Princípios para Instalação e Seleção de Válvulas em Plantas Químicas

Princípios para Instalação e Seleção de Válvulas em Plantas Químicas

Este regulamento se aplica a sistemas de processos químicos. As válvulas mencionadas não incluem válvulas de segurança, purgadores de vapor, válvulas de amostragem ou válvulas redutoras de pressão, mas incluem a instalação de restritores de fluxo, flanges cegas e outros componentes de tubulação com funções semelhantes às válvulas, coletivamente denominadas válvulas de corte..A função das válvulas de corte é isolar fluidos ou alterar sua direção de fluxo, e sua instalação deve ser baseada nos requisitos de produção (incluindo operação normal, partida e parada e condições especiais), manutenção e segurança, enquanto considerando também a viabilidade econômica.

Configuração da válvula e seleção da categoria apropriada (não do modelo). A seleção de válvulas é uma tarefa importante para profissionais de sistemas de processo ao preparar diagramas P&ID. O conteúdo descrito neste regulamento leva em consideração os requisitos gerais de produção e segurança. Quando os profissionais de sistemas se referem a este regulamento para projetos de engenharia, eles devem tomar decisões com base nas condições específicas do projeto, condições climáticas locais, cooperação entre fábricas, requisitos operacionais da instalação, características do fluido, requisitos especiais do usuário e considerações econômicas.

Seleção de categorias de válvulas em projetos de engenharia

Fatores a serem considerados ao selecionar

A seleção das válvulas é baseada em um amplo equilíbrio e comparação de racionalidade operacional, de segurança e econômica, resultante da experiência. As seguintes condições originais devem ser fornecidas antes de selecionar uma válvula:

1.Propriedades físicas

(1) Estado material um. Para materiais gasosos, o estado inclui dados relevantes de propriedades físicas, se é um gás puro ou uma mistura, a presença de gotículas ou partículas sólidas e se contém componentes propensos à condensação. b. Para materiais líquidos, o estado inclui dados relevantes de propriedades físicas, seja um componente puro ou uma mistura, a presença de componentes voláteis ou gases dissolvidos (que podem formar um fluxo bifásico mediante redução de pressão), a presença de partículas sólidas, e a viscosidade do líquido, ponto de congelamento ou ponto de fluidez.

(2) Outras propriedades: Isso inclui corrosividade, toxicidade, solubilidade em materiais estruturais de válvulas, inflamabilidade, explosividade e outras características relacionadas. Estas propriedades podem afetar não apenas a seleção do material, mas também impor requisitos estruturais especiais ou exigir graus mais elevados de tubulação.

2.Condições de trabalho sob status operacional

(1) Condições de trabalho em operação normal um. Considere a temperatura e a pressão em condições normais de trabalho e também as condições durante a inicialização, desligamento ou regeneração. Por exemplo, a válvula de descarga da bomba deve ter em conta a pressão máxima de corte da bomba. b. Se a temperatura de regeneração do sistema for significativamente superior à temperatura normal, mas a pressão for reduzida, considere os efeitos combinados da temperatura e da pressão para tais sistemas. c. Continuidade de operação: A frequência de abertura e fechamento da válvula também afeta os requisitos de resistência ao desgaste. Para sistemas com comutação frequente, considere instalar válvulas duplas.

(2) Queda de pressão permitida no sistema um. Se o sistema permitir uma pequena queda de pressão ou uma queda de pressão maior sem exigir ajuste de vazão, escolha um tipo de válvula com uma pequena queda de pressão, como válvulas gaveta ou válvulas de esfera direta. b. Se for necessário ajuste de fluxo, selecione um tipo de válvula com bom desempenho de regulação e uma certa queda de pressão (a proporção da queda de pressão com a queda de pressão total da tubulação e a sensibilidade da regulação estão relacionadas).

(3) Condições ambientais para a válvula Em ambientes externos frios, especialmente para materiais químicos, os materiais do corpo da válvula geralmente não devem ser ferro fundido, mas sim aço fundido (ou aço inoxidável).

3. Funções da válvula

(1) Cortar: Quase todas as válvulas possuem uma função de corte. Para um corte simples sem ajuste de fluxo, podem ser usadas válvulas gaveta e válvulas esfera. Para corte rápido, válvulas macho, válvulas esfera e válvulas borboleta são mais adequadas. As válvulas globo podem ajustar o fluxo e fornecer corte. As válvulas borboleta também são adequadas para regular grandes vazões.

(2) Mudando a direção do fluxo: Válvulas de esfera ou válvulas macho de duas vias (passagem em forma de L) ou três vias (passagem em forma de T) podem mudar rapidamente a direção do fluxo. Como uma válvula pode desempenhar as funções de duas ou mais válvulas diretas, isso simplifica a operação, garante comutação precisa e reduz os requisitos de espaço.

