Válvula de titanio y aleación de titanio.

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La válvula de aleación de titanio es un concepto amplio, se refiere a la válvula en la que el cuerpo y las partes internas están hechas de aleación de titanio o válvulas en las que el material del cuerpo es acero al carbono o acero inoxidable, y las partes internas están hechas de válvula de aleación de titanio. Como sabíamos, el titanio es un metal estructural reactivo que reacciona fácilmente con el oxígeno para formar una película de óxido densa y estable en la superficie, que puede reaccionar con el oxígeno para regenerar la película de óxido incluso si está dañada. Puede resistir la erosión de una variedad de medios corrosivos y proporciona una mejor solución a la corrosión y resistencia que las válvulas hechas de acero inoxidable, cobre o aluminio.

Las características de la válvula de aleación de titanio.

  • Buena resistencia a la corrosión, peso ligero y alta resistencia mecánica.
  • Es casi no corrosivo en la atmósfera, agua dulce, agua de mar y vapor de agua a alta temperatura.
  • Tiene buena resistencia a la corrosión en agua real, agua con cloro, ácido hipocloroso, cloro gaseoso húmedo y otros medios.
  • También es muy resistente a la corrosión en medios alcalinos.
  • Es altamente resistente a los iones de cloro (CI) y tiene una excelente resistencia a la corrosión de los iones de cloruro.
  • La resistencia a la corrosión en los ácidos orgánicos depende del grado de reducción u oxidación del ácido.
  • La resistencia a la corrosión en ácidos reductores depende de la presencia de un inhibidor de corrosión en el medio.

 

Las aplicaciones de la válvula de titanio.

  • Aeroespacial

Las válvulas de titanio y aleación de titanio pueden usarse ampliamente en el campo aeroespacial debido a su alta relación de resistencia y resistencia a la corrosión. La válvula de control, la válvula de cierre, la válvula de retención, la válvula de aguja, la válvula de tapón, la válvula de bola, la válvula de mariposa, etc. de titanio puro y aleación de titanio Ti-6Al-4V se utilizan ampliamente en tuberías de aviones.

  • Industria química

A veces, en cloro-álcali, sal, amoníaco sintético, etileno, ácido nítrico, ácido acético y otros ambientes de corrosión fuerte, la válvula de aleación de titanio que tiene mejor resistencia a la corrosión puede reemplazar metales comunes como acero inoxidable, cobre, aluminio, especialmente en el control y regulación del oleoducto.

  • Buques de guerra

Rusia es uno de los primeros países del mundo en utilizar aleaciones de titanio para buques de guerra. Desde la década de 1960 hasta la de 1980, Rusia produjo una serie de submarinos de ataque que utilizaban una gran cantidad de tuberías y válvulas de aleación de titanio en su sistema de agua de mar.

  • Planta de energía

La mayoría de las centrales nucleares se construyen en la costa y las válvulas de titanio se utilizan en proyectos de energía nuclear debido a su excelente resistencia a la corrosión del agua de mar. Los tipos incluyen válvula de seguridad, válvula reductora de presión, válvula de globo, válvula de diafragma, válvula de bola, etc.

Además, como equipo especial de control de fluidos para medios y ambientes, las válvulas de titanio también se utilizan en la industria papelera, la fabricación de alimentos y productos farmacéuticos y otros campos.

 

 

 

La válvula de globo en aplicaciones de amoníaco

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El amoníaco es una materia prima importante para la fabricación de ácido nítrico, sal de amonio y amina. El amoníaco es un gas a temperatura ambiente y puede licuarse bajo presión. La mayoría de los metales, como el acero inoxidable, el aluminio, el plomo, el magnesio, el titanio, etc., tienen una excelente resistencia a la corrosión del amoníaco gaseoso, el amoníaco líquido y el agua con amoníaco. El hierro fundido y el acero al carbono también tienen buena resistencia a la corrosión por amoníaco gaseoso o amoníaco líquido; la velocidad de corrosión es generalmente inferior a 0,1 mm/año, por lo que los equipos de producción y almacenamiento de amoníaco generalmente están hechos de acero desde la perspectiva del costo.

