Severe Service Control Valves

Severe Service Control Valves

Severe Service Control Valves คือวาล์วที่ใช้เปิด-ปิด และควบคุมอัตราการไหลของของไหล(Liquid, Steam or Gas) ในสภาวะกระบวนการ Critical Process ที่มีอุณหภูมิและความดันสูง. ปรกติวาล์วที่ใช้ในกระบวนการ process นี้ ความแตกต่างของแรงดันสูงในฝั่งของขาเข้า P1 (Upsteam) และมีความดันต่ำในฝั่งของขาออก P2 (Downsteam). ไม่ควรเกิน 50% (P1-P2 > 50%) ถ้าแรงดันต่างกันมากกว่านี้จะเรียกว่า High pressure drop control valves หรือ Severe Service Control Valve. ในสภาวะเช่นนี้ ชิ้นส่วนภายในตัววาล์วจะต้องรองรับพลังงานอันมหาศาล(จากความแตกต่างของความดันสูง) โดยหลักการของฟลูอิดไดนามิกส์ เมื่อของไหลที่มีความดันสูง ถูกบังคับให้วิ่งผ่านพื้นที่ที่แคบลง พลังงานในของไหลจะเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์(Kinetic energy) ที่ทำให้ของไหลถูกเพิ่มความเร็วขึ้นอย่างมาก และความเร็วของของไหลนี้เอง ที่เป็นสาเหตุทำให้เกิดความเสียหายแก่ชิ้นส่วนภายในของตัวคอนโทรวาล์ว

High pressure drop = High velocity = Erosion

ปัญหาของ High pressure drop ที่เกิดกับวาล์ว

  • High pressure drop ทำให้เกิด Cavitation เนื่องจากไอน้ำหรือของไหลที่วิ่งด้วยความเร็วสูงและถูกลดความดันลง
  • High velocity ทำให้เกิดการกัดกร่อน erosion to Plug & Seat ของคอนโทรลวาล์ว
  • High velocity ทำให้เกิดการสั่นสะเทือนและเกิดเสียงดัง Vibration and Noise

Vector® Velocity Control Valve

SEVERE SERVICE DEFINITION

SEVERE SERVICE DEFINITION

Many valve designs claim to be “severe service”, but fall far short of the meaning and performance standard of this term.

The fundamental definition of a severe service application is when the pressure drop through the valve exceeds 50% of the upstream pressure. Per the Bernoulli principle, there is a massive shift from static pressure energy to kinetic energy; this high velocity flow condition causes destructive erosion of a valve’s internal surfaces, and other problems such as cavitation, flashing, noise, turbulence and vibration.

VELOCITY CONTROL SPECIFICATION

The global standard for maximum speed limits through a control valve is long-established by ISA (International Society of Automation), in the publication “Control Valves – Practical Guides for Measurement and Control”, by Guy Borden, Jr., © 1998.

In this extensive review of basic to advanced selection guidelines, the maximum velocity of liquids is 30 meters per second (100 fps). For gasses, the equivalent maximum velocity is the fluid’s kinetic energy (dynamic force) of 4.8 bar (70 psi).

SEVERE SERVICE VELOCITY CONTROL

Rather than create high pressure drops with smaller & smaller orifices, which create the destructive high velocity, the Koso Vector® severe service valve design forces the fluid through a tortuous path of expanding right angle turns. Each ‘turn’ is a discrete pressure reduction stage, transferring away some of the fluid’s energy through skin friction. No single stage causes a high pressure drop, thus preventing the occurrence of excessive velocities above the ISA specification.

A true severe service control valve incorporates however many ‘turns’ as are required, to conform to ISA velocities, whether it is 12 turns, or 20, or 40, the valve control element contains sufficient pressure reduction stages to maintain fluid speed limits, as shown in the example flow profile.

Valve designs with few pressure reduction stages are incorrectly presented as ‘severe service’, because their internal fluid velocities will be far in excess of ISA speed limits, when exposed to high pressure drops.

SEVERE SERVICE VELOCITY CONTROL

Pressure – Velocity Flow Profile through Valve Vector® velocity control step by step pressure reduction maintains compliance with ISA speed limit

CHARACTERIZED CONTROL ELEMENT

CHARACTERIZED CONTROL ELEMENT

The Nihon Koso Vector® control technology features broad flexibility for high rangeability applications, where the range of operating conditions may be extreme from minimum to maximum flow rates.

In a minimum condition, the lower end of the Vector® disk stack combines smaller flow passages with more ‘turns’, to produce a smaller volume of flow while building high back-pressure for greater pressure drop.

In the normal and maximum conditions, the center and upper disk stack sections have larger flow paths with fewer ‘turns’, allowing higher rates of flow with lower pressure drops. This high turndown characterization eliminates the need for inefficient multiple split-range valve rigging, as a single valve is well-suited for the full spectrum of min/max conditions.

High velocity erosion damage

High velocity erosion damage

Cavitation damage control valve body

Cavitation damage control valve body

Cavitation damage plug & seats

Cavitation damage plug & seats

Cage erosion & cavitation damage

Cage erosion & cavitation damage
Cage erosion & cavitation damage
Cage erosion & cavitation damage

International Society of Automation(ISA)

ISA ได้ระบุเอาไว้เป็นมาตรฐานในส่วนของ fluid flow rate in a process control system ว่า

Basic control valves = Pressure drop (∆P) is less than 20% of P1

Severe Service Control Valve= Pressure drop (∆P) is more than 50% of P1

ISA criteria for control valve exit velocity (chapter 12)

ISA

VECTOR Velocity Control Technology

VECTOR
VECTOR

VECTOR Velocity Control Technology คือเทคโนโลยีของ KOSO Valves จึงถูกนำมาใช้ในการแก้ปัญหาเรื่อง High pressure drop control valves ได้อย่างมีประสิทธิภาพ โดยสามารถที่จะควบคุมอัตราการไหลของไอน้ำหรือของไหลทางด้าน upsteam ซึ่งมีความดันสูง ออกมาทาง downsteam ที่มีความดันต่ำ โดยที่ความเร็วของไอน้ำหรือของไหลยังคงอยู่ในค่าที่กำหนด(ไม่ให้เกิน 30 m/s.) ที่จะไม่เกิดปัญหา erosion, cavitation, vibration, noise ที่ตัวคอนโทรลวาล์ว โดยที่ยังคงสามารถที่จะส่งจ่ายอัตราการไหลของไอน้ำ ในปริมาณที่ตอบสนองกับความต้องการได้.