Características estructurales y requisitos técnicos de la válvula criogénica

Válvulas criogénicasPrincipalmente utilizado en ambientes de temperatura extremadamente baja, es ampliamente utilizado en el gas natural licuado (GNL), el gas licuado de petróleo (GLP) y la industria química. Debido a la influencia de la baja temperatura en el material de la válvula y el rendimiento de sellado, el diseño de la válvula criogénica requiere una atención especial a su resistencia a baja temperatura, efectividad del sellado, capacidad de soporte de presión y confiabilidad estructural. Características estructurales y requisitos técnicos que se explorarán en este artículoVálvulas criogénicasIntroducción detallada desde múltiples ángulos.

La cubierta de la válvula criogénica tiene típicamente una estructura extendida destinada principalmente a proteger el relleno y el tanque de relleno para asegurar que el relleno permanezca por encima de 0°C durante el funcionamiento. Las bajas temperaturas pueden causar que el relleno pierda su elasticidad, lo que puede causar problemas de fugas. En casos severos, el empaque y el vástago pueden congelarse, afectando el funcionamiento normal del vástago y puede causar daños al vástago. El diseño del capó extendido no solo previene estos problemas, sino que también proporciona espacio exterior adicional para el aislamiento, reduciendo así la pérdida de energía en frío.

De acuerdo con la norma BS 6364, existe un requisito de longitud mínima para la extensión de la glándula de empaquetado para válvulas para cajas frías, mientras que para otras aplicaciones la longitud mínima de la glándula de empaquetado extendida debe ser de 250 mm.

El cuerpo de la válvula criogénica, incluyendo el cuerpo de la válvula y la cubierta de la válvula, generalmente está diseñado con un "espesor de pared pequeño". Los diferentes tipos de válvulas tienen requisitos específicos de espesor de pared para asegurarse de que puedan soportar la presión de trabajo en ambientes de baja temperatura. El diseño del espesor de la pared de la válvula debe cumplir con ASME B16.34, API 600, BS 1873 y otras normas relacionadas. Específicamente, el espesor de la pared de las válvulas de compuerta, válvulas de globo y válvulas de retención no debe ser inferior a los requisitos especificados en esta norma. Además, el diámetro del vástago de la válvula también debe cumplir con los requisitos pertinentes de normas tales como API 600 o BS 1873.

El diseño de la caja de relleno es particularmente importante en las válvulas criogénicas. Para evitar la exposición directa de la empaquetadura a bajas temperaturas, la caja de empaquetadura se coloca típicamente en la parte superior de la cubierta extendida, manteniendo la empaquetadura alejada de la sección de baja temperatura y asegurando su funcionamiento a temperaturas ambientales más altas. Este diseño mejora el efecto de sellado y evita fugas debido al fallo del empaque a bajas temperaturas.

Para las válvulas criogénicas DN300 o mayores, se recomienda una construcción de doble empaque con un anillo espaciador metálico intermedio. La elección de los materiales de embalaje también es crucial. Los materiales comunes de relleno de baja temperatura incluyen grafito flexible y relleno trenzado de alambre 304 de acero inoxidable, adecuado para el rango de temperatura de -73°C a ambiente. Para las válvulas criogénicas de alta presión, la junta de sellado entre la brida y la cubierta de la válvula generalmente utiliza una junta enrollada en espiral de grafito flexible de acero inoxidable 304 o PTFE.

Para temperaturas de diseño más altas (por encima de -46°C), se pueden utilizar juntas de anillo metálico, especialmente para válvulas criogénicas con clases de presión de 900 LB y superiores. El cuerpo de la válvula puede adoptar una estructura de autosellado de presión interna para mejorar efectivamente el rendimiento de sellado.

