Пережимний клапан проти ножового: Посібник з вибору

Вибір між a пережимний клапан і а шибер ножовий звертається до єдиного практичного питання: чи програма надає пріоритет герметичному перекриттю без витоків для абразивних суспензій чи економічно ефективній компактній точці ізоляції для осаду та твердих частинок, яка може допускати незначні витоки. Для суспензій з грубими, гострими частинками, діаметр яких перевищує 1/8 дюйма, пережимний клапан із повнопрохідним еластомерним рукавом забезпечує приблизно в три-п’ять разів більший термін служби, ніж ножовий затвор із металевими сідлами. Проте шиберний клапан залишається стандартом, де мало місця, початкові капітальні витрати повинні бути мінімізовані, а технологічна рідина містить тверді волокна, які можуть розірвати гнучку втулку.

Принцип дії та механізми закриття

Пережимний клапан перекриває потік, механічно стискаючи пружну еластомерну втулку, поки дві внутрішні стінки не зустрінуться й не утворять щільне ущільнення. Механізм закриття може бути простим одностороннім затискачем, механізмом з подвійним затисканням, який стискає з обох боків, або пневматично приводеним концентричним закриттям, яке рівномірно згортає рукав. Сам рукав є єдиним компонентом, який контактує з технологічною рідиною, усуваючи потребу в продувці порожнини корпусу або промиванні сидіння. Повний профіль рукава точно відповідає внутрішньому діаметру труби у відкритому стані, що забезпечує коефіцієнт падіння тиску (Cv), ідентичний прямому трубопроводу.

Ножева засувка проштовхує скошене сталеве лезо, часто з нержавіючої сталі з наплавленою передньою кромкою, через пружне сідло або безпосередньо через контакт метал-метал у сальникову коробку в нижній частині корпусу. Під час закриття лезо розрізає зважені тверді речовини та пучки волокон. На відміну від клинового затвора, який покладається на механічне заклинювання для ущільнення, ножовий затвор залежить від перепаду тиску на диску, щоб притиснути його до нижньої поверхні сідла, що робить його односпрямованим ущільнювальним клапаном за своєю конструкцією.

Межі застосування, визначені технологічною рідиною

Розмір твердих частинок суспензії, форма та твердість визначають, який тип клапана виживе. Манжети пережимних клапанів виготовляються з натурального каучуку, EPDM, нітрилу або хлорбутилу з твердістю за Шором від 40 А до 65 А по твердості. Коли гостра незграбна частинка затримується на поверхні гільзи під час закриття клапана, еластомер деформується навколо частинки та все ще досягає 100% герметичне ущільнення при тиску до 300 psi в клапанах малого діаметра. Ножовий затвор, навпаки, буде утримувати частинку на металевому сідлі, запобігаючи повному закриттю та створюючи постійний шлях витоку. У шахтних хвостових лініях, де частинки кремнезему вимірюють твердість за шкалою Мооса 7, металевий ножовий затвор зазвичай потребує заміни сідла щоразу Від 20 000 до 50 000 циклів , тоді як гільза пережимного клапана в тому ж сервісі досягає Від 100 000 до 250 000 циклів .

Температура є обмежуючим фактором пережимного клапана. Вище еластомерні рукави швидко руйнуються 120°C (250°F) , а максимальна безперервна робоча температура навіть для високоефективних фторэластомерних сполук рідко перевищує 150°C. Ножові засувки з металевими сідлами та набивкою з графіту або PTFE надійно працюють на 540°C (1000°F) і аbove, making them the default choice for fly ash handling, flue gas desulfurization slurry at elevated temperature, and asphalt batch plants.

Порівняльний аналіз критичних показників ефективності

Вибір матеріалу втулки для пережимних клапанів

Втулка пережимного клапана одночасно є запірним елементом, межею тиску та поверхнею зносу. Вибір матеріалу залежить від хімічної агресивності рідини, концентрації твердих частинок і робочої температури. Чистий натуральний каучук забезпечує найвищу пружність і міцність на розрив, ідеально підходить для pH-нейтральні мінеральні суспензії з розміром частинок до 2 дюймів . Манжети з EPDM витримують розбавлені кислоти та їдкі речовини до 120°C і протистоять озону та ультрафіолетовому розкладанню під час зовнішньої установки. Нітрилові рукава стійкі до рідин на основі вуглеводнів, що робить їх придатними для нафтових піщаних хвостів, де вміст бітуму може перевищувати 5%. Хлоробутилові рукави поєднують хімічну стійкість із низькою газопроникністю, що є необхідним для суспензій відбілювання діоксидом хлору на целюлозних заводах.

Поломка гільзи рідко буває катастрофічною, оскільки зовнішнє тіло підтримує тиск, навіть якщо внутрішній каркас розколюється. Спостережуваний вид руйнування — це витік через шар армування, який поступово збільшується. Оператори заводу можуть запланувати заплановану зупинку для заміни муфти, коли рівень витоку досягає неприйнятного рівня, як правило Від 5 до 10 галонів на годину для 6-дюймової лінії .

Конфігурація сідла воріт ножа та цілісність упаковки

Ахіллесовою п'ятою ножового затвора є порожнина тіла під лезом. Тверді частинки накопичуються в цій мертвій зоні, ущільнюючись з кожним циклом, доки лезо більше не зможе повністю сидіти. Конструктивні пом’якшувальні засоби включають похилу підлогу корпусу, яка спрямовує тверді частинки до вихідного отвору, продувний отвір, просвердлений і врізаний у нижній частині корпусу для періодичного промивання, або конструкцію без кришки, де лопаті повністю втягуються з потоку потоку, затягуючи накопичений матеріал із собою в зону упаковки. Ця остання конструкція, відома як двонаправлений ножовий затвор із закритим корпусом, є стандартною для первинний осад стічних вод з концентрацією ганчірки та піску вище 3% .

