Globe Valve vs Gate Valve - Perbandingan Komprehensif

1. Perkenalan

Globe Valve vs Katup Gerbang adalah salah satu perbandingan paling umum dalam kontrol cairan industri, karena kedua jenis katup ini banyak diterapkan dalam jaringan pipa untuk isolasi dan pengaturan.

Meskipun keduanya memiliki tujuan yang sama—mengendalikan aliran cairan, gas, atau uap—geometri internalnya, metode penyegelan, dan karakteristik operasional berbeda secara signifikan.

Memilih di antara keduanya memerlukan evaluasi yang cermat terhadap faktor-faktor seperti efisiensi aliran, kinerja penyegelan, kecepatan aktuasi, biaya siklus hidup, dan persyaratan khusus industri.

Pilihan yang buruk dapat meningkatkan biaya operasional, mengurangi keandalan, dan membahayakan keselamatan.

2. Apa Itu Katup Globe?

A katup bola dunia adalah jenis katup gerak linier yang dirancang terutama untuk mengatur dan membatasi aliran.

Namanya berasal dari bentuk bodinya yang bulat pada desain awal, meskipun katup globe modern juga dapat menggunakan katup lurus, sudut, atau konfigurasi pola Y.

Berbeda dengan katup gerbang, yang dimaksudkan untuk mematikan penuh, katup globe unggul dalam memberikan pengendalian, aliran variabel dengan gerakan pukulan yang relatif pendek.

Globe valve umumnya digunakan pada sistem uap, Pemrosesan Kimia, pembangkit listrik, dan pengolahan air—di mana pun diperlukan kontrol tekanan atau aliran yang tepat.

Prinsip kerja

Pengoperasian katup globe didasarkan pada pergerakan vertikal sebuah piringan (steker) terhadap kursi stasioner.

• Piringan katup dihubungkan dengan batang yang bergerak linier ketika handwheel atau aktuator diputar.
• Saat disk diturunkan, itu menekan kursi, menghalangi aliran.
• Saat disk dinaikkan, aliran melewati ruang antara cakram dan dudukannya, yang menciptakan jalur berbentuk S yang berliku-liku.
• Tingkat pembukaan berkorelasi langsung dengan jumlah aliran, memberikan katup globe akurasi pelambatan yang baik.

Geometri ini memperkenalkan lebih tinggi hambatan aliran (penurunan tekanan) dibandingkan dengan katup gerbang tetapi menyediakan presisi kontrol yang unggul.

Fitur utama

• Akurasi Kontrol Aliran: Katup globe memberikan pengaturan yang tepat, dengan koefisien aliran (Cv) yang memungkinkan penyesuaian tambahan.
  Misalnya, katup globe 6 inci dapat mencapai akurasi kontrol dalam ±5%.
• Opsi Penyegelan: Tersedia dengan kursi dari logam ke logam untuk layanan suhu tinggi (hingga 650 ° C.) atau desain dengan dudukan empuk (Ptfe, elastomer) untuk penutupan kedap gelembung pada sistem tekanan rendah.
• Konfigurasi Serbaguna: Pola lurus (standar), pola sudut (90° putaran aliran, mengurangi perlengkapan), dan pola Y (penurunan tekanan yang lebih rendah).
• Kisaran ukuran & Peringkat: Biasanya diproduksi dari ½ inci sampai 24 inci, dengan kelas tekanan dari Kelas ANSI 150 hingga Kelas 2500.
• Pemeliharaan: Cakram dan jok relatif mudah diakses untuk penggantian, yang membuat katup globe populer di pembangkit listrik di mana erosi dudukan sering terjadi.

3. Apa Itu Katup Gerbang?

A katup gerbang adalah katup isolasi gerak linier yang dirancang untuk menyediakan kontrol on/off aliran fluida.

Berbeda dengan katup globe, yang dioptimalkan untuk pelambatan, katup gerbang dimaksudkan untuk itu terbuka penuh atau tertutup penuh.

Ciri khasnya adalah gerbang datar atau berbentuk baji (cakram) yang bergerak tegak lurus ke jalur aliran untuk menghentikan fluida.

Katup gerbang banyak digunakan di minyak & pipa gas, distribusi air kota, pembangkit listrik, dan industri proses umum dimana aliran bore penuh dan penurunan tekanan minimal diperlukan.

