Control valve handbook: 4th

Chapter 1. Introduction to Control Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 What Is A Control Valve? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 Process Control Terminology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 Sliding-Stem Control Valve Terminology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Rotary-Shaft Control Valve Terminology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Control Valve Functions and Characteristics Terminology . . . . . . . . . . . . . 16 Other Process Control Terminology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Chapter 2. Control Valve Performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Process Variability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Dead Band . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Actuator-Positioner Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 Valve Response Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Valve Type And Characterization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Valve Sizing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Economic Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Chapter 3. Valve and Actuator Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Control Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Globe Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Single-Port Valve Bodies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Balanced-Plug Cage-Style Valve Bodies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 High Capacity, Cage-Guided Valve Bodies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Port-Guided Single-Port Valve Bodies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Double-Ported Valve Bodies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Three-Way Valve Bodies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Table of Contents vi Rotary Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Butterfly Valve Bodies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 V-Notch Ball Control Valve Bodies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Eccentric-Disk Control Valve Bodies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 Eccentric-Plug Control Valve Bodies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Control Valve End Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Screwed Pipe Threads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Bolted Gasketed Flanges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Welding End Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Valve Body Bonnets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Extension Bonnets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Bellows Seal Bonnets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 Control Valve Packing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 PTFE V-Ring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Laminated and Filament Graphite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 USA Regulatory Requirements for Fugitive Emissions . . . . . . . . . . . . . 53 Single PTFE V-Ring Packing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 ENVIRO-SEAL
PTFE Packing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 ENVIRO-SEAL
Duplex Packing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 KALREZ
Packing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 ENVIRO-SEAL
Graphite ULF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 HIGH-SEAL Graphite ULF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 ENVIRO-SEAL
Graphite for Rotary Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 Graphite Ribbon for Rotary Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 Characterization of Cage-Guided Valve Bodies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Characterized Valve Plugs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 Valve Plug Guiding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Restricted-Capacity Control Valve Trim . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 Actuators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 Diaphragm Actuators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 Piston Actuators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 Electrohydraulic Actuators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Manual Actuators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Rack and Pinion Actuators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Electric Actuators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Chapter 4. Control Valve Accessories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Positioners . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 Other Control Valve Accessories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 Limit Switches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 Solenoid Valve Manifold . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 Supply Pressure Regulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 Pneumatic Lock-Up Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Fail-Safe Systems for Piston Actuators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Electro-Pneumatic Transducers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Electro-Pneumatic Valve Positioners . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Table of Contents vii Diagnostics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 Chapter 5. Control Valve Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 Valve Body Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Designations for the High Nickel Alloys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 Pressure-Temperature Ratings for Standard Class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 Cast Carbon Steel (ASTM A216 Grade WCC) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 Cast Chromium-Molybdenum Steel (ASTM A217 Grade WC9) . . . . . . 79 Cast Chromium-Molybdenum Steel (ASTM A217 Grade C5) . . . . . . . . 80 Cast Type 304 Stainless Steel (ASTM A351 Grade CF3) . . . . . . . . . . . 81 Cast Type 316 Stainless Steel (ASTM A351 Grades CF8M and CG8M) 82 Pressure-Temperature Ratings for ASTM A216 Cast Iron Valves . . . . . . . 84 Pressure-Temperature Ratings for ASTM B61 and B62 Cast Bronze Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Face-to-Face Dimensions for Flanged Globe-Style Control Valves . . . . . 86 Face-to-Face Dimensions for Buttweld-End Globe-Style Control Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 Face-to-Face Dimensions for Socket Weld-End Globe-Style Control Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 Face-to-Face Dimensions for Screwed-End Globe-Style Control Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 Face-to-Centerline Dimensions for Raised Face Globe-Style Angle Control Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 Face-to-Face Dimensions for Separable Flanged Globe-Style Control Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 Face-to-Face Dimensions for Flangeless, Partial-Ball Control Valves . . . 91 Face-to-Face Dimensions for Single Flange (Lug-Type) and Flangeless (Wafer-Type) Butterfly Control Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 Face-to-Face Dimensions for High Pressure Butterfly Valves with Offset Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 Wear & Galling Resistance Chart Of Material Combinations . . . . . . . . . . . 92 Control Valve Seat Leakage Classifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 Class VI Maximum Seat Leakage Allowable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 Typical Valve Trim Material Temperature Limits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 Service Temperature Limitations for Elastomers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 Ambient Temperature Corrosion Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 Elastomer Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 Fluid Compatibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 Control Valve Flow Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 Flow Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 Selection of Flow Characteristic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 Valve Sizing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 Sizing Valves for Liquids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 Abbreviations and Terminology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 Equation Constants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 Determining Fp, the Piping Geometry Factor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 Table of Contents viii Determining qmax (the Maximum Flow Rate) or
