Inleiding tot balgafgedichte kleppen

Balg(en) afdichting(en) kleppen

Lekkages op verschillende punten in pijpleidingen in chemische fabrieken veroorzaken emissies. Al dergelijke lekkagepunten kunnen worden gedetecteerd met behulp van verschillende methoden en instrumenten en moeten door de installatieingenieur worden opgemerkt. Kritieke lekkagepunten zijn onder meer flenspakkingverbindingen en de pakking van kleppen/pompen, enz. Tegenwoordig richt de chemische procesindustrie zich op veiligere technologie voor een betere bescherming van het milieu en is het de verantwoordelijkheid van elke procesingenieur geworden om installaties te ontwerpen die de schade aan het milieu beperken door het voorkomen van lekkage van giftige chemicaliën.

Lekkage uit de kleppakkingbus of pakkingbusis normaal gesproken een zorg voor de onderhouds- of installatiemonteur. Deze lekkage betekent:
a) Materiaalverlies b) Verontreiniging van de atmosfeer c) Gevaarlijk voor fabriekspersoneel.

Neem bijvoorbeeld het geval van een stoomlekkage via de klepwartel. Bij 150 PSI betekent een speling van slechts 0,001″ door de pakkingbus een lek met een snelheid van 25 lb/uur. Dit komt neer op een verlies van USD 1,2 per dienst van acht uur, oftewel USD 1.100 per jaar. Op dezelfde manier resulteert een kleine druppel met een diameter van 0,4 mm per seconde in een verspilling van ongeveer 200 liter kostbare olie of oplosmiddel per jaar. Deze lekkage kan aanzienlijk worden verminderd door gebruik te maken van de balgafdichtingsklep. In dit artikel wordt nu ingegaan op de constructie en werking van de balgafdichting.

Balgconstructie

De balgpatroon is aan zowel de klepkap als de klepsteel gelast. De balgpatroon heeft een aantal windingen en deze windingen worden samengedrukt of uitgezet afhankelijk van de beweging van de klepsteel. (Wetenschappelijk gezien wordt de balg samengedrukt als de klep in de open positie staat en uitgezet als de klep in gesloten toestand is). Het is belangrijk om de kleplichamen correct te installeren. De balg kan op twee verschillende manieren aan de kleppen worden afgedicht. Ten eerste kan de balg aan de bovenkant aan de klepsteel en aan de onderkant aan het kleplichaam worden gelast. In dit geval bevindt de procesvloeistof zich in de balg of bij de tweede methode wordt de balg aan de onderkant aan de klepsteel gelast en aan de bovenkant aan het lichaam. In dit geval bevindt de procesvloeistof zich in het ringvormige gebied tussen de klepkap en de balg (van buitenaf).

De balg is een cruciaal onderdeel en vormt het hart van de balgafdichtingskleppen. Om elke verdraaiing van de balg te voorkomen, moet de klep een steel hebben die uitsluitend lineair beweegt. Dit kan worden bereikt met behulp van een zogenaamde hulsmoer aan het jukgedeelte van de klepkap. Op de hulsmoer is een handwiel gemonteerd dat een roterende beweging van het handwiel effectief omzet in een lineaire beweging in de klepsteel.

Hieronder typen

Er zijn twee hoofdtypen balgen: de gesmede balg en de gelaste balg. Balgen van het gevormde type worden gemaakt door een vlakke plaat (dunwandige folie) in een buis te rollen, die vervolgens in de lengterichting door smeltlassen wordt gelast. Deze buis wordt vervolgens mechanisch of hydrostatisch gevormd tot een balg met afgeronde en ver uit elkaar geplaatste vouwen. De gelaste balg van het bladtype wordt gemaakt door sluitringachtige platen van dun metaal aan elkaar te lassen, zowel aan de binnen- als buitenomtrek van de sluitringenachtige platen. Een gelaste bladbalg heeft meer vouwen per lengte-eenheid dan een gesmede balg. Bij dezelfde slaglengte zijn gesmede balgen dus twee tot drie keer langer dan hun tegenhangers met gelaste bladeren.

Naar verluidt bezwijken mechanisch gesmede balgen op willekeurige plaatsen, terwijl het gelaste blad meestal bezwijkt bij of nabij een las. Om volledige penetratie van de balguiteinden en het eindcollerlassen te garanderen, is het raadzaam om te fabriceren met behulp van microplasmalassen.

