ما هو الفرق بين صمام البوابة وصمام الكرة الأرضية

ما هو الفرق بين صمام البوابة وصمام الكرة الأرضية

في تصميم نظام خطوط الأنابيب أو اختيار الصيانة، غالبًا ما تتم مقارنة صمامات البوابة والصمامات الكروية. على الرغم من أن كلاهما يستخدم لمنع أو تنظيم التدفق المتوسط، إلا أن هناك اختلافات كبيرة في بنيتها الداخلية وديناميكيات الموائع والسيناريوهات القابلة للتطبيق.

 

من منظور هندسة مسار التدفق، يتحرك عضو الإغلاق (البوابة) لصمام البوابة بشكل عمودي على اتجاه السائل. عندما يكون الصمام مفتوحًا بالكامل، تقوم البوابة بإخلاء مسار التدفق تمامًا، مما يؤدي إلى إنشاء ممر مستقيم-. يجلب هذا التصميم معلمة رئيسية:منفذ كامل. A صمام بوابة المنفذ الكامليحتوي على قطر تجويف يتطابق بشكل أساسي مع القطر الداخلي للأنبوب، ويمكن أن يصل معامل التدفق المقاس (قيمة Cv) إلى 95%~98% من الأنبوب المستقيم بنفس الحجم. على سبيل المثال، DN100، PN16 صمام بوابة المنفذ الكاملفي ظل ظروف مفتوحة بالكامل يُظهر انخفاضًا في الضغط ΔP عادةً أقل من 0.5 كيلو باسكال (متوسط: ماء، سرعة التدفق 2 م/ث).

 

وفي المقابل، يكون مسار التدفق للصمام الكروي على شكل "S"-أو منحنيًا. يجب أن يمر السائل عبر فجوة حلقية ضيقة بين المقعد والقرص - حتى عندما يكون الصمام مفتوحًا بالكامل، يتغير اتجاه التدفق مرتين بمقدار 90 درجة. يؤدي هذا الهيكل إلى فقدان ضغط أعلى بكثير. معيار الصناعةأبي 623تظهر بيانات الاختبار أنه بالنسبة لنفس حجم التجويف (DN100)، فإن قيمة Cv للصمام الكروي المفتوح بالكامل تبلغ 40% إلى 60% فقط من قيمة صمام البوابة، ويكون فقدان الضغط أعلى بمقدار 3 إلى 5 مرات.

آلية الختم وخصائص التشغيل

تعتمد صمامات البوابة على قوة الإسفين بين البوابة ووجهي المقعدين لتحقيق الختم. في ظروف الضغط الصناعي-درجة الحرارة المرتفعة-الصناعية العالية، يكونصمام بوابة إسفين من الصلب المصبوبهو خيار مشترك. تحتوي بوابتها على شكل مستدق -إسفيني (عادةً زاوية إسفينية تتراوح من 5 درجات إلى 8 درجات ) تتزاوج مع أسطح الغلق في الجسم. عند الإغلاق، يدفع الجذع البوابة إلى الأسفل، وتنتج الأسطح الإسفينية تأثير قفل ذاتي ميكانيكي، مما يحقق ضغط تلامس مانع للتسرب يبلغ 40 ~ 60 ميجا باسكال (وفقًا لـأسم B16.34، تصنيف الفئة 300). ومع ذلك، فإن صمامات البوابة ليست مناسبة لتنظيم التدفق - عندما تكون البوابة عند فتحة متوسطة، فإن التأثير والاهتزاز المتوسط ​​عالي السرعة يؤدي إلى تآكل أسطح الختم بسرعة. تظهر التجربة أن التشغيل المستمر لصمام البوابة عند فتح بنسبة 30% إلى 70% يقلل من عمر سطح الختم إلى أقل من 10% من العدد المقدر لدورات التبديل.

من ناحية أخرى، تحتوي الصمامات الكروية على أسطح مانعة للتسرب مصممة لتكون مسطحة أو مخروطية (زاوية مخروطية عادةً من 5 درجات إلى 10 درجات)، مع ضغط القرص عموديًا على المقعد. يسمح هذا البناء بإغلاق ثابت في أي موضع فتح، مما يجعل الصمام الكروي مرشحًا مثاليًا لمهمة الاختناق. لكن المقايضة هي أن الجذع يجب أن يتحمل قوة محورية أكبر. بالنسبة للصمام الكروي من الفئة 150، DN80، يكون دفع الجذع المطلوب للإغلاق حوالي 1.8 مرة من صمام الكرة الأرضيةصمام بوابة إسفين من الصلب المصبوببنفس المواصفات (محسوبة على أساس: الضغط المتوسط ​​1.6 ميجا باسكال، متوسط ​​قطر سطح الختم 60 مم).

 

المواد ومعايير التصنيع

A صمام بوابة إسفين من الصلب المصبوبعادة ما تكون مصنوعة منWCB, إل سي بي، أومرحاض6يلقي الكربون وسبائك الفولاذ، مع نطاق درجة حرارة قابل للتطبيق من -29 درجة إلى 425 درجة (لWCB). يمكن أن تكون أسطح الختم صلبةالأقمار الصناعية 6سبيكة أساسها الكوبالت (صلابة HRC 40~45)، أو مصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ بالكروم بنسبة 13%. على سبيل المثال، بيانات المشتريات من مشروع بتروكيماويات: 6 بوصة، فئة 300صمام بوابة إسفين من الصلب المصبوبيبلغ الحد الأدنى لسماكة الجدار 9.5 ملم لكلأسم B16.34، ضغط اختبار هيدروستاتيكي يبلغ 7.7 ميجا باسكال (درجة الحرارة المحيطة)، واجتماع اختبار التسربأبي 598(صفر تسرب للسوائل).

