الشكل 1 الشكل 2
الشكل 3
الشكل 4
انخفاض الضغط الكبير للخدمات السائلة في صمام الكرة الأرضية أسفل ضغط البخار يجعل البخار يخرج من السائل. سوف تستعيد الفقاعات الضغط وتنهار ، مما يخلق موجات ضغط. وبالتالي ، يمكن لموجات الضغط أن تلحق الضرر بمقعد وقابس وجسم صمامات الكرة الأرضية. يمكن أن يؤدي التجويف إلى حفر غير منتظمة وتآكل في القطع (المقعد والقابس) والجسم وأنابيب المصب. يوضح الشكل 2 تلف التجويف في شكل حفر صغيرة تشبه إلى حد كبير أضرار التآكل في سدادات صمامات الكرة الأرضية.
التجويف له آثار سلبية أخرى بالإضافة إلى التآكل والتآكل:
- ضجيج
- اهتزاز قوي
- اختناق التدفق بسبب تكوين بخار
- تغيير خصائص السائل
- إغلاق المصنع
قياس شدة التجويف
يتم قياس شدة التجويف من خلال مؤشر التجويف ، والذي يتم حسابه من خلال هذه الصيغة:
وترد في الجدول 1 شدة وامتداد تجويف الصمامات استنادا إلى قيم مؤشر التجويف.
يوضح الشكل 3 نتيجة اختبار التدفق وتطوير معامل التجويف للصمامات ربع المنعطفة بما في ذلك صمامات الكرة والفراشة والقابس.
لا يعتمد خطر التجويف على مؤشر التجويف فحسب ، بل يتأثر أيضا بنسبة فتح الصمام. في الواقع ، يزيد فتح الصمام الأقل من فرصة التجويف. هناك معلمات أخرى تؤثر على التجويف:
- حجم الصمام: تزيد الأحجام الأكبر من الصمامات من خطر التجويف.
- فئة الضغط: الصمامات في فئة الضغط الأعلى لديها إمكانية انخفاض الضغط العالي وخطر التجويف.
- المواد: المواد الأكثر صلابة مثل 22Cr دوبلكس لديها مخاطر أقل من التجويف مقارنة بخيارات المواد الأكثر ليونة مثل الفولاذ المقاوم للصدأ الأوستنيتي. بالإضافة إلى ذلك ، فإن مواد القطع الصلبة مثل Stellite 6 (UNS R30006) أو Stellite 21 كشكل من أشكال الفولاذ المقاوم للصدأ الصلب أو التراكب والفولاذ المقاوم للصدأ 13Cr martensitic مثل UNS S41000 أو 415000 لديها مقاومة أعلى ضد التجويف.
- التسرب: يؤدي التسرب من مقعد الصمام عند إغلاق الصمام إلى زيادة خطر التجويف.
- نظام التدفق: تزيد سرعة التدفق المضطربة والعالية من خطر التجويف.
- تصميم التشذيب: على سبيل المثال ، يخلق تصميم التقليم متعدد الخطوات انخفاضا في الضغط على مرحلتين أو أكثر لتجنب انخفاض الضغط العالي في مرحلة واحدة. الميزة الأخرى لتصميم التقليم متعدد المراحل هي انخفاض الضغط العالي بعيدا عن مناطق ختم المقعد والقابس.
الحلول المقترحة
هناك طرق مختلفة لتجنب التجويف. وهي تشمل تغيير الصمام وتقليل اختيار صمامات الكرة الأرضية. تتناول الحلول الأخرى اختيار صمام الكرة الأرضية ذي النمط المستقيم الأكثر قوة.
معيار جديد
يتضمن الإصدار الأول القياسي من معهد البترول الأمريكي (API) 623 ، الذي صدر في عام 2013 ، متطلبات صمامات الكرة الأرضية لتجنب التسرب والاهتزاز والتجويف. يحدد معيار API 623 المواجهة الصلبة على كل من المقعد والقابس والقرص الموجه ، خاصة بالنسبة لفئات الضغط العالي. يتبع قطر الساق المحدد في API 623 مبادئ معيار صمامات بوابة الصلب المصبوب API 600 ، بقيم مختلفة. قيم قطر الساق في API 623 أكبر من معايير الصمام العالمي الأخرى بما في ذلك BS 1873 ، لتجنب الفواصل مثل فصل الجذع والقابس. تغطي هذه المواصفة القياسية الصمامات التي يتراوح قطرها من 2 إلى 24 بوصة وفئات الضغط من 150 إلى 2500. Stellite عبارة عن سبيكة من الكوبالت والكروم تستخدم على نطاق واسع للمواجهة الصلبة للمكونات الداخلية لصمام الكرة الأرضية بما في ذلك المقعد والقابس ، لمنع التآكل والتجويف.
اختيار صمام بديل
الشكل 5
الصمامات الكروية من النوع Y (المعروفة أيضا باسم الصمامات المائلة) والصمامات المحورية (الشكل 4 و 5) هي أنواع صمامات بديلة يمكن استخدامها لتجنب التآكل والتجويف. مسار التدفق داخل صمام الكرة الأرضية ذي النمط Y أكثر استقامة من الكرة الأرضية ذات النمط المستقيم.
تتمتع الصمامات المحورية كجيل جديد من صمامات DAGO العالمية بالعديد من المزايا مثل انخفاض الضغط المنخفض وسرعة الإغلاق والفتح السريعة وخاصية التدفق السلس وعزم الدوران التشغيلي المنخفض وعمر التصميم الطويل. ومع ذلك ، فإن الصمامات المحورية والنوع Y أغلى من الصمامات الأرضية ذات النمط المستقيم فيما يتعلق بتكلفة الإنفاق (CAPEX). بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن تكون صمامات الفراشة هي الخيار المفضل للاختناق في خدمات المرافق مثل الماء ، بدلا من صمامات الكرة الأرضية. أحد أسباب اختيار صمامات الفراشة بدلا من صمامات الكرة الأرضية للاختناق في خدمات مياه البحر هو أن صمامات الفراشة أقل تكلفة ، على الرغم من أن التجويف يمكن أن يحدث داخل صمامات الفراشة كما هو الحال في صمامات الكرة الأرضية.
استنتاج
التجويف هو المشكلة التشغيلية الرئيسية في الصمامات الأرضية التقليدية من النوع T. يوصى باختيار مواد التشذيب الصلبة مثل Stellite ، واستخدام التقليم المضاد للتجويف مثل النوع متعدد الخطوات وتطبيق معيار API 623 لتصميم صمامات الكرة الأرضية من النوع T (DAGO). ومع ذلك ، فإن اختيار الصمامات مثل الكرة الأرضية من النوع Y (DAGO) أو الصمامات المحورية يمكن أن يكون أيضا حلا جيدا لتقليل أو تجنب مخاطر التجويف.