¿Cómo prevenir la cavitación de las válvulas?

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El disco, el asiento y otras partes internas de la válvula de control y el válvula de reducción Aparecerán fricción, surcos y otros defectos, la mayoría de ellos causados por cavitación. La cavitación es todo el proceso de acumulación, movimiento, división y eliminación de burbujas. Cuando el líquido pasa a través de la válvula parcialmente abierta, la presión estática es menor que la presión de saturación del líquido en el área de velocidad creciente o después de que se cierra la válvula. En este momento, el líquido en la zona de baja presión comienza a vaporizarse y produce pequeñas burbujas que absorben las impurezas del líquido. Cuando la burbuja es llevada nuevamente al área de mayor presión estática por el flujo de líquido, la burbuja estalla o explota repentinamente, a este tipo de fenómeno de flujo hidráulico lo llamamos cavitación de válvula.

La causa directa de la cavitación es el destello causado por un cambio repentino de resistencia. El parpadeo se refiere a la alta presión del líquido saturado después de la descompresión en una parte del vapor saturado y el líquido saturado, burbujas y la formación de una fricción suave en la superficie de las piezas.

Cuando las burbujas estallan durante la cavitación, la presión de impacto puede ser de hasta 2000 Mpa, lo que supera con creces el límite de falla por fatiga de la mayoría de los materiales metálicos. La ruptura de la burbuja es la principal fuente de ruido, la vibración producida por ella puede producir hasta 10 KHZ de ruido, cuantas más burbujas, el ruido es más grave, además, la cavitación reducirá la capacidad de carga de la válvula, dañará las partes internas de la válvula y propenso a producir fugas, entonces cómo prevenir válvula cavitación?

 

  • Reducción de presión de múltiples etapas

Partes internas reductoras de etapas múltiples, es decir, la caída de presión a través de la válvula en varias más pequeñas, de modo que la sección de contracción de la vena de presión sea mayor que la presión del vapor, para evitar la formación de burbujas de vapor y eliminar la cavitación.

 

  • Aumentar la dureza del material.

Una de las principales causas del daño de la válvula es que la dureza del material no puede resistir la fuerza de impacto liberada por la explosión de la burbuja. El revestimiento o soldadura por pulverización de una aleación Stryker a base de acero inoxidable para formar una superficie endurecida; una vez dañada, un segundo revestimiento o soldadura por pulverización puede prolongar la vida útil del equipo y reducir el costo de mantenimiento.

 

  • Diseño de estrangulamiento poroso

La estructura especial del asiento y del disco hace que el flujo de presión del líquido sea mayor que la presión del vapor saturado, la concentración del líquido de inyección en la válvula de la energía cinética en energía térmica, reduciendo así la formación de burbujas de aire.

Por otro lado, hacer que la burbuja estalle en el centro del manguito para evitar daños directamente en la superficie del asiento y del disco.

 

¿Cómo elegir la válvula para la tubería de oxígeno?

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El oxígeno tiene propiedades químicas típicamente activas. Es una sustancia fuertemente oxidante y combustible y puede combinarse con la mayoría de los elementos para formar óxidos, excepto oro, plata y gases inertes como helio, neón, argón y criptón. Una explosión ocurre cuando el oxígeno se mezcla con gases combustibles (acetileno, hidrógeno, metano, etc.) en una cierta proporción o cuando la válvula de la tubería se incendia repentinamente. El flujo de oxígeno en el sistema de tuberías cambia en el proceso de transporte de gas oxígeno, la Asociación Europea de Gas Industrial (EIGA) desarrolló el estándar IGC Doc 13/12E “Sistemas de tuberías y tuberías de oxígeno” dividió las condiciones de trabajo del oxígeno por “impacto” y “ sin impacto". El “impacto” es una ocasión peligrosa porque es fácil estimular energía, provocando combustión y explosión. La válvula de oxígeno es la típica “ocasión de impacto”.

