Przyczyny nieszczelności zaworu motylkowego i odpowiednie rozwiązania

Zawory motylkowe są powszechnie stosowane w takich gałęziach przemysłu, jak uzdatnianie wody, przemysł naftowy i gazowy, HVAC (ogrzewanie, wentylacja i klimatyzacja) oraz przetwórstwo chemiczne ze względu na ich kompaktową konstrukcję, wydajny przepływ i ekonomiczną kontrolę.

Jednak jednym z najczęstszych problemów jestzawory motylkoweJest to wyciek. Wycieki mogą występować wewnętrznie (przez gniazdo zaworu) lub zewnętrznie (wokół trzpienia zaworu lub korpusu zaworu). Wycieki mogą być niewielkie lub duże, co może prowadzić do obniżenia wydajności systemu lub poważnych zagrożeń dla bezpieczeństwa, problemów środowiskowych lub kosztownych przestojów.
Dlatego zrozumienie przyczyn powstawania nieszczelności i wdrożenie skutecznych rozwiązań ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia niezawodnej pracy zaworów.

---

Rodzaje nieszczelności zaworów motylkowych

Zanim przejdziemy do przyczyn i rozwiązań, najpierw sklasyfikujmy najczęstsze nieszczelności zaworów motylkowych:
a. Nieszczelność wewnętrzna: Gdy zawór jest w pozycji zamkniętej, przez zawór przepływa ciecz, co oznacza, że ​​gniazdo lub dysk zaworu nie może utworzyć szczelnego zamknięcia.
b. Wyciek zewnętrzny: Płyn wydostaje się z korpusu zaworu, zwykle wokół trzpienia zaworu, uszczelnienia lub połączenia kołnierzowego, co powoduje uszkodzenie uszczelnienia.

Oba rodzaje przecieków mogą wynikać z czynników związanych z konstrukcją, instalacją, eksploatacją lub konserwacją.
Poniżej omówimy główne przyczyny i odpowiednie rozwiązania dla każdego rodzaju wycieku.

---

1. Zużyte lub uszkodzone uszczelki

Częstą przyczyną przecieków wewnętrznych jest degradacja elementów uszczelniających zawory (takich jak elastyczne tuleje lub metalowe gniazda).

1.1 Przyczyny

- Degradacja materiału: Długotrwałe narażenie na działanie żrących cieczy, wysokich temperatur lub promieniowania ultrafioletowego może spowodować stwardnienie, pęknięcie lub utratę elastyczności uszczelek.

- Media ścierne: Płyny zawierające piasek, żwir lub inne cząstki z czasem powodują korozję uszczelnień.

- Starzenie się: Nawet w mniej wymagających warunkach, uszczelki z czasem naturalnie się zużywają, zmniejszając swoją zdolność do dopasowania do tarczy zaworu. To nieunikniony, naturalny proces starzenia.

- Nadmierny moment obrotowy: Moment obrotowy wybranych siłowników elektrycznych, pneumatycznych i innych jest zbyt duży, a tarcza zaworu wywiera zbyt duży nacisk na gniazdo zaworu podczas zamykania, powodując jego odkształcenie, a nawet rozdarcie. Nawet przy obsłudze ręcznej, zastosowanie nadmiernego momentu obrotowego do zaworów motylkowych o dużej średnicy może spowodować odkształcenie lub uszkodzenie gniazda zaworu.

1.2 Rozwiązania

- Wybór materiałów: Wybierz materiały uszczelniające, które są kompatybilne z płynem i warunkami pracy. Na przykład, użyj PTFE, aby zapewnić odporność chemiczną, EPDM do zastosowań w wodzie i Viton do płynów na bazie oleju.
- Regularna konserwacja: Wdrażaj program konserwacji zapobiegawczej, aby sprawdzać i wymieniać uszczelki, zanim ulegną uszkodzeniu. Jest to szczególnie ważne w trudnych warunkach.
- Powłoka ochronna: W zastosowaniach ściernych należy rozważyć użycie zaworów z powlekanymi lub utwardzonymi gniazdami, aby wydłużyć żywotność uszczelnień.
- Zoptymalizuj siłownik: Zgodnie z danymi producenta dotyczącymi momentu obrotowego zaworu motylkowego, wybierz siłownik o odpowiednim momencie obrotowym lub wybierz siłownik z zabezpieczeniem momentu obrotowego. Ponadto, podczas obsługi ręcznej należy unikać nadmiernej siły. W razie wątpliwości firma ZFA zaleca użycie siłownika z dźwignią lub przekładnią ślimakową z ograniczeniem momentu obrotowego.
- ---

