Hvorfor lekker en DN50 klasse 300 flytende ventil ved 0,2 MPa

01 | Testen som skjuler problemet

En DN50 klasse 300 svevende kule ventil består både skaltesten og setetesten ved det angitte multiplum av trykkklassen, pakkes, fraktes, monteres – og lekker deretter på en overføringsledning som opererer ved 0,2 MPa. Ventilen er ikke defekt. Den ble testet ved et trykk den aldri vil utsettes for i drift, og mekanismen den avhenger av for tetting fungerer ikke ved det trykket den faktisk utsettes for.

Hydrotesten belaster en myk sete kraftig, og ventil tettheter lett. Ved 0,2 MPa gir den samme setet nesten ingen trykkstøtte, og alt avhenger av forspenningen som er bygget inn ved montering. Ingen vanlig testsekvens sjekker denne betingelsen med mindre kjøperen spør spesifikt etter det.

Figur 1. DN50 (2 tommer) Class 300 flytende kule ventil i WCB-korpus, med størrelse, klasse og materiale merket på korpusstøpet. Kulen holdes kun av de to settringene. Shanghai Xiazhao Ventil .

02 | Kontaktspenningstallet

Settlekkasje er et kontaktspenningsproblem, ikke et trykkproblem. Trykkraften er differensialtrykket multiplisert med boringens areal. Kontaktarealet er settkretsens omkrets multiplisert med bredden på kontaktsonen. Deler man det ene på det andre, kanselleres boringen bort til en enkel sammenheng.

sigma ≈ dP × D ÷ (4 × w) D = settboring (mm), w = kontaktsone (mm), dP i MPa, sigma i MPa

Med en typisk kontaktsone på 3 mm, en DN50 ventil ved 0,2 MPa utvikler det ca. 0,8 MPa setekontaktspenning. Ved 5,1 MPa, klassen 300, opplever samme sete ca. 21 MPa. En DN25 ved 0,2 MPa ligger nær 0,4 MPa. I forhold til et RPTFE-sete med trykkfasthet i tiars megapascal-området er lavtrykktilfellet belastet med bare noen prosent av det materialet kan bære. Trykkinnsatsen har effektivt forsvunnet, og tetningen virker kun på forspenning.

Tabell 1. Indikativ setekontaktspenning, 3 mm kontaktbånd

Tabellen forklarer også et mønster som overrasker kjøpere: jo mindre ventil , jo dårligere er lavtrykkoppførselen. En DN25 har mindre enn halvparten av kontaktspenningen til en DN50 ved samme differensial, fordi kraften avtar med kvadratet av boringen, mens kontaktomkretsen avtar bare lineært.

Og den forklarer hvorfor klasse ikke påvirker denne feilen. Å heve DN50 fra klasse 300 til klasse 600 endrer klassifiseringen, ikke kontaktspenningen ved 0,2 MPa. Hvis rørledningen opererer ved 0,2 MPa, er ventil 0,2 MPa ventil alt det som er stempa på karosseriet.

03 | Hvorfor forspenning forsvinner med tiden

Forspenning er en lagret fjærkraft fra setegemetri, elastomerkomprimering eller en eksplisitt fjær. Tre mekanismer forbruker den, og alle tre er usynlige på fabrikken.

Kompressjonssett. Et mykt sete får en permanent deformasjon under belastning, og kraften som forårsaket denne deformasjonen avtar. Et ventil som har stått lukket ved full differensialtrykk i ett år ankommer sin første oppgave ved lavt trykk med mindre forspenning enn det hadde på prøvebenken.

Termisk syklus. Hver syklus fra omgivelsestemperatur til rørtemperatur og tilbake avtar en liten del av forspenningen, og tapet samler seg opp. Et ventil på en rørledning som varmes opp og kjøles ned daglig er et annet ventil etter to hundre sykler.

Langvarig lukking. Et sete som holder trykk mot en stasjonær kule vil krype. Å bryte tetningen og sette på nytt gjenoppretter noe av kontakten, hvilket er grunnen til at en operatør som beveger en lekkende ventil to ganger ofte rapporterer at lekkasjen har stoppet, i hvert fall for en stund.

Gasservice gjør alle disse problemene verre. En gass har ingen nyttig selvaktiverende effekt før trykket bygges opp, og den trenger også gjennom setet og dekomprimeres gjennom det på vei nedover. Et flytende ventiler med mykt sete for lavtrykksgass er ett av de vanskeligste tilfellene i hvilken som helst katalog, og det spesifiseres vanligvis som om det dreide seg om vann.

