standar.
• Penerimaan kebocoran berdasarkan kelas, ISO 5208 Tingkat A hingga D, dengan medium uji disebutkan secara eksplisit.
• Bahan dudukan dan dasar pra-beban, diminta dari produsen—bukan diasumsikan.
• Jumlah siklus operasi yang diharapkan serta durasi penutupan, yang menentukan apakah pemadatan (compression set) menjadi isu desain.

Lampiran A | Aset Gambar

Gambar 1 disematkan dalam bagian 01 pada resolusi yang dikirimkan. Berkas yang dikirimkan berukuran 1440 x 960 piksel, yang memadai untuk gambar web berukuran 15 cm tetapi harus diekspor ulang dari foto asli untuk penggunaan cetak.

Lampiran B | Standar yang Dikutip dan Catatan Data

API 598. Katup Inspeksi dan Pengujian. Menetapkan persyaratan uji cangkang dan kursi; tekanan uji kursi merupakan kelipatan nilai penilaian, sehingga tidak mewakili layanan tekanan rendah.

ISO 5208. Industri katup - Pengujian tekanan katup logam. Laju kebocoran A hingga D dinyatakan sebagai kebocoran maksimal per DN dan per satuan waktu, serta merupakan cara yang tepat untuk menyatakan kriteria penerimaan.

API 608. Bola Logam Katup - Ujung Berflens, Berulir, dan Dilas. Mencakup rentang berflens dengan diameter kecil di mana desain mengapung merupakan standar.

ASME B16.34. Katup - Ujung Berflens, Berulir, dan Dilas. Peringkat baja karbon Kelas 300 pada 38 °C adalah 51,0 bar, digunakan di sini hanya sebagai tekanan acuan.