La válvula de retención, la válvula de globo, la válvula de bola y otras válvulas se pueden utilizar en sistemas de tuberías de amoníaco y amoníaco líquido. Estas válvulas reducen la presión del gas a un nivel seguro y la pasan a través de otras válvulas al sistema de servicio. Entre ellas, la más utilizada es la válvula de globo. La válvula de globo de amoníaco es un tipo de válvula de sellado forzado, es decir, cuando la válvula está cerrada, se debe aplicar presión al disco para que la superficie de sellado esté libre de fugas.

Cuando el medio ingresa a la válvula desde debajo del disco, es necesario superar la fricción del vástago y la empaquetadura y la presión del medio. La fuerza de cierre de la válvula es mayor que la de apertura de la válvula, por lo que el diámetro del vástago debe ser grande o el vástago debe doblarse. El flujo de la válvula de globo de gas de amoníaco autosellante es generalmente de arriba a abajo, es decir, el medio ingresa a la cavidad de la válvula desde la parte superior del disco, luego, bajo la presión del medio, la fuerza de cierre de la válvula es pequeña y la apertura de la válvula. es grande, el diámetro del vástago se puede reducir correspondientemente. Cuando la válvula de globo está abierta, cuando la altura de apertura del disco es 25% ~ 30% del diámetro nominal, el flujo ha alcanzado el máximo, lo que indica que la válvula ha alcanzado la posición completamente abierta. Por lo tanto, la posición completamente abierta de la válvula de globo estará determinada por el recorrido del disco. ¿Cuáles son las características de las válvulas de globo para aplicaciones de amoníaco?

  • El cobre reacciona con el gas amoníaco y el agua con amoníaco para formar complejos solubles y producir grietas peligrosas por corrosión bajo tensión. En un entorno con amoníaco, incluso cantidades mínimas de amoníaco pueden provocar corrosión bajo tensión en la atmósfera. Las válvulas hechas de cobre y aleaciones de cobre generalmente no son adecuadas para aplicaciones de amoníaco.
  • La válvula de globo para amoníaco tiene un diseño de cono de vástago ascendente en comparación con la válvula de globo común. Su superficie de sellado es principalmente de aleación Babbitt y el cuerpo de la válvula está hecho de acero inoxidable CF8 o acero al carbono de alta calidad WCB para usarse con los máximos requisitos, puede ser resistente a la corrosión por amoníaco y a bajas temperaturas de hasta -40 ℃.
  • El diseño de la cara machihembrada de la conexión de brida garantiza un rendimiento de sellado confiable incluso cuando fluctúa la presión de la tubería.
  • El material de sellado multicapa de PTFE (PTFE) o aleación Babbitt y una empaquetadura blanda compuesta hecha de PTFE + butanol + resorte garantizan que la caja de empaquetadura de la válvula esté libre de fugas durante la vida útil.
  • También se recomiendan juntas lisas de PTFE, juntas enrolladas de acero inoxidable + grafito y juntas enrolladas de acero inoxidable + PTFE para válvulas de amoníaco.

 

El volante de la válvula de globo de amoníaco generalmente está pintado de amarillo para distinguirla de las válvulas para otras aplicaciones. Además, también se encuentran disponibles válvulas de retención verticales y válvulas de retención de elevación para aplicaciones de amoníaco. Sus discos suben y bajan dependiendo de la presión diferencial del fluido y de su propio peso, deteniendo automáticamente el medio contra la corriente y protegiendo el equipo aguas arriba, apto para la mayoría de tanques de amoníaco en tubería horizontal.

