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Control Valve-HandBook

Control Valve-HandBook

Third Edition

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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Eccentric-Plug Control Valve Bodies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Control Valve End Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Screwed Pipe Threads . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Bolted Gasketed Flanges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Welding End Connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
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
Characterization of Cage-Guided Valve Bodies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
Characterized Valve Plugs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
Valve Plug Guiding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
Restricted-Capacity Control Valve Trim . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Actuators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Diaphragm Actuators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Piston Actuators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Electrohydraulic Actuators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Manual Actuators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Rack and Pinion Actuators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Electric Actuators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Chapter 4. Control Valve Accessories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
Positioners . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
Other Control Valve Accessories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
Limit Switches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Solenoid Valve Manifold . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Supply Pressure Regulator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Pneumatic Lock-Up Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Fail-Safe Systems for Piston Actuators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Electro-Pneumatic Transducers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
Electro-Pneumatic Valve Positioners . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
PC Diagnostic Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
Chapter 5. Control Valve Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Valve Body Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
Designations for the High Nickel Alloys . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
Pressure-Temperature Ratings for Standard Class . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
ASTM A216 Grade WCC Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
Table of Contents
vii
ASTM A217 Grade WC9 Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
ASTM A217 Grade C5 Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
ASTM A351 Grade CF3 Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
ASTM A351 Grade CF8M and ASTM A479 Grade
UNS S31700 Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
Pressure-Temperature Ratings for ASTM A216 Cast Iron Valves . . . . . . . 82
Pressure-Temperature Ratings for ASTM B61 and
B62 Cast Bronze Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
Class Designation and PN Numbers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
Face–to Face Dimensions for Flanged Globe–Style Control Valves . . . . . 85
Face–to–Face Dimensions for Buttweld–End Globe–Style
Control Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
Face–to–Face Dimensions for Socket Weld–End Globe–Style
Control Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
Face-to-Face Dimensions for Screwed-End Globe-Style
Control Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
Face-to-Centerline Dimensions for Raised Face Globe-Style
Angle Control Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
Face-to-Face Dimensions for Separable Flanged Globe-Style
Control Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
Face-to-Face Dimensions for Flangeless, Partial-Ball Control Valves . . . 90
Face-to-Face Dimensions for Single Flange (Lug-Type) and
Flangeless (Wafer-Type) Butterfly Control Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
Face-to-Face Dimensions for High Pressure Butterfly Valves
with Offset Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
Wear & Galling Resistance Chart Of Material Combinations . . . . . . . . . . . 91
Control Valve Seat Leakage Classifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
Class VI Maximum Seat Leakage Allowable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
Typical Valve Trim Material Temperature Limits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
Service Temperature Limitations for Elastomers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
Ambient Temperature Corrosion Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
Elastomer Information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
Fluid Compatibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
Control Valve Flow Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
Flow Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
Selection of Flow Characteristic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
Valve Sizing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
Sizing Valves for Liquids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
Abbreviations and Terminology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
Equation Constants . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
Determining Fp, the Piping Geometry Factor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
Determining qmax (the Maximum Flow Rate) or Pmax
(the Allowable Sizing Pressure Drop) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
Determining qmax (the Maximum Flow Rate) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
Determining Pmax (the Allowable Sizing Pressure Drop) . . . . . . . . . . . 114
Liquid Sizing Sample Problem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
Sizing Valves for Compressible Fluids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
Table of Contents
viii
Determining xTP, the Pressure Drop Ratio Factor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
Compressible Fluid Sizing Sample Problem No. 1 . . . . . . . . . . . . . . . . 120
Compressible Fluid Sizing Sample Problem No. 2 . . . . . . . . . . . . . . . . 122
Representative Sizing Coefficients for Single–Ported
Globe Style Valve Bodies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
Representative Sizing Coefficients for Rotary Shaft Valves . . . . . . . . . . 126
Actuator Sizing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
Globe Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
A. Unbalance Force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
Typical Unbalance Areas of Control Valves . . . . . . . . . . . . . . . . 128
B. Force to Provide Seat Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
C. Packing Friction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
Typical Packing Friction Values . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
D. Additional Forces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
Actuator Force Calculations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
Rotary Actuator Sizing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
Torque Equations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
Breakout Torque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
Dynamic Torque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
Typical Rotary Shaft Valve Torque Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
V–Notch Ball Valve with Composition Seal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
High Performance Butterfly Valve with Composition Seal . . . . . . . . . . . . . 133
Maximum Rotation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
Non-Destructive Test Procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
Magnetic Particle (Surface) Examination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
Liquid Penetrant (Surface) Examination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
Radiographic (Volumetric) Examination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
Ultrasonic (Volumetric) Examination . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
Cavitation and Flashing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
Choked Flow Causes Flashing and Cavitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
Valve Selection for Flashing Service . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
Valve Selection for Cavitation Service . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
Noise Prediction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
Aerodynamic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
Hydrodynamic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
Noise Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139
Noise Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
Packing Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
Packing Selection Guidelines for Sliding–Stem Valves . . . . . . . . . . . . . . . 144
Packing Selection Guidelines for Rotary Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
Chapter 6. Special Control Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
High Capacity Control Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
Low Flow Control Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
High-Temperature Control Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
Cryogenic Service Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
Table of Contents
ix
Customized Characteristics and Noise Abatement Trims . . . . . . . . . . . . . 150
