Een kogelkraan heeft een bolvormige schijf om de vloeistofstroom te openen en te sluiten. Zij zijn de industriestandaard voor pijpleidingafsluittoepassingen, omdat hun ontwerp een zeer dichte en lekvrije afdichting garandeert, zelfs na jaren van gebruik. De twee belangrijkste types kogelkranen zijn de drijvende en de tuimelkleppen (zij- of bovenaansluiting). Het huis kan gegoten of gesmeed zijn en monolithisch of gesplitst (in 2 of 3 stukken). De API 6D en ASME B16.34 zijn belangrijke specificaties.
WAT IS EEN Kogelklep?
Kogelkleppen zijn belangrijke apparaten om de stroom van een vloeistof (olie, gas, stoom, enz.) in de petrochemische industrie af te sluiten en te regelen.
ADVANTAGES EN DISADVANTAGES VAN KEGELKLEPPEN
Dit type klep heeft de volgende voordelen:
- kan snel worden geopend en gesloten met een kwartslagbeweging
- zorgen voor een zeer dichte afdichting zonder de noodzaak van hoge torsiekrachten
- hebben een compact ontwerp (dit is het belangrijkste verschil tussen een kogelklep en een schuifafsluiter – die beide aan/uit apparaten zijn)
De nadelen zijn:
- de klep heeft slechte regel- en smoorcapaciteiten, omdat hij is ontworpen voor het afsluiten van de pijpleiding in plaats van voor debietmodulatie (dit is een ideale functie voor globe-kleppen): bij smoren erodeert de gedeeltelijk blootliggende zitting als gevolg van de hoge stroomsnelheid en de druk die de klep ondervindt. De slijtage kan leiden tot een geleidelijke lekkage van de klep.
- De klep kan niet worden gebruikt voor slurries, aangezien de opeenhoping van zwevende deeltjes en vuil de klep zou doen lekken. Deze deeltjes kunnen stollen in de holten in de nabijheid van de kogel en de zittingen. Kogelkleppen zijn veel efficiënter met gassen en andere vloeibare vloeistoffen (zelfs uitdagende chemicaliën zoals droge chloor, fluorwaterstofzuur of zoutzuur, en zuurstof).
- moeilijk schoon te maken (behalve voor top entry ontwerp)
De open, dicht of gedeeltelijk open stand van de klep kan worden vastgesteld door naar de stand van de hendel te kijken:
- wanneer de hendel op de pijp is gericht, is de klep open; wanneer hij loodrecht op de pijp staat, is de klep gesloten;
- wanneer hij in een andere stand staat, is de klep gedeeltelijk open (of gedeeltelijk gesloten) en moduleert hij de stroom.
Deze kleppen behoren tot de familie van “kwartslag” kleppen of “1/4 slag klep” (samen met vlinder- en plugkleppen), aangezien de openings- en sluitingsoperaties worden uitgevoerd door een hendel die met de schijf is verbonden, 90 graden te draaien.
De belangrijkste specificaties voor kogelkranen zijn de API 6D, BS 5351 (gesmeed) en ASME B16.34 (druk- en temperatuurwaarden), ASME B16.5/B16.47 (flensaansluitingen) en ASME B16.25 (stomplaseinden).
HOE WERKT HET?
De kogel in de klep heeft een gat waar de stroom vrij doorheen stroomt wanneer hij volledig is uitgelijnd met de twee uiteinden van de klep. Wanneer het gat volledig loodrecht op de uiteinden van het apparaat staat, is de klep perfect afgesloten.
Wanneer het gat zich in een andere stand bevindt (loodrecht op de uiteinden van de klep bijvoorbeeld), wordt de stroming geheel of gedeeltelijk onderbroken.
Kogelklep vs schuifafsluiter
Deze klep vervult dezelfde functie als een schuifafsluiter (afsluiting). Het verschil tussen een kogelkraan en een schuifafsluiter is dat de eerste een bolvormige kogel gebruikt om de stroom te openen/sluiten, terwijl de tweede een schijf gebruikt die op een zitting zit. Het verschil tussen deze twee kleppen zit dus in het ontwerp en de compactheid.