La válvula de oxígeno es un tipo de válvula especial diseñada para tuberías de oxígeno y se ha utilizado ampliamente en la industria metalúrgica, petrolera, química y otras industrias que involucran oxígeno. El material de la válvula de oxígeno se limita a la presión de trabajo y al caudal para evitar la colisión de partículas e impurezas en la tubería. Por lo tanto, el ingeniero debe considerar plenamente la fricción, la electricidad estática, la ignición de no metales, los posibles contaminantes (corrosión de la superficie del acero al carbono) y otros factores al seleccionar la válvula de oxígeno.

¿Por qué las válvulas de oxígeno son propensas a explotar?

  • El óxido, el polvo y las escorias de soldadura de la tubería provocan una combustión por fricción con la válvula.

En el proceso de transporte, el oxígeno comprimido rozará y chocará con aceite, chatarra de óxido de hierro o cámara de combustión de partículas pequeñas (polvo de carbón, partículas de carbono o fibra orgánica), lo que generará una gran cantidad de calor de fricción, lo que provocará la combustión de tuberías y equipo, que está relacionado con el tipo de impurezas, tamaño de partículas y velocidad del flujo de aire. El polvo de hierro es fácil de quemar con oxígeno y cuanto más finas son las partículas, menor es el punto de ignición; Cuanto mayor sea la velocidad, más fácil será quemar.

  • El oxígeno comprimido adiabáticamente puede encender combustibles.

Los materiales con punto de ignición bajo, como aceite y caucho, en la válvula se encenderán a una temperatura local alta. El metal reacciona en oxígeno y esta reacción de oxidación se intensifica significativamente al aumentar la pureza y la presión del oxígeno. Por ejemplo, delante de la válvula es de 15 MPa, la temperatura es de 20 ℃, la presión detrás de la válvula es de 0,1 MPa, si la válvula se abre rápidamente, la temperatura del oxígeno después de la válvula puede alcanzar los 553 ℃ según el cálculo de la compresión adiabática. fórmula, que ha alcanzado o superado el punto de ignición de algunos materiales.

  • El bajo punto de ignición de los combustibles en oxígeno puro a alta presión es el inductor de la combustión de la válvula de oxígeno.

La intensidad de la reacción de oxidación depende de la concentración y presión del oxígeno. La reacción de oxidación se produce violentamente en el oxígeno puro, al mismo tiempo que desprende una gran cantidad de calor, por lo que la válvula de oxígeno en el oxígeno puro a alta presión tiene un gran peligro potencial. Las pruebas han demostrado que la energía de detonación del fuego es inversamente proporcional al cuadrado de la presión, lo que supone un gran peligro para la válvula de oxígeno.

Las tuberías, accesorios de válvulas, juntas y todos los materiales en contacto con el oxígeno en las tuberías deben limpiarse estrictamente debido a las propiedades especiales del oxígeno, purgarse y desengrasarse antes de su instalación para evitar que se produzcan chatarra, grasa, polvo y partículas sólidas muy pequeñas. o dejados atrás en el proceso de fabricación. Cuando están en el oxígeno a través de la válvula, es fácil causar combustión por fricción o riesgo de explosión.

¿Cómo elegir una válvula utilizada para oxígeno?

Algunos proyectos prohíben explícitamente válvulas de compuerta de ser utilizado en tuberías de oxígeno con una presión de diseño superior a 0,1 mpa. Esto se debe a que la superficie de sellado de las válvulas de compuerta se daña por la fricción en el movimiento relativo (es decir, la apertura/cierre de la válvula), lo que hace que pequeñas “partículas de polvo de hierro” se caigan de la superficie de sellado y se incendien fácilmente. De manera similar, la línea de oxígeno de otro tipo de válvulas también explotará en el momento en que la diferencia de presión entre los dos lados de la válvula sea grande y la válvula se abra rápidamente.

  • Tipo de válvula

La válvula instalada en la tubería de oxígeno es generalmente una válvula de globo, la dirección general del flujo del medio de la válvula es hacia adentro y hacia afuera, mientras que la válvula de oxígeno es la opuesta para asegurar una buena fuerza del vástago y el cierre rápido del núcleo de la válvula.