Pmax (the Allowable Sizing Pressure Drop) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 Determining qmax (the Maximum Flow Rate) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 Determining
Pmax (the Allowable Sizing Pressure Drop) . . . . . . . . . . 115 Liquid Sizing Sample Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 Sizing Valves for Compressible Fluids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 Determining xTP, the Pressure Drop Ratio Factor . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 Compressible Fluid Sizing Sample Problem No. 1 . . . . . . . . . . . . . . . . 121 Compressible Fluid Sizing Sample Problem No. 2 . . . . . . . . . . . . . . . . 123 Representative Sizing Coefficients for Single-Ported Globe-Style Valve Bodies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 Representative Sizing Coefficients for Rotary-Shaft Valves . . . . . . . 127 Actuator Sizing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 Globe Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 A. Unbalance Force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 Typical Unbalance Areas of Control Valves . . . . . . . . . . . . . . . . 129 B. Force to Provide Seat Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 C. Packing Friction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 Typical Packing Friction Values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 D. Additional Forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132 Actuator Force Calculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 Rotary Actuator Sizing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 Torque Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 Breakout Torque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 Dynamic Torque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 Typical Rotary Shaft Valve Torque Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 V-Notch Ball Valve with Composition Seal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 High Performance Butterfly Valve with Composition Seal . . . . . . . . . . . . . 134 Maximum Rotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 Non-Destructive Test Procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 Magnetic Particle (Surface) Examination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 Liquid Penetrant (Surface) Examination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 Radiographic (Volumetric) Examination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 Ultrasonic (Volumetric) Examination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 Cavitation and Flashing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 Choked Flow Causes Flashing and Cavitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 Valve Selection for Flashing Service . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 Valve Selection for Cavitation Service . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 Noise Prediction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 Aerodynamic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 Hydrodynamic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 Noise Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 Noise Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 Packing Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 Packing Selection Guidelines for Sliding-Stem Valves . . . . . . . . . . . . . . . 145 Packing Selection Guidelines for Rotary Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 Chapter 6. Special Control Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 Table of Contents ix High Capacity Control Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 Low Flow Control Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 High-Temperature Control Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 Cryogenic Service Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 Customized Characteristics and Noise Abatement Trims . . . . . . . . . . . . . 150 Control Valves for Nuclear Service in the USA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 Valves Subject to Sulfide Stress Cracking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 Pre-2003 Revisions of MR0175 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 NACE MR0175/ISO 15156 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 NACE MR0103 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 Chapter 7. Steam Conditioning Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 Understanding Desuperheating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 Technical Aspects of Desuperheating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 Typical Desuperheater Designs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 Fixed Geometry Nozzle Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158 Variable Geometry Nozzle Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 Self-Contained Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 Steam Atomized Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 Geometry-Assisted Wafer Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 Understanding Steam Conditioning Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 Steam Conditioning Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 Steam Cooler . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 Steam Sparger . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 Understanding Turbine Bypass Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 Turbine Bypass System Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 Turbine Bypass Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 Turbine Bypass Water Control Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 Electro-Hydraulic System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 Chapter 8. Installation and Maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 Proper Storage and Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 Proper Installation Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 Read the Instruction Manual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 Be Sure the Pipeline Is Clean . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 Inspect the Control Valve . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 Use Good Piping Practices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 Control Valve Maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 Reactive Maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 Preventive Maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 Predictive Maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 Using Control Valve Diagnostics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 Instrument Air Leakage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 Supply Pressure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 Travel Deviation and Relay Adjustment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 Table of Contents x Instrument Air Quality . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 In-Service Friction and Friction Trending . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 Other Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 Continued Diagnostics Development . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 Actuator Diaphragm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 Stem Packing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 Seat Rings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 Grinding Metal Seats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 Replacing Seat Rings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 Bench Set . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 Chapter 9. Standards and Approvals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 Control Valve Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 American Petroleum Institute (API) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 American Society of Mechanical Engineers (ASME) . . . . . . . . . . . . . . 175 European Committee for Standardization (CEN) . