Guía de selección de materiales para cuerpos y trims

En la producción industrial moderna,VálvulasDesempeña un papel indispensable como un componente clave para controlar el flujo de fluidos. Su rendimiento y fiabilidad afectan directamente a la seguridad y eficiencia del sistema en su conjunto. Ya sea en petróleo, productos químicos, productos farmacéuticos, procesamiento de alimentos o energía, las válvulas actúan como "interruptores" precisos que regulan con precisión la dirección, el flujo y la presión de los fluidos. ELECCIÓN DE MATERIALESVálvulasEl cuerpo de la válvula y el ajuste de la válvula son sin duda uno de los factores importantes que determinan el rendimiento de la válvula. La calidad del material no solo afecta la vida útil de la válvula, sino que también afecta directamente la seguridad del proceso de producción. Por lo tanto, la selección científica y razonable de los materiales del cuerpo de la válvula y el interior de la válvula es crucial para garantizar el buen funcionamiento de la producción industrial. Este artículo discutirá en profundidad los puntos de selección de materiales del cuerpo de la válvula y varios internos de la válvula, y analizará las características de rendimiento y las condiciones aplicables de diferentes materiales en combinación con ejemplos reales y estándares de la industria.

En la selección y diseño de válvulas industriales, la elección del material del cuerpo de la válvula es el primer paso y el paso más crítico. Como estructura principal de la válvula, el cuerpo de la válvula determina si la válvula puede funcionar de manera segura y estable en condiciones de trabajo específicas.

En la Tabla 1 de la norma ASME B16.34, los materiales de aleación de acero y níquel para cuerpos y bonitos se clasifican claramente en tres categorías. El grupo 1 consiste en metales ferrosos, que generalmente tienen una alta resistencia y tenacidad, lo que los hace adecuados para aplicaciones que requieren alta presión y resistencia a la temperatura, tales como el acero al carbono ampliamente utilizado en sistemas generales de suministro de fluidos industriales. El grupo 2 incluye materiales de acero inoxidable austenítico, conocidos por su excelente resistencia a la corrosión, especialmente en presencia de medios corrosivos tales como ácidos y álcalis, haciéndolos ideales para industrias con altos requisitos de resistencia a la corrosión, tales como el procesamiento químico y alimentario. El grupo 3 incluye las aleaciones de níquel relacionadas con las tablas especiales de clasificación de presión y temperatura. La aleación de níquel es ampliamente utilizada en la industria aeroespacial, nuclear y otros campos de alta gama debido a su superior resistencia a altas temperaturas y resistencia a la corrosión.

Además, otros materiales se especifican en ASME B16.1 (hierro fundido), ASME B16.24 (aleación de cobre) y ASME B16.42 (hierro dúctil). El hierro fundido es rentable y fácil de mecanizar para aplicaciones de baja presión y temperatura ambiente que involucran agua y vapor. Las aleaciones de cobre tienen una buena conductividad térmica y resistencia a la corrosión y se utilizan comúnmente en válvulas de instrumentación y aplicaciones que requieren una alta limpieza. En comparación con el hierro gris, el hierro dúctil tiene una resistencia y tenacidad superiores y puede reemplazar parcialmente al acero al carbono en algunas aplicaciones.

Debe prestarse especial atención a las notas que figuran en estos cuadros en relación con la temperatura y el intervalo de tratamiento térmico. Al consultar el manómetro de temperatura, se puede determinar la presión de trabajo máxima permitida de diferentes materiales a diversas temperaturas, proporcionando una base para seleccionar materiales que cumplan con los requisitos de resistencia mecánica. Por ejemplo, un cierto material de acero al carbono puede ser capaz de soportar altas presiones a temperatura ambiente, pero su resistencia disminuye gradualmente a medida que aumenta la temperatura. Si este material todavía se elige para aplicaciones de alta temperatura sin tener en cuenta el efecto de la temperatura sobre la resistencia, puede dar lugar a condiciones peligrosas tales como fugas o rotura de la válvula durante el uso. Por lo tanto, al seleccionar el material del cuerpo de la válvula, es necesario determinar el material adecuado de acuerdo con la temperatura y la presión de trabajo reales, combinados con el manómetro de temperatura y presión, para garantizar que la válvula funcione de manera segura y confiable en las condiciones de diseño.