Control Valves for Nuclear Service in the USA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
Valves Subject to Sulfide Stress Cracking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
Chapter 7. Steam Conditioning Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
Understanding Desuperheating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
Technical Aspects of Desuperheating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
Typical Desuperheater Designs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
Fixed Geometry Nozzle Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
Variable Geometry Nozzle Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
Self-Contained Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
Steam Atomized Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
Geometry-Assisted Wafer Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
Understanding Steam Conditioning Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
Steam Conditioning Valve Designs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
Feedforward Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
Manifold Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
Pressure-Reduction-Only Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
Understanding Turbine Bypass Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
Turbine Bypass System Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
Turbine Bypass Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
Turbine Bypass Water Control Valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
Electro-Hydraulic System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
Predictive Maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
Actuator Diaphragm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
Stem Packing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
Seat Rings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
Grinding Metal Seats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
Replacing Seat Rings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
Bench Set . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
Chapter 9. Standards and Approvals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
Control Valve Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
American Petroleum Institute (API) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
Table of Contents
x
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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
Fluid Controls Institute (FCI) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
Instrument Society of America (ISA) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
International Electrotechnical Commission (IEC) . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
International Standards Organization (ISO) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
Manufacturers Standardization Society (MSS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
NACE International . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
Product Approvals for Hazardous (Classified) Locations . . . . . . . . . . . . . 179
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
Canadian Standards Association (CSA) Standards . . . . . . . . . . . . 179
European Committee for Electrotechnical Standardization
(CENELEC) Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
Instrument Society of America (ISA) Standards . . . . . . . . . . . . . . . . 179
International Electrotechnical Commission (IEC) Standards . . . . . 179
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 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
Nomenclature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
Hazardous Location Classification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
Temperature Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
NEMA Enclosure Rating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
General Locations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
Hazardous (Classified) Locations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
CSA Enclosure Ratings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
Intrinsically Safe Apparatus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
Entity Concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
CSA System Parameter Concept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
Loop Schematic (Control Drawing) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
Comparison of Protection Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
Explosion–proof Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
Advantages of this Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
Disadvantages of this Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
Installation Requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
Intrinsically Safe Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
Advantages of this Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
Disadvantages of this Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
Dust Ignition–proof Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
Non–Incendive Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
Advantages of this Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
Disadvantages of this Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
Table of Contents
xi
European and Asia/Pacific Approvals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
Approval Agencies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
CENELEC Approvals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
Types of Protection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
Flame–proof . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
Increased Safety . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
Intrinsically Safe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
Non–Incendive . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
Nomenclature . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
Hazardous Location Classification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
Group . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
Zone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
Temperature Code . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
IEC Enclosure Rating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
NEMA and IEC Enclosure Rating Comparison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
Comparison of Protection Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
Flame–proof Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
Advantages of this Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
Disadvantages of this Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
Increased Safety Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
Advantages of this Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
Disadvantages of this Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
Intrinsically Safe Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
Advantages of this Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
Disadvantages of this Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
Type n Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
Advantages of this Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
Disadvantages of this Technique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
Chapter 10. Engineering Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
Standard Specifications For Valve Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
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
Table of Contents
xii
Chapter 11. Pipe Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
Pipe Engagement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 238
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
DIN Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 253
American Pipe Flange Dimensions – Flange Thickness for
Flange Fittings . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
DIN Cast Steel Flange Standard for PN 16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
DIN Cast Steel Flange Standard for PN 25 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 256
DIN Cast Steel Flange Standard for PN 40 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
DIN Cast Steel Flange Standard for PN 63 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258
DIN Cast Steel Flange Standard for PN 100 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
DIN Cast Steel Flange Standard for PN 160 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
DIN Cast Steel Flange Standard for PN 250 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
DIN Cast Steel Flange Standard for PN 320 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
DIN 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 Rate Equivalents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
Mass Conversion—Pounds to Kilograms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267
Pressure Equivalents . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
Pressure Conversion—Pounds per Square Inch to Bar . . . . . . . . . . . . . . 268
Temperature Conversion Formulas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
Temperature Conversions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
A.P.I. and Baumé Gravity Tables and Weight Factors . . . . . . . . . . . . . . . 271
Equivalent Volume and Weight Flow Rates of Compressible Fluids . . . . 273
Viscosity Conversion Nomograph . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
Other Useful Conversions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
Metric Prefixes and Symbols . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
Subject Index