Пережимной клапан против ножевой задвижки: руководство по выбору

Выбор между пережимной клапан и ножевая задвижка Встает один практический вопрос: отдает ли приложение приоритет герметичному перекрытию с нулевой утечкой абразивных суспензий или экономичной, компактной точке изоляции для шлама и твердых частиц, которая может выдерживать незначительные утечки. Для суспензий с крупными и острыми частицами диаметром более 1/8 дюйма пережимной клапан с полнопроходной эластомерной втулкой обеспечивает примерно в три-пять раз больший срок службы, чем ножевая задвижка с металлическими седлами. Однако шиберно-ножевая задвижка остается стандартом там, где пространство ограничено, первоначальные капитальные затраты должны быть сведены к минимуму, а технологическая жидкость содержит волокнистые твердые частицы, которые могут разорвать гибкую муфту.

Принципы работы и механизмы закрытия

Пережимной клапан изолирует поток путем механического сжатия упругой эластомерной втулки до тех пор, пока две внутренние стенки не соприкоснутся и не образуют герметичное уплотнение. Механизм закрытия может представлять собой простой односторонний зажим, механизм с двойным зажимом, который сжимает с обеих сторон, или концентрический замок с пневматическим приводом, который равномерно сжимает рукав. Сама втулка является единственным компонентом, контактирующим с технологической жидкостью, что устраняет необходимость в продувке полости корпуса или промывке седла. Полнопроходной профиль втулки точно соответствует внутреннему диаметру трубы в открытом состоянии, обеспечивая коэффициент падения давления (Cv), идентичный прямой трубе.

Ножевая задвижка направляет скошенную стальную лопасть, часто из нержавеющей стали, с твердосплавной передней кромкой через упругое седло или непосредственно через границу раздела металл-металл в сальник в нижней части корпуса. Лезвие разрезает взвешенные твердые частицы и пучки волокон во время закрывающего хода. В отличие от клинового затвора, уплотнение которого осуществляется за счет механического клина, ножевой затвор зависит от перепада давления на диске, который прижимает его к выходной поверхности седла, что делает его по конструкции однонаправленным уплотняющим клапаном.

Границы применения определяются технологической жидкостью

Размер, форма и твердость твердых частиц суспензии определяют, какой тип клапана выживет. Гильзы пережимных клапанов изготавливаются из натурального каучука, этилен-пропиленового каучука, нитрила или хлорбутила с твердостью по Шору от 40 до 65 А по твердости. Когда острая, угловатая частица задерживается на поверхности втулки при закрытии клапана, эластомер деформируется вокруг частицы и все равно достигает 100% герметичное уплотнение при давлении до 300 фунтов на квадратный дюйм. в клапанах малого диаметра. Ножевая задвижка, напротив, удерживает частицу на металлическом седле, предотвращая полное закрытие и создавая постоянный путь утечки. На линиях хвостохранилищ горнодобывающей промышленности, где твердость частиц кремнезема составляет 7 по шкале Мооса, шибер с металлическим седлом обычно требует замены седла каждый раз. От 20 000 до 50 000 циклов , в то время как втулка пережимного клапана в том же сервисе достигает От 100 000 до 250 000 циклов .

Температура является ограничивающим фактором для пережимного клапана. Эластомерные втулки быстро разрушаются выше 120°С (250°Ф) , а максимальная температура непрерывной эксплуатации даже для высокоэффективных фторэластомерных компаундов редко превышает 150°C. Ножевые задвижки с металлическими седлами и уплотнением из графита или ПТФЭ надежно работают при 540°С (1000°Ф) иbove, making them the default choice for fly ash handling, flue gas desulfurization slurry at elevated temperature, and asphalt batch plants.

Сравнительный анализ важнейших показателей производительности

Выбор материала втулки для пережимных клапанов

Гильза пережимного клапана одновременно является запорным элементом, границей давления и поверхностью износа. Выбор материала зависит от химической агрессивности жидкости, концентрации твердых частиц и рабочей температуры. Чистый натуральный каучук обеспечивает высочайшую эластичность и прочность на разрыв, идеально подходит для Минеральные суспензии с нейтральным pH и размером частиц до 2 дюймов. . Рукава из EPDM выдерживают воздействие разбавленных кислот и щелочей при температуре до 120°C и устойчивы к разрушению озоном и ультрафиолетом при установке на открытом воздухе. Нитриловые втулки устойчивы к жидкостям на основе углеводородов, что делает их пригодными для хвостохранилищ нефтеносных песков, где содержание битума может превышать 5%. Хлоробутиловые рукава сочетают в себе химическую стойкость с низкой газопроницаемостью и предназначены для отбеливания суспензий диоксидом хлора на целлюлозных заводах.

Выход из строя рукава редко бывает катастрофическим, поскольку внешнее тело выдерживает давление, даже если внутренний каркас раскалывается. Наблюдаемый вид разрушения — это точечная утечка через армирующий слой, которая постепенно увеличивается. Операторы установки могут запланировать плановый останов для замены муфты, когда утечка достигает неприемлемой скорости, обычно От 5 до 10 галлонов в час для 6-дюймовой линии. .

Конфигурация седла ножевого затвора и целостность упаковки

Ахиллесова пята шиберной задвижки – это полость корпуса под лопастью. Твердые частицы накапливаются в этой мертвой зоне, уплотняясь с каждым циклом до тех пор, пока лезвие не перестанет полностью садиться. Конструктивные решения включают наклонное дно корпуса, которое направляет твердые частицы к выпускному отверстию, продувочное отверстие, просверленное и врезанное в нижнюю часть корпуса для периодической промывки, или конструкцию без крышки, при которой лопасть полностью выдвигается из потока потока, увлекая за собой скопившийся материал в зону набивки. Эта последняя конструкция, известная как двунаправленные ножевые затворы с закрытым корпусом, является стандартной для Первичный ил сточных вод с концентрацией ветоши и песка более 3% .