Prinsip kerja

Gate valve beroperasi dengan menaikkan atau menurunkan a cakram baji atau paralel antara dua cincin kursi:

• Saat handwheel atau aktuator diputar, batang menggerakkan gerbang ke atas, menariknya sepenuhnya dari jalur aliran.
  Dalam posisi terbuka penuh, lubangnya tidak terhalang, memungkinkan aliran dengan hambatan yang dapat diabaikan.
• Saat ditutup, gerbang ditekan ke kursi, memblokir jalan dan memastikan isolasi.
• Katup gerbang adalah tidak disarankan untuk pembatasan, karena pembukaan sebagian membuat gerbang dan dudukan terkena cairan berkecepatan tinggi, menyebabkan getaran, erosi, dan menyegel kerusakan.

Ada dua desain disk utama:

• Disk paralel katup gerbang (gerbang datar antara kursi paralel).
• Katup gerbang baji (irisan padat atau fleksibel memberikan kekencangan kursi yang lebih baik dan toleransi ketidaksejajaran).

Fitur utama

• Resistensi Aliran Minimal: Dalam posisi terbuka penuh, lubang lurus menghasilkan penurunan tekanan mendekati nol (koefisien aliran Cv jauh lebih tinggi dibandingkan katup globe dengan ukuran yang sama).
• Layanan dua arah: Katup gerbang umumnya dapat menutup terhadap tekanan dari kedua arah, membuatnya cocok untuk isolasi dalam tata letak perpipaan yang rumit.
• Kisaran ukuran & Peringkat: Umumnya tersedia dari 2 inci hingga 60 inci atau lebih, dengan peringkat tekanan dari Kelas ANSI 150 ke Kelas 2500, menjadikan mereka pilihan yang lebih disukai pipa berdiameter besar.
• Operasi Lambat: Katup gerbang memerlukan beberapa putaran batang untuk membuka atau menutup sepenuhnya, membuatnya kurang cocok jika diperlukan pengoperasian yang cepat.
• Kinerja Penyegelan: Biasanya dirancang untuk bertemu API 598 kriteria kebocoran, tetapi biasanya tidak tersedia di kelas penutupan yang ketat (Kelas VI kedap gelembung seperti katup globe atau bola dengan dudukan empuk).
• Pertimbangan Pemeliharaan: Penggantian jok dan baji bisa jadi rumit karena ukuran bodinya yang besar, dan erosi atau rasa sakit dapat terjadi jika digunakan secara tidak tepat untuk pelambatan.

4. Desain & Geometri Internal Globe Valve vs Gate Valve

Perbedaan paling mendasar antara katup globe Dan katup gerbang terletak pada mereka jalur aliran internal dan desain cakram, yang secara langsung mempengaruhi penurunan tekanan, penyegelan, dan kesesuaian operasi.

Desain Katup Globe & Geometri

• Jalur Aliran: Dalam katup globe, fluida harus berubah arah—pertama ke bawah melalui dudukan dan kemudian kembali ke atas—menghasilkan jalur aliran yang lebih berliku.
• Bentuk Cakram/Plug: Elemen penutup biasanya a steker, cakram, atau kerucut yang menekan cincin dudukan yang tegak lurus terhadap aliran.
• Orientasi Kursi: Tempat duduk sudah diatur secara horizontal, membuat katup globe sangat cocok untuk pelambatan dan pengoperasian yang sering.
• Gerak Batang: Batangnya bergerak secara linier, dengan perjalanan yang relatif singkat dibandingkan dengan katup gerbang (sekitar 25–30% dari ukuran lubang).
• Implikasi Struktural: Ruang aliran yang kompak menciptakan kehilangan tekanan yang lebih tinggi namun memungkinkan kontrol aliran yang lebih baik.

