Cosa causa la cavitazione delle valvole di controllo?

La cavitazione della valvola di controllo è un problema comune nel servizio di liquidi, specialmente quando una valvola funziona con un calo di pressione elevato.danni al taglio e prestazioni instabili della valvola.

La cavitazione si verifica quando la pressione di un liquido scende abbastanza in basso mentre passa attraverso una valvola di controllo, causando la formazione di bolle di vapore.queste bolle possono crollare violentemente e danneggiare le superfici vicine della valvola.

La comprensione delle cause della cavitazione è importante quando si selezionano e dimensionano le valvole di controllo per applicazioni di processo impegnative.

1Che cos'è la cavitazione della valvola di controllo?

La cavitazione si verifica quando la pressione locale di un liquido scende a o sotto la sua pressione di vapore mentre il liquido passa attraverso una restrizione.

All'interno di una valvola di controllo, la velocità di flusso più elevata e la pressione locale più bassa si verificano generalmente intorno alvena contrattaSe la pressione a questo punto diventa abbastanza bassa, possono formarsi bolle di vapore.

Mentre il liquido si muove a valle, la sua velocità diminuisce e la pressione inizia a riprendersi.

Questa ripetuta formazione e collasso di bolle di vapore è ciò che crea la cavitazione.

La cavitazione avviene solo nel servizio liquido, mentre i gas e i vapori non subiscono questo tipo di fenomeno.

2Cosa causa la cavitazione in una valvola di controllo?

Diverse condizioni di processo e di valvola possono contribuire alla cavitazione.

Caduta di pressione elevata

Un grande calo di pressione attraverso la valvola aumenta la possibilità che la pressione locale alla vena contratta scenda al di sotto della pressione di vapore del liquido.

Questo è uno dei fattori più importanti nella valutazione della cavitazione.

Applicazioni con:

• Pressione di ingresso elevata
• Basse pressioni a valle
• Grandi differenziali di pressione
• Alta velocità di flusso

può richiedere particolare attenzione durante la misurazione e la selezione delle valvole.

Basse pressioni a valle

La pressione a valle della valvola influenza il recupero della pressione.

Se le condizioni di processo causano una significativa riduzione della pressione attraverso la valvola, la pressione locale può raggiungere la pressione di vapore del liquido.

Temperatura elevata del liquido

La pressione del vapore dipende fortemente dalla temperatura del liquido.

Con l'aumento della temperatura del liquido, la pressione del vapore aumenta generalmente, il che significa che un liquido può diventare più suscettibile alla formazione di vapore a temperature più elevate.

Alta velocità di flusso

L'elevata velocità attraverso la valvola aumenta la riduzione della pressione associata alla restrizione.

La geometria della valvola, la progettazione della guarnizione e l'area di flusso influenzano tutti il profilo di velocità e pressione risultante.

3Perché la cavitazione è dannosa?

La cavitazione incontrollata può creare diversi problemi.

Noise

Il rapido collasso delle bolle di vapore può generare rumori significativi, che possono assomigliare a ghiaia o particelle che si muovono attraverso la valvola.

Vibrazione

La formazione e il collasso ripetuti di bolle possono creare vibrazioni nella valvola e nelle condotte collegate.

Le vibrazioni forti possono influenzare i componenti delle valvole, il montaggio degli attuatori e gli strumenti.

Danni da taglio

I danni da cavitazione si manifestano comunemente comesuperfici con buche e superfici ruvidesul rivestimento delle valvole o su altri componenti esposti al collasso delle bolle.

Se la cavitazione è grave, il danno può estendersi oltre la valvola fino alla tubazione a valle.

Riduzione delle prestazioni di controllo

La cavitazione grave può interferire con il controllo del flusso stabile e può ridurre la durata di vita della valvola.

4Come controllare il rischio di cavitazione

La cavitazione deve essere valutata durante il processo di dimensionamento della valvola di controllo.

Informazioni importanti sui processi includono:

• Tipo di fluido
• Tasso di flusso
• Pressione a monte
• Pressione a valle
• Temperatura di funzionamento
• Pressione del vapore
• Densità del fluido
• Dimensione della valvola
• Tipo di valvola
• Caduta di pressione richiesta

I metodi di dimensionamento delle valvole di controllo utilizzano il recupero della pressione e i relativi parametri del fluido per valutare il potenziale di cavitazione e di flusso soffocato.

