BALL VALVE'S PARTS

วิธีการผลิต บอลวาล์ว สมรรถนะสูง  Heavy Duty  and High Performance Ball Valve

How to make Ball Valve for High Duty cycle in Petrochemical industrials.

1. ก่อนทำการผลิต ต้องเลือกมาตราฐานการผลิตก่อน ที่เป็นที่ยอมรับของอุตสาหกรรมทั่วไป อย่าง บอลวาล์ว
   ควรใช้ API 6D  หรือสูงกว่า ซึ่งผู้เขียนแนะนำให้ใช้สูงเกินมาตราฐาน เพราะทำได้ง่ายกว่า ยกตัวอย่างเช่น

  1.1 กำหนดความหนาของตัวเรือนวาล์ว   BALL VALVE ที่ขนาด 2" ANSI 300 ต้องหนาขั้นต่ำ 0.25"  เราก็เพิ่มความหนาตัวเรือนวาล์วอีก 20%  ก็สามารถเพิ่ม Safety Factor ผลิตได้เกินมาตราฐานโลกได้แล้ว

1.2   กำหนดแรงดันในการเทสวาล์ว API6D/API598 กำหนด Working pressure -ของ BALL VALVE วาล์วที่ใช้โลหะประเภท
       Carbon Steel WCB , WC6 , WC9, A182F11 ,F12,F21 ,F22 Class 300 max.temp 100degree F = 750psi
       Test Seat 1.1 times  of Working Pressure  duration   120 Second at valve size 2"
       Shell Test 1.5 times of Working Pressure    duration  120 Second at valve size 2"

       ทำการเทสวาล์วให้นานกว่า เพื่มแรงดันให้สูงกว่า อีก 10% ก็ทำได้ เนื่องจากว่า เรามีการเพิ่มความหนา
      ของวัสดุทำ ตัวถังวาล์ว บ่าวาล์ว และแพ๊คกิ้งวาล์วให้มากกว่า

1.3 API 6D กำหนดความยาวของตัวเรือนวาล์ว ที่ Ball Valve Class 300 / PN50  = 216 mm. กรณีนี้สำคัญมาก
     อย่าไปเพิ่มความยาวของตัวเรือนวาล์ว เพราะมาตราฐาน Face to face จะช่วยให้การเปลี่ยน หรือซ่อมวาล์ว
    สะดวกมากขึ้น จะซื้อวาล์ว ยี่ห้ออะไร ประเทศไหน เมื่อไหร่ ก็ได้ ระยะของตัวเรือนวาล์วจะเท่ากันเสมอ

 

2. เลือกวัสดุที่ใช้ทำบอลวาล์ว  บอลวาล์วในอุตสาหกรรม  Oil and Gas  Petrochemical process จะใช้วัสดุ เหล็กกล้าคาร์บอน Cast Steel ขึ้นไป ก็้อจะเป็น Stainless Steel   Alloy Steel and Super Alloy    จะไม่ใช้เหล็กหล่อ  เหล็กหล่อสีเทา  Cast Iron , Ductile Iron,
เนื่องจากว่าเหล็กหล่อ GG20 , GG25 , GGG40.3 or FC20 ,FCD , A126ฺB , เป็นโลหะที่สามารถแตกร้าวได้ ถ้ามีแรงกระแทก หรือแรง
บิดที่สูงกว่าค่า Yield Strength --ของวัสดุที่ใช้ทำวาล์ว    เหล็กหล่อไม่เหมาะกับสารไหลที่เป็นน้ำมัน   แก๊ส   เคมี    สตีมความร้อนสูง
น้ำมันร้อน  อันตรายมาก ถ้าเกิดการทรุดตัวของโครงสร้างอาคาร โรงงาน

ในกรณีนี้เลือกใช้วัสดุ  S45C   แทนการใช้วัสดุ A216-WCB  เพราะ A216-WCB คือเหล็กคาร์บอนที่ได้จากการหล่อ ขึ้นรูป เหมาะสำหรับชิ้นงานขนาดใหญ่ เพื่อประหยัดต้นทุนการผลิต ข้อเสียของโลหะหล่อ คือจะมีตามด เล็กๆ  Pin hole    

