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 de que el cuerpo y las partes internas están hechas de aleación de titanio o las válvulas que el material del cuerpo es de acero al carbono o acero inoxidable, y las partes internas están hechas de válvula de aleación de titanio. Como bien 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 de corrosión y resistencia que la de las válvulas 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 de cloro, ácido hipocloroso, cloro 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 a los iones de cloruro.
  • La resistencia a la corrosión en 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, resistencia a la corrosión. La válvula de control de titanio puro y aleación de titanio Ti-6Al-4V, la válvula de cierre, la válvula de retención, la válvula de aguja, la válvula de enchufe, la válvula de bola, la válvula de mariposa, etc., se utilizan ampliamente en las tuberías de los aviones.

  • industria química

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

  • Buques de guerra

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

  • central eléctrica

La mayoría de las plantas de energía nuclear 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 al agua de mar. Los tipos incluyen una 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 medio y medio ambiente, las válvulas de titanio también se utilizan en la industria del papel, la fabricación de alimentos y productos farmacéuticos y otros campos.

 

 

 

La válvula de globo en aplicación 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 se puede licuar 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 al gas amoniaco, amoníaco líquido y agua amoniacal. El hierro fundido y el acero al carbono también tienen una buena resistencia a la corrosión al gas amoniaco o al amoníaco líquido, la tasa de corrosión generalmente es menor 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 usar en el sistema 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 ellos, el más utilizado 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, la presión debe aplicarse al disco para que la superficie de sellado esté libre de fugas.

Cuando el medio ingresa a la válvula por debajo del disco, es necesario superar la fricción del vástago y la empaquetadura y la presión del medio. La fuerza del cierre de la válvula es mayor que la de la apertura de la válvula, por lo que el diámetro del vástago debe ser grande o el vástago doblado. El flujo de la válvula de globo de gas de amoníaco autosellante es generalmente de arriba a abajo, ese es el medio en la cavidad de la válvula desde la parte superior del disco, luego, bajo la presión del medio, la fuerza del cierre de la válvula es pequeña y la apertura de la válvula es grande, el diámetro del tallo se puede reducir correspondientemente. Cuando la válvula de globo está abierta, cuando la altura de apertura del disco es del 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 se determinará por el recorrido del disco. ¿Cuáles son las características de las válvulas de globo para la aplicación de amoníaco?

  • El cobre reacciona con el gas de amoníaco y el agua de amoníaco para formar complejos solubles y producir grietas por corrosión bajo tensión peligrosas. En el ambiente de amoníaco, incluso pequeñas cantidades de amoníaco pueden causar corrosión bajo tensión en la atmósfera. Las válvulas hechas de cobre y aleación de cobre generalmente no son adecuadas para aplicaciones de amoníaco.
  • La válvula de globo de amoníaco tiene un diseño de cono de vástago de elevación ascendente en comparación con la válvula de globo común. Su superficie de sellado es principalmente de aleación de Babbitt y el cuerpo de la válvula está hecho de acero inoxidable CF8 o acero al carbono de alta calidad WCB para ser utilizado con los requisitos máximos, puede ser resistente a la corrosión de amoníaco, resistencia a bajas temperaturas hasta -40 ℃.
  • El diseño de la cara de la lengüeta y la ranura de la conexión de brida asegura un rendimiento de sellado confiable incluso cuando la presión de la tubería fluctúa.
  • El material de sellado de múltiples capas de PTFE (PTFE) o de aleación de Babbitt y un empaque blando compuesto de PTFE + butanol + resorte) aseguran que la caja del empaque de la válvula no tenga fugas durante la vida útil.
  • Las juntas lisas de PTFE, juntas de acero inoxidable + bobinas de grafito, juntas de acero inoxidable + bobinas de PTFE también se recomiendan para válvulas de amoníaco.

