Atšķirība starp elastīgo ķīli unCietie ķīļveida vārtu vārsti

Rūpniecisko vārstu izvēlē, aizbīdņu vārstu ķīļveida konstrukcija tieši nosaka cauruļvadu sistēmas blīvējuma uzticamību, termiskā cikla pielāgošanās spēju un apkopes biežumu.

Lai gan abas galvenās struktūras - cietais ķīlis un elastīgais ķīlis - ir pozitīvas-blīvēšanas aizbīdņi, tām ir būtiskas atšķirības mehāniskajā darbībā un piemērojamos scenārijos.

Pamatojoties uz API 600 un ASME B16.34 standartiem, šajā rakstā ir analizētas atšķirības starp abiem no materiālu mehānikas, temperatūras lauka reakcijas un lauka atteices datu viedokļa.

 

Kādi darbības apstākļi ir piemēroti cieto ķīļveida aizbīdņu vārstiem? Kādi ir to raksturīgie ierobežojumi?

Cieta ķīļveida aizbīdņa vārstu disks ir izgatavots no viena lietmetāla gabala (parasti WCB, LCB vai CF8M nerūsējošā tērauda) ar fiksētu ķīļa leņķi (standarta vērtības 5 grādi vai 2 grādi 52′ atkarībā no spiediena klases). Šī stingrā struktūra stabili darbojas vidē normālā temperatūrā, zemā spiediena starpībā un bez termiskās cikla, piemēram:

• Ne{0}}korozīvi šķidrumi, piemēram, ūdens, eļļa un gāze, ar darba temperatūru diapazonā no -29 grādiem līdz 150 grādiem;
• Stingras uzstādīšanas vides, kur cauruļvada aksiālais pārvietojums ir mazāks par 0,1 mm/m.

Tomēr, ja sistēma piedzīvo temperatūras paaugstināšanos (piem., tvaika cauruļvadi uzkarst no 20 grādiem līdz 250 grādiem), termiskās izplešanās koeficientu atšķirība starp vārsta korpusu un vārtu disku izraisīs termisko saiti. Izmērītie dati liecina, ka DN150 cieto ķīļveida aizbīdņu vārstam, temperatūras starpībai pārsniedzot 80 grādus, vārtu diska atvēršanas spēks jāpalielina 3 līdz 5 reizes un var rasties pat iestrēgšana. Turklāt cietās daļiņas vidē mēdz uzkrāties uz ķīļa virsmas, veidojot skrāpējumus, kuru dēļ noplūdes ātrums pārsniedz ISO 5208 A klases prasību (0,1 × DN mm³/s).

 

Kā elastīgs ķīlis novērš termisko saistīšanu? Vai tā deformējamība ietekmē spiediena robežu?

Elastīgie ķīļveida aizbīdņu vārsti ir apstrādāti ar gredzenveida rievām, U{0}}formas rievām vai caurumiem vārtu diska centrā vai abās pusēs, veidojot elastīgas "elastīgās sviras". Kopējie dizaini ietver:

• Viena elastīga rieva: rievas dziļums ir 1/3 līdz 1/2 no vārtu diska biezuma, kas pieļauj vārtu diska leņķisko deformāciju no 0,2 grādiem līdz 0,5 grādiem;
• Divkāršieelastīgie gredzeni: izmanto lieliem diametriem (DN lielāks vai vienāds ar 300), kas spēj kompensēt sēdekļa ovālumu līdz 0,3 mm.

 

Kad cauruļvads uzsilst vai vārsta korpuss tiek pakļauts lieces momentam, elastīgais ķīļveida aizbīdņa disks automātiski pieguļ vārsta ligzdai ar savu novirzi, saglabājot kontakta spriegumu 20–35 MPa (API 600 nepieciešams vismaz 17 MPa). Tvaika apkalpošanas salīdzinošais tests parāda, ka pēc temperatūras cikliskuma (20→400→20 grādi, 50 cikli) elastīgo ķīļveida aizbīdņu vārstu atvēršanas spēka svārstības ir tikai ±8%, savukārt cieto ķīļveida aizbīdņu vārstu vidējais atvēršanas spēks palielinās par 220%. Tāpēc elastīgie ķīļi ir ieteicami:

• Cikliski temperatūras apstākļi (piemēram, aizkavētas koksēšanas iekārtas rafinēšanas rūpnīcās, temperatūras starpība ΔT ir lielāka vai vienāda ar 200 grādiem);
• Kriogēnās vides (-196 grādu šķidrais slāpeklis, elastīgie materiāli var būt CF8M + Stellite sakausējums);
• Vidi, kas satur sīkas daļiņas (elastīgās virsmas var kompensēt nelielus iespiedumus).

