Valvola in titanio e lega di titanio

La valvola in lega di titanio è un concetto ampio, si riferisce alla valvola con il corpo e le parti interne sono realizzate in lega di titanio o alle valvole con materiale del corpo in acciaio al carbonio o acciaio inossidabile e le parti interne sono realizzate con valvola in lega di titanio. Come sapevamo, il titanio è un metallo strutturale reattivo che reagisce facilmente con l'ossigeno per formare sulla superficie un film di ossido denso e stabile, che può reagire con l'ossigeno per rigenerare il film di ossido anche se danneggiato. Può resistere all'erosione di una varietà di mezzi corrosivi e fornisce una soluzione migliore contro la corrosione e la resistenza rispetto a quella realizzata con valvole in acciaio inossidabile, rame o alluminio.

Le caratteristiche della valvola in lega di titanio

  • Buona resistenza alla corrosione, leggerezza ed elevata resistenza meccanica.
  • È quasi non corrosivo nell'atmosfera, nell'acqua dolce, nell'acqua di mare e nel vapore acqueo ad alta temperatura.
  • Ha una buona resistenza alla corrosione nell'acqua reale, nell'acqua clorata, nell'acido ipocloroso, nel gas di cloro umido e in altri mezzi.
  • È anche molto resistente alla corrosione nei mezzi alcalini.
  • È altamente resistente agli ioni cloro (CI) e presenta un'eccellente resistenza alla corrosione da parte degli ioni cloruro.
  • La resistenza alla corrosione negli acidi organici dipende dal grado di riduzione o ossidazione dell'acido.
  • La resistenza alla corrosione negli acidi riducenti dipende dalla presenza di un inibitore di corrosione nel mezzo.

 

Le applicazioni della valvola in titanio

  • Aerospaziale

Le valvole in titanio e leghe di titanio possono essere ampiamente utilizzate nel campo aerospaziale grazie all'elevato rapporto di resistenza e alla resistenza alla corrosione. La valvola di controllo Ti-6Al-4V in titanio puro e lega di titanio, la valvola di arresto, la valvola di ritegno, la valvola a spillo, la valvola a maschio, la valvola a sfera, la valvola a farfalla, ecc. sono ampiamente utilizzate nelle condutture degli aerei.

  • Industria chimica

A volte in cloro-alcali, sale, ammoniaca sintetica, etilene, acido nitrico, acido acetico e altri ambienti con forte corrosione, la valvola in lega di titanio che ha una migliore resistenza alla corrosione può sostituire i metalli comuni come acciaio inossidabile, rame, alluminio, soprattutto nel controllo e regolazione del gasdotto.

  • Navi da guerra

La Russia è uno dei primi paesi al mondo a utilizzare la lega di titanio per le navi da guerra. Dagli anni ’60 agli anni ’80, la Russia ha prodotto una serie di sottomarini d’attacco che utilizzavano un gran numero di tubi e valvole in lega di titanio nel suo sistema di acqua di mare.

  • Centrale elettrica

La maggior parte delle centrali nucleari sono costruite sulla costa e le valvole in titanio vengono utilizzate nei progetti nucleari grazie alla loro eccellente resistenza alla corrosione dell'acqua di mare. I tipi includono una valvola di sicurezza, una valvola riduttrice di pressione, una valvola a globo, una valvola a membrana, una valvola a sfera, ecc.

Inoltre, come apparecchiature speciali per il controllo dei fluidi ambientali e dei fluidi, le valvole in titanio vengono utilizzate anche nell'industria della carta, nella produzione alimentare e farmaceutica e in altri campi.