S45C เป็นเหล็กคาร์บอนรีดขึ้นรูปไม่มีตามด ลักษระเป็นเพลา แผ่น ก้อนสี่เหลี่ยม  รายละเอียดเอามาจากไทยเยอรมันสเปเชียลสตีล
ข้อเสียคือ แพงมากถ้านำมาผลิตวาล์วขนาดใหญ่ เพราะต้องกลึงขึ้นรูป สิ้นเปลืองวัสดุมาก

คุณลักษณะทั่วไป (General Characteristics)
ส่วนผสมทาง C Si Mn P S
เคมี (%wt.) 0.42-0.50 ≤0.40 0.5-0.8 ≤0.035 ≤0.035
AISI 1045
JIS S45C, S48C
DIN 1.1191 (Ck45/C45E)
สภาพ อบปกติ ความแข็งไม่เกิน 229 HB
CK45 จัดเป็นกลุ่มเหล็กกล้าคาร์บอนปานกลางที่สามารถ
นำไปใช้ในงานพื้นฐานได้อย่างกว้างขวางหลายชนิด ทั้งงาน
โครงสร้าง งานเครื่องจักรกล งานแม่พิมพ์และ
ส่วนประกอบแม่พิมพ์ รวมทั้งชิ้นส่วนในเครื่องยนต์ ชิ้นส่วนวาล์ว เป็นต้น ทั้งนี้
เนื่องจากเป็นเหล็กที่มีคุณสมบัติที่ดีในหลายด้านทั้งด้านความ
แข็งแรง ความเหนียวแกร่ง และยังสามารถทำการอบชุบเพื่อเพิ่ม
ความแข็งและความแข็งแรงได้สามารถชุบแข็งให้มีความแข็งอย่าง
น้อย 55 HRC ก่อนอบคืนตัว (as quenched hardness) และ
ยังสามารถชุบอินดักชั่นได้ มีความสามารถในการทุบขึ้นรูปดีมาก
นิยมใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับงานทุบขึ้นรูปเป็น อุปกรณ์ เครื่องมือต่าง
ๆ มีความสามารถในการตัดกลึงพอใช้
􀂁 คุณลักษณะเด่น (Significant Characteristics)
• สามารถทุบขึ้นรูปได้ง่ายมาก
• มีความแข็งแรงสูงกว่าเหล็กโครงสร้างทั่วไป
• มีความเหนียวแกร่ง (Toughness) ดี
• สามารถทำการชุบแข็ง หรือ ชุบอินดักชั่นได้
• มีความสามารถในการชุบแข็งต่ำ โดยให้ชั้นผิวแข็งตื้น
• มีโอกาสเสี่ยงต่อการบิดงอ และแตกร้าว เมื่ออบชุบ
  

S45C MATERIALS FOR

BODY  AND FLANGE BALL VALVE  SIZE DN50  ANSI CLASS 300

3. เลือกวัสดุผลิต ลูกบอล 

กรณีนี้แนะนำใช้วัสดุ STAINLESS GRADE 440C   แทนวัสดุ CF8 , AISI304 , AISI 316 เพราะวัสดุตะกูล3 Austenitics Stainless Steel จะขาดความแข็งแรง ทนการเสียดสีได้น้อยกว่า เพราะมีความแข็งของวัสดุประมาณ 20-25 HRC เท่านั้น นำไปชุบแข็งก็ไม่สามารถชุบได้ เพราะคาร์บอนต่ำเกินไป   

วัสดุ STAINLESS AISI440C เป็นวัสดุใหม่ ทนการกัดกร่อนเท่ากับ AISI304 แต่แข็งแรง และทนการเสียดสีได้มากกว่า มีความแข็งถึง 55-60 HRC