Balg ontwerp

Het meerlaagse balgontwerp heeft de voorkeur voor het hanteren van vloeistoffen onder hogere druk (doorgaans twee of drie lagen van de metalen wand). Een tweelaagse balg kan zijn drukvermogen met 80% tot 100% verhogen in vergelijking met een enkellaagse balg van dezelfde dikte. Als alternatief, als een enkellaagse balg wordt gebruikt met een dikte die equivalent is aan de drukwaarde van een tweelaagse balg, wordt de slaglengte verminderd. Een meerlaags balgontwerp biedt dus een duidelijk voordeel ten opzichte van een enkellaags balgontwerp. Het is duidelijk dat de balg onderhevig is aan metaalmoeheid en deze vermoeidheid kan leiden tot lasfouten. De levensduur van de balg wordt beïnvloed door het constructiemateriaal, de fabricagetechniek, de slaglengte en de slagfrequentie, naast de gebruikelijke parameters zoals vloeistoftemperatuur en druk.

Hieronder materialen

Het meest populaire roestvrijstalen balgmateriaal is AISI 316Ti, dat titanium bevat om hoge temperaturen te weerstaan. Als alternatief verbeteren Inconel 600 of Inconel 625 de vermoeiingssterkte en corrosieweerstand in vergelijking met roestvrijstalen balgen. Op dezelfde manier biedt Hastalloy C-276 een grotere corrosieweerstand en vermoeiingssterkte dan Inconel 625. De weerstand tegen vermoeidheid kan worden verbeterd door een meervoudig balgsysteem te gebruiken en de slaglengte te verkleinen; dit kan de levensduur van de balg aanzienlijk verlengen.

Ventiel opties

De meest voorkomende kleptypen die met balgafdichtingen moeten worden uitgerust, zijn de schuif- en bolontwerpen (zie figuur 1). Deze zijn zeer geschikt voor gebruik met balgen vanwege hun interne constructie en axiale beweging van de klepsteel.
Op basis van de beschikbare informatie lijkt het erop dat de huidige balgafdichtingskleppen in grootte variëren van 3 mm NB tot 650 mm NB. Drukwaarden zijn beschikbaar van ANSI 150# tot 2500#. Materiaalopties voor de kleppen omvatten koolstofstaal, roestvrij staal en exotische legeringen.

Toepassingen

Warmteoverdrachtmedia: hete olie wordt vaak gebruikt in industrieën zoals synthetische vezels / POY (Partially Oriented Yarn). Er bestaat echter altijd brandgevaar als gevolg van het morsen van hete olie op licht ontvlambare chemicaliën. Hier kunnen balgafdichtingskleppen de lekkage stoppen.

Vacuüm / ultrahoogvacuüm: voor sommige toepassingen is een vacuümpomp nodig om voortdurend lucht uit een pijpleiding te zuigen. Alle conventionele kleppen die op de pijpleiding zijn geïnstalleerd, kunnen ervoor zorgen dat externe lucht de pijpleiding binnendringt via de kleppakkingbus. Daarom is de balgafdichtingsklep de enige oplossing om te voorkomen dat lucht door de pakkingbus stroomt.
Zeer gevaarlijke vloeistoffen: voor media zoals chloor (zie figuur 2), waterstof, ammoniak en fosgeen is de balgafdichtingsklep een ideaal ontwerp omdat lekkage via de pakkingbus volledig wordt geëlimineerd.
Kerncentrale, zwaarwatercentrale: in gevallen waar stralingslekkage te allen tijde moet worden voorkomen, is de balgafdichtingsklep de ultieme keuze.
Dure vloeistoffen: bij sommige toepassingen moeten lekkages worden vermeden, simpelweg vanwege de hoge kosten van de vloeistof. Hierbij geeft een economische beoordeling vaak de voorkeur aan het gebruik van balgafdichtingskleppen.
Milieunormen: over de hele wereld worden de normen met betrekking tot emissies en het milieu met de dag strenger. Voor bedrijven kan het daarom lastig zijn om binnen bestaande panden uit te breiden. Met het gebruik van balgafdichtingskleppen, expansie zonder extra omgevingsfactoren
schade is mogelijk.