  • Material de la válvula

Cuerpo de válvula: Se recomienda utilizar acero inoxidable por debajo de 3MPa; El acero de aleación Inconel 625 o Monel 400 se utiliza por encima de 3 MPa.

  • Recortar

(1) Las partes internas de la válvula se tratarán con Inconel 625 y se endurecerán la superficie;

(2) El material del vástago/manguito de la válvula es Inconel X-750 o Inconel 718;

(3) Debe ser una válvula no reductora y mantener el mismo calibre que la tubería original; El asiento del núcleo de la válvula no es adecuado para soldar superficies duras;

(4) El material del anillo de sellado de la válvula es grafito moldeado sin grasa (bajo contenido de carbono);

(5) Se utiliza empaquetadura doble para la tapa de válvula superior. La empaquetadura es de grafito sin grasa resistente a altas temperaturas (468 ℃).

(6) El oxígeno en el flujo de rebabas o ranuras producirá fricción a alta velocidad, lo que produce la acumulación de una gran cantidad de calor y puede explotar con compuestos de carbono; el acabado de la superficie interna de la válvula debe cumplir con los requisitos de ISO 8051-1 Sa2. .

 

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¿Por qué es esencial el diseño antiestático para las válvulas de bola?

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La electricidad estática es un fenómeno físico común. Cuando dos materiales diferentes se friccionan, la transferencia de electrones produce una carga electrostática, este proceso se llama electrificación por fricción. En teoría, dos objetos de diferentes materiales pueden producir electricidad estática cuando se frotan, pero dos objetos del mismo material no. Cuando el fenómeno producido en el cuerpo de la válvula, es decir, la fricción entre la bola y la bola, el vástago y el cuerpo del asiento no metálico, producirá cargas estáticas cuando la válvula esté abierta y cerrada, lo que conlleva un riesgo potencial de incendio para todo el sistema de tuberías. Para evitar chispas estáticas, se diseña un dispositivo antiestático en la válvula para reducir o derivar la carga estática de la bola.

API 6D-2014 “5.23 dispositivo antiestático” estipula lo siguiente: “válvula de bola de asiento blandoe, la válvula de tapón y la válvula de compuerta deberán tener un dispositivo antiestático. La prueba del dispositivo se realizará de acuerdo con el apartado H.5 si el comprador lo requiere. API 6D “Prueba antiestática H.5” establece: “la resistencia entre el cierre y el cuerpo de la válvula, el vástago/eje y el cuerpo de la válvula se probará con una fuente de alimentación de CC que no exceda los 12 V. Las mediciones de resistencia deben realizarse en seco antes de probar la presión de la válvula; su valor de resistencia no supera los 10 Ω. Las válvulas de asiento blando deben instalar un dispositivo antiestático, pero las válvulas de asiento metálico no son necesarias porque los asientos de plástico blando como (PTFE, PPL, NYLON, DEVLON, PEEK, etc.) tienden a generar electricidad estática al frotar con la bola (generalmente de metal). , mientras que los sellos metal-metal no. Si el medio es inflamable y explosivo, es probable que la chispa electrostática cause combustión o incluso explosión, así que conecte las partes metálicas en contacto con las no metálicas a través del dispositivo antiestático al vástago y al cuerpo, y finalmente libere la electricidad estática a través del antiestático. dispositivo de unión en el cuerpo. El principio antiestático de la válvula de bola flotante se muestra en la siguiente figura.

El dispositivo antiestático consta de un resorte y una bola de acero (“electrostático – juegos de resortes”). En términos generales, las válvulas de bola flotante constan de dos “juegos de resortes electrostáticos”, uno en la superficie de contacto del vástago y la bola y el otro en el vástago y el cuerpo. Cuando la válvula está abierta o cerrada, se genera electricidad estática por la fricción entre la bola y el asiento. Debido a la holgura entre el vástago y la bola, cuando el vástago de la válvula es impulsado por una esfera, la pequeña bola de los "juegos de resortes electrostáticos" rebota, lo que impulsa el electrostático al vástago de la válvula, al mismo tiempo, la superficie de contacto del vástago de la válvula y el cuerpo de la válvula. de los juegos de resortes electrostáticos exportarán estática al cuerpo debido al mismo principio y eventualmente se descargarán electrostáticamente por completo.

