Különbség a rugalmas ék és aSzilárd ékes tolózárak

Az ipari szelepválasztás során a tolózárak ékkialakítása közvetlenül meghatározza a csőrendszer tömítési megbízhatóságát, hőciklus-alkalmazhatóságát és karbantartási gyakoriságát.

Bár a két fő szerkezet - tömör ék és rugalmas ék - egyaránt pozitív-tömítő tolózár, lényeges különbségek vannak a mechanikai viselkedésben és az alkalmazható forgatókönyvekben.

Ez a cikk az API 600 és az ASME B16.34 szabványok alapján elemzi a kettő közötti különbségeket az anyagmechanika, a hőmérsékleti térreakció és a terepi hibaadatok szempontjából.

 

Milyen működési feltételek alkalmasak a tömör ékes tolózárhoz? Mik azok eredendő korlátai?

A tömör ékes tolózár tolózára egyetlen darab öntött fémből (általában WCB, LCB vagy CF8M rozsdamentes acélból) készül, rögzített ékszöggel (standard értékek 5 fok vagy 2 fok 52′, nyomásosztálytól függően). Ez a merev szerkezet közegben stabilan működik normál hőmérsékleten, alacsony nyomáskülönbség mellett és hőciklus nélkül, mint például:

• Nem{0}}korrozív folyadékok, például víz, olaj és gáz, -29 és 150 fok közötti üzemi hőmérséklettel;
• Merev telepítési környezet, ahol a csővezeték tengelyirányú elmozdulása kisebb, mint 0,1 mm/m.

Ha azonban a rendszer hőmérsékletnövekedést tapasztal (pl. a gőzvezetékek 20 fokról 250 fokra melegednek), a hőtágulási együtthatók különbsége a szeleptest és a kaputárcsa között hőkötést okoz. A mért adatok azt mutatják, hogy egy DN150 tömör ékes tolózárnál 80 fokot meghaladó hőmérsékletkülönbség esetén a kaputárcsa nyitóerejét 3-5-szörösére kell növelni, és akár elakadás is előfordulhat. Ezenkívül a közegben lévő szilárd részecskék hajlamosak felhalmozódni az ékfelületen, és olyan karcolásokat képeznek, amelyek miatt a szivárgási sebesség meghaladja az ISO 5208 szabvány A osztályú követelményét (0,1 × DN mm³/s).

 

Hogyan kerüli el a rugalmas ék a hőkötést? Befolyásolja-e a deformálhatósága a nyomáshatárt?

A rugalmas ékes tolózárak gyűrűs hornyokkal, U{0}}alakú hornyokkal vagy átmenő furatokkal vannak megmunkálva a kaputárcsa közepén vagy mindkét oldalán, rugalmas "rugalmas karokat" képezve. A gyakori tervek a következők:

• Egyetlen rugalmas horony: a horony mélysége a kaputárcsa vastagságának 1/3-1/2-e, lehetővé téve a kaputárcsa 0,2-0,5 fokos szögbeli deformációját;
• Kettős rugalmas gyűrűk: nagy átmérőkhöz (DN nagyobb vagy egyenlő, mint 300), képesek kompenzálni az ülés oválisságát 0,3 mm-ig.

 

Amikor a csővezeték felmelegszik, vagy a szeleptest hajlítónyomatéknak van kitéve, a rugalmas ékkapu tárcsa a saját elhajlásán keresztül automatikusan illeszkedik a szelepülékhez, így az érintkezési feszültséget 20-35 MPa értéken tartja (az API 600-hoz minimum 17 MPa szükséges). A gőzüzem összehasonlító tesztje azt mutatja, hogy hőmérséklet-ciklus (20→400→20 fok, 50 ciklus) után a rugalmas ékes tolózárak nyitóerejének ingadozása csak ±8%, míg a tömör ékes tolózárak átlagos nyitóereje 220%-kal nő. Ezért a rugalmas ékek használata javasolt:

• Ciklikus hőmérsékleti viszonyok (pl. késleltetett kokszoló egységek finomítókban, hőmérséklet-különbség ΔT 200 fok vagy annál nagyobb);
• Kriogén közeg (-196 fokos folyékony nitrogén, rugalmas anyagok lehetnek CF8M + Stellite ötvözet);
• Nyomrészecskéket tartalmazó közeg (az elasztikus felületek kompenzálhatják a kisebb benyomódásokat).

