Chức năng của van cổng là gì?

Chức năng cốt lõi của Van cổng: Mở hoàn toàn hoặc Đóng hoàn toàn, không dùng để điều tiết

Trong hệ thống đường ống công nghiệp, van cổng đóng vai trò cơ bản nhưng quan trọng nhất-đóng vai trò là van cách ly. Chức năng của nó không phải là điều chỉnh dòng chảy như van bi hoặc van cầu, mà là để đạt được sự đi qua hoàn toàn của chất lỏng hoặc ngắt hoàn toàn thông qua việc nâng thẳng đứng của cổng. Khi van cổng mở hoàn toàn, kênh bên trong trơn tru và thẳng, dẫn đến hầu như không có sự sụt giảm áp suất bổ sung trên môi trường. Khi đóng hoàn toàn, cổng và đế tạo thành một lớp tiếp xúc chặt chẽ giữa kim loại-với-kim loại (hoặc vòng đệm đàn hồi), với tỷ lệ rò rỉ thấp như ANSI/FCI 70-2 Loại IV hoặc thậm chí là Loại VI.

Lấy một nhà máy lọc dầu có công suất xử lý hàng ngày là 50.000 thùng làm ví dụ: nếu van cổng DN300 trên đường ống hơi chính sử dụng thiết kế lỗ khoan giảm, chênh lệch áp suất có thể tăng thêm 12–15 kPa, dẫn đến mức tiêu thụ năng lượng bơm bổ sung hàng năm khoảng 180 MWh. Đây chính xác là lý do tại sao các kỹ sư thíchvan cổng đầy đủs{0}}đường kính lỗ của chúng khớp chính xác với đường kính trong của ống nối (ví dụ: van DN200 có đường kính trong thực tế là 200 mm). So với van cổng có lỗ khoan thu nhỏ (đường kính trong có thể chỉ 150 mm), giá trị hệ số dòng chảy Cv tăng khoảng 30%–45%, đồng thời tránh được sự xói mòn chất lỏng vận tốc cao-trên thành thân van khi độ mở giảm.

Cách thiết kế cổng xác định hiệu suất bịt kín và tuổi thọ sử dụng

Sự khác biệt kỹ thuật cốt lõi của van cổng nằm ở cấu trúc cổng. Trong mạng lưới cấp nước và xử lý nước thải,van cổng nêm đàn hồiđã trở thành sự lựa chọn chủ đạo.

Trong loại van này, cổng gang được bọc hoàn toàn bằng cao su EPDM hoặc NBR, thường có độ dày lớp cao su là 1,5–2,5 mm. Khi cổng hạ xuống, lớp cao su tạo thành một khớp nối với đế van (thường là-thép không gỉ 316 hoặc đồng được đánh bóng chính xác), với độ nhiễu được kiểm soát trong khoảng 0,8–1,2 mm. Thiết kế này cho phép van đạt được mức độ rò rỉ bằng 0 (bịt kín bong bóng) với mô-men xoắn đóng/mở là 30–50 N·m và có thể chịu được rỉ sét nhỏ hoặc tạp chất dạng hạt (kích thước hạt tối đa 0,5 mm) trên bề mặt bên trong của ghế.

Ngược lại, van cổng nêm linh hoạt được bịt kín bằng kim loại-phù hợp hơn với môi trường có-nhiệt độ và áp suất cao-cao. Cổng của nó được gia công từ thép đúc nguyên khối với các rãnh hình khuyên (độ sâu rãnh thường bằng 1/4 đến 1/3 độ dày cổng), tạo cho cổng có khả năng biến dạng đàn hồi nhất định. Khi thân van bị biến dạng hình bầu dục nhỏ do giãn nở nhiệt (chênh lệch nhiệt độ vượt quá 150 độ) hoặc ứng suất của đường ống, nêm linh hoạt có thể duy trì tiếp xúc đồng đều với ghế thông qua điều chỉnh xuyên tâm 0,1–0,3 mm. Theo các thử nghiệm tiêu chuẩn API 600, van cổng nêm linh hoạt duy trì áp suất kín cụ thể là 15–20 MPa sau 500 chu kỳ nhiệt trong điều kiện hơi nước 450 độ, vượt xa ngưỡng hư hỏng 10 MPa của cổng cứng.

