Kỹ thuật tiên tiến cho thiết kế van bi API6D

Phương pháp thiết kế và đúc có tầm quan trọng đáng kể đối với chất lượng và tuổi thọ của van. Trong quá trình phát triển và sản xuất các loại van được sử dụng trong ngành dầu khí, chẳng hạn như Van bi API6D, các phương pháp này ảnh hưởng tích cực đến quá trình phát triển các ứng dụng bao gồm phân tích tĩnh, dòng chảy và đúc đồng thời đảm bảo tính xác thực và độ tin cậy của sản phẩm.

Van được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau, bao gồm dầu, khí tự nhiên, hóa chất, hàng hải và các ngành khác, để đảm bảo kiểm soát dòng chảy an toàn. Các loại van khác nhau đã được phát triển dựa trên đường ống chúng được sử dụng, tính chất của chất lỏng và điều kiện môi trường.

Việc sản xuất và chứng nhận các loại van này theo tiêu chuẩn và quy định quốc tế là rất quan trọng để đáp ứng các yêu cầu về sản xuất và môi trường, cũng như đảm bảo an toàn cho người dùng. Tiêu chuẩn API6D do Viện Dầu khí Hoa Kỳ thiết lập, quy định các yêu cầu đối với đường ống và van được sử dụng trong đó. Van sử dụng trong đường ống dẫn dầu và khí đốt tự nhiên phải được sản xuất để đáp ứng mọi yêu cầu, có tính đến cả tính chất hóa học của chất lỏng và giá trị kinh tế của chúng.

Bài viết này nhằm mục đích mô tả công việc kỹ thuật tiên tiến liên quan đến các giai đoạn thiết kế và phát triển sản xuất van bi tuân thủ API6D, được thiết kế, sản xuất và thử nghiệm trong công ty chúng tôi. Nó cũng giải thích các lỗi đúc gặp phải trong giai đoạn sản xuất và những cải tiến được thực hiện trong phương pháp đúc.

Quy trình thiết kế van

Van, tùy thuộc vào lĩnh vực chúng được sử dụng, có thể phải tiếp xúc với các điều kiện như áp suất cao, môi trường ăn mòn, nhiệt độ cao, v.v. Vì vậy, van phải được thiết kế và sản xuất có tính đến các điều kiện này. Do điều kiện vận hành khó khăn và hình dạng phức tạp, một số van được sản xuất bằng phương pháp đúc. Những khó khăn và hạn chế cố hữu trong quá trình đúc cũng như các tiêu chuẩn quốc tế, yêu cầu của khách hàng và điều kiện vận hành phải được tính đến trong giai đoạn thiết kế.

Van bi được phát triển trong nghiên cứu này được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu của tiêu chuẩn thiết kế API6D và các tiêu chuẩn tham chiếu khác như ASME B16.10, ASME B16.5 và ASME B16.34.

Trong quá trình thiết kế, tính chất cơ học của ASTM A216 Gr. Thép carbon đúc chất lượng WCB, được chọn làm vật liệu thân xe, đã được kiểm tra thông qua các bài kiểm tra độ bền kéo và độ cứng. Công việc tính toán và phân tích thiết kế được thực hiện dựa trên những dữ liệu này. Các phân tích tĩnh được thực hiện trên các bộ phận chịu áp lực, chẳng hạn như thân xe, quả cầu và bộ phận nắp ca-pô, để kiểm tra tải trọng và biến dạng mà các bộ phận này gặp phải. Dựa trên kết quả thu được, người ta xác định rằng tải trọng tác dụng lên các bộ phận thấp hơn cường độ chảy của vật liệu, cho thấy thiết kế rất phù hợp về mặt áp suất. Mô phỏng phân tích tĩnh được đặt ở mức 1,5 lần áp suất làm việc của van (19,6 Bar), tương ứng với 29,4~30 Bar, như được quy định trong tiêu chuẩn. Tính toán thiết kế đã được thực hiện theo các yêu cầu quy định trong tiêu chuẩn API6D và ASME B16.34. Dữ liệu thu được từ các tính toán này phù hợp với kết quả mô phỏng phân tích tĩnh được thực hiện trên máy tính. Kết quả của những nỗ lực này là thiết kế đã được xác nhận về mặt lý thuyết và thiết kế van đã được phát triển để đảm bảo hiệu suất tối đa trong các điều kiện vận hành. Tất cả công việc được thực hiện ở giai đoạn này đều được ghi lại, dẫn đến việc tạo ra gói thiết kế.

Sau khi hoàn thành công việc thiết kế cuối cùng, quy trình sản xuất mô hình cho các bộ phận thân và nắp ca-pô được sản xuất bằng phương pháp đúc đã được bắt đầu. Trong quá trình này, dữ liệu mô hình được tạo ra với các mức cho phép gia công và độ co ngót được cung cấp theo yêu cầu tiêu chuẩn EN 8062-3. Để duy trì hiệu quả sản xuất tối đa trong giai đoạn thiết kế, số lượng bề mặt gia công được giữ ở mức tối thiểu. Tuy nhiên, quá trình này được thực hiện theo cách không ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm theo yêu cầu tiêu chuẩn.

