En kulventil har en sfärisk skiva för att öppna och stänga flödet av vätskan. De är industristandard för avstängningstillämpningar i rörledningar, eftersom deras konstruktion garanterar en mycket tät och läckagefri tätning även efter flera års drift. De två viktigaste typerna av kulventiler är den flytande konstruktionen och konstruktionen med tappstång (med sido- eller toppingång). Huset kan vara gjutet eller smittat och monolitiskt eller delat (i 2 eller 3 delar). API 6D och ASME B16.34 är viktiga specifikationer.
Vad är en kulventil?
Kulventiler är viktiga anordningar för att stänga av och reglera flödet av en vätska (olja, gas, ånga etc.) inom den petrokemiska industrin.
Fördelar och nackdelar med kulventiler
Denna typ av ventil har följande fördelar:
- kan snabbt öppnas och stängas med ett kvarts varv
- säkerställer en mycket tät tät tätning utan behov av höga momentkrafter
- har en kompakt konstruktion (detta är den största skillnaden mellan en kulventil och en grindventil – som båda är on/off-anordningar)
Nackdelarna är:
- ventilen har dålig förmåga att reglera och strypa, eftersom den är utformad för avstängning av rörledningar i stället för flödesmodulering (detta är en idealisk funktion för kulventiler): strypning leder till att det delvis exponerade sätet eroderar på grund av den höga flödeshastighet och det tryck som ventilen utsätts för. Slitaget kan leda till att ventilen successivt läcker.
- ventilen kan inte användas för slam, eftersom ansamling av suspenderade partiklar och skräp skulle göra att ventilen läcker. Dessa partiklar kan stelna i hålrummen i närheten av kulan och sätena. Kulventiler är mycket effektivare när det gäller gaser och andra flytande vätskor (även utmanande kemikalier som torrt klor, fluorvätesyra eller saltsyra och syre).
- kan vara svåra att rengöra (med undantag för konstruktion med övre ingång)
Ventillstånd för öppen, stängd eller delvis öppen ventil kan upptäckas genom att titta på spakens läge:
- När spaken är riktad mot röret är ventilen öppen; när den är vinkelrät mot röret är ventilen stängd;
- När den är i något annat läge är ventilen delvis öppen (eller delvis stängd) och modulerar flödet.
Dessa ventiler tillhör familjen ”kvartsvarvventiler” eller ”1/4 varvventil” (tillsammans med fjärils- och pluggventiler), eftersom öppnings- och stängningsoperationerna utförs genom att vrida en spak som är ansluten till skivan med 90 grader.
De viktigaste specifikationerna för kulventiler är API 6D, BS 5351 (smidd) och ASME B16.34 (tryck- och temperaturvärden), ASME B16.5/B16.47 (flänsade ändar) och ASME B16.25 (stumsvetsade ändar).
HUR FUNGERAR DET?
Kulan inuti ventilen har ett hål genom vilket flödet passerar fritt när den är helt i linje med ventilens två ändar. När hålet är helt vinkelrätt mot anordningens ändar är ventilen helt tät.
I annat fall, när hålet är i något annat läge (till exempel vinkelrätt mot ventilens ändar) avbryts flödet helt eller delvis.
Kulventil vs. grindventil
Denna ventil utför samma funktion som en grindventil (avstängning). Skillnaden mellan en kulventil och en grindventil är att den förstnämnda använder en sfärisk kula för att öppna/stänga flödet, medan den sistnämnda använder en skiva som sitter på ett säte. Skillnaden mellan dessa två ventiler ligger därför i konstruktion och kompakthet.
Kulventil vs. kulventil
Dessa ventiler är inte lika exakta som kulventiler för att strypa vätskeflödet, eftersom de i allmänhet har positiva (vid 0, 45 och 90 grader) i stället för inkrementella lägen. Vidare skulle ventilen skadas av delvis öppna lägen (eller upprepade öppna/stängningar) på lång sikt (inte ett problem för globenventiler).
Typer av kulventiler
Kulventiler kan klassificeras enligt flera kriterier:
- Design: flytande, tappmonterad och dubbel avluftning och blockering
- Antal portar: Standardtypen har 2 portar (1 inlopp, 1 utlopp), men 3-vägsdesign är också tillgänglig (1 inlopp och 2 utlopp eller vice versa)
- Borrstorlek: full borrning eller reducerad borrning (FB vs. FB vs. FB). RB), och V-notch
- Kroppmontering: enkropp (kulkroppen är tillverkad av ett enda stycke gjutet eller smittat stål), 2 stycken eller 3 stycken (kroppen är resultatet av monteringen av två eller tre olika delar)
- Kultillträde: (beroende på att kulan kan nås, för underhåll, från sidan av ventilen eller från dess topp)
- Typ av säte: metall eller mjukt (teflon)
Flottande kulventil
I en flytande ventil är kulan upphängd i den strömmande vätskan och hålls på plats genom att två elastomersäten pressas mot den.
Axeln är ansluten på toppen av kulan och gör det möjligt att växla från ett öppet till ett stängt läge med ett kvarts varv rörelse (90 grader).
När axeln flyttas läggs en belastning på kulan som pressas mot sina säten.
Denna konstruktion, som är lätt och ekonomisk, passar borrstorlekar upp till 10 tum: över denna borrstorlek skulle ventilens säten inte klara av tyngre och tyngre kulor och ventilen skulle inte fungera säkert och effektivt.
Flyttande ventiler tillåter en dubbelriktad avstängning av flödet (som trunniontypen).
