유연한 웨지와 웨지의 차이점솔리드 웨지 게이트 밸브

산업용 밸브 선택에서 게이트 밸브의 웨지 설계는 배관 시스템의 밀봉 신뢰성, 열 주기 적응성 및 유지 관리 빈도를 직접적으로 결정합니다.

두 가지 주류 구조인 - 솔리드 웨지와 플렉서블 웨지 -는 모두 포지티브 밀봉 게이트 밸브이지만 기계적 동작과 적용 가능한 시나리오에는 본질적인 차이가 있습니다.

API 600 및 ASME B16.34 표준을 기반으로 이 기사에서는 재료 역학, 온도 필드 응답 및 필드 오류 데이터의 관점에서 두 표준 간의 차이점을 분석합니다.

 

솔리드 웨지 게이트 밸브에 적합한 작동 조건은 무엇입니까? 그들의 본질적인 한계는 무엇입니까?

솔리드 웨지 게이트 밸브의 게이트 디스크는 고정된 웨지 각도(압력 등급에 따라 표준 값 5도 또는 2도 52')를 갖춘 단일 주조 금속 조각(일반적으로 WCB, LCB 또는 CF8M 스테인레스 스틸)으로 만들어집니다. 이 견고한 구조는 다음과 같은 열 순환 없이 정상 온도, 낮은 압력 차이의 매체에서 안정적으로 작동합니다.

• 작동 온도 범위가 -29도에서 150도 사이인 물, 기름, 가스 등 비부식성 유체;
• 파이프라인의 축방향 변위가 0.1mm/m 미만인 엄격한 설치 환경.

그러나 시스템의 온도가 상승하는 경우(예: 증기 파이프라인이 20도에서 250도로 가열됨) 밸브 본체와 게이트 디스크 사이의 열팽창 계수 차이로 인해 열 결합이 발생합니다. 측정된 데이터에 따르면 DN150 솔리드 웨지 게이트 밸브의 경우 온도 차이가 80도를 초과하면 게이트 디스크의 개방력이 3~5배 증가해야 하며 심지어 걸림이 발생할 수도 있습니다. 또한 매체의 고체 입자는 쐐기 표면에 축적되어 긁힘을 형성하여 누출률이 ISO 5208(0.1×DN mm²/s)의 클래스 A 요구 사항을 초과하는 경향이 있습니다.

 

유연한 웨지는 어떻게 열 결합을 방지합니까? 변형성이 압력 경계에 영향을 줍니까?

유연한 웨지 게이트 밸브는 환형 홈, U- 모양의 홈 또는 게이트 디스크 중앙이나 양쪽에 있는 관통 구멍으로 가공되어 유연한 "탄성 암"을 형성합니다. 일반적인 디자인은 다음과 같습니다.

• 단일 탄성 홈: 홈 깊이는 게이트 디스크 두께의 1/3 ~ 1/2이므로 게이트 디스크의 0.2도 ~ 0.5도 각도 변형이 가능합니다.
• 이중 탄성 링: 큰 직경(DN 300 이상)에 사용되며 최대 0.3mm의 시트 타원형을 보상할 수 있습니다.

 

파이프라인이 가열되거나 밸브 본체가 굽힘 모멘트를 받으면 유연한 웨지 게이트 디스크가 자체 편향을 통해 자동으로 밸브 시트에 맞춰져 접촉 응력을 20~35MPa(API 600에서는 최소 17MPa 필요)로 유지합니다. 증기 서비스에 대한 비교 테스트에 따르면 온도 사이클링(20→400→20도, 50사이클) 후 유연한 웨지 게이트 밸브의 개방력 변동은 ±8%에 불과한 반면 솔리드 웨지 게이트 밸브의 평균 개방력은 220% 증가합니다. 따라서 다음과 같은 경우에는 유연한 웨지를 권장합니다.