En resumen, un dispositivo antiestático utilizado en un válvula de bola es reducir la carga estática generada en la pelota debido a la fricción. Se utiliza para proteger la válvula contra chispas que pueden encender el combustible que fluye a través de la válvula. La válvula de bola con diseño antiestático es especialmente para campos como petróleo y gas, productos químicos, plantas de energía y otros sectores industriales en los que la protección contra incendios es una garantía importante de una producción segura.

¿Cuál es la diferencia entre una válvula de alivio y una válvula de seguridad?

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Las válvulas de seguridad y las válvulas de alivio tienen una estructura y un rendimiento similares, y ambas descargan los medios internos automáticamente cuando la presión excede el valor establecido para garantizar la seguridad del dispositivo de producción. Debido a esta similitud esencial, los dos a menudo se confunden y sus diferencias se pasan por alto, ya que son intercambiables en algunas instalaciones de producción. Para obtener una definición más clara, consulte las especificaciones de calderas y recipientes a presión ASME.

Válvula de seguridad: un dispositivo de control automático de presión impulsado por la presión estática del medio frente a la válvula se utiliza para aplicaciones de gas o vapor, con acción de apertura total.

Válvula de alivio: También conocida como válvula de desbordamiento, es un dispositivo automático de alivio de presión impulsado por la presión estática frente a la válvula. Se abre proporcionalmente a medida que la presión excede la fuerza de apertura, y se utiliza principalmente para aplicaciones de fluidos.

 

La diferencia básica en su principio de funcionamiento: la válvula de seguridad alivia la presión hacia la atmósfera, es decir, fuera del sistema; puede ser un dispositivo de alivio de presión de recipientes de fluido; cuando se alcanza el valor de presión establecido, la válvula se abre casi por completo. Por el contrario, la válvula de alivio alivia la presión al devolver el líquido al sistema, que es el lado de baja presión. La válvula de alivio se abre gradualmente si la presión aumenta gradualmente.

La diferencia también se muestra generalmente en la capacidad y el punto de ajuste. A Válvula de seguridad se utiliza para aliviar la presión y evitar una condición de sobrepresión, es posible que sea necesario que el operador ayude a abrir la válvula en respuesta a una señal de control y a cerrarla una vez que alivie el exceso de presión y continúe funcionando normalmente.

Se puede utilizar una válvula de seguridad para aliviar la presión que no necesita un reinicio manual. Por ejemplo, se utiliza una válvula de alivio térmico para purgar la presión en un intercambiador de calor si está aislado, pero la posibilidad de expansión térmica del fluido podría causar condiciones de sobrepresión. La válvula de seguridad de una caldera u otros tipos de recipientes a presión encendidos debe ser capaz de eliminar más energía de la que es posible introducir en el recipiente.

En resumen, las válvulas de seguridad y las válvulas de alivio son los dos tipos de válvulas de control más utilizados. La válvula de seguridad pertenece al dispositivo de liberación de presión, que solo puede funcionar cuando la presión de trabajo excede el rango permitido para proteger el sistema. La válvula de alivio puede hacer que el medio de alta presión cumpla rápidamente con los requisitos de presión del sistema y su proceso de trabajo es continuo.

Sistema de cobertura de nitrógeno para tanques de almacenamiento.