 

El volante de la válvula de globo de amoníaco generalmente está pintado de amarillo para distinguirlo de las válvulas para otras aplicaciones. Además, las válvulas de retención verticales y las válvulas de retención de elevación también están disponibles para aplicaciones de amoníaco. Sus discos suben y bajan dependiendo de la presión diferencial del fluido y su propio peso, deteniendo automáticamente el medio contra la corriente y protegiendo el equipo aguas arriba, adecuado para la mayoría de los tanques de amoníaco en la 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. Estas son válvulas para aislamiento de emergencia y están diseñadas para detener la liberación incontrolada de materiales inflamables o tóxicos. Cualquier válvula en la zona de incendio que maneje líquidos inflamables debe ser a prueba de incendios.

En general, un válvula de bola con asiento de metal, válvula de compuerta, válvula de mariposa se puede 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 especificado, la válvula se cerrará, se cortará o se aislará rápidamente para evitar incendios, fugas y otros accidentes. Es adecuado para el almacenamiento de gas, gas natural y gas licuado de petróleo y otros gases combustibles, transporte, etc.

La válvula de bloqueo de emergencia está instalada en la tubería de entrada y salida del tanque esférico de hidrocarburos licuados. 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 facilitar la operación y el mantenimiento . Cuando un tanque de hidrocarburos licuados de 38 m³ (10,000 galones) se incendia durante 15 minutos, todas las válvulas de bloqueo ubicadas en la tubería por debajo del nivel de líquido más alto del tanque deberán poder cerrarse automáticamente o funcionar de forma remota. El sistema de control de la válvula de bloqueo debe ser a prueba de incendios y operado manualmente. API RP2001 “prevención de incendios en refinerías de petróleo” requiere explícitamente que “las válvulas de bloqueo de emergencia se instalen en las boquillas por debajo del nivel de líquido de los contenedores que contienen una gran cantidad de líquido inflamable.

API RP553 especifica los principios básicos para configurar válvulas de bloqueo de emergencia para compresores, bombas, hornos de calefacción, contenedores, etc. Está estrechamente relacionado con el tamaño del volumen, medio, temperatura del equipo, 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 debe instalarse en la línea de salida (o entrada) adyacente al equipo de alto riesgo de incendio y completamente aislada para detener la liberación de materiales inflamables o tóxicos. La válvula de bloqueo de emergencia generalmente se requiere para equipos de alto fuego y zonas de fuego.

 

El equipo de alto fuego incluye:

Un contenedor de más de 7.571 m (2,000 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 315 ℃ o cuya temperatura haya excedido la combustión espontánea;

La capacidad de transportar líquido combustible como el hidrocarburo supera los 45 m / h;

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

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

La presión interna es mayor a 3.45mpa, y el modo es un reactor de hidrocarburo exotérmico.

Zona de fuego:

Un área dentro de los 9 m horizontales o 12 m verticales del equipo de 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 alta presión (1500CL-4500CL), alta temperatura, proceso altamente corrosivo. Está sellado por la elasticidad del anillo metálico reutilizable. Es más liviano que la brida universal pero tiene un mejor efecto de sellado, ahorrando peso y espacio, tiempo de mantenimiento y costo. 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 tuberías de servicio críticas y conexiones de recipientes.

La brida autoajustable de alta presión se compone de abrazadera de segmento, cubo de soldadura a tope, anillo de sellado y perno. En comparación con la brida de sellado suave convencional, es decir, la deformación plástica de la junta para lograr el sellado, la brida autoajustable de alta presión depende del centro del anillo de sellado (brazo en T), la deformación elástica 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 a base de tubería. Una vez presionado, el elemento de sellado está sellado no solo por la fuerza ejercida por la conexión externa, sino también por la presión del medio mismo. Cuanto mayor es la presión media, mayor es la fuerza de compresión ejercida sobre el elemento de sellado.

Anillo de sellado metálico: 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 está sujeto por la cara final de dos juegos de cubo 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”, que es el labio de sellado, 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 de fluencia).

