- Padrões e definições de válvulas criogênicas
Padrões diferentes têm definições diferentes para válvulas criogênicas.
(1) O padrão de válvula britânico BS6364 "Válvulas para baixa temperatura" é aplicável à faixa de temperatura média de -50 graus ~-196 graus;
(2) O padrão americano MSSSP-134 "Requisitos para válvulas de baixa temperatura e seus corpos de válvula/extensões de castelo" explica a baixa temperatura como "para a prática padrão, a faixa de baixa temperatura está entre -100 graus ~ { {4}} grau";
(3) O padrão nacional chinês GB/T 24925 "Condições Técnicas para Válvula Criogênica" é aplicável à faixa de temperatura média de -29 graus ~-196 graus;
(4) O padrão de válvula Shell SHELL MESC SPE 77/200 "Válvulas para baixa temperatura e temperatura ultrabaixa" é aplicável à faixa de temperatura média de -30 graus ~-196 graus.
(5) De acordo com a temperatura de liquefação de vários gases sob pressão normal, eles são geralmente divididos em seis níveis de temperatura.
O nível um é 0~ -46 grau
O nível dois é -47~-60 grau
O nível três é -61~-70 grau
O nível 4 é -71~-101 grau
O nível 5 é -102~-196 grau
O nível 6 está abaixo de -253 grau
Geralmente, -46~-150 grau é chamado de temperatura baixa, e abaixo de -150 grau é chamado de temperatura ultrabaixa.
A definição de válvulas criogênicas na indústria petroquímica é baseada na temperatura projetada do meio de transporte. Geralmente, as válvulas usadas em temperaturas médias abaixo de -40 graus são chamadas de válvulas criogênicas, e as válvulas usadas em temperaturas médias abaixo de -101 graus são chamadas de válvulas de temperatura ultrabaixa.
- Características de design de válvulas criogênicas
1. Seleção de materiais para válvulas criogênicas
O meio de trabalho das válvulas criogênicas não é apenas de baixa temperatura, mas também principalmente ou, e possui forte permeabilidade, o que determina muitos requisitos especiais para materiais de válvulas. As propriedades mecânicas do aço a baixas temperaturas são diferentes daquelas à temperatura normal. Além da resistência, o indicador importante para o aço de baixa temperatura é a sua tenacidade ao impacto em baixa temperatura. A resistência ao impacto em baixa temperatura do material está relacionada à temperatura de transição frágil do material. Quanto mais baixa for a temperatura de transição frágil do material, melhor será a resistência ao impacto em baixa temperatura do material. Materiais metálicos com estrutura cúbica centrada no corpo, como o aço carbono, sofrem de fragilidade a frio em baixa temperatura, enquanto materiais metálicos com estrutura cúbica centrada na face, como o aço inoxidável austenítico, têm resistência ao impacto que basicamente não é afetada por baixas temperaturas.
Os materiais para peças resistentes à pressão, como corpos de válvulas criogênicas e tampas de válvulas, geralmente são feitos de materiais resistentes com boa resistência a baixas temperaturas. Fatores como soldabilidade, desempenho de usinagem, estabilidade e economia também devem ser considerados. Durante o projeto, três níveis de baixa temperatura são comumente usados: -46 grau, -101 grau e -196 grau. O aço carbono de baixa temperatura é geralmente usado para classes de baixa temperatura de -46 graus, e o aço inoxidável austenítico da série 300 é geralmente usado para classes de baixa temperatura de -101 graus e -196 graus. Este aço inoxidável possui resistência moderada, boa tenacidade e bom desempenho de processamento.
2. Projeto estrutural de válvulas criogênicas petroquímicas
(1) Projeto estrutural da tampa da válvula
Uma característica óbvia das válvulas criogênicas é que suas tampas de válvula geralmente possuem uma estrutura de pescoço longo. Em GB/T24925 "Condições Técnicas para Válvula Criogênica", também é claramente afirmado que "as tampas das válvulas de gaveta criogênicas, válvulas globo, válvulas de esfera e válvulas borboleta devem ser usadas de acordo com diferentes usos. O requisito de temperatura é projetar um estrutura da tampa da válvula de pescoço longo que facilita a preservação a frio para garantir que a temperatura no fundo da caixa de empanque permaneça acima de 0 grau. O projeto da estrutura estendida da tampa da válvula é principalmente para manter a alavanca de operação da válvula e a estrutura da caixa de empanque longe de áreas de baixa temperatura, o que pode não apenas evitar queimaduras de frio para os operadores causadas por temperaturas muito baixas, mas também garantir que a caixa de empanque e a pressão A luva é usada em temperaturas normais para evitar danos à embalagem. O desempenho da vedação é reduzido e a vida útil da gaxeta é prolongada. Porque em baixas temperaturas, à medida que a temperatura diminui, a elasticidade da gaxeta desaparece gradativamente e o desempenho à prova de vazamentos diminui. Devido ao vazamento médio, a gaxeta e a haste da válvula congelam, o que afeta o funcionamento normal da haste da válvula. Ao mesmo tempo, a haste da válvula se move para cima e para baixo. E arranhe a embalagem, causando sérios vazamentos. Portanto, as válvulas criogênicas devem adotar uma estrutura de tampa de válvula de pescoço longo. Além disso, a estrutura de pescoço longo também facilita o envolvimento de materiais de isolamento frio para evitar a perda de energia fria. Como as tubulações de baixa temperatura geralmente têm uma camada de isolamento a frio mais espessa, a tampa da válvula de pescoço longo facilita a construção do isolamento a frio e mantém a gaxeta fora da camada de isolamento a frio, o que facilita o aperto dos parafusos da gaxeta ou a adição de enchimento a qualquer momento, quando necessário, sem danificar a camada de isolamento frio.