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El sistema de inertización de nitrógeno está completo de dispositivos para mantener un estado de presión constante mediante la inyección de gas N2, es decir, gas inerte, en la cámara superior del tanque de almacenamiento. Se compone de una serie de válvulas reductoras de alta presión de nitrógeno (válvulas de suministro/válvulas de purga), válvulas de ventilación, manómetro y otros sistemas de tuberías y dispositivos de seguridad, puede funcionar sin problemas sin energía externa como electricidad o gas, presenta las ventajas de una simple , conveniente y económico, fácil de mantener. El sistema de cobertura de nitrógeno evita que se desarrolle vacío y reduce la evaporación, lo que mantiene el tanque de almacenamiento a un valor de presión diseñado. Se ha utilizado ampliamente en tanques de almacenamiento, reactores y centrífugas de refinerías y plantas químicas.

Cuando se abre la válvula de purga del tanque de almacenamiento, el nivel del líquido cae, el volumen de la fase gaseosa aumenta y la presión del nitrógeno disminuye. Luego, la válvula de suministro de nitrógeno se abre e inyecta nitrógeno en el tanque. Cuando la presión de nitrógeno en el tanque aumenta al valor establecido en la válvula de suministro de nitrógeno, se cerrará automáticamente. En cambio, cuando se abre la válvula de suministro del tanque para suministrar nitrógeno al tanque, el nivel del líquido aumenta, el volumen de la fase gaseosa disminuye y la presión aumenta. Si la presión es mayor que el valor establecido de la válvula de alivio de nitrógeno, la válvula de alivio de nitrógeno se abrirá y liberará nitrógeno y hará que la presión del nitrógeno en el tanque caiga. Cuando la válvula de alivio de nitrógeno baje al valor establecido de la válvula de alivio de nitrógeno, se cerrará automáticamente.

En términos generales, el regulador de suministro de nitrógeno puede ser un tipo de válvula de control de presión operada por piloto y autoaccionada, el dispositivo de descarga de nitrógeno adopta la válvula de control de micropresión autoaccionada, cuyo diámetro es generalmente el mismo que el diámetro de la válvula de entrada; La válvula de ventilación está instalada en la parte superior del tanque y está diseñada para protección contra explosiones e incendios. La presión de suministro de nitrógeno es de alrededor de 300 ~ 800 KPa, la presión de ajuste de la cobertura de nitrógeno es de 1 KPa, la presión de purga de nitrógeno es de 1,5 kPa, la presión de exhalación de la válvula de respiración es de 2 KPa y la presión de inspiración es de -0,8 KPa; La válvula de ventilación no funciona normalmente sólo cuando la válvula principal falla y la presión en el tanque es demasiado alta o demasiado baja.

Ofrecemos un sistema completo de inertización de tanques con dispositivos de seguridad junto con válvulas reductoras de alta presión de nitrógeno y componentes para tanques de almacenamiento, reactores y centrífugas.

¿Qué son las válvulas de ventilación?

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A veces denominada válvula de alivio de presión y vacío, la válvula de ventilación es una parte importante de los tanques y recipientes atmosféricos en los que se llenan y extraen disolventes a un alto caudal. Este tipo de válvula se instala en las líneas de entrada y salida de tanques, recipientes y equipos de proceso para retener vapores tóxicos y evitar la contaminación atmosférica, equilibrando así las fluctuaciones imprevistas de presión y vacío y proporcionando mayor protección y seguridad contra incendios.

¿Cómo funciona la válvula de ventilación?

La estructura interna de la válvula respiratoria se compone esencialmente de una válvula de inhalación y una válvula de exhalación, que pueden estar dispuestas una al lado de la otra o superpuestas. Cuando la presión del tanque es igual a la presión atmosférica, el disco de la válvula de presión y la válvula de vacío y el asiento trabajan estrechamente debido al efecto de "adsorción", haciendo que el asiento esté hermético sin fugas. Cuando aumenta la presión o el vacío, el disco se abre y conserva un buen sello debido al efecto de "adsorción" en el costado del asiento.