 

A gőzvezeték kiválasztásakor a mérnökök gyakran keresnekrugalmas ékes tolózár-alkalmazások ciklikus hőmérséklet-szolgáltatáshoz;

A kriogén szolgáltatáshoz hivatkozni kelltömör ékes tolózár hőmérséklet-korlátozása -100 fok alatt(a tömör ékek -196 fokon hajlamosak a rideg beszorulásra);

A tervezési szakaszban,tolózár ék alakváltozási jellemzőiki kell számítani, és a rugalmas ékek rugalmas merevségét általában 50-200 kN/mm-re tervezik;

A beszerzés során a filézési sugár követelménye a gyökér rugalmas hornyok aAPI 600 ékkialakításszakaszt ellenőrizni kell ( 1,5 mm-nél nagyobb vagy egyenlő a feszültségkoncentráció elkerülése érdekében).

 

Szakmai összehasonlítás: különbségek a tömítés megbízhatóságában, a karbantartási időközökben és a költségekben

Paraméter	Szilárd ék	Rugalmas ék
Maximális tömítési nyomáskülönbség normál hőmérsékleten	40 MPa (2500-as osztály)	32 MPa (2000-es osztály)
Megengedett ülés nem-párhuzamos	0,05 mm vagy annál kisebb	0,25 mm vagy annál kisebb
Tipikus hibamód	Hőkötés, ékfelületi kopás	A rugalmas horony kifáradási törése (élettartam kb. . 10⁵ ciklus)
Helyszíni csiszolási javítás	2-3 alkalommal ismételhető	Általában nem csiszolható (rontja a rugalmas méreteket)

Karbantarthatóság szempontjából: a tömör ékzáras tolózár tolózára a helyszínen keménybe festhető Stellite#6-tal, és az eredeti ékszögre köszörülhető, a karbantartási költségek az eredeti szelep árának 15-20%-át teszik ki. Amint repedések jelennek meg a rugalmas ékben lévő rugalmas horony tövében, a teljes kaputárcsát ki kell cserélni, a költségek 40-50%-át teszik ki. Ezért a tömör ékek gazdaságosabbak a tisztavíz-csővezetékeknél, amelyeknél kevesebb mint 500 nyitási/zárási ciklus van évente és állandó hőmérsékleten. A gyakori hőciklusos forgatókönyveknél, mint például a gőzcsapda és a katalitikus krakkolás, bár a hajlékony ékek egyszeri vételára 15–25%-kal magasabb, a nem tervezett leállások elkerülésében nyújtott értékük messze meghaladja az árkülönbséget.

 

Hogyan hozzunk döntéseket a működési paraméterek alapján?

• Ha ΔT (hőmérsékletkülönbség a közeg és a környezet között) < 60 fokésnyitási/zárási gyakoriság < 2/nap → válasszon tömör éket;
• Ha ΔT 100 foknál nagyobb vagy egyenlővagya csővezeték vibrációs/hajlítási terhelésnek van kitéve → rugalmas ék kell használni, biztosítva, hogy a rugalmas hornyok felületi érdessége Ra legyen kisebb vagy egyenlő, mint 0,8 μm;
• A H2S-t (NACE MR0175) tartalmazó nedves savanyú gázszolgáltatáshoz mindkét kialakítás keménységet igényel, legfeljebb 22 HRC, de a szilárd ékek előnyben részesítik a rugalmas ékeket, mivel érzékenyek a maradék feszültségre.

A nemzetközi folyóiratban megjelent terepi statisztikák szerintValve World2021-ben: a 62 tolózár-meghibásodási eset közül a termikus kötődés okozta szilárd ék-elakadások 41%-át tette ki, míg a rugalmas ék meghibásodásoknak csak 12%-a volt tervezési-függő, a többi pedig a hőmérsékleti ciklus határértékét túllépő felhasználóknak tulajdonítható. Ezért az üzemi paraméterlap pontos kitöltése (beleértve a maximális/minimális hőmérsékletet, az óránkénti ciklusokat) előfeltétele a megfelelő ékszerkezet kiválasztásának.