Сальник є основним джерелом неконтрольованих викидів. Ножовий засувний клапан, що рухається через абразивну суспензію, осідає пісок на поверхні леза, який потім стирає кільця сальника під час кожного циклу. ПТФЕ або графітове ущільнення з динамічним навантаженням, яке живиться дисковими пружинами, які підтримують постійну силу сальника, подовжує термін служби ущільнення на у два-три рази порівняно з простими болтовими сальниковими втулками . Навіть при постійному навантаженні ножовий шиберний клапан у важких умовах роботи з шламом потребує регулювання або заміни сальника кожні 10 000 циклів у порівнянні з нульовим обслуговуванням сальника для пережимного клапана, який не має динамічного ущільнення штока.

Структура витрат і загальна економіка життєвого циклу

Порівняння закупівельної ціни є простим, але вводить в оману, якщо розглядати його окремо. Ручна 6-дюймова ножова засувка з вуглецевої сталі коштує приблизно Від 400 до 700 доларів , тоді як еквівалентний пережимний клапан з ручним пережимним механізмом коштує Від 800 до 1500 доларів . Ворота для ножів явно дешевші в перший день. Однак розрахунок загальної вартості володіння повинен включати заплановане технічне обслуговування, заміну комплектів сидінь або чохлів і час простою виробництва.

Для мінерально-збагачувального заводу, що працює цілодобово та без вихідних із 6-дюймовою хвостосховищем, ножовий затвор потребує заміни сідла кожні 8 місяців і повної заміни клапана через 24 місяці, що дає загальну вартість за три роки приблизно 3200 доларів США, включаючи запчастини та два запланованих зупинки . Пережимний клапан потребує однієї заміни втулки кожні 18 місяців, без обслуговування корпусу, протягом трьох років 2100 доларів США, включаючи одне коротше відключення . Точка переходу, де пережимний клапан стає економічно домінуючим, відбувається приблизно Від 14 до 18 місяців безперервної служби у більшості абразивних застосувань. Винятком є ​​обслуговування чистої води або фільтрованих стічних вод, де ножовий засув із пружними сідлами працюватиме без обслуговування протягом десяти років, а більш висока початкова вартість пережимного клапана ніколи не відшкодовується.

Орієнтація встановлення та обмеження інтеграції трубопроводів

Пережимні клапани є осесиметричними і можуть бути встановлені в будь-якій орієнтації, не впливаючи на продуктивність. Сили відкриття та закриття рукава не залежать від сили тяжіння. Ця гнучкість дозволяє встановити горизонтальний, вертикальний висхідний і вертикальний низхідний потік, хоча вертикальна установка з потоком вгору через нормально закритий клапан може зазнати ефекту гідроудару, якщо рукав закривається надто швидко проти стовпа щільного шламу. Контрольований час закриття 1,5-2 секунди на дюйм діаметра клапана пом'якшує скачки тиску.

Ножові засувки найкраще встановлювати таким чином, щоб шток був вертикально, а лопатка рухалася горизонтально поперек осі труби. Встановлення ножового затвора зі штоком горизонтально нижче центральної лінії труби розташовує сальник у найнижчій точці, гарантуючи осідання твердих частинок у сальнику та прискорення витоку штока. Горизонтальна орієнтація штока над трубою прийнятна, але вимагає опори хомута, щоб запобігти відхиленню лопаті від консольної ваги. Ультракороткий розмір «лицем до лиця» є вирішальною перевагою при модернізації існуючої стійки для труб, де демонтувати 24-дюймову котушку структурно неможливо, але 6-дюймовий зазор можна скоротити, а ножовий шибер вставити з мінімальною модифікацією трубопроводу.

Стратегії активації для надійної дистанційної роботи

Обидва типи клапанів пропонуються з ручними штурвалами, пневматичними циліндрами, електричними приводами та гідравлічними приводами. Вибір приводу в дію залежить від наявних комунікацій і вимог до швидкості закриття. Пневматичні пережимні клапани, які використовують стиснене повітря для згортання рукава безпосередньо через інтегрований корпус сорочки, повністю усувають механічний затискний механізм. Ці "повітряні" перетинні клапани закриваються шляхом натискання 20-30 psi вище тиску в магістралі до кільцевого простору між рукавом і зовнішнім корпусом, забезпечуючи рівномірне стиснення на 360 градусів і максимальний термін служби рукава. Ця конструкція є стандартною для додатків з високим циклом, що перевищує 50 000 операцій на рік.

Приведення в дію ножового шиберного клапана має подолати три різні сили: силу зсуву, необхідну для прорізання стовпа суспензії, тертя ковзання лопаті об поверхні сідла та тертя набивання по периметру лопаті. Може знадобитися 12-дюймовий ножовий затвор, який закривається проти тиску в магістралі 50 фунтів на квадратний дюйм під час різання твердих частинок, що осіли. Від 2500 до 4000 фунтів лінійної тяги . Вибір малогабаритного пневматичного циліндра, який зупиняється на середині ходу, є типовою помилкою при введенні в експлуатацію. Діаметр циліндра слід вибирати на основі максимального перепаду тиску та найгіршого навантаження твердих частинок, а не крутного моменту відриву чистої води, опублікованого в каталозі виробника.