This study have goal with conceptual design for offshore structures of high pressure drop control valve for localization valve for development accomplished with flow analysis based on provision of ANSI B16.34, ANSI B16.10, ANSI B16.25. In order to localize the Offshore structures high pressure drop control valve. This study is numerical analysis for zambil offshore project of high pressure drop control valve. The solver which ANSYS workbench used for offshore structures analysis. The working fluids assumed the glycerin(C3H8O3). The structural analysis used ANSYS which is a commercial code. Stress analysis result of internal pressure in valve showed lower than yield strength. This is expect to need more detail design and verification for stem and disk structure. In this study a multi-disk of high pressure drop control valve is designed and manufactured. Then, the flow rate and high pressure dorp of fluids flowing in the high pressure drop control valve is CAE. So, this system can be easily substituted for the existing zambil offshore project system. Finally, safety estimation for trim design of high pressure drop control valve for offshore structures.
A high-pressure, high-pressure drop control valve, which transforms the power transfer of a system by reducing the inlet pressure of 345bartothe outlet pressure of 112bar, is a fundamental component in an offshore plant process. With the increasingly growing market share of the maritime industry, this valve has been expected to be a high-value-added product. This study not only analyzes the relation between pressure drop and fluid velocity in a trim by using fluid analysis, but also examines the possibility of cavitation in a valve in addition to the plot for the extension of lifespan. Based on the analysis results, the design and production method of the valve are established, and accordingly, performance evaluation is carried out. It is demonstrated that the pressure drop from 345bar to 112bar is more feasible in the presence of the trim, which can induce a continuous and diminutive pressure drop in order to prevent cavitation in a high-pressure drop control valve. Furthermore, despite the fluid velocity near a seatring being found to be over 30m/s, the lifespan of the valve is determined to be adequate considering the operation condition of a prototype valve of 80%.
In this study, the multi-disk of a high-pressure drop control valve is designed and manufactured. Then, the flow rate and high-pressure drop of fluids flowing in the high-pressure drop control valve is CAE/CFD. This study involves numerical analysis for the Zambil offshore project of a high-pressure drop control valve. ANSYS used a solver for offshore structures analysis. A high-pressure drop control valve, which transforms the power transfer of a system by reducing the inlet pressure of 345bar to the outlet pressure of 112bar, is a fundamental component in the offshore process. This study not only analyzes the relation between pressure drop and fluid velocity in a trim by using fluid analysis, but also examines the possibility of cavitation in a valve in addition to the plot for the extension of lifespan. It is demonstrated that the pressure drop from 345bar to 112bar is more feasible in the presence of the trim, which can induce a continuous and diminutive pressure drop in order to prevent cavitation in a high-pressure drop control valve.
The multi-stage control valve is one of the devices which controls cavitation and high pressure drop. To attain the high pressure drop, the conventional control valves adopted the multi-stage trim to avoid the occurrence of local cavitation in valves. This work studied the effect of divergence angle on the characteristics of multi-stage trim. Pressure drop and flow characteristics was calculated for the 1 passage of multi-staged trim by using the FLUENT 6.3.26. The result showed that the pressure drop is significantly influenced by the divergence angle of multi-stage trim. In addition, the pressure drop increased consistently as the Reynolds number and divergence angle increases.
Numerical analysis of three dimensional incompressible turbulent flows in LNG marine high pressure drop control valves was carried out by using the CFD-ACE from ESI-Group. In this study, flow characteristics of control valves with complex flow fields including cavitation effect were investigated. Simulation was performed on five models of control valve that had different orifice diameters of anti-trim and the size of valve. Comparing newly designed control valves for controling the occurrence of cavitation with the conventional valve, new valves showed a improved flow pattern with almost no cavitation.
본 수치적 연구에서는 국내의 발전소에서 사용되는 일반적인 고차압 트림의 형상 중 대표적으로 사용되는 형상의 트림을 기본형 트림으로 정하여, 이를 설계한 후 캐비테이션과 유량의 관점에서 유동 특성을 살펴보았다. 실제로 운전되는 발전소계통의 운전조건을 참고하여 고차압 조건으로서 입 출구 차압을 18.7 MPa로, 온도를 $160^{\circ}C$로 설정하였다. 트림의 주요 설계 인자로서 유로의 면적, 유로의 단(stage)과 유로의 방향을 채택하여, 유량과 케비테이션 발생 특성을 개선하기 위해 기본형 트림을 재설계하였다. 개선을 위해 트림을 반경방향으로 세 영역으로 나눈 후 각 영역에서 재설계 인자를 이용하여 형상을 변경하였다. 4가지의 재설계 모델을 제안하였으며, 각 모델 형상에 대한 수치해석을 수행하였다. 유량 및 캐비테이션 발생량의 관점에서 기본형 트림과 설계개선 트림들을 비교하여 재설계 모델의 성능이 개선되었음을 확인하였다.
Before making a prototype, we predicted the inlet/outlet differential pressure and flow coefficient, which are the most basic design data for the valve through the design and numerical analysis of the trim, which is the most important in the localization development of the 1500Ib high differential pressure control valve used for boiler feed water. As a result, the design value and the analysis value were found to be about 98% similar. The flow field within the fluid velocity of 23m/s to prevent cavitation was also found. The result of the numerical analysis on thermal stress due to the characteristics of valves exposed to high temperatures showed that it was found to be about 18% less than the allowable stress of the bolt fixing the trim. When all loads such as pressure, self-weight, and vibration are applied, however, it is judged to go beyond the currently calculated thermal stress, exceeding the allowable stress.
The conventional control valves have been used at the locations occurring high differential pressure and high temperature which causes cavitation, flashing, severe vibration due to abrupt flow change, and sudden pressure drop. Previous studies concerning control valves focused to prevent damage of valve trim due to the internal leak and low flow rate. The newly designed helical trim of control valve has been installed at the location of high pressure change and high temperature in a power plant, and operated for evaluation. It is confirmed that the new control valve developed in this study generates flow characteristics in comparison with previous helical trim of control valves.
We developed a prototype from the design of a trim, which is the most important in the localization development of a 1500 Ib high-differential pressure-control valve used for boiler feedwater, and measured the flow coefficient, the most basic design data for valves. The following conclusions were drawn. The comparison of the design values of the flow coefficients for the existing X-trim and the multicore trim designed for localization development showed that they were almost identical, and the X-trim value was slightly lower. The comparison of the X-trim and multicore trim based on the valve flow coefficient test showed that they were generally similar, indicating no problem with the design. In the future, we plan to compare and analyze the flow paths for the X-trim and multicore trim via flow analysis.
The exchange of goods over the sea is a situation in which the amount of trade between countries is gradually increasing. In order to maintain the optimal operating condition, the ship maintains stability and optimal operating conditions by inserting or withdrawing ballast water from the ballast tank according to the loading condition of cargo capacity is also increasing. Control valves play an important role in controlling fluid flow in these pipes. When the flow rate is controlled using a control valve, problems such as cavitation, flashing, and suffocating flow may occur due to high differential pressure, and in particular, damage to valves and pipes due to cavitation is a major problem. Therefore, in this study, the cavitation phenomenon is reduced by installing orifices at the front and rear ends of the high differential pressure control butterfly valve to reduce the sudden pressure drop at the limiting part of the butterfly valve step by step. The flow coefficient according to the shape of the orifice, the degree of cavitation occurrence, and the correlation were analyzed using a CFD(Cumputational Fluid Dynamics), and an optimal orifice design for reducing cavitation is derived.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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