Valvola di controllo: Flashing vs Cavitazione: Qual è la differenza?

Il flashing e la cavitazione sono due fenomeni fluidi comuni associati a cadute di pressione attraverso le valvole di controllo. Entrambi possono verificarsi quando un liquido passa attraverso una valvola e la sua pressione locale scende al di sotto o al di sotto della pressione di vapore del liquido.

Poiché entrambe le condizioni comportano bolle di vapore, a volte vengono confuse tra loro.

La differenza fondamentale è ciò che accade a quelle bolle dopo che il liquido lascia la valvola.

Nella flashing, le bolle di vapore rimangono nel flusso a valle perché la pressione a valle rimane al di sotto della pressione di vapore del liquido.

Nella cavitazione, la pressione si recupera al di sopra della pressione di vapore e le bolle di vapore collassano.

1. Cos'è il Flashing?

Il flashing si verifica quando un liquido vaporizza mentre passa attraverso una valvola di controllo e rimane parzialmente vaporizzato a valle.

Il processo inizia quando la pressione locale scende al di sotto o al di sotto della pressione di vapore del liquido.

Se la pressione a valle rimane al di sotto della pressione di vapore, le bolle di vapore non collassano.

Invece, la miscela liquido-vapore continua a valle.

Un'applicazione di valvola di controllo è generalmente considerata flashing quando:

P₂ < Pᵥ

dove:

• P₂ = pressione a valle
• Pᵥ = pressione di vapore del liquido

Il flashing può causare una significativa erosione perché la miscela liquido-vapore ad alta velocità può impattare continuamente le superfici della valvola e delle tubazioni.

2. Cos'è la Cavitazione?

La cavitazione inizia in modo simile.

Mentre il liquido passa attraverso la restrizione all'interno di una valvola di controllo, la velocità aumenta e la pressione locale diminuisce.

Se la pressione alla vena contracta raggiunge la pressione di vapore del liquido, si possono formare bolle di vapore.

La differenza si verifica a valle.

Se la pressione del liquido si recupera al di sopra della pressione di vapore, le bolle collassano.

Questo collasso rilascia energia e può produrre:

• Rumore
• Vibrazione
• Pitting
• Danneggiamento del trim
• Riduzione delle prestazioni della valvola

Il danno da cavitazione è spesso caratterizzato da una superficie ruvida, bucherellata o irregolare.

3. Flashing vs Cavitazione

La distinzione dipende principalmente dalla relazione tra pressione a valle e pressione di vapore.

4. Perché il Flashing Causa Erosione?

Quando si verifica il flashing, il liquido si trasforma in una miscela liquido-vapore.

La miscela può raggiungere alta velocità attraverso e a valle della valvola.

A differenza della cavitazione, le bolle di vapore non collassano ripetutamente contro la superficie della valvola perché la pressione a valle rimane al di sotto della pressione di vapore.

La preoccupazione principale è quindi l'erosione continua dal flusso bifase ad alta velocità.

Il danno da flashing può avere un aspetto relativamente liscio e lucidato, che differisce dal pitting ruvido comunemente associato alla cavitazione.

5. Perché la Cavitazione Causa Pitting?

In servizio di cavitazione, si formano bolle di vapore quando la pressione locale diventa sufficientemente bassa.

Man mano che la pressione si recupera a valle, le bolle collassano.

Se il collasso avviene vicino a una superficie metallica, l'energia rilasciata durante il collasso della bolla può causare danni localizzati.

Il collasso ripetuto può produrre una superficie ruvida e bucherellata sul trim della valvola.

In casi gravi, il danno può estendersi alle tubazioni a valle.

6. Come si Identificano Flashing o Cavitazione?

Alcuni segnali pratici possono aiutare a identificare il problema.

Possibili Segni di Cavitazione

• Rumore forte
• Vibrazione intensa
• Trim della valvola bucherellato
• Ripetuti guasti del trim
• Controllo instabile
• Danni vicino all'area di recupero della pressione

Possibili Segni di Flashing

• Erosione continua
• Superfici danneggiate lisce o lucidate
• Flusso bifase a valle
• Alta velocità a valle
• Erosione dell'uscita della valvola e delle tubazioni a valle

Tuttavia, l'ispezione visiva da sola non è sufficiente per determinare l'esatta condizione del flusso.

È necessario esaminare la pressione di processo, la temperatura, la portata e la pressione di vapore del liquido.