Desain Katup Gerbang & Geometri

• Jalur Aliran: Jalur aliran dalam katup gerbang adalah langsung. Saat terbuka penuh, gerbangnya sepenuhnya keluar dari arus, menawarkan penurunan tekanan mendekati nol.
• Bentuk Cakram/Baji: Unsur penutupnya adalah a gerbang baji atau pelat yang diturunkan di antara dua kursi vertikal.
• Orientasi Kursi: Kursinya adalah vertikal dan paralel ke jalur aliran.
• Gerak Batang: Perjalanan batangnya besar—sama dengan lubang penuh katup (100% ukuran lubang)—membuat pengoperasian lebih lambat namun memastikan aliran penuh tanpa hambatan.
• Implikasi Struktural: Memerlukan kuk dan kap yang tinggi karena perjalanan batang yang panjang; kekompakan dikorbankan untuk hambatan aliran rendah.

5. Karakteristik aliran & Kinerja Hidraulik

Itu dinamika aliran katup menentukan seberapa efektif katup tersebut dapat mengatur, mencekik, atau mengisolasi cairan proses.

Geometri internal katup globe dan gerbang menciptakan perilaku hidrolik yang berbeda.

Karakteristik Aliran Globe Valve

• Linier / Kontrol Aliran Persentase yang Sama: Globe valve memberikan hubungan yang hampir linier atau persentase yang sama antara perjalanan batang dan laju aliran, membuat mereka cocok untuk itu layanan modulasi dan pembatasan.
• Penurunan tekanan: Karena perubahan mendadak arah aliran melintasi kursi, katup globe menghasilkan kehilangan tekanan yang relatif tinggi.

• • Kelas 6 inci 300 katup globe mungkin menunjukkan a penurunan tekanan 2,5–3,5 psi pada 100 GPM, dibandingkan dengan kurang dari 1 psi untuk katup gerbang dengan ukuran yang sama.

• Cv (Koefisien aliran): Cv lebih rendah per ukuran katup (≈30–60% dari katup gerbang) — membatasi aliran maksimum namun meningkatkan presisi dalam kondisi terbuka sebagian.

Karakteristik Aliran Gate Valve

• Perilaku Hidup-Mati: Katup gerbang dirancang untuk isolasi, bukan pelambatan. Gerbang baji menyediakan aliran yang hampir tidak terhalang saat terbuka penuh.
• Penurunan Tekanan Minimal: Dengan lubang lurus, hambatan hidroliknya hampir setara dengan sepotong pipa dengan ukuran yang sama.

• • Misalnya, katup gerbang 6 inci yang terbuka penuh biasanya memiliki a penurunan tekanan <0.5 psi at 100 GPM.

• Kesesuaian Pelambatan yang Buruk: Mengoperasikan katup gerbang yang terbuka sebagian menyebabkan turbulensi, kavitasi, dan erosi tempat duduk/gerbang.
• Nilai CV: Nilai Cv yang sangat tinggi (≈90–100% dari ukuran pipa nominal) menjadikan katup gerbang ideal untuk sistem yang memerlukan pembatasan aliran minimal.

6. Kinerja Penyegelan & Kelas Kebocoran

Kemampuan katup untuk mempertahankan a segel rapat sangat penting untuk keamanan proses, kualitas produk, dan efisiensi.

Globe valve vs gate valve mencapai penyegelan dengan cara yang berbeda, yang berdampak pada kinerja kebocoran dan kesesuaian untuk layanan tertentu.

Penyegelan Katup Globe

• Kontak Kursi-ke-Disk:
  Globe valve menggunakan a cakram menekan cincin dudukan. Karena area kontaknya kecil dan gaya penyegelannya terkonsentrasi, katup globe dapat mencapainya penutupan berkualitas tinggi.
• Kelas Kebocoran:

• • Mampu bertemu ANSI/FCI 70-2 Kelas IV atau V (penutupan industri yang ketat).
  • Dengan sisipan dengan dudukan empuk atau elastomer, beberapa katup globe dapat mencapainya Kelas VI (penutup kedap gelembung).

• Penyegelan Dua Arah:
  Kebanyakan desain bersifat searah (dioptimalkan untuk tekanan di sisi hilir), namun desain tertentu dengan pengaturan kursi ganda mendukung penyegelan dua arah.
• Pelambatan & Memakai:
  Karena katup globe sering digunakan dalam layanan pembatasan, keausan kursi seiring waktu dapat menyebabkan peningkatan kebocoran.
  Bahan yang permukaannya keras seperti pelapis Stellite atau tungsten carbide sering digunakan untuk meningkatkan umur panjang.