(3) Regulação e Controle: Válvulas globo e válvulas de êmbolo podem atender às necessidades gerais de ajuste de fluxo, enquanto válvulas agulha são usadas para ajustes finos. Para uma regulação estável em uma ampla faixa de vazão (pressão, vazão), uma válvula borboleta é mais apropriada.

(4) Prevenção de refluxo: Para evitar o refluxo de materiais, deve ser utilizada uma válvula de retenção.

(5) Funções Adicionais: Para diferentes processos de produção, podem ser selecionadas válvulas com funções adicionais, como aquelas com camisas, portas de drenagem e desvios, ou válvulas com portas de purga para evitar o assentamento de partículas sólidas.

4.Atuação de válvulas de comutação: A maioria das válvulas operadas localmente usa volantes. Para válvulas com determinados requisitos operacionais, como aquelas que exigem forças ou ajustes específicos, métodos alternativos de atuação podem ser empregados.

Para válvulas localizadas à distância, podem ser utilizadas rodas de corrente ou hastes estendidas. Algumas válvulas de grande diâmetro possuem motores integrados em seu projeto devido ao alto torque necessário para operação. Em ambientes explosivos, devem ser utilizados motores à prova de explosão correspondentes.

Válvulas controladas remotamente: Os tipos de atuação para válvulas controladas remotamente incluem pneumática, hidráulica e elétrica. Entre os atuadores elétricos, existem válvulas solenóides e válvulas motorizadas. A escolha deve ser baseada nos requisitos e nas fontes de energia disponíveis.

Características e aplicações de vários tipos de válvulas

1. Válvula gaveta

(1) Quando o fluido flui através de uma válvula gaveta, ele não muda de direção. Quando totalmente aberta, a válvula gaveta tem um dos coeficientes de resistência mais baixos entre todos os tipos de válvula e possui uma ampla gama de diâmetros, pressões e temperaturas aplicáveis. Comparada a uma válvula globo do mesmo diâmetro, seu tamanho de instalação é menor, tornando-a o tipo mais utilizado em instalações de produção química. (2) As válvulas gaveta possuem dois tipos de alças: haste ascendente e haste não ascendente. A válvula gaveta com haste ascendente é particularmente útil para alternar entre dois ou mais dispositivos idênticos, pois a haste ascendente indica claramente o status aberto ou fechado da válvula. (3) Quando a válvula gaveta está parcialmente aberta, o núcleo da válvula está sujeito a vibrações , portanto, as válvulas gaveta são adequadas apenas para situações totalmente abertas ou totalmente fechadas e não são adequadas para aplicações que requerem ajuste de fluxo (4) As válvulas gaveta têm ranhuras dentro do corpo da válvula, portanto, não são adequadas para fluidos contendo partículas sólidas. válvulas com portas de purga foram desenvolvidas para lidar com tais situações.

2. Válvula globo

(1) As válvulas globo são amplamente utilizadas em processos químicos. Eles oferecem desempenho de vedação confiável e são adequados para regulação de fluxo. Eles são comumente instalados em saídas de bombas, medidores de vazão a montante das válvulas de controle e outros locais onde o ajuste de vazão é necessário. (2) À medida que o fluido muda de direção através do núcleo da válvula, ocorre uma queda significativa de pressão e partículas sólidas podem se acumular na sede da válvula, tornando-as inadequadas para suspensões. (3) As válvulas globo são maiores em tamanho em comparação com as válvulas gaveta do mesmo diâmetro, limitando seu diâmetro máximo (normalmente DN 150–200). (4) As válvulas globo tipo Y e angulares têm quedas de pressão menores em comparação com as válvulas diretas padrão, e as válvulas angulares também fornecem funcionalidade de mudança de direção. (5) As válvulas de agulha são um tipo de válvula globo com núcleo cônico, adequadas para ajustes finos de fluxo ou como válvulas de amostragem.

3. Bujão, pistão e Válvulas de esfera

(1) Esses três tipos de válvulas têm funções semelhantes e podem ser abertas ou fechadas rapidamente. O núcleo da válvula possui aberturas transversais, permitindo que o líquido flua diretamente com queda de pressão mínima, tornando-as adequadas para suspensões ou líquidos viscosos. O núcleo da válvula pode ser feito com passagens em forma de “T” ou “L” para criar válvulas de três ou quatro vias. Eles têm um formato regular e podem ser facilmente transformados em válvulas encamisadas para fins de isolamento. Esses tipos também podem ser convenientemente transformados em válvulas pneumáticas ou elétricas para controle remoto. (2) A principal diferença é que as válvulas de pistão e esfera geralmente têm pressões de trabalho ligeiramente mais altas.