 

Válvula de bloqueo de emergencia (EBV) para planta de refinería

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La válvula de bloqueo de emergencia también se conoce como válvula de cierre de emergencia (ESDV) o válvula de aislamiento de emergencia (EIV). API RP 553, especificación de Válvulas de Refinería y Accesorios para Sistemas Instrumentados de Control y Seguridad, definió la válvula de bloqueo de emergencia de la siguiente manera: “Las válvulas de bloqueo de emergencia están diseñadas para controlar un incidente peligroso. Son válvulas de aislamiento de emergencia y están diseñadas para detener la liberación incontrolada de materiales inflamables o tóxicos. Cualquier válvula en la zona de incendio que manipule líquidos inflamables debe ser a prueba de incendios.

Generalmente, un válvula de bola con asiento de metal, válvula de compuerta y válvula de mariposa se pueden utilizar como EBV para cortar o aislar. Generalmente se instala entre la fuente de presión de entrada y el regulador. Cuando la presión del sistema protegido alcanza un valor específico, la válvula se cerrará, cortará o aislará rápidamente para evitar incendios, fugas y otros accidentes. Es adecuado para el almacenamiento, transporte, etc. de gas, gas natural y gas licuado de petróleo y otros gases combustibles.

La válvula de bloqueo de emergencia está instalada en las tuberías de entrada y salida del tanque esférico de hidrocarburo licuado. API 2510 “diseño y construcción de instalaciones de gas licuado de petróleo (GLP)” establece que la válvula de bloqueo en la tubería de hidrocarburos licuados debe estar lo más cerca posible del cuerpo del tanque, preferiblemente cerca de la brida de salida de la tubería de la pared del tanque para una fácil operación y mantenimiento. . Cuando un tanque de hidrocarburo licuado de 38 m³ (10,000 gal) esté en llamas durante 15 min, todas las válvulas de bloqueo ubicadas en la tubería debajo del nivel más alto de líquido del tanque deberán poder cerrarse automáticamente u operar de forma remota. El sistema de control de la válvula de bloqueo será a prueba de incendios y operado manualmente. API RP2001 “prevención de incendios en refinerías de petróleo” requiere explícitamente que “se deben instalar válvulas de bloqueo de emergencia en las boquillas debajo del nivel de líquido de los contenedores que contienen una gran cantidad de líquido inflamable.

API RP553 especifica los principios básicos de configuración de válvulas de bloqueo de emergencia para compresores, bombas, hornos de calefacción, contenedores, etc. Está estrechamente relacionado con el tamaño del volumen del equipo, el medio, la temperatura, así como con la potencia y capacidad de la bomba. De acuerdo con los requisitos y casos de diseño, la válvula de corte de emergencia EBV se instalará en la línea de salida (o entrada) adyacente al equipo de alto riesgo de incendio y se aislará completamente para detener la liberación de materiales inflamables o tóxicos. La válvula de bloqueo de emergencia generalmente se requiere para equipos de alto incendio y zonas de incendio.

 

El equipo contra incendios de alto nivel incluye:

Un contenedor de más de 7,571 m (2000 galones);

Tanques de almacenamiento de GLP de más de 15,5 m (4 000 galones);

Un recipiente o intercambiador de calor cuya temperatura interna del líquido combustible exceda los 315 ℃ o cuya temperatura haya excedido la combustión espontánea;

La capacidad de transporte de líquidos combustibles como hidrocarburos supera los 45 m3/h;

La potencia del compresor de gas combustible es superior a 150 kW;

Un horno de calentamiento en el que se calienta líquido combustible a través de un tubo de horno;

La presión interna es superior a 3,45 mpa y el modo es un reactor de hidrocarburos exotérmico.

Zona de fuego:

Un área dentro de 9 m horizontales o 12 m verticales de equipos con alto riesgo de incendio;

El área dentro de los 9 m del tanque esférico que contiene medio combustible, etc.

¿Qué es la brida autoajustable de alta presión (brida Grayloc)?