 

Izvēloties tvaika cauruļvadu, inženieri bieži meklēelastīgi ķīļveida vārstu pielietojumi cikliskai temperatūras apkalpošanai;

Par kriogēno pakalpojumu ir jāatsaucas uzcieto ķīļveida vārstu temperatūras ierobežojumi zem -100 grādiem(cietie ķīļi ir pakļauti trausliem iestrēgumiem pie -196 grādiem);

Projektēšanas posmā,vārtu vārsta ķīļa deformācijas raksturlielumiir jāaprēķina, un elastīgo ķīļu elastīgā stingrība parasti ir paredzēta 50–200 kN/mm;

Iepirkuma laikā filejas rādiusa prasība elastīgo rievu sakneiAPI 600 ķīļa dizainssadaļa ir jāpārbauda (lielāka vai vienāda ar 1,5 mm, lai izvairītos no sprieguma koncentrācijas).

 

Profesionāls salīdzinājums: atšķirības blīvējuma uzticamībā, apkopes intervālos un izmaksās

Parametrs	Ciets Ķīlis	Elastīgs Ķīlis
Maksimālā blīvējuma spiediena starpība normālā temperatūrā	40 MPa (2500. klase)	32 MPa (2000. klase)
Atļautā sēdekļa ne{0}}paralēlisms	Mazāks vai vienāds ar 0,05 mm	Mazāks vai vienāds ar 0,25 mm
Tipisks atteices režīms	Termiskā iesiešana, ķīļveida virsmas nodilums	Elastīgās rievas noguruma lūzums (kalpošanas laiks aptuveni . 10⁵ cikli)
Slīpēšanas remonts-uz vietas	Atkārtojams 2-3 reizes	Parasti nav slīpējams (bojā elastīgos izmērus)

No apkopes viedokļa: cietā ķīļveida aizbīdņa vārsta aizbīdni var uz vietas apstrādāt ar Stellite#6 un noslīpēt līdz sākotnējam ķīļa leņķim, un uzturēšanas izmaksas veido 15–20% no sākotnējās vārsta cenas. Kad elastīgā ķīļa elastīgās rievas saknē parādās plaisas, ir jānomaina viss vārtu disks, un izmaksas veido 40–50%. Tāpēc cietie ķīļi ir ekonomiskāki tīra ūdens cauruļvadiem ar mazāk nekā 500 atvēršanas/aizvēršanas cikliem gadā un nemainīgu temperatūru. Biežu termisko cikliskuma scenārijos, piemēram, tvaika uztveršanai un katalītiskajai krekingai, lai gan elastīgo ķīļu vienreizējā iegādes cena ir par 15–25% augstāka, to vērtība, izvairoties no neplānotas izslēgšanas, ievērojami pārsniedz cenu starpību.

 

Kā pieņemt lēmumus, pamatojoties uz darbības parametriem?

• Ja ΔT (temperatūras starpība starp vidi un apkārtējo vidi) < 60 grādiunatvēršanas/aizvēršanas biežums < 2 reizes/dienā → izvēlieties cieto ķīli;
• Ja ΔT ir lielāks par 100 grādiem vai vienāds ar tovaicauruļvads ir pakļauts vibrācijas/lieces slodzei → elastīgs ķīlis jāizmanto, nodrošinot elastīgo rievu virsmas raupjumu Ra Mazāks vai vienāds ar 0,8 μm;
• Slapjā skābā gāzes pakalpojumam, kas satur H₂S (NACE MR0175), abām konstrukcijām ir nepieciešama cietība, kas ir mazāka par vai vienāda ar 22 HRC, taču elastīgiem ķīļiem priekšroka tiek dota cietajiem ķīļiem, jo ​​tie ir jutīgi pret atlikušo spriegumu.

Saskaņā ar starptautiskajā žurnālā publicēto lauka statistikuVārstu pasaule2021. gadā: no 62 aizbīdņu vārstu atteices gadījumiem cieta ķīļveida iestrēgšana, ko izraisīja termiskā saite, veidoja 41%, savukārt tikai 12% elastīgo ķīļu bojājumu bija saistīti ar dizainu, bet pārējie tika saistīti ar lietotājiem, kuri pārsniedz temperatūras cikla ierobežojumu. Tāpēc precīza darbības parametru lapas aizpildīšana (ieskaitot maksimālo/minimālo temperatūru, ciklus stundā) ir priekšnoteikums pareizas ķīļa struktūras izvēlei.