Rozwiązywanie problemów nienormalnego zużycia zaworów kulowych w rurociągu transportującym masę celulozową

Nasi klienci w regionach takich jak Dolny Śląsk w Polsce często napotykają trudności w swoich operacjach wydobywczych i wzbogacania rud dotyczące efektywnego i niezawodnego transportu zawiesin o wysokiej zawartości ciał stałych. Wśród nich zawór kulowy, jako kluczowy element sterujący w systemie rurociągowym, jego wydajność bezpośrednio wpływa na ciągłość produkcji i koszty utrzymania. Jednak ostre cząstki mineralne w zawiesinie, wysoki przepływ i potencjalna korozyjność doprowadziły do poważnych problemów z nienormalnym zużyciem tradycyjnych zaworów kulowych z metalowymi gniazdami, objawiających się zwiększonym wyciekiem wewnętrznym, zwiększonym momentem obrotowym otwierania i zamykania, a nawet szybkim uszkodzeniem.

Zużycie Pneumatycznych zaworów kulowych ceramicznych spowodowane warunkami pulp

Zawiesina nie jest jednorodnym płynem, lecz dwufazową mieszaniną ciał stałych i cieczy. Uszkodzenia zaworów wynikają głównie z dwóch czynników:

1. Zużycie ścierne
   • Gdy twarde cząstki, takie jak kwarc i minerały metaliczne, przechodzą przez zawór pod wysokim ciśnieniem, wywierają mikroskopijne efekty cięcia i skrobania na powierzchni uszczelniającej (kula i gniazdo zaworu). Miękkie gniazdo zaworu z PTFE lub zwykła utwardzona powierzchnia metalowa zostaną szybko porysowane, uszkadzając linię uszczelnienia i powodując awarię uszczelnienia, co skutkuje wyciekiem wewnętrznym.
2. Erozja i zużycie
   • W miejscach, gdzie przepływ jest zmniejszony lub zmienia kierunek, cząstki o dużej prędkości stale uderzają w określone obszary wewnątrz wnęki korpusu zaworu, co może prowadzić do lokalnej utraty materiału i zmniejszenia grubości ścianki. Ostatecznie może to spowodować ryzyko wycieku z korpusu.

Kluczowe rozwiązanie

Kluczem do rozwiązania problemu nienormalnego zużycia jest zapewnienie, że twardość elementów przepływowych jest znacznie większa niż twardość cząstek ściernych.

1. Materiały elementów przepływowych: od metali po ceramikę wysokowydajną
   • Zastosowanie ceramicznych wykładzin konstrukcyjnych i kul ceramicznych. Na przykład, produkcja kul, gniazd zaworów i wewnętrznych wykładzin zaworów z czystej tlenku glinu (Al2O3) lub węgliku krzemu (SiC) o czystości >99%. Te materiały ceramiczne mają twardość w skali Rockwella (HRA) do 80-90, co jest znacznie wyższe niż twardość większości twardych cząstek, tym samym przekształcając zużycie z "zużycia komponentu" na "zużycie przez sam czynnik". Zapewnia to utrzymanie dokładności geometrycznej pary uszczelniającej przez długi okres eksploatacji, fundamentalnie rozwiązując problem awarii spowodowanej zużyciem.
2. Optymalizacja konstrukcji zaworu pod kątem warunków procesu pulp
   • Zapewnienie, że po otwarciu zaworu kanał przepływu jest zasadniczo zgodny z wewnętrzną średnicą rurociągu, zmniejszając tym samym ryzyko gromadzenia się cząstek i zacinania.
   • Aby przezwyciężyć możliwe gromadzenie się zawiesiny na powierzchni kuli zaworu, co może powodować opór przy otwieraniu i zamykaniu, należy zastosować siłownik pneumatyczny o wystarczającym momencie obrotowym i współczynniku bezpieczeństwa (zazwyczaj 1,5-2 razy większym niż obliczony moment obrotowy). Dodatkowo, konieczne jest zapewnienie, że jego żywotność (np. 1 000 000 cykli) spełnia wymagania częstego procesu przełączania systemu odpylania.

Dla polskiego przemysłu wydobywczego, przyjęcie rozwiązania zaworu kulowego odpornego na zużycie z kluczową technologią opartą na w pełni ceramicznych elementach przepływowych, konstrukcji zoptymalizowanej pod kątem zawiesiny mineralnej i dopasowanego siłownika ciężkiego, przedsiębiorstwo może znacząco wydłużyć żywotność kluczowych zaworów, zmniejszyć ogólny koszt nieplanowanych przestojów i częstych wymian zaworów.