BALL MATERIALS AISI440C AFTER QUENCH AND TEMPER TO GIVE HARDNESS 55HRC

MATERIALS SPECIFICATION

Corrosion Resisting Alloy 440C Data Sheet : 440C   Chemical Composition Limits Weight % C Si Mn P+S max Cr Mo Ni Others AISI 440C 0.95 / 1.2 1.0 max 1.0 max 0.04 P  0.03 S 16.0 / 18.0 0.75 - - AFNOR  Z100 CD 17 0.90 / 1.2 1.0 max 1.0 max 0.04 P  0.03 S 16.0 / 18.0 0.35 / 0.75 0.50 max Cu 0.50 max AMS 5630 0.95 / 1.2 1.0 max 1.0 max 0.04 P  0.03 S 16.0 / 18.0 0.4 / 0.65 0.75 max Cu 0.50 max WS 1.4125 M-17C CHRONIFER X 105 CrMo 17 Z 100 CD 17 0.95 / 1.2 1.0 max 1.0 max 0.015 S max 16.0 / 18.0 0.8 max - -        High carbon chromium steel is designed to provide stainless steel properties with maximum hardness. After heat-treatment Type 440C attains the highest hardness of any stainless steel (about 60 HRC). This stainless steel is principally used for bearing assemblies including ball bearings and should be considered for needle valves and ball check valves.   Specifications   Typical Room Temperature Mechanical Properties  Hardened 1900ºF (1038ºC) oil quench, tempered 600ºF (316ºC) 440C 0.2% Yield Strength MPa Ultimate Tensile Strength MPa % Elongation in 2" % Reduction of Area Brinell Hardness 1896 1965 2 10 580

 

 

 

 

 

ช่างประสงค์ ทำหน้าที่ CNC Ball Turing

Program and Setting

การกลึงบอล ให้ได้กลม 100% จำเป็นต้องใช้เครื่องกลึง CNC ช่วยให้ค่าความกลมตามทรงเรขาคณิต

PROCESS OF MAKING

DOUBLE BLOCK AND BLEED BALL

TO RELEASE THE PRESSURE IN BODY'CAVITY

4. การเลือกใช้ บ่าวาล์ว VALVE SEAT   

Seat --ของบอลวาล์วที่รู้จักมาก และแพร่หลายที่สุดคือ เทปล่อนซีท   PTFE Seat  วาล์วที่กำลังผลิตนี้ใช้ PEEK Seat  คุณสมบัติของซีทชนิดนี้คือ

1. แพง  ถ้าไม่จำเป็นอย่าใช้

2. ทนความร้อนได้สูงกว่าเทปล่อนทั่วไปภายใต้แรงดันสูง สามารถรับและใช้งานภายใต้อุณหภูมิและความร้อนได้ถึง 250 องศาC ~โดยคุณสมบัติทางกลไม่มีการเปลี่ยนแปลง

3. ทนการขูด ขีดจากสารไหลได้มากกว่า มีความแข็งกว่า R-PTFE Fiber reinforced

4. รับแรงดันได้มากกว่า

5.ทนต่อสารเคมีที่อุณหภูมิสูงไดดีมากหลายชนิด  แต่การทนเคมีปกติจะสู้เทปล่อน PTFE ไม่ได้

6. ให้ค่าหล่อลื่น No Friction เหมาะสำหรับทำบ่าวาล์ว ลดแรงบิด

 

GENERAL PROPERTIES
PEEK is an abbreviation for PolyEtherEther-Ketone, a high performance engineering thermoplastic. PEEK grades offer chemical and water resistance similar to PPS (PolyPhenylene Sulfide), but can operate at higher temperatures. PEEK can be used continuously to 480°F (250°C) and in hot water or steam without permanent loss in physical properties. For hostile environments, PEEK is a high strength alternative to fluoropolymers. PEEK carries a V-0 flammability rating and exhibits very low smoke and toxic gas emission when exposed to flame. And unfilled PEEK is approved by the FDA for food contact applications (since 1998).