Non è sempre sufficiente confrontare semplicemente la pressione di entrata e di uscita perché la pressione alla vena contratta può essere sostanzialmente inferiore alla pressione a valle.

5Come si può ridurre la cavitazione della valvola di controllo?

La soluzione dipende dalla gravità e dalle condizioni di funzionamento.

Ridurre la caduta di pressione per fase

Invece di permettere che l'intera caduta di pressione si verifichi in una sola restrizione severa, il rivestimento delle valvole specializzato può distribuire la riduzione di pressione in più fasi.

Ciò riduce la caduta di pressione locale e aiuta a controllare la formazione di vapore.

Utilizzare un rivestimento anti-cavitazione

Una guarnizione anticavitazione specializzata può controllare il profilo di pressione e velocità all'interno della valvola.

Ad esempio, il rivestimento Fisher Cavitrol III utilizza molteplici restrizioni di flusso per mettere in scena la caduta di pressione e ridurre gli effetti dannosi della cavitazione.

Per applicazioni più impegnative, valvole specializzate come la Fisher CAV4 sono progettate per servizi di cavitazione ad alta pressione.

Riesame della dimensione della valvola

Una valvola di dimensioni errate può funzionare in condizioni che aumentano la velocità e la caduta di pressione.

La valvola deve essere dimensionata in base alle condizioni di processo effettive minime, normali e massime, piuttosto che semplicemente corrispondere al diametro della condotta.

Considera la geometria delle valvole

Il corpo della valvola e la geometria della guarnizione influenzano il recupero della pressione.

I progetti di valvole ad alto recupero possono essere più suscettibili alla cavitazione in determinate condizioni perché la pressione alla vena contratta può diminuire significativamente.

6. Cavitazione vs flusso soffocato

Cavitazione e flusso soffocato sono correlati, ma non sono esattamente la stessa cosa.

Il flusso di liquido soffocato si verifica quando l'aumento della caduta di pressione non produce più un corrispondente aumento della portata.

La cavitazione può verificarsi come parte di questa condizione di caduta di alta pressione quando la pressione del liquido locale cade alla pressione del vapore e si formano bolle di vapore.

Pertanto, una valvola che opera in prossimità di un flusso soffocato richiede un'attenta valutazione del rischio di cavitazione.

7Applicazioni comuni in cui può verificarsi la cavitazione

La cavitazione è più probabile che diventi un problema nelle applicazioni che coinvolgono gocce ad alta pressione, tra cui:

• Acqua di alimentazione della caldaia
• Controllo dello scarico della pompa
• Discarica di liquidi ad alta pressione
• Trasformazione del petrolio e del gas
• Impianti petrolchimici
• Trasformazione chimica
• Produzione di energia
• Sistemi idrici ad alta pressione

Le valvole di controllo di servizio severo sono comunemente utilizzate in applicazioni che comportano una caduta di pressione elevata, cavitazione, erosione, vibrazioni e altre condizioni impegnative.

8Quali informazioni devono essere fornite per la selezione delle valvole?

In caso di sospetto di cavitazione, fornire le seguenti informazioni quando si richiede un preventivo della valvola di controllo:

• Tipo di fluido / liquido
• Flusso minimo, normale e massimo
• Pressione di ingresso
• Pressione di uscita
• Temperatura di funzionamento
• Pressione del vapore
• Gravità o densità specifica
• Dimensione del tubo
• Dimensione della valvola
• Intervallo di controllo richiesto
• Modello di valvola esistente, se del caso

Queste informazioni consentono al fornitore o all'ingegnere delle valvole di valutare il profilo di pressione e determinare se è necessaria una soluzione standard o una soluzione anticavitazione.

Conclusioni

La cavitazione della valvola di controllo è principalmente associataServizio liquido, alta caduta di pressione e bassa pressione locale.

Il processo di base è:

Velocità di flusso elevata → bassa pressione alla vena contratta → formazione di bolle di vapore → recupero della pressione → collasso delle bolle → rumore, vibrazioni e danni

La prevenzione della cavitazione grave inizia con la corretta dimensione delle valvole e la valutazione del processo.geometria della valvola e materiali adeguati.

Forniamo valvole di controllo industriali e posizionatori di valvole per applicazioni di processo impegnative, incluse soluzioni daFisher, Samson, Masoneilan, Flowserve, Koso e altri produttori.

Se si ha a che fare con rumore, vibrazioni o danni ripetuti alla guarnizione della valvola, fornire il modello della valvola e le condizioni del processo per una revisione della configurazione.