Penyegelan Katup Gerbang

• Kontak Gerbang Baji:
  Penyegelan terjadi di antara gerbang (baji/cakram) dan kursinya berdering. Penutupan yang rapat bergantung pada keselarasan baji dan gaya duduk yang tepat.
• Kelas Kebocoran:

• • Biasanya tercapai Kelas III atau IV penutup dalam versi dengan dudukan logam.
  • Katup gerbang baji dengan dudukan empuk atau tangguh dapat dijangkau Kelas V atau VI, namun hal ini kurang umum terjadi pada layanan bertekanan tinggi.

• Kemampuan Dua Arah:
  Kebanyakan katup gerbang alami dua arah, mampu menyegel terhadap aliran di kedua arah.
• Batasan:
  Dalam posisi terbuka sebagian, aliran menimpa langsung pada permukaan penyegelan, menyebabkan erosi dan kebocoran kursi seiring waktu. Untuk alasan ini, katup gerbang tidak cocok untuk layanan pelambatan.

Implikasi Aplikasi

• Katup globe lebih disukai di mana kinerja anti bocor dan modulasi aliran sangat penting, seperti isolasi uap, pengendalian kondensat, dan sistem pakan kimia.
• Katup gerbang disukai di layanan isolasi hidup-mati, khususnya pada jaringan pipa, distribusi air, dan minyak & transmisi gas, Di mana penutupan dua arah dengan kebocoran minimal sudah cukup.

7. Kecepatan Operasi, Aktuasi & Otomatisasi

8. Kemampuan Tekanan–Suhu & Pertimbangan materi

Pemilihan katup harus memperhitungkan tekanan operasi, suhu, dan kompatibilitas material, karena faktor-faktor ini secara langsung mempengaruhi keselamatan, daya tahan, dan kehidupan pelayanan.

Katup globe dan gerbang berbeda dalam toleransi desain dan perilaku material pada kondisi ekstrem P – T.

Tekanan & Peringkat Suhu

Pertimbangan materi

• Katup globe:

• • Pemilihan bahan tergantung pada korosi, erosi, dan pakai ketahanan, khususnya untuk pelambatan atau aliran berkecepatan tinggi.
  • Paduan umum: Baja karbon, baja tahan karat (304/316/316L), rangkap, Paduan Nikel (Hastelloy, Monel) untuk bahan kimia agresif.
  • Segel & Kursi: Kursi logam-ke-logam atau empuk (Ptfe, grafit, elastomer) untuk menangani rentang P – T yang lebar.

• Katup gerbang:

• • Dirancang terutama untuk membosankan penuh, aliran resistansi rendah.
  • Bahan: Baja karbon, baja tahan karat, perunggu, Baja paduan.
  • Kursi: Jok berbahan metal mendominasi tekanan tinggi, layanan suhu tinggi; kursi empuk digunakan untuk tekanan rendah, penutupan ketat.

9. Daya tahan & Pemeliharaan

• Katup globe: Keausan terjadi pada antarmuka dudukan/cakram karena pelambatan, dan keausan pengepakan pada batang. Lebih mudah untuk mempertahankan trim tanpa melepas badan katup.
• Katup gerbang: Rentan terhadap kemacetan akibat benda padat, erosi kursi saat dicekik, dan korosi batang. Perawatan mungkin memerlukan pembongkaran kap mesin dan terkadang pelepasan bodi.

Kehidupan Layanan

• Katup globe: 10–20 tahun dalam pelayanan moderat, lebih pendek dalam aplikasi erosif/pelambatan tanpa pemeliharaan.
• Katup gerbang: 15–25 tahun untuk layanan isolasi, namun masa pakai berkurang secara drastis pada kondisi pembukaan sebagian atau kondisi fluida berkecepatan tinggi.

10. Aplikasi Industri Khas Globe Valve vs Gate Valve

Pemilihan antara globe dan gate valve bergantung pada persyaratan kontrol aliran, tekanan, suhu, dan frekuensi operasional.

Aplikasi Globe Valve

Globe valve unggul dalam hal ini pengaturan aliran, pembatasan, dan sering dioperasikan.

Desainnya memungkinkan kontrol aliran fluida dan penurunan tekanan yang tepat, membuatnya cocok untuk sistem yang memerlukan modulasi.

