{"id":2513,"date":"2021-02-02T20:51:17","date_gmt":"2021-02-02T19:51:17","guid":{"rendered":"https:\/\/www.prometal.dk\/?p=2513"},"modified":"2022-01-20T22:57:51","modified_gmt":"2022-01-20T21:57:51","slug":"prometal-hurtigt-lukkende-ventiler","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.prometal.dk\/?p=2513","title":{"rendered":"Hurtigt lukkende ventiler \u2013 coating af s\u00e6der og kugle"},"content":{"rendered":"

(Hent artikel som PDF her)<\/a><\/p>\n

Hurtigt lukkende ventiler specificeres oftest i systemer som er forbundet med store risici.<\/strong>Et nyt kugleventildesign baseret p\u00e5 overfladebehandling af kuglen, kan reducere aktuatorens st\u00f8rrelse og derved prisen p\u00e5 den aktuerede ventil.<\/strong><\/p>\n

I januar 2021 tester Valland Srl. produktionsventiler der sammenligner forskellige typer indvendig coating p\u00e5 st\u00f8rre ventilst\u00f8rrelser.<\/strong><\/p>\n

Introduktion<\/h2>\n

Hurtiglukkende ventiler f\u00e5s i forskellige designs. Ved mindre ventiler i industrien bruges typisk s\u00e6deventiler, ved st\u00f8rre ventiler bruger man oftest axial ventiler, men ogs\u00e5 kuglehaner.<\/p>\n

Ventilerne er pga. deres sikkerhedsegenskaber ofte brugt i olie- og gasindustrien, hvor der er krav til kort lukketid (90 \u00b0\u2019s drejning p\u00e5 mindre end 4-5 sekunder), korrosionsbestandighed over for aggressive medier, og krav om lav friktion mellem dynamiske \/ bev\u00e6gelige dele. Dette bla. for at undg\u00e5 at momentv\u00e6rdierne og dermed at aktuatorerne bliver for store.<\/p>\n

Den mest benyttede ventiltype af aktuerede afsp\u00e6rringsventiler (on\/off ventiler) i Olie & Gas branchen er kugleventiler. Kugleventilernes t\u00e6tning af s\u00e6derne kan g\u00f8res p\u00e5 to m\u00e5der:<\/p>\n

1)\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 Bl\u00f8de s\u00e6der; som er en polymerindsats mekanisk fastgjort til s\u00e6derne for at opn\u00e5 en bl\u00f8d forseglingseffekt. Her deformeres det polymere materiale effektivt under v\u00e6sketrykket for at im\u00f8dekomme en generel deformation af metaldele og sikre fuld kontinuitet i kontaktomr\u00e5det. \u00a0<\/p>\n

2)\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 Metal-til-metal-kontakt; Her skal man v\u00e6re opm\u00e6rksom p\u00e5 at hvis kuglen ikke er h\u00e5rd nok er der for h\u00f8j risiko for slitage under \u00e5bning \/ lukning. S\u00e6derne og kuglerne, kan ikke benyttes uden en overfladebehandling p\u00e5 grund af det ubehandlede metals begr\u00e6nsede h\u00e5rdhed. Dette forv\u00e6rres meget i tilf\u00e6lde af hurtiglukkende ventiler, hvor den hurtige aktivering eksponentielt \u00f8ger risikoen for svigt i metal-til-metal-kontakten. Derfor benyttes typisk en tungstenkarbid coating, (herefter kaldet TCC).<\/p>\n

P\u00e5 trods af p\u00e5lideligheden af bl\u00f8de pakninger i mange Olie & Gas-applikationer foretr\u00e6kker man at undg\u00e5 polymert\u00e6tning under de mest kr\u00e6vende forhold p\u00e5 grund af kemiske kompatibilitetsproblemer.Af denne grund er der fokus p\u00e5 l\u00f8sninger til fremstilling af hurtig lukkende kugleventiler med metal-til-metal-t\u00e6tning. \u00a0<\/p>\n

Den italienske producent af kugleventiler, Valland Srl, har set p\u00e5 en ny tilgang til denne problematik og baseret deres test og studier af en ny overfladebel\u00e6gning, i forbindelse med det norske Jotun projekt, hvor de har leveret aktuerede hurtiglukkende kugleventiler i st\u00f8rrelserne 8 og 10\u201d i trykklassen 1500# – som lukker p\u00e5 under 2 sekunder.<\/p>\n

