Кавитация и ее влияние на Промышленное оборудование

Как определенные звуковые частоты могут оказывать негативное воздействие на организм человека, так и определенные частоты могут нанести серьезный ущерб промышленному оборудованию. При неправильном выборе регулирующих клапанов повышается риск возникновения кавитации, что приводит к высоким уровням шума и вибрации, которые могут быстро повредить внутренние детали клапана и трубопровод. Кроме того, высокий уровень шума часто вызывает вибрацию, которая может повредить трубы, приборы и другое оборудование.

Со временем клапаны деградируют, а их детали изнашиваются, и кавитация в клапане может привести к серьезному повреждению трубопроводной системы. Это повреждение в основном вызвано вибрацией и шумом, создаваемыми кавитацией, которые ускоряют процесс коррозии. Коллапс кавитационных пузырьков вблизи ограничителя и ниже по течению может создавать высокоамплитудные вибрации, приводящие к значительным повреждениям. Хотя это обычно происходит в шаровых и поворотных клапанах в корпусе клапана, это также может произойти в коротких клапанах с высокой степенью восстановления, таких как V-образные шаровые клапаны, особенно на нижней стороне трубопровода дроссельного клапана.

Когда клапан удерживается в определенном положении, повышается вероятность возникновения кавитации. Это может привести к утечкам в сварных ремонтных соединениях трубопровода клапана, что делает клапан непригодным для использования на данном участке трубопровода.

Независимо от того, возникает ли кавитация внутри клапана или ниже по течению, оборудование, находящееся в зоне кавитации, получает серьезные повреждения. Такие компоненты, как тонкие мембранные листы, пружины и консольные конструкции малого сечения, могут выйти из строя из-за высокоамплитудных колебаний, что приводит к колебательным поломкам. Чаще всего отказывают такие приборы, как манометры, передатчики, оболочки термопар, расходомеры и системы отбора проб. Приводы, позиционеры и концевые выключатели, содержащие пружины, подвергаются ускоренному износу, а монтажные кронштейны, крепежные элементы и соединители могут ослабнуть и выйти из строя из-за вибрации.

Микрометрическая коррозия

Микрометрическая коррозия, возникающая при воздействии вибрации на изнашиваемые поверхности, часто встречается в зонах кавитации. При этом могут образовываться частицы твердых оксидов, которые действуют как абразивы, ускоряя износ поверхностей. Затрагиваемое оборудование включает запорные и обратные клапаны, а также регулирующие клапаны, насосы, вращающиеся сита, пробоотборники и любые другие вращающиеся или скользящие механизмы.

Растрескивание и Коррозия клапана и компоненты труб

Высокоамплитудные вибрации могут также вызвать растрескивание и коррозию металлических деталей клапана и стенок труб. Рассеянные частицы металла или коррозийные химикаты могут загрязнить среду в трубопроводе, что оказывает существенное влияние на клапаны санитарного класса и высокочистые среды в трубопроводах. Этой ситуации необходимо избегать.

Прогнозирование кавитационных повреждений в Плунжерные клапаны

Прогнозирование кавитационных повреждений в плунжерных клапанах сложнее, чем простое вычисление перепадов давления в ограничителе потока. Опыт показывает, что перепад давления в основном потоке жидкости может достигать давления пара жидкости, что приводит к локальному испарению и схлопыванию паровых пузырьков. Некоторые производители клапанов прогнозируют начало кавитационного повреждения, определяя начальный перепад давления. Один из методов прогнозирования кавитационного повреждения основан на том, что схлопывание паровых пузырьков вызывает кавитацию и шум. Производители определили, что если расчетный уровень шума ниже следующих пределов, то серьезного кавитационного повреждения можно избежать:

• Клапаны до 3 дюймов: 80 децибел
• Клапаны 4-6 дюймов: 85 децибел
• Клапаны 8-14 дюймов: 90 децибел
• Клапаны 16 дюймов и больше: 95 децибел

Методы устранения кавитационных повреждений

Для устранения кавитации применяются специальные конструкции клапанов, использующие разделение потока и ступенчатые перепады давления:

• Разделение потока: Разделяет большой поток на несколько меньших потоков в пределах проходного сечения клапана с множеством небольших отверстий, через которые проходит поток. Размер кавитационных пузырьков частично определяется размером отверстий. Меньшие отверстия создают меньшие пузырьки, что приводит к меньшему шуму и меньшим повреждениям.

• Поэтапное снижение давления: Это означает, что в конструкции клапана предусмотрено две или более последовательных точек регулировки, поэтому вместо одного большого перепада давления перепад давления делится на несколько меньших ступеней. Более мелкие отдельные перепады давления предотвращают падение давления жидкости ниже давления ее паров, тем самым устраняя кавитацию.

Сочетание разделения потока и ступенчатого снижения давления в одном и том же клапане позволяет повысить устойчивость к кавитации. При модификации клапана иногда можно устранить кавитационные проблемы, установив регулирующий клапан так, чтобы давление на входе клапана было выше (например, дальше по течению или на меньшей высоте).

Кроме того, расположение регулирующего клапана там, где температура жидкости (и, соответственно, давление пара) ниже (например, на низкотемпературной стороне теплообменника), может помочь избежать проблем с кавитацией.

Заключение

Как показывает практика, кавитация в клапанах не только ухудшает работу клапана и вызывает его повреждение, но и создает риск для трубопроводов и оборудования, расположенных ниже по течению. Прогнозирование кавитации и принятие мер по ее устранению - единственный способ избежать дорогостоящих проблем с расходом клапанов.