04 | Tre løsninger som virker

Å øke forspenningen er den billigste løsningen. Et sete med fjærskive eller en tyngre setefjær holder kontaktspenningen over tettningsgrensen ved lav differensialtrykk. Kostnaden viser seg ved det andre enden av området: mer forspenning betyr mer friksjon og mer dreiemoment ved høyt differensialtrykk, og på en manuelt betjent DN50-ventil kan dette være forskjellen mellom å bruke en hendel og å bruke et gir.

Å endre seteprinsippet er den mer robuste løsningen. Et trykkassistert sete med en separat stempeltenning på et lite effektivt areal gir langt høyere kontaktspenning ved samme ledningstrykk. Kompromisset er retningsspesifisitet: et stempelesete tetter vanligvis i én retning og må spesifiseres med riktig monteringsretning, mens en toretningsspesifikasjon vanligvis koster mer. For en lavtrykksledning som må tette i begge retninger, er dette likevel ofte den riktige løsningen.

Å endre konstruksjonen er den ærlige løsningen når bruksområdet virkelig er krevende. Ved DN50 gir en trunnion- eller toppinngangs-karosseri med fjærbelastet sete forutsigbar lavtrykksatferd, til en pris som en standard flytende ventil ikke kan konkurrere med. Det lønner seg på en ledning der lekkasje har konsekvenser, men er sløsende på en ledning der det ikke er tilfelle.

Det som ikke fungerer, er å spesifisere en mindre ventil , en høyere klasse eller et dyrere merke. Ingen av disse endrer kontaktspenningen ved 0,2 MPa. Verdien er bestemt av boring, båndbredde og forspenning.

05 | Hva som skal inkluderes i spesifikasjonen

Spesifikasjonen skal beskrive den laveste trykket der ventil den må tette, ikke bare det høyeste trykket den må tåle. Tabell 2 omformer vanlige feltklager til den linjen som burde stått i databladet.

Tabell 2. Feltsymptom, årsak og spesifikasjonslinje som forhindre det

Akseptkriteriet er like viktig som testtrykket. Null lekkasje er ikke en spesifikasjon; lekkasjeklasser er det. ISO 5208 Rate A betyr ingen synlig lekkasje, noe som vanligvis er hva kjøpere mener med «null». Rate B, C og D tillater gradvis mer lekkasje, skalert etter DN, og en metallsete ventil aksepteres vanligvis mot en høyere rate enn en myksete. Å angi raten, mediet og trykket fjerner uenigheten ved igangsattelse.

Fem linjer, i rekkefølge:

• Minimums driftsdifferansetrykk der ventilen må tette, angitt som en verdi .
• Setetest ved dette trykket, i tillegg til den standardiserte høytrykkssetetesten.
• Lekkasjeaksept etter klasse, ISO 5208 Rate A til D, med navn på testmediet.
• Setemateriale og forspenningsgrunnlag, forespurt fra produsenten i stedet for antatt.
• Forventet syklusantall og lukketid, som avgjør om kompresjonssett er et konstruksjonsproblem.

Appendiks A | Bildeobjekt

Figur 1 er integrert i avsnitt 01 i sin leverte oppløsning. Den leverte filen er 1440 × 960 piksler, noe som er tilstrekkelig for et nettbasert bilde på 15 cm, men den bør eksporteres på nytt fra det opprinnelige fotografiet for bruk i trykk.

Appendiks B | Standarder som henvises til og datamerknader

API 598. Ventil Inspeksjon og testing. Definerer krav til skall- og setetest; trykket for setetesten er et multiplum av klassifiseringen, hvilket er grunnen til at det ikke representerer lavtrykksdrift.

ISO 5208. Industriell ventilar – Trykktesting av metalliske ventiler. Lekkasjerater A til D uttrykkes som tillatt lekkasje per DN og per tidsenhet, og er den riktige måten å angi en akseptkriterium på.

API 608. Metallkule Ventilar – Flensede, gjengede og sveisede ender. Dekker smådiameter-flensområdet der flytende design er standard.

ASME B16.34. Ventilar – Flensede, gjengede og sveisede ender. Klasse 300 karbonstål-rating ved 38 °C er 51,0 bar, brukt her kun som referansetrykk.