 

 

 

La valvola a globo nell'applicazione dell'ammoniaca

L'ammoniaca è un'importante materia prima per la produzione di acido nitrico, sale di ammonio e ammina. L'ammoniaca è un gas a temperatura ambiente e può essere liquefatto sotto pressione. La maggior parte dei metalli come acciaio inossidabile, alluminio, piombo, magnesio, titanio, ecc. hanno un'eccellente resistenza alla corrosione del gas di ammoniaca, dell'ammoniaca liquida e dell'acqua di ammoniaca. Anche la ghisa e l'acciaio al carbonio hanno una buona resistenza alla corrosione del gas di ammoniaca o dell'ammoniaca liquida, il tasso di corrosione è generalmente inferiore a 0,1 mm/anno, quindi le apparecchiature per la produzione e lo stoccaggio dell'ammoniaca sono generalmente realizzate in acciaio dal punto di vista dei costi.

La valvola di ritegno, la valvola a globo, la valvola a sfera e altre valvole possono essere utilizzate nei sistemi di tubazioni per ammoniaca e ammoniaca liquida. Queste valvole riducono la pressione del gas a un livello di sicurezza e lo fanno passare attraverso altre valvole al sistema di servizio. Tra queste, quella più comunemente utilizzata è la valvola a globo. La valvola a globo per ammoniaca è una sorta di valvola a tenuta forzata, ovvero quando la valvola è chiusa, la pressione deve essere applicata al disco in modo che la superficie di tenuta sia priva di perdite.

Quando il fluido entra nella valvola da sotto il disco, è necessario superare l'attrito dello stelo e della baderna e la pressione del fluido. La forza di chiusura della valvola è maggiore di quella di apertura della valvola, quindi il diametro dello stelo dovrebbe essere grande o lo stelo piegarsi. Il flusso della valvola a globo autosigillante per gas di ammoniaca è generalmente dall'alto verso il basso, cioè il mezzo entra nella cavità della valvola dalla parte superiore del disco, quindi sotto la pressione del mezzo, la forza di chiusura della valvola è piccola e l'apertura della valvola è grande, il diametro dello stelo può essere corrispondentemente ridotto. Quando la valvola a globo è aperta, quando l'altezza di apertura del disco è 25% ~ 30% del diametro nominale, il flusso ha raggiunto il massimo, indicando che la valvola ha raggiunto la posizione completamente aperta. Pertanto, la posizione completamente aperta della valvola a globo sarà determinata dalla corsa del disco. Quali sono quindi le caratteristiche delle valvole a globo per l'applicazione dell'ammoniaca?

  • Il rame reagisce con il gas di ammoniaca e l'acqua di ammoniaca per formare complessi solubili e produrre pericolose fessurazioni da tensocorrosione. Nell'ambiente contenente ammoniaca, anche tracce di ammoniaca possono causare tensocorrosione nell'atmosfera. Le valvole in rame e leghe di rame generalmente non sono adatte per applicazioni con ammoniaca.
  • La valvola a globo per ammoniaca ha un design a cono con stelo ascendente rispetto alla valvola a globo comune. La sua superficie di tenuta è principalmente in lega Babbitt e il corpo della valvola è realizzato in acciaio inossidabile CF8 o acciaio al carbonio WCB di alta qualità per essere utilizzato per i massimi requisiti, può essere resistente alla corrosione dell'ammoniaca e alle basse temperature fino a -40 ℃.
  • Il design con linguetta e scanalatura della connessione a flangia garantisce prestazioni di tenuta affidabili anche in caso di fluttuazioni della pressione della tubazione.
  • Il materiale di tenuta in PTFE multistrato (PTFE) o in lega Babbitt e una baderna morbida composita composta da PTFE + butanolo + molla) garantiscono che il premistoppa della valvola sia privo di perdite durante la vita utile.
  • Per le valvole ad ammoniaca sono consigliate anche guarnizioni lisce in PTFE, guarnizioni avvolte in acciaio inossidabile + grafite, guarnizioni avvolte in acciaio inossidabile + PTFE.

 

Il volantino della valvola a globo per ammoniaca è generalmente verniciato di giallo per distinguerlo dalle valvole per altre applicazioni. Inoltre, sono disponibili anche valvole di ritegno verticali e valvole di ritegno a sollevamento per applicazioni con ammoniaca. I loro dischi si alzano e si abbassano a seconda della pressione differenziale del fluido e del proprio peso, arrestando automaticamente il fluido contro corrente e proteggendo l'attrezzatura a monte, adatto per la maggior parte dei serbatoi di ammoniaca sulla tubazione orizzontale.