As extensões do capô são especificadas nos padrões BS6364, MSS SP-134 e SHELL MESC SPE77/200. Dentre eles, a BS6364 estipula as dimensões estendidas de 15 a 500 metros com caixas frigoríficas, e estipula que o comprimento mínimo estendido das caixas não frigoríficas deve ser de 250mm; O MSS SP-134 inclui os requisitos para as dimensões estendidas de 15 a 300 metros com caixas frigoríficas e não frigoríficas. Em comparação, as dimensões estendidas da caixa não fria são maiores que as especificadas na BS6364, e as dimensões estendidas da caixa fria são mais curtas que as especificadas na BS6364. SHELL MESC SPE 77/200 não faz distinção entre caixas frias e caixas não frias e estipula o comprimento de 15 a 1200 em diferentes faixas de temperatura.
Consideração abrangente, o SHELL MESC SPE 77/200 possui uma ampla gama de comprimentos estendidos, tornando-o mais conveniente e confiável de usar. Se for usado em situações críticas de baixa temperatura, você pode consultar o padrão SHELL MESC SPE 77/200 para projeto ou projeto de acordo com os requisitos especiais de comprimento da unidade de projeto. Além disso, ao selecionar o comprimento, também é necessário considerar se a espessura projetada da camada de isolamento frio é maior que esse comprimento. Nesse caso, deve ser alongado para corresponder à espessura da camada de isolamento frio.
(2) Projeto estrutural da placa coletora
Como o meio de baixa temperatura é transmitido na válvula, a fim de evitar ou reduzir a transmissão da temperatura do meio para a haste da válvula e o material de enchimento em sua extremidade superior, e evitar que esses materiais falhem devido ao congelamento, uma placa de gotejamento estrutura pode ser adicionada à válvula. Algumas instituições de pesquisa realizaram verificações experimentais neste tipo de válvula com estrutura de placa gotejadora e provaram que a temperatura final superior da tampa da válvula com placa gotejadora é mais alta. Como a parte superior da tampa estendida da válvula tem uma temperatura mais baixa, a válvula geralmente fica exposta ao ar. O vapor de água no ar se liquefará em gotículas de água ao encontrar a tampa da válvula de baixa temperatura. O diâmetro da placa de gotejamento excede o diâmetro do flange intermediário, o que pode impedir a liquefação em baixa temperatura. O vapor de água pinga nos parafusos do flange intermediário para evitar que a ferrugem dos parafusos afete a manutenção online. Além disso, a placa de gotejamento precisa ser colocada fora da camada de isolamento frio para evitar que a água condensada pingue na camada de isolamento frio e na parte superior do corpo da válvula, protegendo a camada de isolamento frio e evitando a perda de capacidade de resfriamento.
(3) Projeto estrutural de componentes de alívio de pressão
Para válvulas criogênicas com estrutura de cavidade fechada, quando utilizadas em meios inflamáveis, explosivos e facilmente vaporizáveis, existem requisitos especiais para a estrutura de vedação da válvula. O volume de alguns meios de baixa temperatura aumentará após a vaporização. Por exemplo, o volume de gás natural liquefeito após a vaporização é mais de 600 vezes maior que o do estado líquido. Quando a válvula está fechada e a temperatura ambiente é relativamente alta, o meio de baixa temperatura no corpo da válvula absorve o ambiente. Vaporiza gradativamente devido ao calor moderado, e seu volume aumenta rapidamente, causando sobrepressão no interior da válvula, podendo até ameaçar a segurança da válvula, causando vazamentos médios e até acidentes de incêndio. Para garantir a segurança da válvula e da fábrica, tais válvulas são obrigadas a ter uma cavidade intermediária para autodescarga. A estrutura de pressão permite o alívio automático quando a pressão na cavidade da válvula é sobrepressurizada de forma anormal. Por exemplo, válvulas gaveta e válvulas esfera de baixa temperatura têm princípios de vedação diferentes, portanto, haverá diferenças óbvias no projeto de alívio de pressão. No entanto, diferentes fabricantes possuem características diferentes no projeto de estruturas de alívio de pressão.
