รูปที่ 1 รูปที่ 2
รูปที่ 3
รูปที่ 4
ความดันลดลงอย่างมีนัยสำคัญของบริการของเหลวในวาล์วโลกที่ต่ำกว่าความดันไอทำให้ไอกดออกจากของเหลว ฟองอากาศจะดึงแรงดันกลับคืนมาและยุบตัว ทำให้เกิดคลื่นแรงดัน ดังนั้น คลื่นแรงดันอาจทำให้ที่นั่ง ปลั๊ก และตัววาล์วโลกเสียหายได้ คาวิเทชั่นสามารถสร้างหลุมและการกัดเซาะที่ไม่สม่ำเสมอในส่วนตัดแต่ง (ที่นั่งและปลั๊ก) ร่างกาย และท่อปลายน้ำ รูปที่ 2 แสดงความเสียหายของโพรงอากาศในรูปแบบของหลุมขนาดเล็กที่คล้ายกับความเสียหายจากการกัดกร่อนในปลั๊กของวาล์วโลก
การเกิดโพรงอากาศมีผลเสียอื่นๆ นอกเหนือจากการกัดกร่อนและการกัดเซาะ:
- เสียงดัง
- แรงสั่นสะเทือน
- สำลักการไหลเนื่องจากการก่อตัวของไอ
- การเปลี่ยนคุณสมบัติของของเหลว
- โรงงานปิดตัวลง
การวัดความรุนแรงของโพรงอากาศ
ความรุนแรงของการเกิดโพรงอากาศวัดผ่านดัชนีโพรง ซึ่งคำนวณโดยใช้สูตรนี้:
ความรุนแรงและการขยายตัวของโพรงอากาศสำหรับวาล์วตามค่าดัชนีช่องแสดงไว้ในตารางที่ 1
รูปที่ 3 แสดงผลการทดสอบการไหลและการพัฒนาค่าสัมประสิทธิ์การเกิดโพรงอากาศสำหรับวาล์วแบบควอเตอร์เทิร์น รวมถึงบอลวาล์ว บัตเตอร์ฟลาย และปลั๊ก
ความเสี่ยงการเกิดโพรงอากาศไม่ได้ขึ้นอยู่กับดัชนีการเกิดโพรงอากาศเท่านั้น แต่ยังได้รับผลกระทบจากเปอร์เซ็นต์การเปิดของวาล์วด้วย อันที่จริงการเปิดวาล์วน้อยลงจะเพิ่มโอกาสในการเกิดโพรงอากาศ มีพารามิเตอร์อื่น ๆ ที่ส่งผลต่อการเกิดโพรงอากาศ:
- ขนาดวาล์ว: วาล์วขนาดใหญ่ขึ้นเพิ่มความเสี่ยงของการเกิดโพรงอากาศ
- ระดับแรงดัน: วาล์วในระดับแรงดันที่สูงกว่ามีโอกาสที่แรงดันตกคร่อมและความเสี่ยงจากการเกิดโพรงอากาศสูงขึ้น
- วัสดุ: วัสดุที่แข็งกว่า เช่น ดูเพล็กซ์ 22Cr มีความเสี่ยงต่อการเกิดโพรงอากาศน้อยกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับวัสดุที่อ่อนนุ่มกว่า เช่น เหล็กกล้าไร้สนิมออสเทนนิติก นอกจากนี้ วัสดุตัดแต่งแบบแข็ง เช่น Stellite 6 (UNS R30006) หรือ Stellite 21 ในรูปแบบของแข็งหรือโอเวอร์เลย์ และสเตนเลสสตีลมาร์เทนซิติก 13Cr เช่น UNS S41000 หรือ 415000 มีความทนทานต่อการเกิดโพรงอากาศสูงกว่า
- การรั่วไหล: การรั่วไหลจากบ่าวาล์วเมื่อปิดวาล์วจะเพิ่มความเสี่ยงการเกิดโพรงอากาศ
- ระบบการไหล: ความเร็วการไหลที่ปั่นป่วนและสูงจะเพิ่มความเสี่ยงการเกิดโพรงอากาศ
- การออกแบบการตัดแต่ง: ตัวอย่างเช่น การออกแบบการตัดแต่งแบบหลายขั้นตอนจะสร้างแรงดันตกคร่อมในสองขั้นตอนขึ้นไป เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้แรงดันสูงตกในขั้นตอนเดียว ข้อดีอีกประการของการออกแบบการตัดแต่งแบบหลายขั้นตอนคือการให้แรงดันสูงออกจากที่นั่งและพื้นที่ปิดผนึกปลั๊ก
โซลูชั่นที่เสนอ