 

Valvola di blocco di emergenza (EBV) per impianto di raffineria

La valvola di blocco di emergenza è nota anche come valvola di arresto di emergenza (ESDV) o valvola di isolamento di emergenza (EIV). API RP 553, specifica delle valvole di raffineria e degli accessori per i sistemi strumentati di controllo e di sicurezza, definisce la valvola di blocco di emergenza come segue: “Le valvole di blocco di emergenza sono progettate per controllare un incidente pericoloso. Si tratta di valvole per l'isolamento di emergenza e sono progettate per arrestare il rilascio incontrollato di materiali infiammabili o tossici. Qualsiasi valvola nella zona dell'incendio che maneggia liquidi infiammabili deve essere a prova di incendio.

In generale, a valvola a sfera con sede metallica, valvola a saracinesca, valvola a farfalla può essere utilizzata come EBV per l'interruzione o l'isolamento. Viene generalmente installato tra la sorgente di pressione in ingresso e il regolatore. Quando la pressione del sistema protetto raggiunge un valore specificato, la valvola verrà rapidamente chiusa, interrotta o isolata per evitare il verificarsi di incendi, perdite e altri incidenti. È adatto per lo stoccaggio, il trasporto, ecc. di gas, gas naturale e gas di petrolio liquefatto e altri gas combustibili.

La valvola di blocco di emergenza è installata sulla tubazione di ingresso e uscita del serbatoio sferico di idrocarburi liquefatti. La norma API 2510 "progettazione e costruzione di impianti di gas di petrolio liquefatto (GPL)" prevede che la valvola di blocco sulla tubazione degli idrocarburi liquefatti sia il più vicino possibile al corpo del serbatoio, preferibilmente vicino alla flangia di uscita del tubo della parete del serbatoio per facilitare il funzionamento e la manutenzione . Quando un serbatoio di idrocarburi liquefatti da 38 m³ (10.000 galloni) va in fiamme per 15 minuti, tutte le valvole di blocco situate nella tubazione al di sotto del livello di liquido più alto del serbatoio devono essere in grado di chiudersi automaticamente o funzionare a distanza. Il sistema di controllo della valvola di blocco dovrà essere a prova di incendio e azionato manualmente. L'API RP2001 “prevenzione incendi delle raffinerie di petrolio” richiede esplicitamente che “le valvole di blocco di emergenza debbano essere installate sugli ugelli sotto il livello del liquido dei contenitori contenenti una grande quantità di liquido infiammabile.

API RP553 specifica i principi di base per l'impostazione delle valvole di blocco di emergenza per compressori, pompe, forni di riscaldamento, contenitori, ecc. È strettamente correlato alle dimensioni del volume dell'apparecchiatura, del mezzo, della temperatura, nonché alla potenza e alla capacità della pompa. In base ai requisiti e ai casi di progettazione, la valvola di intercettazione di emergenza EBV deve essere installata sulla linea di uscita (o ingresso) adiacente all'apparecchiatura ad alto rischio di incendio e completamente isolata per arrestare il rilascio di materiali infiammabili o tossici. La valvola di blocco di emergenza è generalmente richiesta per apparecchiature ad alto rischio di incendio e zone antincendio.

 

L'equipaggiamento antincendio comprende:

Un container più grande di 7.571 m (2.000 galloni);

Serbatoi di stoccaggio del GPL di dimensioni superiori a 15,5 m (4.000 galloni);

Un contenitore o scambiatore di calore la cui temperatura interna del liquido combustibile supera i 315 ℃ o la cui temperatura ha superato la combustione spontanea;

La capacità di trasporto di liquidi combustibili come gli idrocarburi supera i 45 m/h;

La potenza del compressore del gas combustibile è superiore a 150 kW;

Un forno di riscaldamento in cui il liquido combustibile viene riscaldato attraverso un tubo del forno;

La pressione interna è maggiore di 3,45 mpa e la modalità è un reattore di idrocarburi esotermico.