(4) Projeto estrutural antiestático e à prova de fogo
Como as válvulas criogênicas são geralmente usadas em meios inflamáveis e explosivos, o design antiestático e o design à prova de fogo são particularmente importantes. O design antiestático conduz principalmente a corrente entre a haste da válvula e o corpo da válvula de forma semelhante a um pára-raios, descarregando assim a eletricidade estática para eliminar riscos de segurança e garantir a segurança do fornecimento de todo o sistema. Por exemplo, GB/T24925 estipula claramente que "para válvulas com sedes macias ou inserções de fechamento suave usadas para vapores ou líquidos inflamáveis, o projeto deve garantir que o corpo da válvula e a haste da válvula tenham continuidade condutiva, e a resistência máxima do caminho de descarga deve não exceda 10Ω." O projeto da estrutura à prova de fogo visa principalmente o problema de vazamento de meio causado por mudanças drásticas de temperatura. O projeto da estrutura à prova de fogo é semelhante aos requisitos de projeto das válvulas comuns.
(5) Corpo da válvula
O corpo da válvula deve ser capaz de suportar totalmente a expansão e a contração causadas pelas mudanças de temperatura. Além disso, a estrutura da sede da válvula não será deformada devido às mudanças de temperatura.
(6) Disco de válvula
As válvulas gaveta usam comportas flexíveis ou abertas; as válvulas de bloqueio usam discos de válvula em forma de plugue para suas sedes planas e válvulas de agulha. Estas formas estruturais podem manter uma vedação confiável, independentemente das mudanças de temperatura.
(7) Haste da válvula
A haste da válvula precisa ser cromada, niquelada ou nitretada para melhorar a dureza da superfície da haste da válvula e evitar que a haste da válvula, a gaxeta e a gaxeta (glândula) se prendam, danificando a gaxeta de vedação e causando vazamento da caixa de vedação.
(8) Junta
Ao selecionar as juntas, as propriedades de baixa temperatura do material da junta devem ser consideradas, como resiliência à compressão, força de pré-aperto, distribuição de pressão de fixação e características de relaxamento de tensão.
(9) Caixa de empanque e embalagem
A caixa de empanque não pode estar em contato direto com a seção de baixa temperatura, mas está localizada na parte superior da tampa da válvula de pescoço longo para que a caixa de empanque fique longe da baixa temperatura e funcione em um ambiente de temperatura acima de {{1} } grau . Desta forma, o efeito de vedação da caixa de empanque é melhorado. Em caso de vazamento, ou quando o fluido de baixa temperatura entra em contato direto com a gaxeta e o efeito de vedação é reduzido, a graxa pode ser adicionada do meio da caixa de empanque para formar uma camada de vedação de óleo para reduzir a diferença de pressão na caixa de empanque, conforme uma medida auxiliar de vedação. A caixa de empanque adota principalmente uma estrutura de gaxeta de dois estágios com um anel de isolamento de metal intermediário. No entanto, alguns usam outros tipos, como estrutura geral de caixa de empanque de válvula e estrutura de caixa de empanque dupla com haste de válvula auto-apertável.
(10) Vedação superior
As válvulas criogênicas são todas equipadas com uma estrutura de sede de vedação superior. A superfície de vedação superior deve ser revestida com carboneto de cobalto-cromo-tungstênio e polida após o acabamento.
(11) Superfície de vedação da sede da válvula, disco da válvula (comporta)
As partes de fechamento da válvula criogênica adotam uma estrutura de superfície de carboneto de cobalto-cromo-tungstênio. A estrutura de vedação macia só é adequada para válvulas criogênicas com temperaturas superiores a -70 grau devido ao grande coeficiente de expansão do politetrafluoroetileno e torna-se frágil em baixas temperaturas, mas o politrifluoroetileno pode ser usado para válvulas criogênicas com temperaturas de até {{3 }} grau .
(12) Parafusos do flange intermediário
Os parafusos devem ter resistência suficiente porque frequentemente quebram devido à fadiga ao trabalhar sob cargas repetidas. Como os parafusos podem facilmente causar concentração de tensão na raiz da rosca, são usados parafusos com estruturas totalmente rosqueadas.