Kogelklep vs. bolklep
Deze kleppen zijn niet zo nauwkeurig als bolkleppen om de vloeistofstroom te smoren, omdat ze in het algemeen positieve (bij 0, 45 en 90 graden) in plaats van incrementele standen hebben. Voorts zou de klep door gedeeltelijke open posities (of herhaalde open/dicht verrichtingen) op lange termijn worden beschadigd (geen probleem voor bolkleppen).
TYPEN KEGELKLEPPEN
Kegelkleppen kunnen volgens verschillende criteria worden ingedeeld:
- Ontwerp: zwevend, op torsie gemonteerd en dubbel ontlucht en geblokkeerd
- Aantal poorten: het standaardtype is met 2 poorten ontwerp (1 inlaat, 1 uitlaat), maar 3-wegen ontwerp is ook beschikbaar (1 inlaat en 2 uitlaten of vice-versa)
- Boorwijdte: full bore of gereduceerd bore (FB vs. RB), en V-inkeping
- Lichaamsbouw: unibody (het kogellichaam is vervaardigd uit één enkel stuk gegoten of gesmeed staal), 2 stukken of 3 stukken (het lichaam is het resultaat van de assemblage van twee of drie verschillende delen)
- Toegang tot de kogel: side entry of top entry (afhankelijk van het feit of de kogel, voor onderhoud, toegankelijk is vanaf de zijkant van de klep of vanaf de bovenkant)
- Seat type: metaal of zacht (Teflon)
FLOATING BALL VALVE
In een floating valve, hangt de kogel in de stromende vloeistof en wordt op zijn plaats gehouden door de compressie van twee elastomeer zittingen ertegenaan.
De as is verbonden aan de bovenkant van de kogel en maakt het mogelijk om met een kwartslagbeweging (90 graden) van een open naar een gesloten stand over te schakelen.
Wanneer de as wordt bewogen, wordt een belasting uitgeoefend op de kogel die tegen de zittingen wordt gedrukt.
Dit ontwerp, dat licht en economisch is, is geschikt voor boringen tot 10 inch: boven deze boring zouden de zittingen van de klep niet bestand zijn tegen zwaardere en zwaardere kogels en zou de klep niet veilig en efficiënt werken.
Drijvende kleppen maken een bidirectionele afsluiting van de stroom mogelijk (zoals het trunnion-type).
(Bron: Walworth Valves Youtube Channel)
TRUNNION BALL VALVE
Trunnion-kleppen zijn geïntroduceerd om het hoofd te bieden aan de hierboven geschetste groottebeperkingen van standaard drijvende kleppen. Bij dit type kleppen fungeren de as, de kogel en het ondersteunende scharnierpunt als één massief geheel dat bestand is tegen de zware belastingen die door grote kogels worden gegenereerd.
Naast een flexibiliteitsvoordeel ten aanzien van de afmetingen, biedt een scharnierklep een lager bedrijfskoppel in vergelijking met een zwevend klepontwerp (wat een voordeel kan worden wanneer de klep moet worden bediend, aangezien kleinere en goedkopere actuators kunnen worden gemonteerd om de klep te bedienen).
Een kogelklep van roestvrij staal, type met scharnierende bevestiging
(Bron: Robert Cort – Wartsila Valves Youtube Channel)
ZIJ-ingang VS. TOP ENTRY
Wat is het verschil tussen een kogelkraan met zijdelingse en een kogelkraan met bovenaansluiting?
Deze termen hebben betrekking op de manier waarop de kogel van de klep en de interne onderdelen toegankelijk zijn, vanaf de zijkant (zijdelingse ingang) of vanaf de bovenkant (bovenaansluiting).
Drijvende en op een scharnierpunt gemonteerde kogelkranen zijn verkrijgbaar met een “zijdelingse ingang” en een “bovenaansluiting” ontwerp.
Het top entry-ontwerp wordt gespecificeerd wanneer frequente inline-onderhoudswerkzaamheden aan de klep worden verwacht.
Dit komt door het feit dat top entry-kogelkleppen gemakkelijker en sneller toegang bieden tot de kogel en de klepbekleding in vergelijking met zij-ingangskleppen (die meer onderhoudstijd en -ruimte vergen voor dezelfde werkzaamheden).
