Figura 1 Figura 2
Figura 3
Figura 4
Una significativa caduta di pressione dei servizi liquidi nella valvola a globo al di sotto della pressione del vapore fa uscire il vapore dal liquido. Le bolle recupereranno la pressione e collasseranno, creando onde di pressione. Di conseguenza, le onde di pressione possono danneggiare la sede, l'otturatore e il corpo delle valvole a globo. La cavitazione può creare cavità irregolari ed erosione nel rivestimento (sedile e tappo), nel corpo e nelle tubazioni a valle. La figura 2 mostra il danno da cavitazione sotto forma di piccoli pozzi molto simili ai danni da corrosione nei tappi delle valvole a globo.
La cavitazione ha altri effetti negativi oltre alla corrosione e all'erosione:
- Forte rumore
- Forte vibrazione
- Soffocare il flusso a causa della formazione di vapore
- Modifica delle proprietà del fluido
- Impianto fermo
MISURA DELLA GRAVITÀ DELLA CAVITAZIONE
La gravità della cavitazione è misurata attraverso l'indice di cavità, che è calcolato attraverso questa formula:
La gravità e l'estensione della cavitazione per le valvole in base ai valori dell'indice di cavità è riportata nella Tabella 1.
La Figura 3 mostra il risultato del test di flusso e lo sviluppo del coefficiente di cavitazione per le valvole a quarto di giro comprese le valvole a sfera, a farfalla ea maschio.
Il rischio di cavitazione non dipende solo dall'indice di cavitazione, ma è anche influenzato dalla percentuale di apertura della valvola. Infatti, una minore apertura della valvola aumenta la possibilità di cavitazione. Ci sono altri parametri che influenzano la cavitazione:
- Dimensioni della valvola: le valvole di dimensioni maggiori aumentano il rischio di cavitazione.
- Classe di pressione: le valvole di classe di pressione superiore hanno la possibilità di una maggiore caduta di pressione e rischio di cavitazione.
- Materiale: i materiali più duri come il duplex 22Cr hanno meno rischi di cavitazione rispetto ai materiali più morbidi come gli acciai inossidabili austenitici. Inoltre, i materiali per rifiniture dure come Stellite 6 (UNS R30006) o Stellite 21 come forma di solido o rivestimento e acciai inossidabili martensitici 13Cr come UNS S41000 o 415000 hanno una maggiore resistenza alla cavitazione.
- Perdita: la perdita dalla sede della valvola quando la valvola è chiusa aumenta il rischio di cavitazione.
- Regime di flusso: turbolento e ad alta velocità del flusso aumenta il rischio di cavitazione.
- Design del trim: ad esempio, il design del trim multi-step crea una caduta di pressione in due o più fasi per evitare un'elevata caduta di pressione in una fase. L'altro vantaggio del design del trim multistadio è quello di avere un'elevata caduta di pressione lontano dalla sede e dalle aree di tenuta dell'otturatore.
SOLUZIONI PROPOSTE
Esistono diversi approcci per evitare la cavitazione. Includono la sostituzione della valvola e la riduzione della selezione delle valvole a globo. Altre soluzioni riguardano la scelta della valvola a globo più robusta con configurazione diritta.
Nuovo standard
La prima edizione dello standard 623 dell'American Petroleum Institute (API), rilasciata nel 2013, include i requisiti per le valvole a globo per evitare perdite, vibrazioni e cavitazione. Lo standard API 623 specifica il rivestimento duro sia sulla sede che sull'otturatore e sul disco guidato, in particolare per le classi ad alta pressione. Il diametro dello stelo specificato nell'API 623 segue i principi dello standard API 600 per valvole a saracinesca in acciaio fuso, con valori diversi. I valori del diametro dello stelo nell'API 623 sono maggiori rispetto ad altri standard di valvole a globo, inclusa la BS 1873, per evitare rotture come la separazione dello stelo e dell'otturatore. Questo standard copre valvole da 2- a 24-pollici di diametro e classi di pressione da 150 a 2500. La stellite è una lega di cobalto-cromo ampiamente utilizzata per il rivestimento duro dei componenti interni della valvola a globo, inclusa la sede e tappo, per prevenire l'erosione e la cavitazione.
Selezione alternativa della valvola
Figura 5
Le valvole a globo di tipo Y (note anche come valvole oblique) e le valvole assiali (Figure 4 e 5) sono tipi di valvole alternativi che possono essere utilizzati per evitare l'erosione e la cavitazione. Il percorso del flusso all'interno della valvola a globo con configurazione di tipo Y è più rettilineo del globo con configurazione rettilinea.
Le valvole assiali come la nuova generazione di valvole a globo DAGO presentano molti vantaggi come bassa caduta di pressione, velocità di chiusura e apertura rapida, caratteristiche di flusso regolare, coppia di funzionamento ridotta e lunga durata. Tuttavia, le valvole assiali e di tipo Y sono più costose delle valvole a globo con configurazione rettilinea per quanto riguarda il costo di spesa (CAPEX). Inoltre, le valvole a farfalla possono essere la scelta preferita per la regolazione in servizi di pubblica utilità come l'acqua, invece delle valvole a globo. Uno dei motivi per scegliere le valvole a farfalla invece delle valvole a globo per la strozzatura nei servizi di acqua di mare è che le valvole a farfalla sono meno costose, sebbene la cavitazione possa verificarsi all'interno delle valvole a farfalla come accade nelle valvole a globo.
CONCLUSIONE
La cavitazione è il principale problema operativo nelle valvole a globo di tipo T convenzionali. Per la progettazione di valvole a globo di tipo T (DAGO) si consiglia di selezionare materiali per finiture rigide come Stellite, utilizzare finiture anticavitazione come il tipo multi-step e applicare lo standard API 623. Tuttavia, anche la selezione di valvole come valvole a globo di tipo Y (DAGO) o assiali può essere una buona soluzione per ridurre o evitare il rischio di cavitazione.