2. Nieprawidłowa instalacja

Wycieki są często spowodowane błędami w montażu zaworu, które wpływają na uszczelnienia wewnętrzne i zewnętrzne.

2.1 Przyczyny

- Niewspółosiowość: Jeśli zawór nie jest prawidłowo wyrównany z rurą, tarcza może nie zostać prawidłowo osadzona, co może skutkować wewnętrznym nieszczelnością.
- Niewystarczający moment obrotowy: Niedostateczne dokręcenie śrub kołnierza może spowodować wyciek zewnętrzny na styku rury z zaworem.
- Nadmierne dokręcenie: Nadmierny moment obrotowy może spowodować odkształcenie korpusu zaworu lub gniazda, co może uniemożliwić całkowite zamknięcie tarczy i spowodować wewnętrzny wyciek.

2.2 Rozwiązanie

- Kontrola osiowania: Podczas montażu należy użyć narzędzia do ustawiania osi, aby upewnić się, że zawór jest wyśrodkowany w rurze. Należy również sprawdzić, czy tarcza porusza się swobodnie, nie dotykając ścianki rury.
- Specyfikacja momentu dokręcania: Należy przestrzegać zalecanej przez producenta wartości momentu dokręcania śrub kołnierzowych i używać skalibrowanego klucza dynamometrycznego, aby uzyskać równomierne ściśnięcie uszczelki.
- Dobór uszczelek: Używaj wysokiej jakości, wysoce elastycznych uszczelek, kompatybilnych z materiałami zaworów i rur. Upewnij się również, że rozmiar uszczelki jest odpowiedni, aby uniknąć nadmiernego ściskania lub szczelin.
- ---

3. Zakłócenia dysku

Do nieszczelności wewnętrznej może dojść, gdy tarcza nie może się całkowicie zamknąć z powodu fizycznej ingerencji w otaczającą ją rurę lub kołnierz.

3.1 Przyczyna

- Niedopasowanie średnicy rury: Jeżeli średnica wewnętrzna rury jest zbyt mała, tarcza może uderzyć w ściankę rury podczas zamykania.
- Konstrukcja kołnierza: Kołnierze z podniesioną powierzchnią czołową lub nieprawidłowo dobrane powierzchnie współpracujące mogą utrudniać ruch tarczy.
- Gromadzenie się zanieczyszczeń: ciała stałe lub kamień gromadzące się wewnątrz zaworu mogą uniemożliwić prawidłowe osadzenie dysku.

3.2 Rozwiązanie

- Weryfikacja zgodności: Przed montażem należy sprawdzić, czy średnica tarczy zaworu jest zgodna z wewnętrzną średnicą rury.
- Regulacja kołnierza: Aby zapewnić luz tarczy, należy stosować płaskie kołnierze lub uszczelki zgodnie z normami ANSI lub DIN.
- Czyszczenie: Przed uruchomieniem zaworu należy przepłukać układ w celu usunięcia zanieczyszczeń, a jeśli warunki na to pozwalają, należy zainstalować filtry przed zaworem, aby zapobiec ich dalszemu gromadzeniu się.

4. Uszkodzone uszczelnienie trzpienia

Do wycieków zewnętrznych dochodzi zwykle wokół trzonu zaworu. Przyczyną są problemy z uszczelnieniami, które uniemożliwiają wypływ płynu wzdłuż osi.