De belangrijkste verschillen tussen deze twee kogelklepontwerpen zijn:
- Top entry kogelkranen worden, in het algemeen, vervaardigd met gegoten stalen lichamen; side entry kogelkranen worden vervaardigd met (robuuste) gesmede stalen lichamen
- Top entry kogelkranen hebben een monolithische structuur (worden uit één stuk gemaakt); side entry kogelkranen hebben een twee- of driedelige assemblage
- Top entry kogelkranen vereisen meer niet-destructieve tests dan side entry, vanwege hun gegoten lichamen;
- Kogelkleppen met zijaansluiting zijn gemakkelijker te assembleren en te vervaardigen dan kogelkleppen met bovenaansluiting, die veel ervaring en vakmanschap vereisen om goed te werken
- Kogelkleppen met bovenaansluiting zijn over het algemeen duurder dan die met zijaansluiting en hebben een langere doorlooptijd vanwege de gietwerkzaamheden die nodig zijn om het huis te vervaardigen
3-WEGEN
In het algemeen heeft een kogelkraan twee ingangen (of “twee wegen”).
Voor sommige toepassingen kan echter een 3-weg kogelkraan worden gespecificeerd. Een 3-weg kogelkraan heeft 3 poorten (ingangen), in plaats van slechts twee.
Dit multipoortontwerp is nodig om de vloeistof die van de hoofdklepinlaat komt in twee verschillende richtingen te leiden (in plaats van slechts één), elk bediend door twee afzonderlijke klepuitgangen. Een andere typische toepassing van een 3-weg kogelklep is om de hoofdstroomlijn te hebben die door twee afzonderlijke en alternatieve inhammen wordt gediend.
De kogel van een 3-weg kogelklep kan een L of een T ontwerp hebben zoals in de onderstaande afbeelding wordt getoond. Verder is dit speciale type kogelkraan verkrijgbaar in zwevend of tuimelontwerp, met elk type klepeind (flens-, mof- of draadaansluiting) en in verschillende materialen, van kunststof tot koolstof, gelegeerd en roestvrij staal.
VULL PORT VS REDUCED PORT
Deze begrippen verwijzen naar de relatie tussen de boringsdiameter van de klep en het aangesloten leidingsysteem. Meer in detail:
- Het “Full port” (FB) type heeft een boring (het gat van de kogel) die overeenkomt met de boring van het aangesloten leidingsysteem. Kogelkleppen met volle doorlaat minimaliseren de drukval die wordt gegenereerd door kleppen met beperkte doorlaat, maar zij zijn uiteraard omvangrijker, zwaarder en duurder. FB kogelkleppen zijn beter geschikt voor smoortoepassingen dan RB kogelkleppen.
- De kogelklep met gereduceerde poort (RB) heeft een boring die kleiner is dan de boring van het aangesloten pijpleidingstelsel (bijvoorbeeld een buis). Het medium dat door de klep stroomt, is in dit geval beperkt tot een percentage (in het algemeen tussen 70 en 80%) van het volledige debiet in de pijpleiding. Een kogelklep met gereduceerde poort veroorzaakt een drukval in de pijpleiding.
MATERIALEN
Dit type klep is verkrijgbaar met gegoten of gesmede behuizingsmaterialen (monoblock, of gesplitst).
Generaliseerd, hebben de kleppen onder 2 duim van diameter 2 stukken of drie stukken gesmede organismen (het gemeenschappelijkst is ASTM A105 voor de dienst op hoge temperatuur, ASTM A350 LF2 en LF3 voor de dienst op lage temperatuur en ASTM A182 F304, F316 voor roestvrij staalklep of hogere rangen, zoals duplexkleppen ASTM A182 F51 en super duplex ASTM A182 F53/F55).
Gesmede body’s worden ook gebruikt voor hogedrukkleppen met grotere doorlaatmaten (met 2 of 3 stuks gesplitste bodyconstructie).
Voorbeelden van gesmede kogelkranen (kleine maat en roestvrijstalen klep met een gesmede body, op torsie gemonteerd).
Kleppen met een diameter van meer dan 2 inch hebben een gegoten behuizing (de meest voorkomende kwaliteiten zijn ASTM A216 WCB voor hoge temperatuur service, ASTM A352 voor lage temperatuur service en ASTM A351 CF8, CF8M voor gegoten roestvrijstalen kleppen).
Het symbool voor dit type klep in P&ID diagrammen is hieronder weergegeven