Además de la resistencia mecánica, los materiales pueden experimentar una degradación de las propiedades debido a varios factores durante el uso real. La corrosión se produce, por ejemplo, cuando los componentes ácidos, alcalinos o salinos en el medio fluido corroen químicamente el material del cuerpo de la válvula, reduciendo su espesor y resistencia y acortando la vida útil de la válvula. El agrietamiento por tensión es otro problema que no se puede ignorar. Bajo tensión alterna, pueden formarse microgrietas en el material y expandirse gradualmente, lo que eventualmente conduce a la falla de la válvula. Además, las condiciones de baja y alta temperatura también pueden afectar las propiedades del material. Las bajas temperaturas pueden hacer que el material quebradiza, mientras que las altas temperaturas pueden causar fluencia y crecimiento de granos que alteran sus propiedades mecánicas. En un entorno que contiene hidrógeno, los átomos de hidrógeno pueden penetrar en el material metálico, dando como resultado fragilización por hidrógeno y una reducción significativa en la tenacidad del material. Al seleccionar el material del cuerpo de la válvula, es necesario considerar completamente estos factores que pueden conducir a la degradación del rendimiento, y seleccionar los materiales correspondientes resistentes a la corrosión, resistentes al agrietamiento por tensión y resistentes a altas y bajas temperaturas de acuerdo con las condiciones de trabajo reales para garantizar el funcionamiento estable a largo plazo de la válvula en condiciones complejas.

Después de determinar el material del cuerpo de la válvula, el siguiente enfoque debe estar en la elección del material del interior de la válvula. La guarnición de la válvula que está en contacto directo con el fluido afecta directamente la estanqueidad, la durabilidad y la fiabilidad de la válvula.

El interior de la válvula de compuerta incluye principalmente un miembro de cierre, una superficie de sellado del asiento de válvula, un vástago de válvula y un asiento de sellado superior. De acuerdo con el estándar API, la resistencia a la corrosión de la pieza interior de la válvula debe ser al menos equivalente a la resistencia a la corrosión del cuerpo de la válvula para evitar que la pieza interior falle antes de la corrosión del cuerpo de la válvula, afectando así el rendimiento de sellado de la válvula. Para evitar el desgaste del asiento de la válvula, el factor crítico es proporcionar una dureza diferente para un par de superficies de sellado que se acoplan entre sí, a menos que ambas superficies de sellado sean duras. Por ejemplo, mientras que el asiento está hecho de un material más blando, el miembro de cierre puede estar hecho de un material más duro. La compresión del miembro de cierre contra el asiento de la válvula durante el cierre de la válvula puede mejorar la estanqueidad de la superficie del asiento de la válvula, mejorando así la eficacia de la estanqueidad mientras se reduce el desgaste entre el miembro de cierre y el asiento de la válvula. En aplicaciones prácticas, algunos acabados de válvula razonables pueden tener una superficie dura resistente al desgaste en una o ambas superficies. Mediante el uso de materiales de aleación que tienen alta dureza, resistencia al desgaste y buena resistencia a la corrosión (por ejemplo, metales duros) para la superficie dura, la superficie de sellado puede mantener resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión y durabilidad a largo plazo, prolongando así la vida útil de la válvula.

El interior de la válvula de retención se define como el miembro de cierre y la superficie de sellado del asiento. Del mismo modo, la norma de referencia proporciona una tabla de trims, y la elección de los materiales de trims debe seguir principios similares a los de trims de válvulas de compuerta, es decir, la resistencia a la corrosión es al menos equivalente a la del cuerpo de la válvula. Para mejorar la vida útil y la fiabilidad de las piezas internas de la válvula de retención, algunas piezas internas razonables también pueden tener superficies duras resistentes al desgaste en una o ambas superficies. Esto se debe a que, durante el funcionamiento de la válvula de retención, el miembro de cierre entra en contacto con frecuencia y se desprende de la superficie de sellado del asiento de válvula. En condiciones a largo plazo de desgaste, corrosión y medios agresivos, sin suficiente resistencia al desgaste y a la corrosión, el elemento de cierre y la superficie de sellado del asiento de la válvula se dañan fácilmente, dando como resultado la falla de la válvula y la incapacidad de prevenir adecuadamente el reflujo de fluido. La superficie dura del material resistente al desgaste puede mejorar efectivamente la resistencia al desgaste y la resistencia a la corrosión del cierre y la superficie de sellado del asiento de la válvula, asegurando que la válvula de retención pueda evitar el reflujo de fluido de manera confiable durante mucho tiempo y mantener el funcionamiento normal del sistema.

El elemento de cierre de una válvula de bola se define como el componente metálico interno de la válvula, tal como la bola, el vástago y el asiento metálico o el anillo de soporte del asiento. Estos componentes pueden tener la misma composición química nominal que el cuerpo de la válvula, así como propiedades mecánicas y de resistencia a la corrosión similares. Esto significa que cuando se selecciona el material del interior de la válvula de bola, generalmente se da preferencia al material que coincide con el cuerpo de la válvula para garantizar la consistencia general de las propiedades mecánicas y de resistencia a la corrosión de la válvula. Por ejemplo, cuando el cuerpo de la válvula está hecho de acero inoxidable, la bola, el vástago y el asiento metálico de la pieza de acabado también están hechos típicamente de acero inoxidable para evitar problemas de compatibilidad o problemas de corrosión debidos a diferencias en las propiedades del material. Además, debido a que la bola de la válvula de bola está en estrecho contacto con la superficie de sellado del asiento de la válvula y gira contra la superficie de sellado del asiento de la válvula durante la apertura y el cierre de la válvula, existen ciertos requisitos para la rugosidad superficial y la dureza de la bola y la superficie de sellado del asiento de la válvula para garantizar un buen rendimiento de sellado y reducir el desgaste.