(Källa: Walworth Valves Youtube Channel)
TRUNNION KULVÄLJVÄLJOR
Trunnionventiler har införts för att klara de storleksbegränsningar som standardflyttande ventiler har ovan beskrivits. I denna typ av ventiler fungerar axeln, kulan och den bärande tappstången som en enda solid enhet som klarar av de tunga belastningar som genereras av kulor med stora dimensioner.
Förutom en fördel i fråga om storleksflexibilitet har en tappventil ett lägre vridmoment jämfört med en flytande ventil (vilket kan bli en fördel när ventilen måste manövreras, eftersom mindre och ekonomiska manöverdon kan monteras för att manövrera ventilen).
En kulventil av rostfritt stål, trunnionmonterad typ
(Källa: Robert Cort – Wartsila Valves Youtube Channel)
SIDE ENTRY VS. TOP ENTRY
Vad är skillnaden mellan en kulventil med sidoingång och en kulventil med toppingång?
Dessa termer avser hur kulan i ventilen och dess inre delar kan nås, från sidan (sidoingång) eller uppifrån (toppingång).
Flyttande och tappstjärnemonterade kulventiler finns tillgängliga med ”sidoingång” och ”toppingång”.
Designen med övre ingång specificeras när frekventa underhållsaktiviteter inline förväntas på ventilen.
Detta beror på att kulventiler med övre ingång möjliggör enklare och snabbare åtkomst till kulan och ventiltrimningen jämfört med ventiler med sidoingång (som kräver mer underhållstid och utrymme för samma operationer).
De viktigaste skillnaderna mellan dessa två kulventilkonstruktioner är:
- Kulventiler med övre ingång tillverkas i allmänhet med gjutna stålkroppar; kulventiler med sidoingång tillverkas med (robusta) smidda stålkroppar
- Kulventiler med övre ingång har en monolitisk struktur (tillverkas i ett enda stycke); kulventiler med sidoingång har en sammansättning i två eller tre stycken
- Kulventiler med övre ingång kräver fler oförstörande provningar än kulventiler med sidoingång på grund av sina gjutna kroppar;
- Kulventiler med sidoingång är lättare att montera och tillverka än kulventiler med toppingång, som kräver lång erfarenhet och hantverk för att fungera korrekt
- Kulventiler med toppingång är i allmänhet dyrare än kulventiler med sidoingång och har längre ledtider på grund av de gjutningsoperationer som krävs för att tillverka kroppen
T3 VÄGAR
En kulventil har i allmänhet två ingångar (eller ”två vägar”).
För vissa tillämpningar kan dock en 3-vägs kulventil specificeras. En 3-vägskulventil har tre portar (ingångar) i stället för bara två.
Denna konstruktion med flera portar behövs för att avleda den vätska som kommer från huvudventilens inlopp i två olika riktningar (i stället för bara en), som var och en betjänas av två separata ventilers utlopp. En annan typisk tillämpning av en 3-vägs kulventil är att huvudflödesledningen betjänas av två separata och alternativa inlopp.
Kulan i en 3-vägs kulventil kan ha en L- eller T-design enligt bilden nedan. Vidare finns denna speciella typ av kulventil i flytande eller trunnionkonstruktion, med vilken typ av ventilslut som helst (fläns-, sockel- eller gängad anslutning) och i olika material från plast till kol-, legerat och rostfritt stål.
FULL PORT VS REDUCED PORT
Dessa begrepp avser förhållandet mellan ventilens borrdiameter och det anslutna rörsystemet. Mer i detalj:
- Typ ”Full port” (FB) har en hålstorlek (kulans hål) som motsvarar hålstorleken på det anslutna rörsystemet. Kulventiler med full port minimerar det tryckfall som genereras av ventiler med reducerad port, men de är naturligtvis mer skrymmande, tunga och dyra. FB-kulventiler är bättre lämpade än RB-kulventiler för strypningstillämpningar.
- Kulventiler med reducerad port (RB) har en borrning som är mindre än borrningen i den anslutna rörledningen (t.ex. ett rör). Mediet som flödar genom ventilen är i detta fall begränsat till en procentsats (i allmänhet mellan 70 och 80 %) av det fulla flödet i rörledningen. Kulventil med reducerad port skapar ett tryckfall i rörledningen.
MATERIAL
Denna typ av ventil finns med gjutna eller smidda kroppsmaterial (monoblock, eller delad).
I allmänhet har ventiler under 2 tum i diameter två stycken eller tre stycken smidda kroppar (det vanligaste är ASTM A105 för högtemperaturtjänst, ASTM A350 LF2 och LF3 för lågtemperaturtjänst och ASTM A182 F304, F316 för ventiler av rostfritt stål eller högre kvaliteter, till exempel duplexventiler ASTM A182 F51 och superduplex ASTM A182 F53/F55).
Smidda kroppar används också för högtrycksventiler med högre borrstorlekar (med 2 eller 3 stycken delad kroppskonstruktion).
Exempel på smidda kulventiler (liten storlek och ventil i rostfritt stål med smidd kropp, monterad på tappstång).
Ventiler med storlekar över 2 tum har en gjuten kropp (de vanligaste kvaliteterna är ASTM A216 WCB för högtemperaturtjänster, ASTM A352 för lågtemperaturtjänster och ASTM A351 CF8, CF8M för gjutna ventiler av rostfritt stål).
Symbolen för denna typ av ventiler i P&ID-diagrammen representeras nedan