Aplikasi utama:

• Sistem Kontrol Uap: Pengaturan aliran dan tekanan yang tepat dalam air umpan boiler dan sistem pemanas.
• Pabrik Kimia dan Petrokimia: Dosis yang akurat, pelambatan cairan korosif atau suhu tinggi.
• HVAC dan Pemanasan Distrik: Memodulasi katup untuk kontrol suhu dan tekanan di jaringan perpipaan besar.
• Instalasi Pengolahan Air: Kontrol aliran untuk filtrasi, Injeksi Kimia, dan aplikasi dosis.
• Energi dan Pembangkit Listrik: Peraturan air umpan, aliran air pendingin, dan sistem bypass turbin.

Aplikasi Katup Gerbang

Katup gerbang terutama digunakan untuk isolasi hidup/mati dengan penurunan tekanan minimal saat terbuka penuh.

Mereka cocok untuk pipa berdiameter besar dan aplikasi di mana modulasi aliran tidak diperlukan.

Aplikasi utama:

• Minyak & Pipa Gas: Isolasi arus utama, stasiun pompa, dan transportasi mentah.
• Distribusi Air & Air limbah: Katup isolasi saluran listrik dan instalasi pengolahan berdiameter besar.
• Pembangkit listrik: Isolasi air pendingin, header uap, dan saluran bahan bakar.
• Jalur Proses Industri: Isolasi bahan kimia non-pelambatan, udara terkompresi, atau pipa gas.
• Laut & Pembuatan kapal: Sistem isolasi air dan bahan bakar pemberat.

11. Tabel Ringkasan Perbandingan – Globe Valve vs Gate Valve

12. Kesimpulan

Keduanya katup globe vs. katup gerbang sangat diperlukan dalam sistem perpipaan industri, namun peran mereka berbeda secara signifikan.

Globe valve adalah solusi tepat untuk pengaturan aliran yang akurat dan penghentian yang andal dalam tekanan tinggi, suhu tinggi, dan lingkungan proses-kritis.

Katup gerbang, sebaliknya, lebih ekonomis dan hemat energi untuk tugas isolasi berdiameter besar yang memerlukan penurunan tekanan minimal.

Pilihan yang benar tergantung pada apakah aplikasi tersebut memprioritaskan kontrol presisi atau efisiensi aliran.

Insinyur dan perancang pabrik harus mempertimbangkan biaya siklus hidup, kebutuhan proses, dan kondisi pengoperasian untuk memastikan kinerja dan keandalan yang optimal.

 

FAQ

Bisakah katup gerbang digunakan untuk pelambatan?

Tidak—katup gerbang yang terbuka sebagian menimbulkan turbulensi dan kavitasi, mengurangi masa pakai sebesar 70% dan menyebabkan ketidakstabilan aliran (±20–30% deviasi).

Kilang yang menggunakan katup gerbang untuk pembatasan mengalami kegagalan dudukan 3x lebih banyak dibandingkan pabrik yang menggunakan katup globe.

Berapa suhu maksimum untuk katup globe dengan dudukan lunak?

Duduk empuk (Ptfe) katup globe dibatasi hingga ≤260°C. Untuk suhu yang lebih tinggi (260–650 ° C.), gunakan katup globe dengan dudukan logam dengan Stellite 6 memangkas.

Di atas 650°C, katup gerbang dengan dudukan logam lebih disukai (PTFE terdegradasi, dan penurunan tekanan katup globe menjadi tidak efisien).

Katup mana yang lebih hemat biaya untuk pipa minyak?

Katup gerbang—TCO 10 tahunnya ($29,000 untuk 12 inci) adalah 28% lebih rendah dari katup globe ($40,000).

Penurunan tekanan rendah pada katup gerbang menghemat $120,000 setiap tahun dalam biaya energi pompa, mengimbangi biaya downtime dimuka yang lebih tinggi.

Apakah katup gerbang cocok untuk cairan korosif seperti air laut?

Ya—gunakan dupleks 2205 atau katup gerbang 316L dengan segel logam-ke-logam.

Platform kelautan menggunakan dupleks 2205 katup gerbang mencapai masa pakai 10 tahun di air laut, tanpa korosi (laju korosi <0.001 mm/tahun). Hindari katup gerbang dengan dudukan empuk (anjing laut terdegradasi di air asin).