Plasmabaserede processer til bel\u00e6gninger af h\u00f8j kvalitet<\/h2>\n

I tilf\u00e6lde af metal-til-metal-forsegling har Olie & Gas-industrien traditionelt v\u00e6ret afh\u00e6ngig af to l\u00f8sninger. Den f\u00f8rste best\u00e5r i at bekl\u00e6de overfladen af \u200b\u200bbev\u00e6gelige dele med h\u00e5rde metaller s\u00e5som Cr-Co eller Ni-Cr-Co legeringer ved hj\u00e6lp af \u201dGas Metal Arc Welding\u201d (GMAW). P\u00e5 denne m\u00e5de kan flere forskellige, h\u00e5rde legeringer svejses p\u00e5 ventildelene afh\u00e6ngigt af kompatibiliteten af de enkelte materialer. Her kan der n\u00e6vnes kommercielle produkter som Stellite\u00ae eller Ultimet\u00ae.\u00a0<\/p>\n

Alternativt kan metalt\u00e6tninger og metalforsegling opn\u00e5s ved at bel\u00e6gge bev\u00e6gelige dele med et keramisk eller h\u00e5rdt metallag. Dette er is\u00e6r brugt n\u00e5r der kr\u00e6ves h\u00e5rdhedsv\u00e6rdier over 1000 – 1200 HV. High Velocity Oxygen Fuel (HVOF) er meget anerkendt og blandt de mest almindelige og veludnyttede metoder til f\u00e6stning af tungstenkarbid coating (TCC) eller kromkarbid coating (CCC). Ligesom \u201dhard facing cladding\u201d sikrer overflader ved kemisk inerti mod typiske Olie & Gas-milj\u00f8er og giver god slidstyrke og st\u00f8rre h\u00e5rdhed.<\/p>\n

Den mekaniske belastning, der er under \u00e5bning \/ lukning af hurtigt lukkende ventiler, er s\u00e5 h\u00f8j, at coating af dele ved hj\u00e6lp af cladding procedure (hard metal cladding) ikke kan anvendes p\u00e5 grund af den begr\u00e6nsede h\u00e5rdhed som opn\u00e5s ved svejsningen \/cladding.<\/p>\n

P\u00e5 samme m\u00e5de udg\u00f8r TCC- og CCC-bel\u00e6gninger en betydelig risiko for svigt, specielt pga. de tangentielle belastninger, der opst\u00e5r mellem kugle- \/ s\u00e6deoverfladerne under bev\u00e6gelsen: selvom \u201drivning\u201d ikke betragtes som et problem for de termisk p\u00e5spr\u00f8jtede bel\u00e6gninger, s\u00e5 kan der opst\u00e5 de-laminationsproblemer p\u00e5 grund af friktionsniveauerne.<\/p>\n

For at tackle disse problemer skal de nye effektive coatinger sikre h\u00f8j h\u00e5rdhed (over 1500 – 2000 HV), lav friktionskoefficient (i st\u00f8rrelsesordenen 0,1 – 0,2) og forbedret h\u00e6ftning p\u00e5 metallet. Plasmabaserede processer tillader fremstilling af tynde film med de f\u00f8rn\u00e6vnte egenskaber. Disse coatingteknikker er i stand til at producere film af en h\u00f8j kvalitet takket v\u00e6re de energiniveauer, som partiklerne har adgang til i plasmatilstanden.<\/p>\n

Den h\u00f8jere energi – som oms\u00e6ttes direkte til h\u00f8jere hastighed af partiklerne under coating processen \u2013 skaber en forbedret bindingskraft og en kompakthed, og giver sig udtryk i h\u00e5rdhed, gode slidegenskaber og modstand mod eksterne aggressive stoffer. Coatingprocessen sker normalt i et vakuumkammer for at undg\u00e5 energitab og u\u00f8nskede kemiske reaktioner fra det ydre milj\u00f8.<\/p>\n

Plasmateknikker er opdelt i to hovedfamilier afh\u00e6ngigt af coating mekanismerne, og hvordan coating partiklerne bev\u00e6ger sig fra den indledende tilstand til plasmatilstanden.<\/p>\n

