- Estándares y definiciones de válvulas criogénicas.
Diferentes normas tienen diferentes definiciones para válvulas criogénicas.
(1) La norma británica de válvulas BS6364 "Válvulas para baja temperatura" es aplicable al rango de temperatura media de -50 grados ~-196 grados;
(2) La norma estadounidense MSSSP-134 "Requisitos para válvulas de baja temperatura y sus cuerpos de válvula/extensiones de capó" explica la baja temperatura como "para la práctica estándar, el rango de baja temperatura está entre -100 grados ~ { {4}} grado ";
(3) La norma nacional china GB/T 24925 "Condiciones técnicas para válvulas criogénicas" se aplica al rango de temperatura media de -29 grados ~-196 grados;
(4) La norma de válvulas Shell SHELL MESC SPE 77/200 "Válvulas para baja temperatura y temperatura ultrabaja" es aplicable al rango de temperatura media de -30 grados ~-196 grados.
(5) Según la temperatura de licuefacción de varios gases bajo presión normal, generalmente se dividen en seis niveles de temperatura.
El nivel uno es 0~ -46 grado
El nivel dos es -47~-60 grado
El nivel tres es -61~-70 grado
El nivel 4 es -71~-101 grado
El nivel 5 es -102~-196 grado
El nivel 6 está por debajo de -253 grado
Generalmente, -46~-150 grados se llama temperatura baja y menos de -150 grados se llama temperatura ultrabaja.
La definición de válvulas criogénicas en la industria petroquímica se basa en la temperatura de diseño del medio transportador. Generalmente, las válvulas utilizadas en temperaturas medias inferiores a -40 grados se denominan válvulas criogénicas, y las válvulas utilizadas en temperaturas medias inferiores a -101 grados se denominan válvulas de temperatura ultrabaja.
- Características de diseño de válvulas criogénicas.
1. Selección de materiales para válvulas criogénicas.
El medio de trabajo de las válvulas criogénicas no solo tiene una temperatura baja, sino también una gran permeabilidad, lo que determina muchos requisitos especiales para los materiales de las válvulas. Las propiedades mecánicas del acero a bajas temperaturas son diferentes a las de temperatura normal. Además de la resistencia, el indicador importante para el acero de baja temperatura es su tenacidad al impacto a baja temperatura. La tenacidad al impacto a baja temperatura del material está relacionada con la temperatura de transición frágil del material. Cuanto menor sea la temperatura de transición frágil del material, mejor será la tenacidad del material al impacto a baja temperatura. Los materiales metálicos con una red cúbica centrada en el cuerpo, como el acero al carbono, sufren de fragilidad en frío a bajas temperaturas, mientras que los materiales metálicos con una red cúbica centrada en la cara, como el acero inoxidable austenítico, tienen una tenacidad al impacto que básicamente no se ve afectada por las bajas temperaturas.
Los materiales para piezas resistentes a la presión, como cuerpos de válvulas criogénicas y tapas de válvulas, suelen estar hechos de materiales resistentes con buena resistencia a bajas temperaturas. También se deben considerar factores como la soldabilidad, el rendimiento del mecanizado, la estabilidad y la economía. Durante el diseño, se utilizan comúnmente tres niveles de temperatura baja: -46 grados, -101 grados y -196 grados. El acero al carbono de baja temperatura se usa generalmente para grados de baja temperatura de -46 grados, y el acero inoxidable austenítico de la serie 300 se usa generalmente para grados de baja temperatura de -101 grados y -196 grados. Este acero inoxidable tiene resistencia moderada, buena tenacidad y buen rendimiento de procesamiento.
