Principi per l'installazione e la scelta delle valvole negli impianti chimici

Principi per l'installazione e la scelta delle valvole negli impianti chimici

Questo regolamento si applica ai sistemi di processo chimico. Le valvole menzionate non includono valvole di sicurezza, scaricatori di condensa, valvole di campionamento o valvole di riduzione della pressione, ma includono l'installazione di limitatori di flusso, flange cieche e altri componenti di tubazioni con funzioni simili alle valvole, collettivamente denominate valvole di intercettazione.La funzione delle valvole di intercettazione è quella di isolare i fluidi o cambiarne la direzione del flusso e la loro installazione dovrebbe essere basata sui requisiti di produzione (compreso il normale funzionamento, avvio e arresto e condizioni speciali), manutenzione e sicurezza, mentre considerando anche la fattibilità economica.

Impostazione della valvola e selezione della categoria appropriata (non modello). La selezione delle valvole è un compito importante per i professionisti dei sistemi di processo durante la preparazione dei diagrammi P&ID. Il contenuto delineato in questo regolamento tiene conto dei requisiti generali di produzione e di sicurezza. Quando i professionisti del sistema fanno riferimento a questo regolamento per la progettazione ingegneristica, dovrebbero prendere decisioni basate sulle condizioni specifiche del progetto, sulle condizioni meteorologiche locali, sulla cooperazione tra stabilimenti, sui requisiti operativi dell'installazione, sulle caratteristiche del fluido, sui requisiti speciali degli utenti e su considerazioni economiche.

Selezione delle categorie di valvole nella progettazione ingegneristica

Fattori da considerare nella scelta

La scelta delle valvole si basa su un equilibrio globale e un confronto tra razionalità operativa, di sicurezza ed economica, derivante dall'esperienza. Prima di selezionare una valvola è necessario fornire le seguenti condizioni originali:

1.Proprietà fisiche

(1) Stato materiale UN. Per i materiali gassosi, lo stato include dati rilevanti sulle proprietà fisiche, se si tratta di un gas puro o di una miscela, la presenza di goccioline o particelle solide e se contiene componenti soggetti a condensazione. B. Per i materiali liquidi, lo stato include dati rilevanti sulle proprietà fisiche, se si tratta di un componente puro o di una miscela, la presenza di componenti volatili o gas disciolti (che possono formare un flusso bifase alla riduzione della pressione), la presenza di particelle solide, e la viscosità, il punto di congelamento o il punto di scorrimento del liquido.

(2) Altre proprietà: Ciò include corrosività, tossicità, solubilità nei materiali strutturali della valvola, infiammabilità, esplosività e altre caratteristiche correlate. Queste proprietà possono influenzare non solo la scelta del materiale ma possono anche imporre requisiti strutturali speciali o richiedere tubazioni di qualità più elevata.

2.Condizioni di lavoro in stato operativo

(1) Condizioni di lavoro durante il funzionamento normale UN. Considerare la temperatura e la pressione in condizioni di lavoro normali e tenere conto anche delle condizioni durante l'avvio, l'arresto o la rigenerazione. Ad esempio, la valvola di scarico della pompa dovrebbe tenere conto della pressione di arresto massima della pompa. B. Se la temperatura di rigenerazione del sistema è significativamente più alta della temperatura normale ma la pressione è ridotta, considerare gli effetti combinati di temperatura e pressione per tali sistemi. C. Continuità di funzionamento: la frequenza di apertura e chiusura della valvola influisce anche sui requisiti di resistenza all'usura. Per impianti con commutazioni frequenti valutare se installare doppie valvole.

(2) Caduta di pressione consentita nel sistema UN. Se il sistema consente una caduta di pressione ridotta o una caduta di pressione maggiore senza richiedere la regolazione del flusso, scegliere un tipo di valvola con una caduta di pressione ridotta, come valvole a saracinesca o valvole a sfera diritte. B. Se è necessaria la regolazione del flusso, selezionare un tipo di valvola con buone prestazioni di regolazione e una certa caduta di pressione (la proporzione della caduta di pressione rispetto alla caduta di pressione totale della tubazione e la sensibilità della regolazione sono correlate).

(3) Condizioni ambientali per la valvola Negli ambienti esterni freddi, in particolare per i materiali chimici, i materiali del corpo valvola generalmente non dovrebbero essere ghisa ma acciaio fuso (o acciaio inossidabile).

3.Funzioni della valvola

(1) Tagliare: Quasi tutte le valvole hanno la funzione di intercettazione. Per l'intercettazione semplice senza regolazione del flusso è possibile utilizzare valvole a saracinesca e valvole a sfera. Per l'interruzione rapida sono più adatte le valvole a maschio, le valvole a sfera e le valvole a farfalla. Le valvole a globo possono sia regolare il flusso che fornire l'interruzione. Le valvole a farfalla sono adatte anche per la regolazione di grandi portate.

(2) Modifica della direzione del flusso: Le valvole a sfera o le valvole a maschio a due vie (passaggio a L) o a tre vie (passaggio a T) possono cambiare rapidamente la direzione del flusso. Poiché una valvola può svolgere le funzioni di due o più valvole dirette, ciò semplifica il funzionamento, garantisce una commutazione accurata e riduce i requisiti di spazio.