4. Válvula Borboleta

As válvulas borboleta oferecem alguma funcionalidade de regulação de fluxo e são particularmente adequadas para grandes ajustes de fluxo. A temperatura de utilização é limitada pelo material de vedação.

5. Válvula de retenção

(1) Válvulas de retenção são usadas para evitar o refluxo de fluidos. Eles são normalmente usados ​​para evitar contaminação, aumento de temperatura ou danos mecânicos devido ao fluxo reverso. (2) Os tipos comuns incluem válvulas de retenção de giro, retenção de elevação e válvulas de retenção de esfera. As válvulas de retenção oscilantes possuem diâmetros maiores que os outros dois tipos e podem ser instaladas em tubos horizontais ou verticais (com fluxo ascendente em tubos verticais). As válvulas de retenção de elevação e esfera têm diâmetros menores e só podem ser instaladas em tubulações horizontais. (3) As válvulas de retenção são eficazes apenas na prevenção de refluxo repentino e podem ter vedação menos eficaz. Para materiais que exigem estritamente a não mistura, medidas adicionais devem ser tomadas. (4) Quando a entrada da bomba centrífuga está no estado de sucção, uma válvula inferior instalada na extremidade do tubo de entrada também serve como válvula de retenção para manter o líquido dentro da bomba. Quando o recipiente está aberto, a válvula inferior pode ser equipada com uma tela de filtro.

6. Válvulas de diafragma e braçadeira de tubo

Estas válvulas garantem que o fluido entre em contato apenas com o diafragma ou mangueira, sem tocar outras partes do corpo da válvula. Eles são especialmente adequados para fluidos corrosivos, líquidos viscosos ou suspensões. No entanto, a sua utilização é limitada pelo material do diafragma ou da mangueira.

Colocação da válvula nos limites

Nos limites das tubulações de processos e materiais utilitários dentro de uma planta (geralmente no interior dos limites da planta), válvulas de corte devem ser instaladas, com as seguintes exceções:

(1) Sistemas de exaustão. (2) Tubos de ventilação para tanques de descarga de emergência localizados fora dos limites. Se nestes casos for necessária a instalação de válvulas, estas também deverão ser vedadas com chumbo (C.S.O). (3) Dutos que não causem contaminação cruzada ou acidentes. (4) Tubulações onde a medição não é necessária.

A colocação da válvula nos limites é ilustrada de várias maneiras na Figura 1.2. Entre eles:

(1) É adequado para corte geral de material. (2) (4) (5) Deve ser usado quando a prevenção de vazamentos internos de válvulas for crucial devido a possíveis riscos de segurança, como explosões ou incêndio, ou para evitar problemas críticos de qualidade do produto. Cortinas são adicionadas às válvulas para garantir que não haja vazamentos. (3) e (5) São adequados para casos onde é necessária purga a montante ou a jusante após a alimentação do material. A válvula "a" pode ser usada para purga, drenagem e inspeção de vazamentos, e instrumentos de medição podem ser instalados entre duas válvulas em série. (5) É adequado para locais onde as flutuações de pressão podem ser significativas, pois uma válvula de retenção pode fornecer corte instantâneo.

Colocação de válvulas radiculares

Quando um meio precisa ser entregue a vários usuários, uma válvula raiz deve ser instalada próxima ao tubo principal, além da válvula de corte próxima ao equipamento. Esta válvula raiz facilita a manutenção, economia de energia e prevenção de congelamento. É comumente usado em sistemas de materiais utilitários (por exemplo, vapor, ar comprimido, nitrogênio, etc.). A mesma configuração é necessária quando um material de processo (por exemplo, solvente) é fornecido a vários usuários. A válvula mostrada na Figura 1.3 é um exemplo de válvula raiz.

Em tubulações de pressão, as válvulas raiz devem ser colocadas o mais próximo possível da tubulação principal quando for necessária economia de energia e prevenção de congelamento. Todos os ramais de tubulações de materiais utilitários em instalações químicas devem ter válvulas de raiz para evitar paralisações da planta ou de toda a planta devido a falhas de válvulas individuais. Para tubulações de vapor e água suspensas, mesmo que forneçam apenas um único dispositivo ou equipamento, uma válvula raiz deve ser adicionada se o ramal exceder um determinado comprimento para reduzir zonas mortas, diminuir o consumo de energia e evitar congelamento.

Para mais de um dispositivo de uso de vapor de reserva, a necessidade de válvulas raiz de tubo ramificado separadas deve ser determinada com base em sua importância na produção. As válvulas raiz para ramais de materiais utilitários devem ser projetadas pela equipe de engenharia da tubulação, e a equipe de engenharia de processo deve verificar a adequação dos ramais. As válvulas raiz devem ser indicadas no P&ID do material utilitário (diagrama de distribuição).