7. Come si Può Controllare la Cavitazione?

Poiché la cavitazione è correlata al recupero della pressione e al collasso delle bolle, l'obiettivo è ridurre o controllare le condizioni che consentono il collasso dannoso delle bolle.

Possibili approcci includono:

Riduzione della pressione a stadi

Un trim specializzato può dividere la caduta di pressione in più stadi.

Trim Anticavitazione

Gabbie e passaggi di flusso possono essere progettati per controllare la velocità e il recupero della pressione.

Dimensionamento corretto della valvola

Un dimensionamento corretto aiuta a evitare velocità inutilmente elevate e cadute di pressione eccessive.

Selezione appropriata della valvola

La geometria del corpo valvola e del trim può avere un effetto significativo sul recupero della pressione e sul rischio di cavitazione.

Ad esempio, il trim Fisher Cavitrol III è progettato per ridurre la pressione a stadi nelle applicazioni con cavitazione.

8. Come si Possono Ridurre i Danni da Flashing?

Il flashing non può essere semplicemente eliminato cambiando la valvola di controllo perché è determinato dalle condizioni di processo.

Se la pressione a valle rimane al di sotto della pressione di vapore del liquido, può verificarsi il flashing.

L'obiettivo è quindi quello di gestire l'erosione risultante.

Approcci comuni includono:

• Selezione di materiali resistenti all'erosione
• Riduzione della velocità locale del fluido
• Utilizzo di una geometria della valvola adatta
• Protezione delle superfici vulnerabili della valvola
• Aumento dell'area di flusso a valle
• Selezione di design di valvole adatti per servizi gravosi

Emerson osserva che il flashing è una condizione di sistema e raccomanda di selezionare la geometria e i materiali della valvola che minimizzano l'erosione piuttosto che tentare di prevenire il flashing stesso.

9. Si Può Usare la Stessa Valvola per Flashing e Cavitazione?

Non necessariamente.

Le due condizioni creano meccanismi di danno diversi, quindi la valvola dovrebbe essere selezionata in base alla condizione di processo effettiva.

Per la cavitazione, l'obiettivo di progettazione è generalmente quello di controllare la caduta di pressione e prevenire o ridurre il collasso dannoso delle bolle.

Per il flashing, l'obiettivo di progettazione è più focalizzato sulla gestione del flusso bifase ad alta velocità e sulla minimizzazione dell'erosione.

Le valvole di controllo per servizi gravosi possono essere progettate per combinazioni specifiche di cavitazione, flashing, erosione, alta caduta di pressione e alta velocità.

10. Quali Dati di Processo Sono Necessari?

Quando si valutano flashing o cavitazione, fornire:

• Nome del fluido
• Portata
• Pressione a monte
• Pressione a valle
• Temperatura operativa
• Pressione di vapore
• Densità del fluido
• Dimensioni della tubazione
• Dimensioni della valvola
• Tipo di valvola
• Caduta di pressione richiesta

Per una valvola esistente, fornire anche il modello della valvola e le informazioni sul trim, se disponibili.

Ciò consente al fornitore della valvola di valutare le condizioni di pressione effettive invece di diagnosticare il problema basandosi solo sul rumore o sui danni visibili.

Conclusione

Il flashing e la cavitazione iniziano da una condizione simile: la pressione del liquido scende sufficientemente in basso da formare bolle di vapore.

La differenza principale è ciò che accade dopo:

Flashing:

Si forma vapore → La pressione a valle rimane al di sotto della pressione di vapore → Il vapore rimane nel flusso

Cavitazione:

Si forma vapore → La pressione a valle si recupera → Le bolle di vapore collassano

Questa differenza porta a diversi meccanismi di danno.

Il flashing è principalmente associato all'erosione da flusso liquido-vapore ad alta velocità, mentre la cavitazione può causare pitting grave, rumore e vibrazioni dovuti al collasso delle bolle di vapore.

Un dimensionamento corretto della valvola, dati di processo accurati e una selezione appropriata della valvola o del trim sono importanti per entrambe le condizioni.

Per applicazioni di servizi gravosi, possiamo fornire valvole di controllo e soluzioni di valvole specializzate da Fisher, Flowserve, Masoneilan, Samson, Koso e altri produttori.

Se si verificano erosione, rumore o vibrazioni della valvola, fornire le condizioni di processo e il modello della valvola esistente per una revisione tecnica.