Zona incendio:

Un'area entro 9 m in orizzontale o 12 m in verticale da apparecchiature ad alto rischio di incendio;

L'area entro 9 m dal serbatoio sferico contenente materiale combustibile, ecc.

Cos'è la flangia autoserrante ad alta pressione (flangia Grayloc)?

La flangia autoserrante ad alta pressione è un connettore bloccato per processi ad alta pressione (1500CL-4500CL), alta temperatura e altamente corrosivi. È sigillato dall'elasticità dell'anello metallico riutilizzabile. È più leggera della flangia universale ma ha un migliore effetto di tenuta, risparmiando peso e spazio, tempi e costi di manutenzione. È ampiamente utilizzato nei settori petrolchimico, sfruttamento di petrolio e gas, produzione di gas industriale, raffinazione del petrolio, trasformazione alimentare, industria chimica, ingegneria ambientale, energia minerale e nucleare, aerospaziale, costruzione navale, lavorazione di combustibili sintetici, ossidazione e liquefazione del carbone e altri campi. I connettori GRAYLOC sono riconosciuti come lo standard di produzione per tubazioni di servizio critiche e collegamenti a serbatoi.

La flangia autoserrante ad alta pressione è composta da morsetto a segmento, mozzo con saldatura di testa, anello di tenuta e bullone. Rispetto alla flangia di tenuta morbida convenzionale, ovvero alla deformazione plastica della guarnizione per ottenere la tenuta, la flangia autoserrante ad alta pressione dipende dalla deformazione elastica del mozzo dell'anello di tenuta (braccio a T) per sigillare, ovvero la tenuta metallo su metallo. La combinazione di giunto, morsetto e anello di tenuta rende la resistenza del giunto molto maggiore della resistenza del materiale a base di tubo. Una volta premuto, l'elemento di tenuta viene sigillato non solo dalla forza esercitata dal collegamento esterno, ma anche dalla pressione del mezzo stesso. Maggiore è la pressione media, maggiore è la forza di compressione esercitata sull'elemento di tenuta.

Anello di tenuta in metallo: l'anello di tenuta è la parte centrale della flangia autoserrante ad alta pressione e la sua sezione trasversale ha approssimativamente la forma di "T". L'anello di tenuta è bloccato dalla faccia terminale di due serie di mozzi per formare un tutt'uno con il tubo di base, il che migliora notevolmente la resistenza delle parti di collegamento. I due bracci della sezione a “T”, detto labbro di tenuta, generano una superficie conica interna della zona di tenuta con il bicchiere, che si estende liberamente per formare la tenuta sotto l'azione di forze esterne (entro il limite di snervamento).

Mozzo: dopo aver bloccato i due giunti del mozzo, la forza viene esercitata sull'anello di tenuta e il labbro di tenuta si discosta dalla superficie di tenuta interna del mozzo. Tale deviazione di elasticità restituisce il carico della superficie di tenuta all'interno del mozzo al labbro dell'anello di tenuta, formando una tenuta elastica autopotenziata.

Morsetto: il morsetto può essere regolato liberamente in direzione di 360° per una facile installazione.

Dado/bullone a faccia sferica: Generalmente, ogni set di flange autoserranti ad alta pressione richiede solo quattro set di bulloni sferici ad alta pressione per ottenere la resistenza complessiva.