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La brida autoajustable de alta presión es un conector con abrazadera para procesos altamente corrosivos, de alta presión (1500CL-4500CL) y alta temperatura. Está sellado por la elasticidad del anillo metálico reutilizable. Es más liviana que la brida universal pero tiene un mejor efecto de sellado, lo que ahorra peso, espacio, tiempo y costos de mantenimiento. Es ampliamente utilizado en petroquímica, explotación de petróleo y gas, producción de gas industrial, refinación de petróleo, procesamiento de alimentos, industria química, ingeniería ambiental, energía mineral y nuclear, aeroespacial, construcción naval, procesamiento de combustible sintético, oxidación y licuefacción de carbón y otros campos. Los conectores GRAYLOC son reconocidos como el estándar de producción para conexiones de recipientes y tuberías de servicios críticos.

La brida autoajustable de alta presión se compone de una abrazadera de segmento, un cubo soldado a tope, un anillo de sellado y un perno. En comparación con la brida de sellado suave convencional, es decir, la deformación plástica de la junta para lograr el sello, la brida autoajustable de alta presión depende de la deformación elástica del cubo del anillo de sello (brazo en T) para sellar, es decir, el sello de metal a metal. La combinación de junta, abrazadera y anillo de sellado hace que la resistencia de la junta sea mucho mayor que la resistencia del material de la tubería. Una vez presionado, el elemento de sellado queda sellado no sólo por la fuerza ejercida por la conexión externa, sino también por la presión del propio medio. Cuanto mayor es la presión del medio, mayor es la fuerza de compresión que se ejerce sobre el elemento de sellado.

Anillo de sellado de metal: El anillo de sellado es la parte central de la brida autoajustable de alta presión y su sección transversal tiene aproximadamente la forma de "T". El anillo de sellado se sujeta por la cara extrema de dos juegos de cubos para formar un todo con el tubo base, lo que mejora en gran medida la resistencia de las piezas de conexión. Los dos brazos de la sección en forma de "T", es decir, el labio de sellado, que genera una superficie cónica interna del área de sellado con el casquillo, que se extiende libremente para formar el sellado bajo la acción de fuerzas externas (dentro del límite elástico).

Cubo: Después de sujetar las dos juntas del cubo, la fuerza se ejerce sobre el anillo de sellado y el labio de sellado se desvía de la superficie de sellado interior del cubo. Esta elasticidad desviada devuelve la carga de la superficie de sellado dentro del cubo al labio del anillo de sellado, formando un sello elástico automejorado.

Abrazadera: La abrazadera se puede ajustar libremente en dirección de 360° para una fácil instalación.

Tuerca/perno de cara esférica: Generalmente, cada juego de brida autoajustable de alta presión solo necesita cuatro juegos de pernos esféricos de alta presión para lograr la resistencia general.

 

La característica de una brida autoajustable de alta presión.

  • Buena resistencia a la tracción: en la mayoría de los casos, la brida autoajustable de alta presión en la conexión puede soportar la carga de tracción mejor que la propia tubería. La prueba destructiva demuestra que la brida sigue intacta y sin fugas después de la falla de la tubería bajo carga de tracción.
  • Buena resistencia a la corrosión: diferentes materiales de bridas pueden cumplir con los requisitos especiales de protección contra la corrosión de diferentes entornos.
  • Buena resistencia a la flexión: una gran cantidad de pruebas muestran que esta brida no tendrá fugas ni se aflojará cuando esté bajo una gran carga de flexión. Las pruebas reales muestran que la brida autoajustable de alta presión DN15 ha sido sometida a muchas curvas en frío en la tubería y sus juntas no tienen fugas ni están sueltas.
  • Buena resistencia a la compresión: la brida autoajustable de alta presión no soportará la compresión por sobrecarga en la tubería normal; La carga máxima de la brida con cargas de compresión más altas está determinada por la resistencia máxima de la tubería.
  • Buena resistencia al impacto: tamaño pequeño, estructura compacta, puede soportar el impacto que la brida tradicional de alta presión no puede soportar; El sello de metal a metal mejora enormemente su resistencia al impacto.