มีวิธีการต่างๆ เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดโพรงอากาศ รวมถึงการเปลี่ยนวาล์วและลดการเลือกวาล์วโลก โซลูชันอื่นๆ ระบุถึงการเลือกวาล์วโลกรูปแบบตรงที่ทนทานยิ่งขึ้น
มาตรฐานใหม่
มาตรฐาน American Petroleum Institute (API) 623 ฉบับพิมพ์ครั้งแรกซึ่งเปิดตัวในปี 2556 มีข้อกำหนดสำหรับวาล์วโลกเพื่อหลีกเลี่ยงการรั่วซึม การสั่นสะเทือน และการเกิดโพรงอากาศ มาตรฐาน API 623 ระบุการหันแบบแข็งทั้งบนเบาะนั่งและปลั๊กและไกด์ดิสก์ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับชั้นเรียนที่มีแรงดันสูง เส้นผ่านศูนย์กลางของก้านที่ระบุใน API 623 เป็นไปตามหลักการของมาตรฐาน API 600 Cast Steel Gate Valves โดยมีค่าต่างกัน ค่าเส้นผ่านศูนย์กลางของก้านใน API 623 นั้นใหญ่กว่ามาตรฐานวาล์วโลกอื่นๆ รวมถึง BS 1873 เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้เกิดการแตกหัก เช่น การแยกก้านและปลั๊ก มาตรฐานนี้ครอบคลุมวาล์วตั้งแต่เส้นผ่านศูนย์กลาง 2- ถึง 24-นิ้วและระดับแรงดันตั้งแต่ 150 ถึง 2500 สเตลไลต์เป็นโลหะผสมโคบอลต์-โครเมียมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการกลึงผิวแข็งของส่วนประกอบภายในวาล์วโลกรวมถึงเบาะนั่ง และปลั๊กเพื่อป้องกันการกัดเซาะและการเกิดโพรงอากาศ
การเลือกวาล์วทางเลือก
รูปที่ 5
วาล์วโลกชนิด Y (หรือที่เรียกว่าวาล์วเฉียง) และวาล์วแนวแกน (รูปที่ 4 และ 5) เป็นวาล์วชนิดอื่นที่สามารถนำมาใช้เพื่อหลีกเลี่ยงการกัดเซาะและการเกิดโพรงอากาศ เส้นทางการไหลภายในวาล์วลูกโลกรูปแบบ Y จะตรงกว่าลูกโลกรูปแบบตรง
วาล์วแกนเป็นวาล์วโลก DAGO รุ่นใหม่มีข้อดีหลายประการ เช่น แรงดันตกต่ำ ความเร็วในการปิดและเปิดอย่างรวดเร็ว ลักษณะการไหลที่ราบรื่น แรงบิดในการทำงานต่ำ และอายุการออกแบบที่ยาวนาน อย่างไรก็ตาม วาล์วแกนและชนิด Y มีราคาแพงกว่าวาล์วโลกรูปแบบตรงเกี่ยวกับต้นทุนค่าใช้จ่าย (CAPEX) นอกจากนี้ วาล์วปีกผีเสื้ออาจเป็นทางเลือกที่ดีสำหรับการควบคุมปริมาณในบริการสาธารณูปโภค เช่น น้ำ แทนที่จะเป็นวาล์วโลก เหตุผลหนึ่งในการเลือกวาล์วปีกผีเสื้อแทนวาล์วโลกสำหรับการควบคุมปริมาณบริการน้ำทะเลก็คือ วาล์วปีกผีเสื้อมีต้นทุนที่น้อยกว่า แม้ว่าการเกิดโพรงอากาศจะเกิดขึ้นภายในวาล์วปีกผีเสื้อเช่นเดียวกับที่เกิดขึ้นในวาล์วโลก
บทสรุป
คาวิเทชั่นเป็นปัญหาการทำงานหลักในวาล์วโลกชนิด T แบบธรรมดา ขอแนะนำให้เลือกวัสดุตัดแต่งแบบแข็ง เช่น Stellite โดยใช้แผ่นปิดป้องกันโพรงอากาศ เช่น แบบหลายขั้นตอนและใช้มาตรฐาน API 623 สำหรับการออกแบบวาล์วโลกชนิด T (DAGO) อย่างไรก็ตาม การเลือกวาล์ว เช่น ลูกโลกชนิด Y (DAGO) หรือวาล์วตามแนวแกนอาจเป็นทางออกที่ดีในการลดหรือหลีกเลี่ยงความเสี่ยงจากการเกิดโพรงอากาศ