1) Den f\u00f8rste gruppe best\u00e5r af den s\u00e5kaldte Physical Vapor Deposition (PVD) teknik: en energikilde med h\u00f8j effekt (f.eks. Laserpuls eller elektromagnetisk feltgenerator) som skaber en faseovergang fra et fast materiale til sm\u00e5 bel\u00e6gningspartikler, der overf\u00f8res til metalunderlaget, direkte fra plasmatilstanden.<\/p>\n

2) I den anden gruppe findes Plasma-Assisted (PA) eller Plasma-Enhanced (PE) Chemical Vapor Deposition (CVD) teknikker. Her bruges energikilden ikke til at smelte eller faseforskyde et fast materiale. Her f\u00f8res en gas pr\u00e6kursor (udgangsstof) normalt ind i aflejringskammeret som i traditionelle CVD-processer, mens den eksterne kilde muligg\u00f8r overgangen af \u200b\u200bindkommende bel\u00e6gningspartikler fra gasfasen til plasmafasen. P\u00e5 denne m\u00e5de kan flere forskellige materialer bruges i coating processen. En skematisk illustration af en PE-CVD-proces er ses i figur 1:<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Figur 1:<\/strong> Skematisk gengivelse af PE-CVD-processen. Ved at udnytte energien fra str\u00f8mkilden overf\u00f8res udgangsmaterialet til plasmatilstand og derefter afs\u00e6ttes p\u00e5 metaloverfladen [Kilde: <\/em>https:\/\/semiengineering.com\/<\/em><\/a>]<\/em><\/p>\n

PE-CVD tillader coating med innovativt materiale med unikke egenskaber. Et af de mest lovende eksempler p\u00e5 denne teknik er \u201dDiamond-Like Carbon\u201d (DLC) coating. DLC er en homogen blanding af kulstofbaseret materiale, hvor kulstofatomer er forbundet med hinanden i henhold til to forskellige konfigurationer (figur 2):<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Figur 2: <\/strong>Dual carbon struktur i DLC system<\/p>\n

Tilstedev\u00e6relsen af diamantlignende og grafitlignende struktur er ansvarlig for dette materiales ejendommelige egenskaber: diamanternes ekstreme h\u00e5rdhed er forbundet med Graphens (ultratynd grafit) selvsm\u00f8rende egenskaber ved stuetemperaturniveauer. Denne blanding g\u00f8r DLC til en seri\u00f8s kandidat til tribologiske anvendelser, hvor slid og friktionsf\u00e6nomener skal tages i betragtning.<\/p>\n

Efter at have beskrevet egenskaberne ved DLC-coatingen har man valgt DLC som den bedste l\u00f8sning til at h\u00e5ndtere de praktiske problemer i forbindelse med hurtigt lukkende ventiler.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Figur 3: <\/strong>3\u201d 2500# side entry kugleventil testet med DLC coating.<\/p>\n

Testresultater<\/h2>\n

Til udholdenhedstestene er ventilen f\u00f8rst blevet betjent med en pneumatisk aktuator for at gennemf\u00f8re \u00e5bnings- \/ lukningscyklusser ved forskellige tidsvarigheder (se tabel 1 for testoplysninger). Ti \u00e5bnings- \/ lukningsman\u00f8vrer pr. Cyklus ved fuldt designtryk er udf\u00f8rt i DBB-konfiguration (Double Block and Bleed). Efter hver \u00e5bnings- \/ lukningscyklus er ventilen blevet bearbejdet med en dynamometrisk skruen\u00f8gle til at registrere momentresultaterne (dvs. Break-to-Open-moment for henholdsvis opstr\u00f8ms side eller s\u00e6de A og nedstr\u00f8ms side eller s\u00e6de B).<\/p>\n

For at kontrollere tilstanden af forseglingsmaterialet er l\u00e6kagehastigheden ogs\u00e5 m\u00e5lt i henhold til en standard hydrostatisk s\u00e6detest, som for API 6D.<\/p>\n

Driftsparametrene og testresultaterne er vist i Tabel 1<\/h2>\n

Tabel 1: <\/strong>Testparametre og resultater for DLC-bel\u00e6gningskvalifikation. Driftstid og hastighed henvises til \u00e5bnings- \/ lukningscyklusser udf\u00f8rt med aktuatoren, mens momentet er registreret med momentm\u00e5leren.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
\n