El diseño de los discos y tapones de las válvulas criogénicas es particularmente crítico, especialmente en ambientes de alta presión y temperaturas extremadamente bajas, donde su sellado y resistencia a la corrosión requieren atención especial. Para las válvulas de compuerta criogénicas, la elección del material del disco afecta directamente su rendimiento operativo. Los discos rígidos son adecuados para válvulas de compuerta criogénicas de DN50 o menos, mientras que los discos elásticos se prefieren para válvulas de DN50 o más. El disco elástico de la válvula puede adaptarse a la deformación del cuerpo de la válvula causada por los cambios de temperatura y presión del medio y mantener un buen rendimiento de sellado.

En las válvulas de cierre, el grifo a menudo adopta una configuración cónica o esférica, lo que ayuda a mejorar la precisión del control del fluido. Para las válvulas criogénicas de sellado duro, el carburo cementado Co-Cr-W a menudo se solda en la superficie de sellado del disco o tapón de la válvula y el cuerpo de la válvula para mejorar la resistencia al desgaste y el efecto de sellado.

Después del cierre de la válvula criogénica, el líquido criogénico residual en el interior puede absorber calor del entorno circundante con el tiempo, volver gradualmente a la temperatura ambiente y eventualmente volver a evaporarse. El volumen del líquido vaporizado se expande varias veces, creando una presión extremadamente alta. Sin medidas eficaces, esta presión puede provocar que el cuerpo de la válvula y la cubierta de la válvula se deformen o rompan. Para evitar tales problemas, las válvulas de "sellado bidireccional" (por ejemplo, válvulas de compuerta y válvulas de bola) a menudo están equipadas con una función de alivio de presión de la cámara intermedia. Por ejemplo, un "orificio de alivio de presión" puede perforarse en la compuerta de una válvula de compuerta o en la bola de una válvula de bola flotante. Este diseño evita el "aumento anormal de la presión" causado por el aumento de la temperatura, evitando así el daño al cuerpo de la válvula y al bonnet.

Se requiere que todas las válvulas criogénicas tengan una función de sellado unidireccional, y el cuerpo de la válvula debe indicar claramente la dirección del flujo del medio para garantizar que el medio solo fluya en una dirección para evitar fugas.

El diseño del par de sellado del asiento de la válvula criogénica es crucial. Dependiendo de la temperatura y la presión nominal del medio de trabajo, el sello del asiento puede utilizar un sello blando de metal-PTFE o un sello duro de metal a metal. El PTFE es adecuado para temperaturas de funcionamiento moderadas por encima de -73°C, pero a bajas temperaturas, el PTFE tiende a volverse frágil, y a presiones nominales por encima de CL1500, el PTFE puede mostrar un "flujo frío", afectando el rendimiento del sellado. Por lo tanto, las válvulas criogénicas de sellado duro a menudo utilizan la tecnología de soldadura de carburo cementado Co-Cr-W para integrar el asiento y el cuerpo de la válvula en una unidad para evitar la deformación o fuga debido a la baja temperatura.

La elección del material para las válvulas criogénicas es crucial. Para garantizar la estabilidad y la seguridad en ambientes de temperatura extremadamente baja, los materiales de la válvula generalmente incluyen acero de aleación resistente a bajas temperaturas, aleación de aluminio y acero inoxidable austenítico. Las piezas soldadas, como el tapón y el asiento de la válvula, están hechas de material de carburo cementado, lo que mejora efectivamente la resistencia al desgaste, la resistencia a la corrosión y el rendimiento de sellado de la válvula.

La aplicación de las válvulas criogénicas en ambientes de temperatura extremadamente baja es muy exigente y tiene requisitos estrictos para su diseño y fabricación. Desde la estructura del bonnet extendido hasta el diseño de la protección del empaque, desde los requisitos de espesor de la pared hasta la selección del par de sellado, cada detalle es crucial para la seguridad y confiabilidad de la válvula. A través de un diseño cuidadoso y requisitos técnicos estrictos, las válvulas criogénicas pueden funcionar de manera estable en ambientes hostiles de baja temperatura, asegurando el buen desarrollo de diversos procesos industriales.