(3) Regolazione e controllo: Le valvole a globo e le valvole a stantuffo possono soddisfare le esigenze generali di regolazione del flusso, mentre le valvole a spillo vengono utilizzate per regolazioni fini. Per una regolazione stabile su un ampio intervallo di portata (pressione, portata), è più appropriata una valvola a farfalla.

(4) Prevenzione del riflusso: Per evitare il riflusso dei materiali, è necessario utilizzare una valvola di ritegno.

(5) Funzioni aggiuntive: Per diversi processi produttivi, è possibile selezionare valvole con funzioni aggiuntive, come quelle con camicie, porte di drenaggio e bypass, o valvole con porte di scarico per impedire la sedimentazione di particelle solide.

4.Azionamento delle valvole di commutazione: la maggior parte delle valvole azionate localmente utilizza volantini. Per le valvole con determinati requisiti operativi, come quelli che richiedono forze o regolazioni specifiche, possono essere impiegati metodi di azionamento alternativi.

Per le valvole posizionate a distanza è possibile utilizzare ruote a catena o aste prolungate. Alcune valvole di grande diametro hanno motori integrati nel loro design a causa dell'elevata coppia richiesta per il funzionamento. In ambienti esplosivi devono essere utilizzati motori antideflagranti corrispondenti.

Valvole controllate a distanza: i tipi di attuazione per le valvole controllate a distanza includono pneumatico, idraulico ed elettrico. Tra gli attuatori elettrici ci sono le elettrovalvole e le valvole motorizzate. La scelta dovrebbe essere basata sui requisiti e sulle fonti energetiche disponibili.

Caratteristiche e applicazioni di vari tipi di valvole

1. Valvola a saracinesca

(1) Quando il fluido scorre attraverso una valvola a saracinesca, non cambia direzione. Quando è completamente aperta, la valvola a saracinesca ha uno dei coefficienti di resistenza più bassi tra tutti i tipi di valvola e ha un'ampia gamma di diametri, pressioni e temperature applicabili. Rispetto ad una valvola a globo dello stesso diametro, la sua dimensione di installazione è inferiore, rendendola il tipo più comunemente utilizzato negli impianti di produzione chimica. (2) Le valvole a saracinesca hanno due tipi di maniglie: con stelo ascendente e con stelo non ascendente. La valvola a saracinesca con stelo ascendente è particolarmente utile per alternare due o più dispositivi identici, poiché lo stelo ascendente indica chiaramente lo stato aperto o chiuso della valvola. (3) Quando la valvola a saracinesca è parzialmente aperta, il nucleo della valvola è soggetto a vibrazioni , quindi le valvole a saracinesca sono adatte solo per situazioni completamente aperte o completamente chiuse e non sono adatte per applicazioni che richiedono la regolazione del flusso. (4) Le valvole a saracinesca hanno scanalature all'interno del corpo della valvola, quindi non sono adatte per fluidi contenenti particelle solide sono state sviluppate valvole con porte di scarico per gestire tali situazioni.

2. Valvola a globo

(1) Le valvole a globo sono ampiamente utilizzate nei processi chimici. Offrono prestazioni di tenuta affidabili e sono adatti per la regolazione del flusso. Sono comunemente installati sulle uscite delle pompe, sui flussometri a monte delle valvole di controllo e in altri luoghi in cui è necessaria la regolazione del flusso. (2) Quando il fluido cambia direzione attraverso il nucleo della valvola, si verifica una significativa caduta di pressione e particelle solide potrebbero accumularsi sulla sede della valvola, rendendola inadatta alle sospensioni. (3) Le valvole a globo sono di dimensioni maggiori rispetto alle valvole a saracinesca dello stesso diametro, limitandone il diametro massimo (tipicamente DN 150–200). (4) Le valvole a globo di tipo Y e ad angolo presentano perdite di carico inferiori rispetto alle valvole diritte standard e le valvole ad angolo forniscono anche funzionalità di cambio di direzione. (5) Le valvole a spillo sono un tipo di valvola a globo con nucleo conico, adatte per regolazioni precise del flusso o come valvole di campionamento.

3. Tappo, pistone e Valvole a sfera

(1) Questi tre tipi di valvole hanno funzioni simili e possono essere aperte o chiuse rapidamente. Il nucleo della valvola è dotato di aperture trasversali che consentono al liquido di fluire direttamente con una caduta di pressione minima, rendendole adatte per sospensioni o liquidi viscosi. Il nucleo della valvola può essere realizzato con passaggi a "T" o ad "L" per creare valvole a tre o quattro vie. Hanno una forma regolare e possono essere facilmente trasformate in valvole incamiciate a scopo di isolamento. Questi tipi possono anche essere convenientemente trasformati in valvole pneumatiche o elettriche per il controllo remoto. (2) La differenza principale è che le valvole a pistone e a sfera generalmente hanno pressioni di esercizio leggermente più elevate.