 

La caratteristica di una flangia autoserrante ad alta pressione

  • Buona resistenza alla trazione: nella maggior parte dei casi, la flangia autoserrante ad alta pressione nella connessione può sopportare il carico di trazione meglio del tubo stesso. Il test distruttivo dimostra che la flangia è ancora intatta senza perdite dopo la rottura del tubo sotto carico di trazione.
  • Buona resistenza alla corrosione: diversi materiali della flangia possono soddisfare gli speciali requisiti di protezione dalla corrosione di diversi ambienti.
  • Buona resistenza alla flessione: numerosi test dimostrano che questa flangia non perde né si allenta quando è sottoposta a un grande carico di flessione. I test effettivi mostrano che la flangia autoserrante ad alta pressione DN15 è stata sottoposta a numerose piegature a freddo nella tubazione e che i suoi giunti non presentano perdite né sono allentati.
  • Buona resistenza alla compressione: la flangia autoserrante ad alta pressione non sopporta la compressione da sovraccarico nella tubazione normale; Il carico massimo della flangia a carichi di compressione più elevati è determinato dalla resistenza ultima del tubo.
  • Buona resistenza agli urti: dimensioni ridotte, struttura compatta, in grado di sopportare l'impatto che la tradizionale flangia ad alta pressione non può sopportare; La tenuta metallo-metallo migliora notevolmente la resistenza agli urti.

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La portata del mezzo comune attraverso una valvola

Il flusso e la portata della valvola dipendono principalmente dalle dimensioni della valvola, dalla struttura, dalla pressione, dalla temperatura e dalla concentrazione del mezzo, dalla resistenza e da altri fattori. Il flusso e la portata sono interdipendenti, a condizione di un valore di flusso costante quando la portata aumenta, l'area della porta della valvola è piccola e la resistenza del mezzo è grande, con conseguente facile danneggiamento della valvola. Una portata elevata produrrà elettricità statica verso mezzi infiammabili ed esplosivi; Tuttavia, una portata bassa significa una bassa efficienza produttiva. Si consiglia di scegliere una portata bassa (0,1-2 m/s) in base alla concentrazione per fluidi grandi ed esplosivi come l'olio.

Lo scopo del controllo della portata nella valvola r è principalmente quello di prevenire la generazione di elettricità statica, che dipende dalla temperatura e pressione critiche, dalla densità e dalle proprietà fisiche del mezzo. In generale, conoscendo la portata e la portata della valvola, è possibile calcolare la dimensione nominale della valvola. La dimensione della valvola è la stessa struttura, la resistenza al fluido non è la stessa. Alle stesse condizioni, maggiore è il coefficiente di resistenza della valvola, maggiore sarà la portata attraverso la valvola e minore sarà la portata; Minore è il coefficiente di resistenza, minore è la portata che attraversa la valvola. Ecco la portata di un mezzo comune attraverso la valvola come riferimento.

medio Tipo Condizioni Velocità del flusso, m/s
Vapore Vapore saturo DN > 200 30~40
DN=200~100 25~35
DN<100 15~30
Vapore surriscaldato DN > 200 40~60
DN=200~100 30~50
DN<100 20~40
Vapore a bassa pressione P<1.0(Pressione assoluta) 15~20
Vapore a media pressione P=1,0~4,0 20~40
Vapore ad alta pressione P=4,0~12,0 40~60
Gas Gas compresso (pressione relativa) Vuoto 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
Ossigeno (pressione relativa) 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 di carbone   2.5~15
Mond gas (pressione relativa) Ρ=0,1~0,15 10~15
Gas naturale   30
Gas di azoto (pressione assoluta) Vuoto/Ρ=5~10 15~25
Gas di ammoniaca (pressione relativa) Ρ<0,3 8~15
Ρ<0,6 10~20
Ρ≤2 3~8
Altro mezzo Gas acetilene P<0,01 3~4
P<0,15 4~8
P<2.5 5
Cloruro Gas 10~25
Liquido 1.6
 Cloro idruro Gas 20
Liquido 1.5
ammoniaca liquida (pressione relativa) Vuoto 0,05~0,3
Ρ≤0,6 0,3 ~ 0,8
Ρ≤2,0 0,8 ~ 1,5
Idrossido di sodio (concentrazione) 0~30% 2
30%~50% 1.5
50%~73% 1.2
Acido solforico 88%~100% 1.2
acido cloridrico / 1.5
 

