La cavitation et son impact sur Équipement industriel

Tout comme certaines fréquences sonores peuvent avoir des effets négatifs sur le corps humain, certaines fréquences peuvent également causer de graves dommages aux équipements industriels. Lorsque les vannes de contrôle sont mal choisies, le risque de cavitation augmente, entraînant des niveaux de bruit et de vibration élevés qui peuvent rapidement endommager les parties internes de la vanne et la tuyauterie en aval. En outre, les niveaux de bruit élevés provoquent souvent des vibrations qui peuvent endommager les tuyaux, les instruments et d'autres équipements.

As valves degrade over time and parts wear out, cavitation in the valve can lead to serious damage to the piping system. This damage is mainly caused by the vibration and noise energy produced by cavitation, which accelerates the corrosion process. The collapse of cavitation bubbles near the restriction and downstream can create high-amplitude vibrations, leading to significant damage. While this typically occurs in ball and rotary valves within the valve body, it can also happen in short, high recovery-type valves like V-ball valves, particularly on the downstream side of a butterfly valve’s piping.

When a valve is held in a particular position, cavitation is more likely to occur. This can lead to leaks at the welded repair joints in the valve’s piping, making the valve unsuitable for that segment of the pipeline.

Que la cavitation se produise à l'intérieur de la vanne ou en aval, l'équipement situé dans la zone de cavitation subit des dommages importants. Les composants tels que les membranes minces, les ressorts et les structures en porte-à-faux de petite section peuvent subir des défaillances dues à des vibrations de grande amplitude, ce qui entraîne des défaillances oscillatoires. Les instruments tels que les manomètres, les transmetteurs, les gaines de thermocouple, les débitmètres et les systèmes d'échantillonnage présentent des points de défaillance fréquents. Les actionneurs, les positionneurs et les interrupteurs de fin de course qui contiennent des ressorts subissent une usure accélérée, et les supports de montage, les fixations et les connecteurs peuvent se desserrer et tomber en panne à cause des vibrations.

Corrosion micrométrique

La corrosion micrométrique, qui se produit lorsque les surfaces d'usure sont exposées à des vibrations, est fréquente à proximité des zones de cavitation. Elle peut produire des particules d'oxyde dur qui agissent comme des abrasifs, accélérant l'usure entre les surfaces. Les équipements concernés comprennent les vannes d'isolement et les clapets anti-retour, ainsi que les vannes de contrôle, les pompes, les tamis rotatifs, les échantillonneurs et tout autre mécanisme rotatif ou coulissant.

Fissures et Corrosion de la valve et composants de tuyauterie

Les vibrations de forte amplitude peuvent également provoquer des fissures et la corrosion des pièces métalliques des vannes et des parois des conduites. Les particules métalliques dispersées ou les produits chimiques corrosifs peuvent contaminer le fluide à l'intérieur de la canalisation, ce qui a un impact significatif sur les vannes de qualité sanitaire et les fluides de canalisation de haute pureté. Cette situation doit être évitée.

Prédiction des dommages causés par la cavitation dans les Vannes à bouchon

La prévision des dommages causés par la cavitation dans les robinets à tournant conique est plus complexe que le simple calcul des pertes de charge de la restriction de débit. L'expérience a montré qu'il est possible que la chute de pression dans le flux principal de liquide atteigne la pression de vapeur du liquide, entraînant une vaporisation locale et l'effondrement des bulles de vapeur. Certains fabricants de soupapes prévoient l'apparition de dommages dus à la cavitation en définissant une chute de pression initiale. Une méthode de prévision des dommages dus à la cavitation est basée sur le fait que l'effondrement des bulles de vapeur provoque de la cavitation et du bruit. Les fabricants ont déterminé que si le niveau de bruit calculé est inférieur aux limites suivantes, des dommages importants dus à la cavitation peuvent être évités :

• Vannes jusqu'à 3 pouces: 80 décibels
• Vannes de 4 à 6 pouces: 85 décibels
• Vannes de 8 à 14 pouces90 décibels
• Vannes de 16 pouces et plus95 décibels

Méthodes pour éliminer les dommages causés par la cavitation

Pour éliminer la cavitation, on utilise des vannes de conception spéciale qui utilisent la division du débit et des chutes de pression échelonnées :

• Fractionnement du flux: This divides a large flow into several smaller flows within the valve’s flow path, with multiple small openings through which the flow passes. The size of cavitation bubbles is partially determined by the size of the openings. Smaller openings produce smaller bubbles, resulting in less noise and less damage.

• Chute de pression étagée: Cela signifie que la soupape est conçue avec deux points de réglage séquentiels ou plus, de sorte qu'au lieu de subir une seule chute de pression importante, la chute de pression est divisée en plusieurs étapes plus petites. Les chutes de pression individuelles plus faibles empêchent la pression du fluide de tomber en dessous de sa pression de vapeur, éliminant ainsi la cavitation.

En combinant la division du débit et les chutes de pression échelonnées dans la même vanne, il est possible d'améliorer la résistance à la cavitation. Lors de la modification d'une vanne, il est parfois possible d'éliminer les problèmes de cavitation en positionnant la vanne de contrôle à un endroit où la pression à l'entrée de la vanne est plus élevée (par exemple, plus en amont ou à une hauteur plus basse).

En outre, le positionnement de la vanne de régulation à un endroit où la température du liquide (et donc la pression de vapeur) est plus basse (par exemple, du côté basse température d'un échangeur de chaleur) peut contribuer à éviter les problèmes de cavitation.

Conclusion

Comme on l'a vu, la cavitation dans les vannes ne dégrade pas seulement les performances des vannes et ne les endommage pas, mais elle présente également des risques pour les tuyauteries et les équipements en aval. Prévoir la cavitation et prendre des mesures pour l'éliminer est le seul moyen d'éviter les problèmes coûteux de consommation des vannes.