 

لصمام بوابة المنفذ الكامل، يجب الالتزام بتفاوتات الأبعاد الحرجةايزو 5208أوإن 12266. نموذجي 4 بوصة (DN100)منفذ كامليبلغ الحد الأدنى للتجويف الفعلي للمنتج 102 مم (يبلغ القطر الداخلي للأنبوب عادة 104 مم). بالمقارنة مع صمام البوابة ذو التجويف المنخفض (تتحمل حوالي 80 مم فقط)، فإنمنفذ كامليسمح التصميم للخنزير أو مسبار الفحص بالمرور دون عائق. ومع ذلك، فإن المنفذ الكامل يزيد من طول الصمام وجهًا لوجه - وفقًا لـايزو 5752، يبلغ طول هيكل صمام البوابة ذو المنفذ الكامل مقاس 4 بوصات حوالي 229 مم، بينما يبلغ طول الصمام ذو التجويف المنخفض بنفس الحجم 178 مم فقط.

 

أساس قرار الاختيار: متى يتم استخدام صمام البوابة مقابل الصمام الكروي

وفقأبي 571ونيس MR0175المبادئ التوجيهية، الشروط التالية تفضل اختيار صمامات البوابة (خاصةصمام بوابة إسفين من الصلب المصبوب):

• خطوط أنابيب المسافات الطويلة (مثل خطوط النفط الخام والغاز الطبيعي الرئيسية) التي لا تتطلب أي فقدان للضغط تقريبًا عندما تكون مفتوحة بالكامل.
• أنظمة ذات دورة تشغيل وإيقاف متكررة ولكن لا حاجة إلى تنظيم وسيط.
• الوسائط التي تحتوي على جزيئات صلبة - يكون مسار التدفق المستقيم لصمام البوابة أقل عرضة للانسداد.

 

صمامات الكرة الأرضية مناسبة لـ:

• الفروع التي تتطلب تنظيمًا دقيقًا للتدفق (على سبيل المثال، ممر مياه التبريد، ومياه التغذية التي تعمل على إزالة التسخين بالبخار).
• التطبيقات ذات تردد التبديل المنخفض ولكنها تتطلب إيقافًا سريعًا (شوط إغلاق الصمام الكروي يدور حول دوران ساق واحد، بينما تتطلب صمامات البوابة دورات متعددة).
• أحجام التجويف الصغيرة (DN أقل من أو تساوي 50)، حيث تكون الصمامات الكروية أقل تكلفة ومساحة تركيب.

 

التحقق من صحة بيانات الصناعة والمفاهيم الخاطئة الشائعة

تُظهر المراجعة الإحصائية لسجلات صيانة المصافي (2008-2020، التي تغطي 37 وحدة): في أنظمة تتبع البخار (البخار المشبع، الضغط 1.0 ميجا باسكال، درجة الحرارة 184 درجة)، كان لصمامات البوابة المستخدمة بشكل غير صحيح للاختناق متوسط ​​​​الوقت بين حالات الفشل (MTBF) 6 أشهر فقط؛ وبعد استبدالها بالصمامات الكروية، زادت مدة MTBF إلى 54 شهرًا. على العكس من ذلك، في خط بقايا وحدة التقطير الجوي/الفراغي (متوسط ​​يحتوي على مسحوق محفز، درجة حرارة 350 درجة)، شهدت الصمامات الكروية تآكلًا شديدًا وانثقابًا في المقعد بسبب التدفق المضطرب، مع متوسط ​​عمر خدمة أقل من عام واحد؛ استبدال مع أصمام بوابة إسفين من الصلب المصبوب(ختم الوجوه الصلبة معالقمر الصناعي 21، صلابة HRC 38 ~ 42) تمديد عمر الخدمة لأكثر من 5 سنوات.

 

هناك معلمة أخرى غالبًا ما يتم تجاهلها: عزم الدوران التشغيلي. وفقايزو 5210الاختبار، صمام بوابة مقاس 8 بوصة، فئة 150 (إسفين الصلب المصبوبالنوع) لديه عزم دوران فتح/إغلاق يبلغ حوالي 850 نيوتن متر تحت الضغط التفاضلي المقدر؛ يبلغ عزم إغلاق الصمام الكروي من نفس الحجم حوالي 400 نيوتن متر فقط. ومع ذلك، بالنسبة لاختيار المشغل الكهربائي أو الهوائي، لاحظ أن صامولة ساق صمام البوابة يجب أن تتحمل قوة دفع أكبر بكثير (بسبب عملية الإسفين).

 

ملخص

تكمن الاختلافات الأساسية بين صمامات البوابة والصمامات الكروية في هندسة مسار التدفق ومبدأ الختم. أصمام بوابة المنفذ الكامليوفر ممرًا مباشرًا غير مقيد تقريبًا، وهو مناسب للتطبيقات التي تتطلب مقاومة منخفضة وممرًا للخنازير. الصمام بوابة إسفين من الصلب المصبوب، مع أسطح الغلق الإسفينية، يعمل بشكل موثوق في درجات الحرارة العالية والضغط العالي والوسائط المحملة بالجسيمات. يوفر الصمام الكروي، بمسار التدفق المتعرج وهيكل الغلق العمودي، إمكانية الاختناق على حساب فقدان الضغط العالي. يجب أن يأخذ الاختيار في الاعتبار متطلبات العملية المحددة لقيمة Cv، وخصائص الوسط، وتكرار التشغيل، وفترات الصيانة، ويتم التحقق منها وفقًا لمعايير مثلأبي 600(صمامات البوابة) وأبي 623(صمامات الكرة الأرضية).