2. Diseño estructural de válvulas criogénicas petroquímicas.
(1) Diseño estructural de la tapa de válvulas
Una característica obvia de las válvulas criogénicas es que sus tapas de válvula generalmente tienen una estructura de cuello largo. En GB/T24925 "Condiciones técnicas para válvulas criogénicas", también se establece claramente que "las tapas de las válvulas de compuerta criogénicas, válvulas de globo, válvulas de bola y válvulas de mariposa deben usarse de acuerdo con diferentes usos. El requisito de temperatura es diseñar un Estructura de tapa de válvula de cuello largo que facilita la conservación en frío para garantizar que la temperatura en el fondo del prensaestopas se mantenga por encima de 0 grados". El diseño de la estructura extendida de la tapa de la válvula es principalmente para mantener la manija de operación de la válvula y la estructura del prensaestopas lejos de áreas de baja temperatura, lo que no solo puede evitar la congelación de los operadores causada por temperaturas demasiado bajas, sino también garantizar que el prensaestopas y la presión La funda se utiliza a temperaturas normales para evitar daños en el embalaje. Se reduce el rendimiento del sellado y se prolonga la vida útil de la empaquetadura. Porque a bajas temperaturas, a medida que la temperatura disminuye, la elasticidad del empaque desaparece gradualmente y el rendimiento a prueba de fugas disminuye. Debido a una fuga del medio, la empaquetadura y el vástago de la válvula se congelan, lo que afecta el funcionamiento normal del vástago de la válvula. Al mismo tiempo, el vástago de la válvula se mueve hacia arriba y hacia abajo. Y rayar el embalaje, provocando fugas graves. Por lo tanto, las válvulas criogénicas deben adoptar una estructura de tapa de válvula de cuello largo. Además, la estructura de cuello largo también facilita la envoltura de materiales aislantes del frío para evitar la pérdida de energía fría. Dado que las tuberías de baja temperatura generalmente tienen una capa de aislamiento en frío más gruesa, la tapa de la válvula de cuello largo facilita la construcción del aislamiento en frío y mantiene el prensaestopas fuera de la capa de aislamiento en frío, lo que facilita apretar los pernos del prensaestopas o agregar relleno en cualquier momento cuando sea necesario sin dañar la capa aislante del frío.
Las extensiones de capó se especifican en los estándares BS6364, MSS SP-134 y SHELL MESC SPE77/200. Entre ellos, BS6364 estipula las dimensiones extendidas de 15 a 500 metros con cajas frías, y estipula que la longitud mínima extendida de las cajas no frías debe ser de 250 mm; MSS SP-134 incluye los requisitos para las dimensiones extendidas de 15 a 300 metros con cajas frías y cajas no frías. En comparación, las dimensiones extendidas de la caja no fría son más largas que las especificadas en BS6364, y las dimensiones extendidas de la caja fría son más cortas que las especificadas en BS6364. SHELL MESC SPE 77/200 no distingue entre cajas frías y cajas no frías, y estipula la longitud de 15 a 1200 en diferentes rangos de temperatura.
Considerando de manera integral, SHELL MESC SPE 77/200 tiene una amplia gama de longitudes extendidas, lo que lo hace más conveniente y confiable de usar. Si se utiliza en situaciones críticas de baja temperatura, puede consultar la norma SHELL MESC SPE 77/200 para el diseño o el diseño de acuerdo con los requisitos especiales de longitud de la unidad de diseño. Además, al seleccionar la longitud, también es necesario considerar si el espesor diseñado de la capa aislante del frío es mayor que esta longitud. Si es así, conviene alargarlo para que coincida con el espesor de la capa aislante del frío.
(2) Diseño estructural del tablero de goteo.
Dado que el medio de baja temperatura se transmite en la válvula, para evitar o reducir la transmisión de la temperatura del medio al vástago de la válvula y al material de relleno en su extremo superior, y evitar que estos materiales fallen debido a la congelación, se utiliza una placa de goteo. Se puede agregar una estructura a la válvula. Algunas instituciones de investigación han realizado verificaciones experimentales en este tipo de válvula con estructura de placa de goteo y demostraron que la temperatura del extremo superior de la tapa de la válvula con placa de goteo es mayor. Dado que la parte superior de la tapa de válvula extendida tiene una temperatura más baja, la válvula generalmente está expuesta al aire. El vapor de agua en el aire se licuará formando gotas de agua cuando entre en contacto con la tapa de la válvula de baja temperatura. El diámetro de la placa de goteo excede el diámetro de la brida intermedia, lo que puede evitar la licuefacción a baja temperatura. El vapor de agua gotea sobre los pernos de la brida intermedia para evitar que la oxidación de los pernos afecte el mantenimiento en línea. Además, la placa de goteo debe colocarse fuera de la capa de aislamiento frío para evitar que el agua condensada gotee sobre la capa de aislamiento frío y la parte superior del cuerpo de la válvula, protegiendo la capa de aislamiento frío y evitando la pérdida de capacidad de enfriamiento.
(3) Diseño estructural de componentes de alivio de presión.
Para las válvulas criogénicas con una estructura de cavidad cerrada, cuando se utilizan en medios inflamables, explosivos y fácilmente vaporizables, existen requisitos especiales para la estructura de sellado de la válvula. El volumen de algunos medios de baja temperatura aumentará después de la vaporización. Por ejemplo, el volumen de gas natural licuado después de la vaporización es más de 600 veces mayor que el del estado líquido. Cuando la válvula está cerrada y la temperatura ambiente es relativamente alta, el medio de baja temperatura en el cuerpo de la válvula absorbe el ambiente. Se vaporiza gradualmente debido al calor moderado y su volumen aumenta rápidamente, provocando sobrepresión dentro de la válvula, e incluso amenazando la seguridad de la válvula, provocando fugas de medio e incluso accidentes de incendio. Para garantizar la seguridad de la válvula y de la fábrica, dichas válvulas deben tener una cavidad intermedia para la autodescarga. La estructura de presión permite el alivio automático cuando la presión en la cavidad de la válvula tiene una sobrepresión anormal. Por ejemplo, las válvulas de compuerta de baja temperatura y las válvulas de bola tienen diferentes principios de sellado, por lo que habrá diferencias obvias en el diseño de alivio de presión. Sin embargo, diferentes fabricantes tienen diferentes características en el diseño de estructuras de alivio de presión.