Nghiên cứu phát triển phương pháp đúc

Mô phỏng đúc đã được tiến hành để ngăn ngừa các khuyết tật như co ngót và độ xốp của khí, cũng như các tác động tiêu cực như ứng suất bên trong, ở thân và các bộ phận nắp ca-pô được sản xuất bằng phương pháp đúc cát. Ngoài những mô phỏng này, việc tính toán khoảng cách bộ nạp và bộ nạp cũng đã được hoàn thành để duy trì tỷ lệ Net/Brute hiệu quả và đảm bảo truyền-chất lượng cao. Độ dốc hóa rắn và mô phỏng điền thép nóng chảy được thực hiện bằng Novacast. Thiết kế bộ nạp và đường dẫn được tối ưu hóa dựa trên những mô phỏng này, dẫn đến việc phát triển một phương pháp đúc tối ưu.

Những cải tiến đã được thực hiện đối với thiết kế dựa trên mô phỏng đúc để đảm bảo quá trình hóa rắn theo hướng và giảm thiểu khả năng xảy ra các điểm nóng. Tất cả công việc mô phỏng đều được ghi chép tỉ mỉ và đưa vào gói thiết kế.

Ngoài ra, các biểu mẫu phương pháp đúc đã được tạo và ghi lại để xác định các bộ cấp liệu, hỗn hợp cát và hệ thống làm mát, nhằm ngăn ngừa sự nhầm lẫn trong giai đoạn sản xuất.

Mục tiêu của những nỗ lực này là đạt được sản phẩm-chất lượng cao với tỷ lệ phế liệu thấp bằng cách sử dụng mô hình và phương pháp đúc đã phát triển. Trước khi thực hiện các nghiên cứu tính toán và mô phỏng vật đúc, các điểm nóng và khoang co ngót đã được quan sát thấy ở các vùng được chỉ ra trong hình ảnh của các bộ phận đúc. Thử nghiệm không-phá hủy (NDT) đã được thực hiện trên các bộ phận đúc trước khi mô phỏng và những khác biệt được xác định trong mô phỏng đã được phát hiện một cách cụ thể. Các lỗ rỗng co ngót xảy ra ở những khu vực cách xa bộ cấp liệu và nơi có chiều cao mô-đun cao. Ngoài ra, do sự nhiễu loạn trong quá trình đổ đầy khuôn, các khoang khí được quan sát thấy ở nhiều điểm khác nhau trên các bộ phận. Tất cả những điểm gián đoạn này được phát hiện thông qua các thử nghiệm thẩm thấu chất lỏng và kiểm tra bằng chụp ảnh phóng xạ được thực hiện như một phần của công việc NDT. Các khu vực liên quan của các bộ phận đã được phân chia để xác nhận những khác biệt này. Dưới đây là hình ảnh của các bộ phận được kiểm tra bằng kính hiển vi điện tử cacbon-sau thử nghiệm NDT và được chia sẻ.

Nhờ kết quả của nghiên cứu mô phỏng và NDT, dữ liệu mô hình mới đã được tạo ra, giải quyết các vấn đề như quá trình hóa rắn định hướng có thể tạo ra các khuyết tật. Sau khi tạo dữ liệu mới, các lỗi như co ngót và lỗ hổng khí trong các bộ phận đúc đã được giải quyết.

Quá trình kiểm tra và xác nhận

Sau khi hoàn thành các giai đoạn đúc, gia công và lắp ráp, các van phải được kiểm tra để đảm bảo đáp ứng các yêu cầu tiêu chuẩn liên quan. Theo yêu cầu tiêu chuẩn thiết kế API6D, van phải trải qua các bài kiểm tra áp suất và rò rỉ. Các van nguyên mẫu được phát triển đã vượt qua thành công các thử nghiệm áp suất và rò rỉ được thực hiện ở mức 1,5 lần áp suất làm việc (19,6 Bar), tức là khoảng 29,4~30 Bar. Các giá trị mômen xoắn đóng và mở được tính toán theo lý thuyết cũng được đo lường và xác minh trong giai đoạn tính toán thiết kế. Ngoài các thử nghiệm được thực hiện trên chính van, các thử nghiệm độ bền kéo, phân tích hóa học, thử nghiệm độ cứng và các thử nghiệm khác đã được tiến hành trên các bộ phận phụ được sử dụng trong cụm van để đảm bảo đáp ứng tất cả các yêu cầu tiêu chuẩn.

Hình ảnh mô hình mẫu

Phần kết luận

Nghiên cứu này nhằm giải thích sự đóng góp của các ứng dụng kỹ thuật-có sự hỗ trợ của máy tính tiên tiến và những tác động tích cực của quy trình phát triển sản phẩm hiện đại, bên cạnh các kỹ thuật phát triển sản phẩm truyền thống. Tính toán phương pháp thiết kế và đúc được xác nhận bằng các chương trình mô phỏng để tạo ra phương pháp thiết kế và sản xuất phù hợp nhất. Dữ liệu thu được từ tính toán và mô phỏng đã được kiểm tra và xác nhận cụ thể sau khi sản xuất nguyên mẫu. Nhờ những nỗ lực này, van bi API6D chất lượng cao và{5}}lâu dài đã được phát triển, đáp ứng đầy đủ các tiêu chuẩn, yêu cầu của thị trường và khách hàng.

Sự phát triển và triển vọng tương lai

Những tiến bộ trong công nghệ muối nóng chảy đang thúc đẩy sự đổi mới đáng kể trong ngành van, đặc biệt là các ứng dụng Năng lượng mặt trời tập trung (CSP). Những tiến bộ này đòi hỏi van có khả năng chịu được nhiệt độ khắc nghiệt, môi trường ăn mòn và điều kiện vận hành nghiêm ngặt.