Cuando la presión en el tanque aumenta a los valores de diseño permitidos, se abre la válvula de presión y el gas en el tanque se descarga a la atmósfera exterior a través del costado de la válvula de ventilación (es decir, la válvula de presión). En este momento, la válvula de vacío está cerrada debido a la presión positiva en el tanque. Por el contrario, el proceso de exhalación tiene lugar cuando el tanque está cargado y la evaporación del líquido debido a la temperatura atmosférica más alta, la válvula de vacío se abre debido a la presión positiva de la presión atmosférica y el gas externo ingresa al tanque a través de la válvula de succión (es decir, la válvula de vacío), en este punto se cierra la válvula de presión. La válvula de presión y la válvula de vacío no se pueden abrir en ningún momento. Cuando la presión o el vacío en el tanque desciende a la normalidad, las válvulas de presión y vacío se cierran y detienen el proceso de exhalación o inhalación.

 

¿El propósito de la válvula de ventilación?

La válvula de respiración deberá sellarse en condiciones normales sólo si:

(1) Cuando el tanque está sangrando, la válvula de respiración comienza a inhalar aire o nitrógeno hacia el tanque.

(2) Al llenar el tanque, la válvula de respiración comienza a empujar el gas exhalado fuera del tanque.

(3) Debido al cambio climático y otras razones, la presión de vapor del material en el tanque aumenta o disminuye y la válvula de respiración exhala el vapor o respira aire o nitrógeno (generalmente llamado efecto térmico).

(4) En caso de incendio, el líquido del tanque se evapora bruscamente debido al gas exhalado calentado y la válvula de respiración comienza a desinflarse fuera del tanque para evitar daños al tanque debido a la sobrepresión.

(5) Las condiciones de trabajo, como el transporte presurizado de líquido volátil, las reacciones químicas de los dispositivos de transferencia de calor internos y externos y los errores operativos, la válvula de respiración se opera para evitar daños al tanque de almacenamiento debido a la sobrepresión o el supervacío.

 

Normas comunes para válvulas de ventilación.

DIN EN 14595-2016– Tanque para el transporte de mercancías peligrosas-equipos de servicio para tanques-respiradero de presión y vacío.

 

¿Cómo se instala la válvula de ventilación?

(1) la válvula de ventilación se instalará en el punto más alto de la parte superior del tanque. En teoría, desde la perspectiva de reducir las pérdidas por evaporación y otros escapes, la válvula de ventilación debe instalarse en el punto más alto del espacio del tanque para proporcionar el acceso más directo y máximo a la válvula de ventilación.

(2) El gran volumen de tanques para evitar una sola válvula de respiración debido al riesgo de falla por sobrepresión o presión negativa se pueden instalar dos válvulas de respiración. Para evitar el funcionamiento de dos válvulas de respiración y aumentar el riesgo de falla al mismo tiempo, generalmente las dos válvulas de respiración de succión y descarga de presión en un diseño de tipo gradiente, una funciona normalmente y la otra está de repuesto.

(3) Si un volumen de respiración grande hace que el volumen de respiración de una sola válvula de respiración no pueda cumplir con los requisitos, se pueden equipar dos o más válvulas de respiración y la distancia entre ellas y el centro de la parte superior del tanque debe ser igual. es decir, disposición simétrica en la parte superior del tanque.

(4) Si la válvula de respiración está instalada en el tanque de cobertura de nitrógeno, la posición de conexión de la tubería de suministro de nitrógeno debe estar alejada de la interfaz de la válvula de respiración e insertada en el tanque de almacenamiento por la parte superior del tanque durante aproximadamente 200 mm, de modo que el nitrógeno no se descarga directamente después de ingresar al tanque y desempeña el papel de cobertura de nitrógeno.

(5) Si hay un supresor en la válvula de respiración, se debe considerar la influencia de la caída de presión del supresor en la presión de descarga de la válvula de respiración para evitar la sobrepresión del tanque.

(6) Cuando la temperatura promedio del tanque es menor o igual a 0, la válvula de ventilación debe tener medidas anticongelantes para evitar que el tanque se congele o bloquee el disco de la válvula causado por un escape deficiente del tanque o un suministro de aire insuficiente, lo que resultará en el tanque tambor de sobrepresión o tanque desinflado de baja presión.

 

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