FEATURES • Excellent chemical resistance • Very low moisture absorption • Inherently good wear and abrasion resistance • Unaffected by continuous exposure to hot water or steam

 

PEEK GRADES

PEEK (Unfilled)
This general purpose grade is unreinforced and offers the highest elongation and toughness of all PEEK grades. Unfilled PEEK is available in sheet and rod forms in  natural (a very light brown or tan)  color (see photo above) and is also available in  black . Black PEEK is ideal for instrument components where aesthetics are important, as well as for seal components where ductility and inertness are important. All unfilled PEEK grades comply with FDA regulation 21 CFR 177.2415 for repeated food contact.

PEEK (30% Glass Filled)
The addition of glass fibers significantly reduces the expansion rate and increases the flexural modulus of PEEK. This grade is ideal for structural applications that require improved strength, stiffness, or stability, especially at temperatures above 300°F (150°C). Glass-filled PEEK is  light brown or tan  in color.

PEEK (30% Carbon Filled)
The addition of carbon fibers enhances the compressive strength and stiffness of PEEK, and dramatically lowers its expansion rate. It offers designers optimum wear resistance and load carrying capability in a PEEK-based product. This grade provides 3½ times higher thermal conductivity than unreinforced PEEK -- dissipating heat from the bearing surface faster. Carbon-filled PEEK is  black in color.

PEEK (Bearing Grade, Ketron HPV)
This grade of PEEK, containing carbon fiber reinforced with graphite and PTFE lubricants, offers the lowest coefficient of friction and the best machinability for all PEEK grades. Bearing grade PEEK has an excellent combination of low friction, low wear, high limiting PV, low mating part wear, and easy machining. Bearing grade PEEK is  black or  dark grey in color.

 

 

 

SEAT BALL VALVE   PEEK

 

PEEK ถ้าไม่ถูกวัสดุอื่นผสม จะมีสีน้ำตาลอ่อน ๆ ที่เห็นในรูป มีความแข็งมาก เมื่อเปรียบเทียบกับ เทปล่อน   ไนล่อน   พีวีซี    พีอี   

PEEK Tensile Strength = 14000 psi     PTFE Tensile Strength = 4000 psi ，มีความแข็งแรงมากกว่าเกือบ 4 เท่าตัวเลยทีเดียว

 

5. การออกแบบ วาล์ว Valve Design before manufacturer

Self Compressing Seat   คือการใช้สารไหลในระบบ เป็นตัวดันซีทให้มีแรงดัน

กดลูกบอลตลอดเวลา  แม้ว่าซีทวาล์วจะสึกหลอหลังการใช้งานเป็นเวลานาน

แต่ระบบ Self Compressing Seat นี้จะทำหน้าที่กดซีทที่สึก หรืออ่อนตัว แล้วมีกำลังกด

ลูกบอลกันสารไหลรั่วอยู่ตลอด เป็นการยืดอายุการใช้งานให้นานมาก เทคนิคนี้ นายช่าง

ชูเกียรติ เป็นผู้นำมาใช้กับบอลวาล์ว โดยใช้หลักการของ Pressure Reducing Valve ：ซึ่งนำ

แรงดันจากสารไหลในระบบไปกดลิ้นวาล์วให้ปิดเองได้

ที่รูป จะเห็นรูเจาะเล็ก ๆ เพื่อให้แรงดันสารไหลส่งกำลังมาดัน ด้านล่างของ Back Up Seat
Spring จำนวนมากจะจมลงไปในเบ้า แต่จะมีแรงดัน ดัน Back up Seat ให้ทำงาน
อยู่ตลอดเวลา   

เทคนิคนี้ไม่ใช่เอาซีทวาล์วไปบีบลูกบอล เหมือนบอลวาล์วทั่วไปในท้องตลาด Commercial ball valve for general usage ซึ่งจะทำให้ Torque สูงและเกิดแรงเสียดทานมากระหว่างซีทกับลูกบอล ทำให้ซีทล้าตัวง่าย

ต่างกันตรงที่ใช้ระบบ Self Compressing : จะมีแรงซีลขณะที่มีแรงดันจากสารไหล และจะปล่อยแรงดันออกขณะเปิดวาล์วให้สารไหลผ่าน ลดค่าเสียดทาน ทำให้อายุวาล์วนานขึ้น
ประหยัดระบบขับเคลื่อนวาล์ว Actuator ไม่ต้องใช้ขนาดใหญ่