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 European Industrial Valve Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 European Material Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 European Flange Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 Fluid Controls Institute (FCI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 Instrument Society of America (ISA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 International Electrotechnical Commission (IEC) . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 International Standards Organization (ISO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 Manufacturers Standardization Society (MSS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 NACE International . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 Product Approvals for Hazardous (Classified) Locations . . . . . . . . . . . . . 178 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 Canadian Standards Association (CSA) Standards . . . . . . . . . . . . 178 European Committee for Electrotechnical Standardization (CENELEC) Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 Instrument Society of America (ISA) Standards . . . . . . . . . . . . . . . . 178 International Electrotechnical Commission (IEC) Standards . . . . . 178 National Electrical Manufacturer’s Association (NEMA) Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 National Fire Protection Association (NFPA) Standards . . . . . . . . . 179 North American Approvals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 Approval Agencies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 Types of Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 Nomenclature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 Hazardous Location Classification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 Temperature Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 NEMA Enclosure Rating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 General Locations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 Hazardous (Classified) Locations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 CSA Enclosure Ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 Intrinsically Safe Apparatus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 Table of Contents xi Entity Concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 CSA System Parameter Concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 Loop Schematic (Control Drawing) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 Comparison of Protection Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 Explosion-proof Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 Advantages of this Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 Disadvantages of this Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 Installation Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 Intrinsically Safe Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 Advantages of this Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 Disadvantages of this Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 Dust Ignition-proof Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 Non-Incendive Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 Advantages of this Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 Disadvantages of this Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 European and Asia/Pacific Approvals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 Approval Agencies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 CENELEC Approvals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 Types of Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 Flameproof . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 Increased Safety . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 Intrinsically Safe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 Non-Incendive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 Nomenclature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 Hazardous Location Classification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 Group . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 Zone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 Temperature Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 IEC Enclosure Rating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 NEMA and IEC Enclosure Rating Comparison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 Comparison of Protection Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 Flameproof Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 Advantages of this Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 Disadvantages of this Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 Increased Safety Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 Advantages of this Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 Disadvantages of this Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 Intrinsically Safe Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 Advantages of this Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 Disadvantages of this Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 Type n Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 Advantages of this Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 Disadvantages of this Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 Chapter 10. Engineering Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 Standard Specifications For Valve Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 Table of Contents xii Valve Materials Properties for Pressure-Containing Components . . . . . 197 Physical Constants of Hydrocarbons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 Specific Heat Ratio (K) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 Physical Constants of Various Fluids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203 Refrigerant 717 (Ammonia) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206 Properties of Water . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211 Properties of Saturated Steam . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212 Properties of Superheated Steam . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219 Velocity of Liquids in Pipe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226 Flow of Water Through Schedule 40 Steel Pipe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 Flow of Air Through Schedule 40 Steel Pipe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232 Calculations for Pipe Other than Schedule 40 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 Chapter 11. Pipe Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 Pipe Engagement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237 Carbon and Alloy Steel - Stainless Steel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238 American Pipe Flange Dimensions - Diameter of Bolt CircleInches . . 251 American Pipe Flange Dimensions - Number of Stud Bolts and Diameter in Inches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 American Pipe Flange Dimensions - Flange Diameter-Inches . . . . . . . . 253 American Pipe Flange Dimensions - Flange Thickness for Flange Fittings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254 Cast Steel Flange Standard for PN 16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255 Cast Steel Flange Standard for PN 25 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256 Cast Steel Flange Standard for PN 40 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257 Cast Steel Flange Standard for PN 63 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258 Cast Steel Flange Standard for PN 100 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259 Cast Steel Flange Standard for PN 160 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259 Cast Steel Flange Standard for PN 250 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260 Cast Steel Flange Standard for PN 320 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260 Cast Steel Flange Standard for PN 400 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261 Chapter 12. Conversions and Equivalents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 Length Equivalents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 Whole Inch-Millimeter Equivalents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 Fractional Inches To Millimeters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 Additional Fractional/Decimal Inch-Millimeter Equivalents . . . . . . . . . . . . 264 Area Equivalents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266 Volume Equivalents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266 Volume R