Acqua

Acqua a bassa viscosità (pressione relativa) 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
Rete di riscaldamento ad acqua circolante 0,3 ~ 1
Acqua di condensa Flusso autonomo 0,2~0,5
Acqua di mare, acqua leggermente alcalina Ρ<0,6 1.5~2.5

 

Il coefficiente di resistenza al flusso e la perdita di pressione per la valvola

La resistenza della valvola e la perdita di pressione sono diverse ma sono così strettamente correlate che per comprendere la loro relazione è necessario prima comprendere il coefficiente di resistenza e il coefficiente di perdita di pressione. Il coefficiente di resistenza al flusso dipende dalla diversa struttura del flusso, dall'apertura della valvola e dalla portata media, è un valore variabile. In generale, la struttura fissa della valvola con un certo grado di apertura è un coefficiente di flusso fisso, è possibile calcolare la pressione di ingresso e di uscita della valvola in base al coefficiente di flusso, questa è la perdita di pressione.

Il coefficiente di flusso (coefficiente di scarico) è un indice importante per misurare la capacità di flusso della valvola. Rappresenta la portata quando il fluido viene perso per unità di pressione attraverso la valvola. Più alto è il valore, minore è la perdita di pressione quando il fluido scorre attraverso la valvola. La maggior parte dei produttori di valvole include i valori del coefficiente di flusso di valvole di diverse classi di pressione, tipi e dimensioni nominali nelle specifiche di progettazione e utilizzo del prodotto. Il valore del coefficiente di flusso varia con la dimensione, la forma e la struttura della valvola. Inoltre anche il coefficiente di portata della valvola viene influenzato dall'apertura della valvola. A seconda delle diverse unità, il coefficiente di flusso ha diversi codici e valori quantitativi, tra i quali i più comuni sono:

 

  • Coefficiente di flusso Cv: portata con caduta di pressione di 1 psi quando l'acqua scorre attraverso la valvola a 15,6 ° C (60 ° f).
  • Coefficiente di flusso Kv: la portata volumetrica quando il flusso d'acqua tra 5 ℃ e 40 ℃ genera una caduta di pressione di 1 bar attraverso la valvola.

Cv=1.167Kv

Il valore Cv di ciascuna valvola è determinato dalla sezione trasversale del flusso solido.

Il coefficiente di resistenza della valvola si riferisce al fluido attraverso la perdita di resistenza del fluido della valvola, che è indicata dalla caduta di pressione (pressione differenziale △P) prima e dopo la valvola. Il coefficiente di resistenza della valvola dipende dalla dimensione della valvola, dalla struttura e dalla forma della cavità, maggiormente dipende dalla struttura del disco e della sede. Ciascun elemento della camera del corpo valvola può essere considerato un sistema di componenti (giro del fluido, espansione, contrazione, ritorno, ecc.) che generano resistenza. Quindi la perdita di pressione nella valvola è approssimativamente uguale alla somma delle perdite di pressione dei componenti della valvola. In generale, le seguenti circostanze possono aumentare il coefficiente di resistenza della valvola.

  • La porta della valvola viene improvvisamente allargata. Quando la luce viene improvvisamente allargata, la velocità della parte fluida si consuma nella formazione di correnti parassite, agitazione e riscaldamento del fluido, ecc.;
  • L'espansione graduale della porta della valvola: quando l'angolo di espansione è inferiore a 40°, il coefficiente di resistenza del tubo tondo a espansione graduale è inferiore a quello dell'espansione improvvisa, ma quando l'angolo di espansione è superiore a 50°, il coefficiente di resistenza aumenta di 15% ~ 20% rispetto all'improvvisa espansione.
  • La porta della valvola si restringe improvvisamente.
  • La porta della valvola è liscia e gira uniformemente o gira ad angolo.
  • Collegamento conico simmetrico della porta della valvola.

 

In generale, le valvole a sfera a passaggio totale e le valvole a saracinesca hanno la minore resistenza al fluido a causa dell'assenza di rotazione e riduzione, quasi la stessa del sistema di tubazioni, che è il tipo di valvola che offre la capacità di flusso più eccellente.