• 순환 온도 조건(예를 들어, 정유소의 지연된 코킹 단위, 온도 차이 ΔT가 200도 이상);
• 극저온 매체(-196도 액체 질소, 탄성 재료는 CF8M + Stellite 합금일 수 있음)
• 미량 입자가 포함된 매체(탄성 표면은 작은 움푹 들어간 부분을 보상할 수 있음).

 

증기 파이프라인 선택에서 엔지니어는 종종 다음을 검색합니다.주기적 온도 서비스를 위한 유연한 웨지 게이트 밸브 애플리케이션;

극저온 서비스에 대해서는 다음을 참조해야 합니다.-100도 미만의 솔리드 웨지 게이트 밸브 온도 제한(단단한 웨지는 -196도에서 깨지기 쉬운 재밍이 발생하기 쉽습니다.)

디자인 단계에서,게이트 밸브 쐐기 변형 특성계산이 필요하며 유연한 쐐기의 탄성 강성은 일반적으로 50~200kN/mm로 설계됩니다.

조달 과정에서 탄성 홈의 루트에 대한 필렛 반경 요구 사항은 다음과 같습니다.API 600 웨지 디자인단면을 확인해야 합니다(응력 집중을 피하기 위해 1.5mm 이상).

 

전문적인 비교: 씰링 신뢰성, 유지보수 간격 및 비용의 차이

매개변수	솔리드 웨지	유연한 웨지
상온에서 최대 밀봉 압력 차이	40MPa(클래스 2500)	32MPa(클래스 2000)
허용되는 좌석 비-평행성	0.05mm 이하	0.25mm 이하
일반적인 실패 모드	열 결합, 쐐기 표면 마모	탄성 홈의 피로 파괴(수명 약. 10⁵주기)
현장-연삭 수리	2~3회 반복 가능	일반적으로 연삭 불가능(탄성 치수 손상)

유지 관리 측면에서 볼 때 솔리드 웨지 게이트 밸브의 게이트 디스크는 현장에서 Stellite#6으로 하드페이스 처리하고-원래 웨지 각도로 연삭할 수 있으며, 유지 관리 비용은 원래 밸브 가격의 15~20%를 차지합니다. 플렉서블 웨지의 탄성홈 뿌리 부분에 균열이 발생하면 게이트 디스크 전체를 교체해야 하며 비용은 40~50% 정도 소요됩니다. 따라서 솔리드 웨지는 연간 개폐 주기가 500회 미만이고 온도가 일정한 깨끗한 물 파이프라인에 더 경제적입니다. 스팀 트랩핑 및 촉매 균열과 같은 빈번한 열 순환 시나리오의 경우{10}플렉시블 웨지의 일회성 구매 가격이 15~25% 더 높지만 계획되지 않은 가동 중단을 방지하는 가치는 가격 차이를 훨씬 초과합니다.

 

작동 매개변수를 기반으로 결정을 내리는 방법은 무엇입니까?

• ΔT(매체와 주변 온도 차이) < 60도인 경우그리고개폐 빈도 < 2회/일 → 솔리드 웨지 선택;
• ΔT가 100도보다 크거나 같은 경우또는파이프라인은 진동/굽힘 하중을 받습니다 → 유연한 웨지 탄성 홈의 표면 거칠기가 Ra 0.8μm 이하인지 확인하여 사용해야 합니다.
• H2S(NACE MR0175)가 포함된 습식 사워 가스 서비스의 경우 두 설계 모두 22 HRC 이하의 경도가 필요하지만 잔류 응력에 대한 민감성으로 인해 유연한 웨지에는 솔리드 웨지가 선호됩니다.

국제저널에 게재된 현장통계에 따르면밸브월드2021년: 62개의 게이트 밸브 고장 사례 중 열 결합으로 인한 견고한 쐐기 걸림이 41%를 차지했으며 유연한 쐐기 고장 중 12%만이 설계와 관련이 있었고{4}}나머지는 사용자가 온도 주기 제한을 초과했기 때문입니다. 따라서 작동 매개변수 시트(최대/최소 온도, 시간당 사이클 수 포함)를 정확하게 작성하는 것은 올바른 웨지 구조를 선택하기 위한 전제 조건입니다.