Сальниковая набивка является основным источником неорганизованных выбросов. Ножевая задвижка, проходя через абразивную суспензию, откладывает на поверхности лопаток песок, который затем истирает уплотнительные кольца во время каждого цикла. Нагруженное под действием нагрузки уплотнение из ПТФЭ или графита, приводимое в действие тарельчатыми пружинами, поддерживающими постоянное усилие сальника, продлевает срок службы уплотнения на в два-три раза по сравнению с простыми толкателями с болтовым соединением . Даже при постоянной нагрузке шиберная задвижка, работающая в тяжелых условиях, требует регулировки или замены уплотнения каждые 10 000 циклов, в отличие от пережимного клапана, не имеющего динамического уплотнения штока, который не требует обслуживания уплотнения.

Структура затрат и общая экономика жизненного цикла

Сравнение закупочных цен является простым, но вводит в заблуждение, если рассматривать его изолированно. Ручная 6-дюймовая ножевая задвижка из углеродистой стали стоит примерно от 400 до 700 долларов , тогда как эквивалентный пережимной клапан с ручным пережимным механизмом стоит От 800 до 1500 долларов . Ножевые ворота явно дешевле в первый день. Однако расчет общей стоимости владения должен включать в себя плановые работы по техническому обслуживанию, замену комплектов сидений или втулок, а также время простоя производства.

На обогатительном заводе, работающем круглосуточно и без выходных, с 6-дюймовой линией хвостохранилища, ножевая задвижка требует замены седла каждые 8 месяцев и полной замены клапана каждые 24 месяца, что дает общие затраты за три года примерно 3200 долларов США, включая детали и два плановых простоя . Пережимной клапан требует замены одной втулки каждые 18 месяцев без обслуживания корпуса, в общей сложности в течение трех лет. 2100 долларов США, включая одно более короткое отключение . Точка пересечения, в которой пережимной клапан становится экономически доминирующим, наступает примерно при От 14 до 18 месяцев непрерывной работы в большинстве абразивных применений. Исключением являются услуги по очистке чистой воды или очистке сточных вод, где шиберная задвижка с упругими седлами будет работать без технического обслуживания в течение десяти лет, а более высокая первоначальная стоимость пережимного клапана никогда не окупится.

Ориентация установки и ограничения интеграции трубопроводов

Пережимные клапаны осесимметричны и могут быть установлены в любом положении без ущерба для производительности. Силы открытия и закрытия втулки не зависят от силы тяжести. Эта гибкость позволяет использовать горизонтальные, вертикальные установки с восходящим потоком и вертикальные нисходящие потоки, хотя вертикальная установка с потоком вверх через нормально закрытый клапан может вызвать эффект гидроудара, если закрытие рукава происходит слишком быстро против столба плотного раствора. Контролируемое время закрытия От 1,5 до 2 секунд на дюйм диаметра клапана смягчает скачки давления.

Ножевые задвижки лучше всего устанавливать так, чтобы шток был вертикальным, а лопасть перемещалась горизонтально поперек оси трубы. При установке ножевого затвора со штоком, расположенным горизонтально под осевой линией трубы, сальник размещается в самой нижней точке, что гарантирует оседание твердых частиц в набивке и ускорение утечки из штока. Горизонтальная ориентация штока над трубой приемлема, но требует поддержки траверсы для предотвращения отклонения лопасти под действием консольного веса. Сверхкороткий строительный размер является решающим преимуществом при модернизации существующей трубной эстакады, где удаление 24-дюймовой катушки конструктивно невозможно, но можно вырезать 6-дюймовый зазор и вставить ножевую задвижку с минимальной модификацией трубопровода.

Стратегии срабатывания для надежного дистанционного управления

Оба типа клапанов предлагаются с ручными маховиками, пневматическими цилиндрами, электродвигателями и гидравлическими приводами. Выбор срабатывания определяется доступными коммуникациями и требованиями к скорости закрытия. Пневматические пережимные клапаны, использующие сжатый воздух для сжатия втулки непосредственно через цельный корпус рубашки, полностью исключают механический пережимной механизм. Эти «пневматические» пережимные клапаны закрываются путем подачи На 20–30 фунтов на квадратный дюйм выше линейного давления в кольцевое пространство между втулкой и внешним корпусом, обеспечивая равномерное сжатие на 360 градусов и максимальный срок службы втулки. Эта конструкция является стандартной для приложений с высоким циклом, превышающим 50 000 операций в год.

Приведение в действие ножевой задвижки должно преодолевать три различные силы: силу сдвига, необходимую для прорезания столба суспензии, трение скольжения лезвия о поверхности седла и трение уплотнения по периметру лезвия. Для 12-дюймовой ножевой задвижки, закрывающейся при давлении в линии 50 фунтов на квадратный дюйм при прорезании осевших твердых частиц, может потребоваться От 2500 до 4000 фунтов линейной тяги . Использование пневматического цилиндра меньшего размера, который останавливается в середине хода, является распространенной ошибкой при вводе в эксплуатацию. Диаметр цилиндра следует выбирать исходя из максимального перепада давления и наихудшего случая загрузки твердых частиц, а не срывного момента в чистой воде, указанного в каталоге производителя.