図 1 図 2
図3
図4
蒸気圧力より下のグローブバルブ内の液体サービスの大幅な圧力損失により、蒸気プレスが液体から排出されます。気泡は圧力を回復して崩壊し、圧力波を作り出します。その結果、圧力波はグローブバルブのシート、プラグ、ボディを損傷する可能性があります。キャビテーションは、トリム(シートとプラグ)、ボディ、および下流の配管に不規則なピットと浸食を引き起こす可能性があります。図2は、グローブバルブのプラグの腐食損傷と非常によく似た小さなピットの形でキャビテーション損傷を示しています。
キャビテーションには、腐食や浸食に加えて他の悪影響があります。
- 大きな騒音
- 強い振動
- 蒸気形成による流れの窒息
- 流体特性の変更
- 工場閉鎖
キャビテーションの重大度測定
キャビテーションの重大度は、次の式で計算されるキャビティインデックスによって測定されます。
キャビティインデックス値に基づくバルブのキャビテーションの重大度と延長を表1に示します。
図3は、ボールバルブ、バタフライバルブ、プラグバルブなどの1/4ターンバルブの流量試験とキャビテーション係数開発の結果を示しています。
キャビテーションリスクは、キャビテーション指数に依存するだけでなく、バルブの開度率によっても影響を受けます。実際、バルブの開度が低いと、キャビテーションの可能性が高くなります。キャビテーションに影響を与える他のパラメータがあります。
- バルブサイズ:バルブのサイズが大きいほど、キャビテーションのリスクが高まります。
- 圧力クラス:高圧クラスのバルブは、より高い圧力損失とキャビテーションリスクの可能性があります。
- 材料:22Crデュプレックスなどのより硬い材料は、オーステナイト系ステンレス鋼などの柔らかい材料の選択と比較して、キャビテーションのリスクが低くなります。さらに、固体またはオーバーレイの一形態としてのステライト6(UNS R30006)またはステライト21のようなハードトリム材料およびUNS S41000または415000のような13Crマルテンサイト系ステンレス鋼は、キャビテーションに対してより高い耐性を有する。
- 漏れ:バルブを閉じたときにバルブシートから漏れると、キャビテーションのリスクが高まります。
- フローレジーム:乱流と高流速はキャビテーションのリスクを高めます。
- トリム設計: 例として、マルチステップトリム設計では、1段階で高い圧力損失を避けるために、2 段階以上の圧力損失を作成します。多段トリム設計のもう1つの利点は、シートとプラグシーリング領域から高い圧力損失が得られることです。
提案されたソリューション
キャビテーションを回避するには、さまざまなアプローチがあります。これには、バルブの変更とグローブバルブの選択を減らすことが含まれます。他のソリューションは、より堅牢なストレートパターングローブバルブの選択に対応します。
新しい標準
2013年にリリースされた米国石油協会(API)623標準初版には、漏れ、振動、キャビテーションを回避するためのグローブバルブの要件が含まれています。API 623 標準では、特に高圧クラスの場合、シートとプラグ、およびガイド付きディスクの両方にハードフェーシングが規定されています。API 623 で指定されたステム直径は、API 600 鋳鋼ゲートバルブ規格の原則に従っており、値は異なります。API 623 のステム直径の値は、ステムやプラグの分離などの破損を避けるために、BS 1873 を含む他のグローブバルブ規格よりも大きくなっています。この規格は、直径2〜24インチのバルブと150〜2500の圧力クラスをカバーしています。ステライトはコバルトクロム合金で、浸食やキャビテーションを防ぐために、シートやプラグを含むグローブバルブ内部部品のハードフェーシングに広く使用されています。
代替バルブの選択
図5
Y型グローブバルブ(斜めバルブとも呼ばれます)とアキシャルバルブ(図4および5)は、浸食やキャビテーションを避けるために使用できる代替バルブタイプです。Y型パターングローブバルブ内部の流路は、ストレートパターングローブよりも直線です。
新世代のDAGOグローブバルブとしての軸流バルブは、低圧力損失、迅速な開閉速度、スムーズな流れ特性、低動作トルク、長い設計寿命など、多くの利点を備えています。しかし、軸流バルブやY型は、コスト・オブ・スペシブ(CAPEX)に関してストレートパターングローブバルブよりも高価です。さらに、バタフライバルブは、グローブバルブの代わりに、水などのユーティリティサービスでスロットルするための好ましい選択肢となり得ます。海水サービスでスロットルするためにグローブバルブの代わりにバタフライバルブを選択する理由の1つは、バタフライバルブのコストが低いことですが、キャビテーションはグローブバルブの場合と同様にバタフライバルブ内で発生する可能性があります。
結論
キャビテーションは、従来のT型グローブバルブにおける主要な操作上の問題である。T型グローブバルブ(DAGO)の設計には、ステライトなどのハードトリム材料を選択し、マルチステップタイプのようなキャビテーション防止トリムを使用し、API 623規格を適用することをお勧めします。しかし、Y型グローブ(DAGO)や軸バルブなどのバルブを選択することも、キャビテーションリスクを軽減または回避するための優れたソリューションです。