N\u00b0 of test<\/strong><\/p>\n<\/td>\n

\n

Valve<\/strong> pressure<\/strong><\/p>\n<\/td>\n

\n

Operating<\/strong> time<\/strong><\/p>\n<\/td>\n

\n

Tangential<\/strong> speed<\/strong><\/p>\n<\/td>\n

\n

Cycles DBB, full DP<\/strong><\/p>\n<\/td>\n

\n

BTO Torque [Nm]<\/strong><\/p>\n<\/td>\n

\n

Leakage rate [mm3\/min]<\/strong><\/p>\n<\/td>\n

\n

\u00a0<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n

\n

1<\/strong><\/p>\n<\/td>\n

\n

431 bar<\/p>\n<\/td>\n

\n

As<\/em> assembled<\/em><\/p>\n<\/td>\n

\n

As<\/em> assembled<\/em><\/p>\n<\/td>\n

\n

10<\/p>\n<\/td>\n

\n

A: 253<\/p>\n<\/td>\n

\n

A: 32<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n

\n

B: 379<\/p>\n<\/td>\n

\n

B: 36<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n

\n

2<\/strong><\/p>\n<\/td>\n

\n

431 bar<\/p>\n<\/td>\n

\n

8\u2019\u2019<\/p>\n<\/td>\n

\n

13 mm\/s<\/p>\n<\/td>\n

\n

\u00a0<\/p>\n

10<\/p>\n<\/td>\n

\n

A: 277<\/p>\n<\/td>\n

\n

A: 26<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n

\n

B: 295<\/p>\n<\/td>\n

\n

B: 47<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n

\n

3<\/strong><\/p>\n<\/td>\n

\n

431 bar<\/p>\n<\/td>\n

\n

4\u2019\u2019<\/p>\n<\/td>\n

\n

25 mm\/s<\/p>\n<\/td>\n

\n

10<\/p>\n<\/td>\n

\n

A: 272<\/p>\n<\/td>\n

\n

A: 45<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n

\n

B: 246<\/p>\n<\/td>\n

\n

B: 39<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n

\n

4<\/strong><\/p>\n<\/td>\n

\n

431 bar<\/p>\n<\/td>\n

\n

3\u2019\u2019<\/p>\n<\/td>\n

\n

33 mm\/s<\/p>\n<\/td>\n

\n

10<\/p>\n<\/td>\n

\n

A: 288<\/p>\n<\/td>\n

\n

A: 44<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n

\n

B: 311<\/p>\n<\/td>\n

\n

B: 31<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n

\n

5<\/strong><\/p>\n<\/td>\n

\n

431 bar<\/p>\n<\/td>\n

\n

2\u2019\u2019<\/p>\n<\/td>\n

\n

50 mm\/s<\/p>\n<\/td>\n

\n

10<\/p>\n<\/td>\n

\n

A: 308<\/p>\n<\/td>\n

\n

A: 32<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n

\n

B: 300<\/p>\n<\/td>\n

\n

B: 46<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n

\n

6<\/strong><\/p>\n<\/td>\n

\n

431 bar<\/p>\n<\/td>\n

\n

1\u2019\u2019<\/p>\n<\/td>\n

\n

100 mm\/s<\/p>\n<\/td>\n

\n

10<\/p>\n<\/td>\n

\n

A: 287<\/p>\n<\/td>\n

\n

A: 30<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n

\n

B: 327<\/p>\n<\/td>\n

\n

B: 33<\/p>\n<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

DLC har v\u00e6ret i stand til effektivt at modst\u00e5 alle kvalifikationstrin, hvilket muligg\u00f8r en driftstid s\u00e5 lav som 1 sekund,<\/strong> uden rivning, revner eller delaminering (se bilag 1 til visuel inspektion).<\/p>\n

Coatingen garanterer en konstant ydeevne af metal-til-metal-t\u00e6tningen under de forskellige driftsforhold. Efter indk\u00f8ringsfasen (som samlet tilstand) forbliver momentv\u00e6rdierne n\u00e6sten konstante.<\/p>\n