Giá trị của thiết kế lỗ khoan đầy đủ: Từ hệ số dòng chảy đến vận hành heo

Nhiều kỹ sư dễ nhầm lẫn giữa van cổng đầy đủ và van cổng đầy đủ-trên thực tế, cả hai đều đề cập đến cùng một khái niệm, tức là lỗ khoan tối thiểu của van không nhỏ hơn 95% đường kính trong của ống nối (như được xác định bởi API 6D). Thiết kế này rất quan trọng đối với-các đường ống dẫn dầu và khí đốt ở khoảng cách xa: khi cần lắp ống dẫn, van cổng có lỗ khoan hoàn toàn cho phép các ống xốp hoặc các ống{{7}thân rắn đi qua mà không bị cản trở. Ví dụ: trong đường ống khí đốt tự nhiên DN500, nếu lắp van cổng có lỗ khoan giảm (đường kính trong chỉ 400 mm), con lợn có thể bị kẹt, dẫn đến việc đường ống phải ngừng hoạt động hơn 48 giờ và tổn thất trực tiếp vượt quá 200.000 USD.

Từ góc độ dữ liệu, đối với van cổng khoan đầy đủ DN150 có tốc độ dòng nước 10 m/s, hệ số sức cản cục bộ ζ là khoảng 0,05–0,1, trong khi đối với van cổng khoan giảm cùng kích thước, ζ có thể đạt 0,8–1,2. Điều này có nghĩa là độ sụt áp do van cổng có lỗ khoan đầy chỉ bằng 1/10 so với van có lỗ khoan giảm. Giả sử hiệu suất bơm là 70% và hoạt động hàng năm là 8.000 giờ, một van đơn có thể tiết kiệm chi phí điện khoảng 1.200 RMB mỗi năm (dựa trên 0,6 RMB/kWh). Đối với một nhà máy hóa chất hoặc trạm nhiệt có hàng trăm van cổng thì không thể bỏ qua sự khác biệt này.

Các thông số lựa chọn và tiêu chuẩn ngành: Tránh những sai lầm kỹ thuật

Trong kỹ thuật thực tế, hiệu suất đáng tin cậy của van cổng phụ thuộc vào việc khớp các thông số chính sau:

Một thống kê thất bại từThế giới van (2021) shows that among all premature gate valve failures, 48% are caused by choosing a non-full bore design leading to local erosion-corrosion, 32% are due to using a rigid wedge gate in high-temperature conditions (lack of flexibility compensation), while the service life of resilient wedge valves in slurry pipelines with sand content >0,5% giảm 70%. Vì vậy, khi nồng độ hạt rắn trong môi trường vượt quá 0,2%, tránh sử dụng van cổng nêm đàn hồi; thay vào đó, hãy sử dụng lớp đệm cứng-chống mài mòn-van cổng nêm linh hoạts hoặc van cổng dao.

Kết luận: Đưa ra quyết định đúng đắn dựa trên chức năng thiết yếu

Chức năng cốt lõi của van cổng luôn là "cách ly đóng/mở hoàn toàn". Hiểu được điều này giúp logic lựa chọn của kỹ sư trở nên rõ ràng: đối với-phương tiện sạch ở nhiệt độ thấp như nước máy và nước cứu hỏa, hãy ưu tiên van cổng nêm đàn hồi-sử dụng biến dạng nén cao su để đạt được khả năng đóng/mở không ma sát (nén nén cao su được kiểm soát trong phạm vi 1,0 mm, đạt được vòng đời trên 2.000 thao tác). Đối với môi trường hơi nước hoặc hydrocarbon nhiệt độ cao, hãy sử dụng van cổng nêm linh hoạt-cổng của chúng có mô đun đàn hồi khoảng 190 GPa, có khả năng thích ứng với biến dạng 0,2–0,5 mm do giãn nở nhiệt của đường ống. Khi đường ống yêu cầu phải có đường ống hoặc có giới hạn giảm áp suất nghiêm ngặt, phải chọn van cổng đầy đủ (tức là van cổng có lỗ khoan đầy đủ), đảm bảo sai số thống nhất đường kính trong không vượt quá 2 mm.

Van cổng không nên để mở một phần trong thời gian dài. Khi độ mở cổng từ 30% đến 70%, tốc độ dòng chảy tăng lên sẽ tạo ra vùng áp suất âm phía sau cổng, gây ra rung động và xói mòn do xâm thực. Đối với van cổng DN200 dưới chênh lệch áp suất 5 bar, gia tốc rung ở điều kiện mở một phần có thể đạt 4,5 g (so với chỉ 0,2 g khi mở hoàn toàn), gây mòn ren trên thân và rỗ trên bề mặt bịt kín trong vòng ba tháng.