4.1 Przyczyna

- Zużycie: Z biegiem czasu materiały uszczelniające, takie jak PTFE lub grafit, ulegają zużyciu na skutek ruchu trzpienia lub ciśnienia.
- Wahania temperatury: Powtarzające się wahania temperatury mogą powodować kurczenie się, luzowanie, a nawet pękanie uszczelnienia, ponieważ wynikają z zasady rozszerzalności i kurczenia się pod wpływem ciepła.
- Nieprawidłowa regulacja: Jeśli uszczelka jest zbyt luźna, może dojść do wycieku płynu; jeśli jest zbyt ciasna, może uszkodzić trzpień zaworu lub ograniczyć jego ruch.

4.2 Rozwiązanie

- Konserwacja opakowań: Regularnie sprawdzaj i wymieniaj zużyte materiały opakowaniowe.
- Zagadnienia dotyczące temperatury: Wybierz materiały uszczelniające odpowiednie do zakresu temperatur układu, np. elastyczne materiały grafitowe w przypadku zastosowań wymagających wysokiej temperatury.
- Regulacja dławika: Dokręć dławik momentem obrotowym określonym przez producenta, po regulacji sprawdź szczelność i unikaj nadmiernego ściskania.

---

5. Nadmierne ciśnienie lub temperatura

Jeśli warunki pracy przekroczą ograniczenia projektowe zaworu, może dojść do wycieku, który uszkodzi uszczelnienia wewnętrzne i zewnętrzne.

5.1 Przyczyny

- Nadmierne ciśnienie: Ciśnienie przekraczające dopuszczalną wartość ciśnienia zaworu może odkształcić gniazdo lub tarczę zaworu, uniemożliwiając jego uszczelnienie.
- Rozszerzalność cieplna: Wysokie temperatury mogą powodować nierównomierne rozszerzanie się elementów, co prowadzi do starzenia się uszczelek, ich mięknięcia lub nawet karbonizacji. Może to mieć wpływ na dopasowanie powierzchni uszczelniającej, poluzowanie uszczelki lub powstanie zewnętrznego wycieku w miejscu połączenia.
- Kruchość w niskich temperaturach: W temperaturach poniżej -10 stopni uszczelnienie może stać się kruche i pęknąć, powodując przecieki.

5.2 Rozwiązania

- Odpowiednie parametry ciśnienia i temperatury: Wybierz zawory, których parametry ciśnienia i temperatury przekraczają maksymalne warunki panujące w systemie, i weź pod uwagę marginesy bezpieczeństwa.
- Obniżenie ciśnienia: Zainstaluj zawór bezpieczeństwa lub regulator ciśnienia przed urządzeniem, aby zapobiec nadmiernemu ciśnieniu.
- Izolacja/ogrzewanie: W zimnym klimacie należy stosować koszulki izolacyjne lub przewody grzewcze, aby zapobiec zamarzaniu.

5.3 Tabela porównawcza temperatur materiałów

Poniżej przedstawiono zakresy mediów i temperatur odpowiadające uszczelkom wykonanym z różnych materiałów.

 

---

6. Kawitacja i korozja

6.1 Czym jest kawitacja

Kawitacja jest spowodowana nagłym spadkiem ciśnienia medium ciekłego do ciśnienia pary wodnej w części dławiącej zaworu (np. pomiędzy płytką motylkową a gniazdem zaworu), co powoduje lokalne zgazowanie cieczy i tworzenie się pęcherzyków. Gdy pęcherzyki te przemieszczają się wraz z cieczą do obszaru wysokiego ciśnienia, gwałtownie zapadają się, generując fale uderzeniowe i mikrostrumienie, które z kolei powodują erozję i uszkodzenie powierzchni uszczelniającej zaworu, gniazda zaworu i korpusu zaworu.
Mimo że kawitacja i korozja są przede wszystkim problemem wydajnościowym, mogą pośrednio powodować wycieki poprzez uszkodzenie powierzchni uszczelniającej.

6.2 Czym jest korozja?

Korozja powstaje w wyniku reakcji chemicznych lub elektrochemicznych zachodzących na powierzchni materiału zaworu motylkowego na skutek długotrwałego kontaktu z mediami korozyjnymi (takimi jak kwasy, zasady, roztwory soli lub para o wysokiej temperaturze), powodujących uszkodzenie powierzchni uszczelniającej zaworu, trzpienia zaworu, gniazda zaworu lub korpusu zaworu.