A menos que se especifique lo contrario, todos los materiales de la válvula de mariposa que entren en contacto con el fluido de proceso deben cumplir con las normas del fabricante. El interior de una válvula de mariposa se define como la superficie de sellado del asiento del cuerpo de la válvula, la placa de mariposa, la conexión entre la placa de mariposa y el eje (por ejemplo, llave, pasador, tornillo, etc.) y todos los elementos de sujeción internos en contacto con el fluido de proceso. Los materiales de los ejes y los casquillos deben tener una resistencia a la corrosión similar a los de los materiales decorativos para evitar daños debidos a la corrosión electroquímica entre diferentes materiales. Al seleccionar el material del interior de la válvula de mariposa en la práctica, es necesario considerar la naturaleza del medio fluido, la temperatura de trabajo, la presión y otros factores. Por ejemplo, cuando se transporta un medio ácido altamente corrosivo, el material decorativo de la válvula de mariposa debe seleccionarse de materiales resistentes a ácidos, tales como materiales no metálicos tales como fluoroplásticos o materiales metálicos tales como acero inoxidable. Para las condiciones de trabajo de alta temperatura y alta presión, el material de acabado debe tener suficiente resistencia y resistencia a altas temperaturas para garantizar el funcionamiento normal de la válvula de mariposa en condiciones duras y el control efectivo del flujo de fluido.

Para las válvulas de tapón, el material del tapón y el vástago de la válvula debe tener una resistencia a la corrosión al menos igual al cuerpo de la válvula. Esto se debe a que el principio de funcionamiento de la válvula de tapón implica controlar el flujo de fluido girando el tapón, y el tapón y el vástago de la válvula están en contacto frecuente con el medio fluido durante el funcionamiento de la válvula. Si su resistencia a la corrosión es insuficiente, es fácil fallar por corrosión, lo que afecta el funcionamiento normal y el rendimiento de sellado de la válvula. Por lo tanto, al seleccionar el material del interior de la válvula de tapón, es necesario asegurarse de que el material del tapón y el vástago de la válvula cumplan con los requisitos de resistencia a la corrosión, y también considerar la resistencia y la resistencia al desgaste del material para garantizar la confiabilidad y estabilidad a largo plazo de la válvula.

El interior de la válvula de cierre se define en la norma API 602. Las partes internas de la válvula de globo incluyen principalmente el disco, el asiento, el vástago y otros componentes. La selección de materiales de estos componentes también debe seguir los estándares API para garantizar que su resistencia a la corrosión coincida con el cuerpo de la válvula y cumpla con los requisitos de resistencia de la válvula bajo las condiciones de presión y temperatura de trabajo. En aplicaciones prácticas, la selección del material del interior de la válvula de globo también debe considerar la frecuencia de funcionamiento de la válvula y la naturaleza del medio fluido. Por ejemplo, para una válvula de cierre que requiere un funcionamiento frecuente, el material del vástago de la válvula debe tener una buena resistencia a la fatiga para evitar que el vástago de la válvula se rompa debido a la apertura y el cierre frecuentes. Para las válvulas de cierre que transportan vapor de alta temperatura y alta presión, los materiales del disco y del asiento de la válvula deben tener una buena resistencia a altas temperaturas y un rendimiento de sellado para garantizar un corte de fluido confiable en condiciones de alta temperatura y alta presión.

La selección de materiales para el cuerpo de la válvula y el interior de la válvula es un proceso complejo y crítico que implica una combinación de factores. Desde la clasificación y referencia estándar de los materiales del cuerpo de la válvula, hasta los requisitos específicos para los materiales de los trimmings de los diferentes tipos de válvulas y las características de rendimiento de los componentes de sellado especiales, cada aspecto es crucial. En aplicaciones prácticas, es esencial llevar a cabo análisis y evaluaciones detallados basados en condiciones de trabajo específicas mientras se cumplen estrictamente con las normas y especificaciones pertinentes. Esto incluye considerar no solo las propiedades mecánicas, la resistencia a la corrosión y la tolerancia a la temperatura del material, sino también los cambios dinámicos en condiciones de trabajo reales, tales como fluctuaciones de temperatura, cambios de presión y corrosión de fluidos. Solo a través de un análisis exhaustivo y meticuloso, los materiales seleccionados pueden cumplir con los requisitos de diseño en el uso real y evitar la falla de la válvula o el mal funcionamiento debido a la selección inadecuada de materiales.