(4) Diseño estructural antiestático e ignífugo.
Dado que las válvulas criogénicas se utilizan generalmente en medios inflamables y explosivos, el diseño antiestático y a prueba de fuego son particularmente importantes. El diseño antiestático conduce principalmente la corriente entre el vástago de la válvula y el cuerpo de la válvula de forma similar a un pararrayos, descargando así electricidad estática para eliminar riesgos de seguridad y garantizar la seguridad del suministro de todo el sistema. Por ejemplo, GB/T24925 estipula claramente que "para válvulas con asientos blandos o inserciones de cierre suave utilizadas para vapores o líquidos inflamables, el diseño debe garantizar que el cuerpo de la válvula y el vástago de la válvula tengan continuidad conductora, y la resistencia máxima de la ruta de descarga debe no exceder los 10Ω." El diseño de la estructura ignífuga está dirigido principalmente al problema de la fuga del medio provocada por cambios drásticos de temperatura. El diseño de la estructura a prueba de fuego es similar a los requisitos de diseño de las válvulas comunes.
(5) Cuerpo de válvula
El cuerpo de la válvula debe poder resistir completamente la expansión y contracción causada por los cambios de temperatura. Además, la estructura del asiento de la válvula no se deformará debido a los cambios de temperatura.
(6) Disco de válvula
Las válvulas de compuerta utilizan compuertas flexibles o compuertas abiertas; Las válvulas de cierre utilizan discos de válvula en forma de tapón para sus asientos planos y válvulas de aguja. Estas formas estructurales pueden mantener un sellado confiable independientemente de los cambios de temperatura.
(7) Vástago de válvula
El vástago de la válvula debe estar cromado, niquelado-fósforo o nitrurado para mejorar la dureza de la superficie del vástago de la válvula y evitar que el vástago de la válvula, la empaquetadura y el prensaestopas (glándula) se atasquen entre sí, dañando el empaque de sellado y causando Fugas en el prensaestopas.
(8) Junta
Al seleccionar juntas, se deben considerar las propiedades a baja temperatura del material de la junta, como la resistencia a la compresión, la fuerza de preapriete, la distribución de la presión de sujeción y las características de relajación de tensiones.
(9) Prensaestopas y empaquetadura
El prensaestopas no puede estar en contacto directo con la sección de baja temperatura, sino que está ubicado en la parte superior de la tapa de la válvula de cuello largo para que el prensaestopas esté alejado de la temperatura baja y funcione en un ambiente de temperatura superior a {{1} } grado . De esta manera se mejora el efecto de sellado del prensaestopas. En caso de fuga, o cuando el fluido a baja temperatura entra en contacto directamente con la empaquetadura y se reduce el efecto de sellado, se puede agregar grasa desde el centro del prensaestopas para formar una capa de sello de aceite para reducir la diferencia de presión en el prensaestopas. una medida de sellado auxiliar. El prensaestopas adopta principalmente una estructura de empaque de dos etapas con un anillo de aislamiento metálico en el medio. Sin embargo, algunos utilizan otros tipos, como la estructura de prensaestopas de válvula general y la estructura de prensaestopas doble con vástago de válvula autoajustable.
(10) Sello superior
Todas las válvulas criogénicas están equipadas con una estructura de asiento de sellado superior. La superficie de sellado superior debe recubrirse con carburo de cobalto, cromo y tungsteno y luego pulirse después del acabado.
(11) Superficie de sellado del asiento de la válvula, disco de la válvula (compuerta)
Las partes de cierre de la válvula criogénica adoptan una estructura de superficie de carburo de tungsteno, cromo y cobalto. La estructura de sello blando solo es adecuada para válvulas criogénicas con temperaturas superiores a -70 grados debido al gran coeficiente de expansión del politetrafluoroetileno y se vuelve quebradiza a bajas temperaturas, pero el politrifluoroetileno se puede usar para válvulas criogénicas con temperaturas de hasta {{3 }} grado .
(12) Pernos de brida intermedia
Los pernos deben tener suficiente resistencia porque a menudo se rompen debido a la fatiga cuando se trabaja bajo cargas repetidas. Debido a que los pernos pueden fácilmente causar concentración de tensión en la raíz de la rosca, se utilizan pernos con estructuras completamente roscadas.