Cubo: Después de que se sujetan las dos juntas del cubo, la fuerza se ejerce sobre el anillo de sellado y el labio de sellado se desvía de la superficie interna de sellado del cubo. Tal elasticidad desviada devuelve la carga de la superficie de sellado dentro del cubo al borde del anillo de sellado, formando un sello elástico auto-mejorado.

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

Tuerca / perno esférico: generalmente, cada conjunto de brida autoajustable de alta presión solo necesita cuatro conjuntos 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 tubería misma. La prueba destructiva demuestra que la brida todavía está intacta sin fugas después de la falla de la tubería bajo carga de tracción.
  • Buena resistencia a la corrosión: diferentes materiales de brida pueden cumplir 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 frías en la tubería, y sus juntas no tienen fugas y no están sueltas.
  • Buena resistencia a la compresión: la brida de apriete automático de alta presión no soportará la compresión de sobrecarga en la tubería normal; La carga máxima de la brida a cargas de compresión más altas está determinada por la resistencia final 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 con metal mejora enormemente su resistencia al impacto.

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El caudal del medio común a través de una válvula.

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El flujo y la velocidad de la válvula dependen principalmente del tamaño de la válvula, la estructura, la presión, la temperatura y la concentración del medio, la resistencia y otros factores. El flujo y la velocidad de flujo son interdependientes, bajo la condición de un valor de flujo constante cuando aumenta la velocidad de flujo, 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. Una velocidad de flujo 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) de acuerdo con la concentración para medios grandes y explosivos como el aceite.

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 flujo y la velocidad de flujo de la válvula, 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 más pequeño es el coeficiente de arrastre, menor es la velocidad de flujo a través de la válvula. Aquí está la velocidad de flujo de algún medio común a través de la válvula para su referencia.

Medio Tipo de Propiedad Condiciones Velocidad de flujo, m / s
Steam 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 ~
Parrilla de gas Gas comprimido （Presión manométrica） Aspiradora 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 ~
Mond gas （Presión manométrica） Ρ = 0.1 ～ 0.15 10 15 ~
Gas natural   30
Gas nitrógeno (presión absoluta) Vacío / Ρ = 5 ～ 10 15 25 ~
Gas amoniacal （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 Parrilla de gas 10 25 ~
Líquido 1.6
 Hidruro de cloro Parrilla de gas 20
Líquido 1.5
amoníaco líquido (presión de manómetro） Aspiradora 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 ~
Red de calefacción circulando agua 0.3 1 ~
Agua condensada Auto-flujo 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 para 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 estructura de flujo diferente, la apertura de la válvula y el caudal 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 la velocidad de flujo cuando el fluido se pierde por unidad de presión a través de la válvula. Cuanto mayor es el valor, menor es 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 las válvulas de diferentes clases de presión, tipos y tamaños nominales en las especificaciones de sus productos para su diseño y uso. El valor del coeficiente de flujo varía con 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 diferentes unidades, el coeficiente de flujo tiene varios códigos diferentes y valores cuantitativos, entre los cuales los más comunes son:

 

  • Coeficiente de flujo Cv: velocidad de flujo a 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 al fluido a través de la pérdida de resistencia del fluido 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, la estructura del asiento. Cada elemento en la cámara del cuerpo de la válvula puede considerarse un sistema de componentes (rotación, expansión, contracción, retorno de fluidos, etc.) que generan resistencia. Entonces, la pérdida de presión en la válvula es aproximadamente igual a la suma de la pérdida 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 de expansión gradual es menor que el de la expansión repentina, pero cuando el ángulo de expansión es superior a 50 °, el coeficiente de resistencia aumenta en un 15% ~ 20% en comparación con la expansión repentina.
  • El puerto de la válvula de repente se estrecha.
  • El puerto de la válvula es suave e incluso gira o gira en una esquina.
  • Conexión cónica simétrica del puerto de la válvula.

 

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