6.3 Przyczyny

- Duży spadek ciśnienia: Gwałtowne zmiany ciśnienia spowodują pękanie pęcherzyków powietrza, co doprowadzi do korozji tarczy zaworu lub gniazda zaworu.
- Przepływ korozyjny: Medium zawiera kwasy, zasady, sole itp., które reagują bezpośrednio z powierzchnią metalu, powodując stopniowe rozpuszczanie lub korozję i rozcieńczanie powierzchni uszczelniającej i korpusu zaworu.
- Media ścierne: Płyny o dużej prędkości zawierające cząstki z czasem powodują zużycie krawędzi uszczelniającej.

6.4 Rozwiązania

- Kontrola przepływu: Prawidłowo określ rozmiar zaworu, aby zminimalizować spadek ciśnienia i wykorzystaj obliczenia współczynnika przepływu (Cv), aby spełnić wymagania systemu.
- Modernizacja materiałów: Wybierz materiały odporne na korozję, takie jak stal nierdzewna lub twarde powłoki powierzchniowe dla tarcz zaworowych i gniazd zaworowych.
- Projekt systemu: Zmniejsz natężenie przepływu poprzez zwiększenie średnicy rury lub zainstalowanie urządzenia redukującego ciśnienie przed systemem.

6.5 Tabela wartości CV

---

7. Wady produkcyjne

Czasami wycieki wynikają z wad konstrukcyjnych zaworu, które można wykryć podczas pierwszego użycia lub testów.

7.1 Przyczyny

- Wady odlewów: Porowatość lub pęknięcia w korpusie zaworu mogą być przyczyną wycieków zewnętrznych.
- Problemy z powierzchnią uszczelniającą: Nierównomierna obróbka tarczy lub gniazda może uniemożliwić prawidłowe uszczelnienie, co może skutkować wewnętrznym przeciekiem.
- Błędy montażowe: Nieprawidłowy montaż uszczelek lub nieprawidłowe ustawienie komponentów na etapie produkcji może być przyczyną wycieków.

7.2 Rozwiązania

- Gwarancja jakości: kupuj produkty renomowanych producentów, posiadających certyfikaty, takie jak ISO 9001, i poproś o raport z próby ciśnieniowej (np. zgodnie z normą API 598), aby potwierdzić szczelność.
- Testowanie przed instalacją: Przed instalacją należy wykonać hydrostatyczne lub pneumatyczne testy szczelności w celu zidentyfikowania usterek i zwrotu wadliwych jednostek dostawcy.
- Roszczenia gwarancyjne: Upewnij się, że zawór jest objęty gwarancją obejmującą wady produkcyjne, aby można było go wymienić w przypadku wczesnego wykrycia nieszczelności.

---

8. Wnioski

Zawór motylkowyRozwiązanie tych problemów wymaga połączenia doboru odpowiedniego zaworu, starannej instalacji, regularnej konserwacji i optymalizacji systemu. Wybierając materiały odpowiednie do zastosowania, przestrzegając wytycznych dotyczących instalacji i monitorując warunki pracy, użytkownicy mogą znacznie zmniejszyć ryzyko wycieku.
Nieszczelność zaworu motylkowegoProblemy mogą być spowodowane różnymi czynnikami, a dla różnych rodzajów wycieków wymagane są różne rozwiązania. Niezależnie od tego, czy jest to wyciek wewnętrzny, czy zewnętrzny, zazwyczaj można go przypisać zużytym uszczelnieniom, błędom montażowym, zakłóceniom w tarczach zaworów, problemom z uszczelnieniem trzpienia zaworu, nadmiernemu ciśnieniu/temperaturze, wadom produkcyjnym lub korozji. Ryzyko wycieku z zaworów motylkowych można skutecznie zmniejszyć poprzez rozsądny dobór, prawidłowy montaż, regularną konserwację i optymalizację działania. W przypadku zastosowań krytycznych, konsultacja z producentami zaworów lub inżynierami systemów może dodatkowo zapewnić szczelność i poprawić bezpieczeństwo oraz wydajność systemu.