De registrerede momentv\u00e6rdier er henholdsvis 286 \u00b1 12 Nm og 296 \u00b1 27 Nm for henholdsvis s\u00e6de A og s\u00e6de B, langt under standardmomentet p\u00e5 650 Nm der er teoretisk beregnet for TCC-coating. Denne reduktion er i overensstemmelse med de selvsm\u00f8rende egenskaber ved DLC, som reducerer friktionskoefficienten op til 0,06 – 0,08.<\/p>\n

Samtidig bevares t\u00e6theden ogs\u00e5. Der er ingen m\u00e6rkbare variationer i l\u00e6kagehastighederne fra test nr. 1 til test nr. 6. Selv i betragtning af sm\u00e5 udsving p\u00e5 grund af en sandsynlig ikke-komplet stabilisering er de gennemsnitlige l\u00e6kagehastigheder henholdsvis 35 \u00b1 8 mm3 \/ min og 39 \u00b1 7 mm3 \/ min for henholdsvis side A og B. I henhold til ISO 5208 \u201cIndustrielle ventiler – Tryktest af ventiler\u201d, 4. udgave, juni 2015, svarer disse l\u00e6kage niveauer til Rate B, et bem\u00e6rkelsesv\u00e6rdigt resultat for metal-til-metal-ventiler.<\/p>\n

Konklusion<\/h2>\n

For at vurdere ydelsen af DLC-bel\u00e6gningen til hurtigt lukkende ventiler har man lavet en test og belagt trim delene p\u00e5 en 3” 2500 # kugleventil fra Valland Srl. (DLC-multi-laget er coated p\u00e5 ventilkuglen og s\u00e6de A, mens det andet s\u00e6de B kun er belagt med standard TCC).<\/p>\n

Ved at sammenligne pr\u00e6stationerne for s\u00e6de A og s\u00e6de B ser man at DLC fungerer effektivt uden problemer, selv p\u00e5 TCC uden at kr\u00e6ve DLC ved DLC-interaktion. Ikke desto mindre foresl\u00e5r vi at anvende DLC p\u00e5 begge de bev\u00e6gelige dele for at sikre fuldst\u00e6ndig p\u00e5lidelighed – is\u00e6r til applikationer hvor der er krav om lang levetid.<\/p>\n

Resultatet er at DLC er en effektiv bel\u00e6gning, hvor der er ikke observeret nogen slidskader, selv for gentagne \u00e5bning \/ lukketider p\u00e5 under 1 sekund. DLC bel\u00e6gning b\u00f8r derfor anvendes i hurtiglukkeventiler \/ hurtig-aktiverede ventiler p\u00e5 grund af dens overlegne egenskaber med hensyn til overfladeh\u00e5rdhed og friktionsreduktion.<\/p>\n

Bilag 1 \u2013 Visuel unders\u00f8gelse<\/h2>\n

\"\"<\/p>\n

Figur 5: <\/strong>Ball side A (on the left) and side B (on the right) after the qualification tests for FC actuated valves. No relevant damage appears on the ball surface as confirmed by leakage rate results, which remain under Rate B.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

(Hent artikel som PDF her) Hurtigt lukkende ventiler specificeres oftest i systemer som er forbundet med store risici.Et nyt kugleventildesign baseret p\u00e5 overfladebehandling af kuglen, kan reducere aktuatorens st\u00f8rrelse og derved prisen p\u00e5 den aktuerede ventil. I januar 2021 tester Valland Srl. produktionsventiler der sammenligner forskellige typer indvendig coating p\u00e5 st\u00f8rre ventilst\u00f8rrelser. Introduktion Hurtiglukkende ventiler…<\/p>\n

Read More<\/a><\/p>\n","protected":false},"author":2,"featured_media":562,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[1],"tags":[],"class_list":["post-2513","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-uncategorized-da"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.prometal.dk\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/2513","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.prometal.dk\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.prometal.dk\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.prometal.dk\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.prometal.dk\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=2513"}],"version-history":[{"count":11,"href":"https:\/\/www.prometal.dk\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/2513\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":2568,"href":"https:\/\/www.prometal.dk\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/2513\/revisions\/2568"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.prometal.dk\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/media\/562"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.prometal.dk\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=2513"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.prometal.dk\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=2513"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.prometal.dk\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=2513"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}