Introduktion till bälgförseglade ventiler

Bälg(ar) Tätning(ed) Ventiler

Läckage vid olika punkter i rörledningar som finns i kemiska fabriker skapar utsläpp. Alla sådana läckagepunkter kan detekteras med olika metoder och instrument och bör noteras av anläggningsingenjören. Kritiska läckagepunkter inkluderar flänsförsedda packningar och ventil-/pumpglandpackningen etc. Idag inriktar sig den kemiska processindustrin på säkrare teknik för bättre miljöskydd och det har blivit varje processingenjörs ansvar att designa anläggningar som begränsar skador på miljön genom att förhindrande av läckage av giftiga kemikalier.

Läckage från ventilen eller packboxenär normalt ett problem för underhålls- eller anläggningsingenjören. Detta läckage betyder:
a) Förlust av material b) Föroreningar till atmosfären c) Farligt för fabriksanställda.

Ta till exempel fallet med ett ångläckage genom ventilglanden. Vid 150 PSI innebär ett spel på bara 0,001″ genom körteln en läcka med en hastighet av 25 lb/timme. Detta motsvarar en förlust på 1,2 USD per åtta timmars skift, eller 1 100 USD per år. På samma sätt resulterar en liten droppe med 0,4 mm diameter per sekund i ett slöseri på cirka 200 liter per år av dyr olja eller lösningsmedel. Detta läckage kan minskas avsevärt genom att använda bälgtätningsventilen. Denna artikel kommer nu att överväga konstruktionen och driften av bälgtätningen.

Bälgkonstruktion

Bälgpatronen är svetsad till både ventilhuven och ventilskaftet. Bälgpatronen har ett antal varv och dessa varv blir komprimerade eller expanderade beroende på ventilskaftets rörelse. (Vetenskapligt sett komprimeras bälgen när ventilen är i öppet läge och expanderar när ventilen är i stängt tillstånd). Det är viktigt att korrekt installera ventilkropparna. Bälgen kan tätas mot ventilerna på två olika sätt. För det första kan bälgen svetsas till ventilskaftet upptill och ventilhuset på botten. I detta fall är processvätskan innesluten i bälgen eller i den andra metoden svetsas bälgen till ventilskaftet i botten och kroppen på toppen. I detta fall är processvätskan innesluten i det ringformiga området mellan ventilkåpan och bälgen (från utsidan).

Bälgen är en kritisk komponent och utgör hjärtat av bälgtätningsventilerna. För att undvika vridning av bälgen måste ventilen endast ha en spindel med linjär rörelse. Detta kan uppnås med hjälp av en så kallad hylsmutter vid okdelen av ventilhuven. Ett handratt är monterat på hylsmuttern som effektivt överför en roterande rörelse av handratten till en linjär rörelse i ventilskaftet.

Bälgtyper

Det finns två huvudtyper av bälg: den smidda bälgen och den svetsade bälgen. Formad bälg är gjord av att rulla en platt plåt (tunnväggig folie) till ett rör som sedan smältsvetsas i längdriktningen. Detta rör formas därefter mekaniskt eller hydrostatiskt till en bälg med rundade och brett åtskilda veck. Den svetsade bladbälgen är tillverkad genom att svetsa ihop brickliknande plåtar av tunn metall både på brickornas inre och yttre omkrets – som plåtar. En svetsad lövbälg har fler veck per längdenhet jämfört med en smidd bälg. Sålunda, för samma slaglängd, är smidda bälgar två till tre gånger längre än sina svetsade bladmotsvarigheter.

Enligt uppgift misslyckas mekaniskt smidda bälgar på slumpmässiga ställen, medan det svetsade bladet vanligtvis misslyckas vid eller nära en svets. För att säkerställa full penetrering av bälgändar och ändhylssvetsning är det lämpligt att tillverka med mikroplasmasvetsning.

Bälgdesign

Flerskiktsbälgkonstruktionen är att föredra för hantering av vätskor med högre tryck (i allmänhet två eller tre lager av metallväggen). En tvåskiktsbälg kan öka dess tryckklassificering med 80 % till 100 % jämfört med en enskiktsbälg av samma tjocklek. Alternativt, om en enskiktsbälg med en tjocklek som motsvarar en tryckklassificering av en tvåskiktsbälg används, reduceras slaglängden. Således erbjuder en flerskiktsbälgkonstruktion en distinkt fördel jämfört med en enskiktsbälg. Det är tydligt att bälgen utsätts för metallutmattning och denna utmattning kan inducera svetsfel. Bälgens utmattningslivslängd påverkas av konstruktionsmaterial, tillverkningsteknik, slaglängd och slagfrekvens, förutom de vanliga parametrarna som vätsketemperatur och tryck.

Bälgmaterial

Det mest populära bälgmaterialet i rostfritt stål är AISI 316Ti som innehåller titan för att tåla höga temperaturer. Alternativt förbättrar Inconel 600 eller Inconel 625 utmattningshållfastheten och korrosionsbeständigheten jämfört med bälgar i rostfritt stål. På liknande sätt erbjuder Hastalloy C-276 större korrosionsbeständighet och utmattningshållfasthet än Inconel 625. Utmattningsmotståndet kan förbättras genom att använda ett multipelbälgsystem och minska slaglängden; detta kan avsevärt öka bälgens livslängd.

Ventilalternativ

De vanligaste ventiltyperna som förses med bälgtätningar är port- och klotkonstruktionerna (se figur 1). Dessa är mycket lämpade för användning med bälgar på grund av deras interna konstruktion och axiella rörelse av ventilskaftet.
Baserat på tillgänglig information verkar det som att nuvarande bälgtätningsventiler varierar i storlek från 3 mm NB till 650 mm NB. Tryckklasser finns i från ANSI 150# till 2500#. Materialalternativ för ventilerna inkluderar kolstål, rostfritt stål och exotiska legeringar.

Ansökningar

Värmeöverföringsmedia: het olja används ofta i industrier som syntetiska fibrer/POY (Partially Oriented Yarn). Det finns dock alltid risk för brand på grund av hett oljespill på lättantändliga kemikalier. Här kan bälgtätningsventiler stoppa läckaget.

Vakuum / ultrahögt vakuum: vissa applikationer kräver en vakuumpump för att kontinuerligt suga ut luft från en rörledning. Alla konventionella ventiler installerade på rörledningen kan tillåta extern luft att komma in i rörledningen genom ventilens packbox. Därför är bälgtätningsventilen den enda lösningen för att förhindra luft från att passera genom packboxen.
Mycket farliga vätskor: för medier som klor (se figur 2), väte, ammoniak och fosgen, är bälgtätningsventilen en idealisk design eftersom läckage genom glanden är helt eliminerad.
Kärnkraftverk, tungvattenverk: i fall där strålningsläckage hela tiden ska förhindras, är bälgtätningsventilen det ultimata valet.
Dyra vätskor: i vissa applikationer måste läckor undvikas helt enkelt på grund av den höga kostnaden för vätskan. Här gynnar en ekonomisk bedömning ofta användningen av bälgtätningsventiler.
Miljöstandarder: runt om i världen blir standarder för utsläpp och miljö strängare dag för dag. Det kan därför vara svårt för företag att expandera inom befintliga lokaler. Med användning av bälgtätningsventiler, expansion utan ytterligare miljö
skada är möjlig.