Usando válvulas de estrangulamento para purga e outras aplicações de usinas de energia

Entender qual válvula usar em qual aplicação é essencial para operar uma usina de energia a vapor da maneira mais eficiente e econômica possível. Por exemplo, uma etapa crítica na geração de energia a vapor é a descarga, a modulação ou "estrangulamento" da taxa de fluxo de água que se transforma em vapor. Tradicionalmente, muitos especificadores e operadores de usinas de energia usam válvulas globo padrão para obter essa ação de estrangulamento, mas a realidade é que as válvulas globo padrão não são projetadas e fabricadas para lidar com os rigores extremos do estrangulamento.

1. Descolado, mas não no bom sentido. Com o tempo, a alta velocidade ao longo da sede cria ranhuras nas válvulas globo padrão chamadas de "desenho de fio", um termo derivado porque se parecem com fios. Como resultado da trefilação, as válvulas globo não fecham quando fechadas, causando vazamentos. Cortesia: Conval

Quanto menor a folga entre a sede e o disco, mais rápido será o desgaste. Com o tempo, a alta velocidade no assento cria sulcos chamados de "desenho de arame", um termo derivado porque eles se parecem com fios (Figura 1). Como resultado da tração do fio, a válvula globo não veda quando fechada, causando vazamentos. Levado ao extremo, o fio puxado pode realmente corroer o disco como uma língua bifurcada e causar danos ainda mais significativos e problemas de controle de fluxo (Figura 2).

2. Problemático. Levado ao extremo, o fio puxado pode realmente corroer o disco, causando danos ainda mais significativos e problemas de controle de fluxo. Cortesia: Conval

Para tentar compensar as limitações das válvulas globo padrão, alguns operadores de fábrica instalarão duas válvulas globo ou uma válvula esfera e uma válvula globo em linha, uma das quais fornece isolamento positivo enquanto a outra atua como uma válvula de estrangulamento "sacrificial" ( Figura 3). No entanto, essa abordagem é uma maneira complicada e cara de tentar obter o estrangulamento com válvulas globo padrão. É uma solução improvisada que requer mais materiais, mais soldas, mais reparos, mais substituições e mais gastos do que o necessário.

3. Pesado e caro. A instalação de duas válvulas globo em linha, uma das quais fornece isolamento positivo enquanto a outra atua como uma válvula de estrangulamento "de sacrifício", é uma maneira cara de tentar obter o estrangulamento com válvulas globo padrão. Cortesia: Conval

Com válvulas globo padrão, se as condições da vida real forem mal calculadas ou alteradas, a válvula não pode ser redimensionada. Por outro lado, uma válvula de estrangulamento é especificamente projetada e fabricada para lidar com os rigores extremos do processo de estrangulamento, fornecendo assim controle de fluxo repetível e fechamento confiável (Figura 4). O design exclusivo do disco de agulha garante que o limite de pressão seja vedado no menor diâmetro possível para garantir a máxima capacidade de vedação.

4. Funcionamento interno. À esquerda está uma válvula de estrangulamento de alto desempenho Conval. À direita está um diagrama em corte da válvula, mostrando seus componentes internos. Cortesia: Conval

O orifício é dimensionado para manter a velocidade do fluido através da sede abaixo dos níveis prejudiciais. Como resultado, é muito menos provável que o assento se desgaste; se e quando isso acontecer, pode ser facilmente substituído. O empate de fio é eliminado de forma mais eficaz. O conjunto da haste é acoplado ao orifício para controle adequado. O ângulo do orifício de saída foi projetado para minimizar a erosão e o ruído da tubulação a jusante. Se as condições da vida real forem mal calculadas ou alteradas, o venturi da válvula de estrangulamento e o conjunto da haste podem ser redimensionados para corresponder à nova condição.

Normalmente, as válvulas de estrangulamento estão disponíveis em aço carbono SA 105, liga de aço forjada SA 182-F22, SA 182-F91 e F92, SA 182-F316 e outros materiais, em classes de pressão de ASME 900 a 4500. As válvulas de estrangulamento automatizadas podem ser ar, motor ou acionado hidraulicamente.

Avanços recentes na química da água de alimentação destacam ainda mais o valor agregado da vida útil com uma opção de redimensionamento do orifício venturi substituível. De um modo geral, se uma válvula de purga estiver sendo operada com menos de 30% de abertura, o orifício pode ser redimensionado para maior vida útil da válvula.

O conceito de orifício duplo e os materiais usados ​​na construção tornam a válvula de estrangulamento quase indestrutível, mesmo nas condições mais adversas. O nariz medidor do disco permanece no cartucho substituível da sede do orifício e bloqueia fluxos destrutivos de alta velocidade até que a válvula esteja aberta o suficiente para que as velocidades não danifiquem a superfície da sede. Portanto, as válvulas de estrangulamento são cada vez mais especificadas e instaladas em muitos tipos de usinas a vapor, desde nuclear até carvão e gás natural, incluindo usinas geradoras de vapor de recuperação de calor de ciclo combinado. Além do blowdown, seguem algumas outras aplicações comuns.