 

Back up seat turning โดยช่างสุชิน

Back Up Seat Assembly

รูปซ้ายมือเป็นการประกอบ Back up Seat เข้าไปกดสปริงให้จมลง
เพื่อสร้างและสะสมพลังงานจลน์ Kinematic

Fire Safe Seat

ที่ตัวถังวาล์วมีบ่าโลหะ Monel เป็นตัวหล่อลื่น และไม่สามารถขูดขีดลูกบอลได้ เพราะความแข็งของ Monel เพียง 15-20 HRC เท่านั้น ขณะที่ลูกบอลมีความแข็งอยู่ที่ 55-60HRC   Monel ทำหน้าที่เ็ป็น Double Seat  หรือเรียกว่า Fire Safe Seat   กรณีเกิดเพลิงไหม้ซีทวาล์วที่เป็น PEEK , PTFE จะกรายสภาพเป็นคาร์บอน ไปเกาะกับ Monel Seat ป้องกันสารไหลจำนวนมากไม่ให้รั่วไหลออกเป็นการปลอดภัย
และประหยัด

FIRE SAFE SEAT DESIGN

Stem Valve ,จะมีการฝังลูกปืน และสปริง ซึ่งจะดัน

ลูกปืนให้สัมผัสกับลูกบอลตลอดเวลา เกิดการครบวงจร ป้องกันการเกิดไฟฟ้าสถิตย์ ซึ่งเกิดได้จากการเสียดสีของ

สารไหลความเร็วสูง   ปลอดภัยมากสำหรับอุตสาหกรรมเคมีไวไฟ  น้ำมัน   แก๊ส

 

ANTI STATIC DEVICE   

Double Block and Bleed

API 6D defines a double-block-and-bleed valve (DBB) as a "single valve with two seating surfaces that, in the closed position, provides a seal against pressure from both ends of the valve with a means of venting/bleeding the cavity between the seating surfaces." The 2008 note points out that this valve does not provide positive double isolation when only one side is under pressure.
By contrast, API 6D defines a double-isolation-and-bleed valve (DIB) as a "single valve with two seating surfaces, each of which, in the closed position, provides a seal against pressure from a single source, with a means of venting/bleeding the cavity between the seating surfaces." The note adds that this feature can be provided in one direction or in both directions.

Double block and bleed Ball Valve และ Double Isolation and bleed Ball Valve ไม่เหมือนกัน มีการเข้าใจผิดมาก
คือ DDB จะมีซีทวาล์วอยู่ 2 ด้าน สู้กับแรงดันทั้งขาเข้า และแรงดันขาออก ในขณะนั้นให้ปล่อย แรงดันในตัวเรือนวาล์วออก Venting and Bleeding Cavity
Pressure ก็จะไม่มีแรงดันด้านในของตัวเรือนวาล์ว สามารถซ่อม หรือเปลี่ยน แพ็คกิ้งได้ โดยไ่ต้องหยุดระบบในขบวนการผลิต หรือลดแรงดันในระบบลง
ให้แรงดันทั้งด้านขาเข้าและขาออกเท่ากัน โดยไม่ต้องถอดวาล์วออกมาซ่อมที่Work Shop     แต่ต้องระวัง เพราะวาล์วชนิดนี้ถ้ามีแรงดันด้านเดียว สารไหลก็จะไปด้นลูกบอลให้ไปกดซีทอีกด้าน
ทำให้ไม่รั่วที่ด้านขาออก แต่จะมีแรงดันใน Body Valve Cavity

Double Isolation and Bleed สามารถ มีแรงดันด้านเดียวได้  ส่วนด้านขาออก และด้านในตัวเรือนวาล์วจะไม่มีแรงดันหลังจากการ Venting and Bleeding
บอลวาล์วชนิดนี้ค่า Torque สูงมาก

 

VIDEO   BALL VALVE ASSEMBLY