4. Valvola a farfalla

Le valvole a farfalla offrono alcune funzionalità di regolazione del flusso e sono particolarmente adatte per regolazioni di grandi portate. La loro temperatura di utilizzo è limitata dal materiale di tenuta.

5. Valvola di ritegno

(1) Le valvole di ritegno vengono utilizzate per impedire il riflusso dei fluidi. Vengono generalmente utilizzati per evitare contaminazione, aumento di temperatura o danni meccanici dovuti al flusso inverso. (2) I tipi comuni includono valvole di ritegno a battente, di ritegno al sollevamento e a sfera. Le valvole di ritegno a battente hanno diametri maggiori rispetto agli altri due tipi e possono essere installate su tubi orizzontali o verticali (con flusso verso l'alto nei tubi verticali). Le valvole di ritegno a sollevamento e a sfera hanno diametri più piccoli e possono essere installate solo su tubazioni orizzontali. (3) Le valvole di ritegno sono efficaci solo nel prevenire il riflusso improvviso e potrebbero avere una tenuta meno efficace. Per i materiali che richiedono rigorosamente la non miscelazione, dovrebbero essere adottate misure aggiuntive. (4) Quando l'ingresso della pompa centrifuga è in stato di aspirazione, una valvola di fondo installata all'estremità del tubo di ingresso funge anche da valvola di ritegno per mantenere il liquido all'interno della pompa. Quando il contenitore è aperto, la valvola di fondo può essere dotata di uno schermo filtrante.

6. Valvole a membrana e fascette per tubi

Queste valvole assicurano che il fluido entri in contatto solo con la membrana o il tubo, senza toccare altre parti del corpo valvola. Sono particolarmente adatti per fluidi corrosivi, liquidi viscosi o sospensioni. Tuttavia, il loro utilizzo è limitato dal materiale della membrana o del tubo.

Posizionamento della valvola ai confini

Ai confini delle tubazioni dei materiali di processo e di utilità all'interno di un impianto (solitamente all'interno del confine dell'impianto), dovrebbero essere installate valvole di intercettazione, con le seguenti eccezioni:

(1) Sistemi di scarico. (2) Tubi di sfiato per i serbatoi di scarico di emergenza situati all'esterno del confine. Se in questi casi è necessario installare delle valvole, è opportuno sigillarle anche con piombo (C.S.O). (3) Condotte che non causano contaminazione incrociata o incidenti. (4) Condotte dove la misurazione non è richiesta.

Il posizionamento della valvola ai confini è illustrato in vari modi nella Figura 1.2. Tra loro:

(1) È adatto per il taglio generale del materiale. (2) (4) (5) Dovrebbe essere utilizzato quando prevenire perdite interne delle valvole è fondamentale a causa di potenziali rischi per la sicurezza come esplosioni o incendi o per prevenire problemi critici di qualità del prodotto. Vengono aggiunte delle tapparelle alle valvole per garantire l'assenza di perdite. (3) e (5) Sono adatti nei casi in cui è necessario lo spurgo a monte o a valle dopo l'alimentazione del materiale. La valvola "a" può essere utilizzata per lo spurgo, il drenaggio e l'ispezione delle perdite e gli strumenti di misurazione possono essere installati tra due valvole in serie. (5) È adatto per luoghi in cui le fluttuazioni di pressione possono essere significative, poiché una valvola di ritegno può fornire un'interruzione istantanea.

Posizionamento delle valvole radicolari

Quando è necessario fornire un fluido a più utenze, è necessario installare una valvola di radice vicino alla tubazione principale oltre alla valvola di intercettazione vicino all'apparecchiatura. Questa valvola di radice facilita la manutenzione, il risparmio energetico e la prevenzione del gelo. È comunemente utilizzato nei sistemi di materiali di consumo (ad esempio vapore, aria compressa, azoto, ecc.). La stessa impostazione è necessaria quando un materiale di processo (ad esempio un solvente) viene fornito a più utenti. La valvola mostrata nella Figura 1.3 è un esempio di valvola di radice.

Nelle condotte in pressione, le valvole di radice dovrebbero essere posizionate il più vicino possibile alla tubazione principale quando sono necessari risparmio energetico e prevenzione del gelo. Tutte le condutture di diramazione dei materiali di consumo negli impianti chimici dovrebbero essere dotate di valvole di radice per evitare arresti dell'impianto o dell'intero impianto dovuti a guasti delle singole valvole. Per le condotte del vapore e dell'acqua aerea, anche se alimentano un solo dispositivo o attrezzatura, è opportuno aggiungere una valvola di radice se il tubo di derivazione supera una certa lunghezza per ridurre le zone morte, diminuire il consumo di energia ed evitare il congelamento.

Per più di un dispositivo di riserva che utilizza vapore, la necessità di valvole di radice per tubi di derivazione separati dovrebbe essere determinata in base alla loro importanza nella produzione. Le valvole di radice per le diramazioni dei materiali di consumo dovrebbero essere progettate dal team di ingegneri della tubazione e il team di ingegneri del processo dovrebbe verificare l'idoneità delle diramazioni. Le valvole di radice devono essere indicate sul P&ID del materiale di utilità (diagramma di distribuzione).