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El caudal de medio común a través de una válvula.

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El flujo y el caudal de la válvula dependen principalmente del tamaño, la estructura, la presión, la temperatura y la concentración del medio, la resistencia y otros factores de la válvula. El flujo y el caudal son interdependientes, bajo la condición de un valor de flujo constante, cuando el caudal aumenta, el área del puerto de la válvula es pequeña y la resistencia del medio es grande, lo que hace que la válvula sea fácil de dañar. Un caudal grande producirá electricidad estática en medios inflamables y explosivos; Sin embargo, un caudal bajo significa una baja eficiencia de producción. Se recomienda elegir un caudal bajo (0,1-2 m/s) según la concentración para medios grandes y explosivos como el petróleo.

El propósito del control del caudal en la válvula r es principalmente evitar la generación de electricidad estática, que depende de la temperatura y presión críticas, la densidad y las propiedades físicas del medio. En general, conociendo el caudal y el caudal de la válvula, se puede calcular el tamaño nominal de la válvula. El tamaño de la válvula es la misma estructura, la resistencia al fluido no es la misma. En las mismas condiciones, cuanto mayor sea el coeficiente de resistencia de la válvula, mayor será el caudal a través de la válvula y menor será el caudal; Cuanto menor sea el coeficiente de resistencia, menor será el caudal a través de la válvula. Aquí está el caudal de algún medio común a través de la válvula para su referencia.

Medio Tipo Condiciones Velocidad del flujo, m/s
Vapor vapor saturado DN > 200 30~40
DN=200~100 25~35
DN<100 15~30
Vapor supercalentado DN > 200 40~60
DN=200~100 30~50
DN<100 20~40
Vapor a baja presión P<1,0 (presión absoluta) 15~20
Vapor de media presión P=1,0~4,0 20~40
Vapor a alta presión P=4,0~12,0 40~60
Gas Gas comprimido (presión manométrica) Vacío 5~10
P≤0,3 8~12
Ρ=0,3～0,6 10～20
Ρ=0,6～1,0 10~15
Ρ=1,0～2,0 8~12
Ρ=2,0～3,0 3~6
Ρ=3,0～30,0 0,5~3
Oxígeno (presión manométrica) Ρ=0～0,05 5~10
Ρ=0,05～0,6 7~8
Ρ=0,6～1,0 4~6
Ρ=1,0～2,0 4~5
Ρ=2,0～3,0 3~4
Gas de carbón   2,5~15
Gas Mond (presión manométrica) Ρ=0,1～0,15 10~15
Gas natural   30
Gas nitrógeno (presión absoluta) Vacío/Ρ=5~10 15～25
Gas amoniaco (presión manométrica) Ρ<0,3 8~15
Ρ<0,6 10～20
Ρ≤2 3~8
Otro medio Gas acetileno P<0.01 3~4
P<0,15 4~8
P<2.5 5
Cloruro Gas 10~25
Líquido 1.6
 hidruro de cloro Gas 20
Líquido 1.5
Amoníaco líquido (presión manométrica） Vacío 0,05~0,3
Ρ≤0,6 0,3~0,8
Ρ≤2.0 0,8~1,5
Hidróxido de sodio (Concentración) 0~30% 2
30%～50% 1.5
50%～73% 1.2
Ácido sulfúrico 88%～100% 1.2
ácido clorhídrico / 1.5
 

Agua

 Agua de baja viscosidad (presión manométrica) Ρ=0,1～0,3 0,5~2
Ρ≤1.0 0,5~3
Ρ≤8.0 2~3
Ρ≤20~30 2~3.5
Agua circulante de la red de calefacción. 0,3~1
agua condensada Autoflujo 0,2~0,5
Agua de mar, agua ligeramente alcalina. Ρ<0,6 1,5~2,5

 

El coeficiente de resistencia al flujo y la pérdida de presión de la válvula.

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La resistencia de la válvula y la pérdida de presión son diferentes, pero están tan estrechamente relacionadas que para comprender su relación, primero debe comprender el coeficiente de resistencia y el coeficiente de pérdida de presión. El coeficiente de resistencia al flujo depende de la diferente estructura de flujo, la apertura de la válvula y el caudal del medio; es un valor variable. En términos generales, la estructura fija de la válvula en un cierto grado de apertura es un coeficiente de flujo fijo, puede calcular la presión de entrada y salida de la válvula de acuerdo con el coeficiente de flujo, esta es la pérdida de presión.

El coeficiente de flujo (coeficiente de descarga) es un índice importante para medir la capacidad de flujo de la válvula. Representa el caudal cuando se pierde fluido por unidad de presión a través de la válvula. Cuanto mayor sea el valor, menor será la pérdida de presión cuando el fluido fluye a través de la válvula. La mayoría de los fabricantes de válvulas incluyen los valores del coeficiente de flujo de válvulas de diferentes clases de presión, tipos y tamaños nominales en sus especificaciones de producto para diseño y uso. El valor del coeficiente de flujo varía según el tamaño, la forma y la estructura de la válvula. Además, el coeficiente de flujo de la válvula también se ve afectado por la apertura de la válvula. Según las distintas unidades, el coeficiente de caudal tiene varios códigos y valores cuantitativos diferentes, entre los que los más habituales son:

 

  • Coeficiente de flujo Cv: Caudal con una caída de presión de 1 psi cuando el agua fluye a través de la válvula a 15,6 °c (60 °f).
  • Coeficiente de flujo Kv: El caudal volumétrico cuando el flujo de agua entre 5 ℃ y 40 ℃ genera una caída de presión de 1 bar a través de la válvula.

CV=1.167Kv

El valor Cv de cada válvula está determinado por la sección transversal del flujo sólido.

El coeficiente de resistencia de la válvula se refiere a la pérdida de resistencia del fluido a través de la válvula, que se indica mediante la caída de presión (presión diferencial △P) antes y después de la válvula. El coeficiente de resistencia de la válvula depende del tamaño de la válvula, la estructura y la forma de la cavidad, más depende del disco y la estructura del asiento. Cada elemento de la cámara del cuerpo de la válvula puede considerarse un sistema de componentes (giro, expansión, contracción, retorno, etc. del fluido) que generan resistencia. Por tanto, la pérdida de presión en la válvula es aproximadamente igual a la suma de las pérdidas de presión de los componentes de la válvula. En general, las siguientes circunstancias pueden aumentar el coeficiente de resistencia de la válvula.

  • El puerto de la válvula se agranda repentinamente. Cuando el puerto se agranda repentinamente, la velocidad de la parte del fluido se consume en la formación de corrientes parásitas, agitación y calentamiento del fluido, etc.;
  • La expansión gradual del puerto de la válvula: cuando el ángulo de expansión es inferior a 40 °, el coeficiente de resistencia del tubo redondo que se expande gradualmente es menor que el de la expansión repentina, pero cuando el ángulo de expansión es superior a 50 °, el coeficiente de resistencia aumenta en 15% ~ 20% en comparación con la expansión repentina.
  • El puerto de la válvula se estrecha repentinamente.
  • El puerto de la válvula gira suavemente y uniformemente o gira en esquina.
  • Conexión cónica simétrica del puerto de la válvula.

 

En general, las válvulas de bola de paso total y las válvulas de compuerta tienen la menor resistencia al fluido debido a que no giran ni reducen, casi lo mismo que el sistema de tuberías, que es el tipo de válvula que ofrece la capacidad de flujo más excelente.