Até o momento, os cenários de aplicação criogênica que exigem vedação por válvulas bidirecionais têm utilizado principalmente dois tipos de válvulas: válvulas globo e válvulas de esfera fixas/válvulas de esfera fixas com montagem superior. No entanto, com o desenvolvimento bem-sucedido da válvula de esfera criogênica bidirecional, os projetistas de sistemas obtiveram uma opção mais atraente do que as válvulas de esfera tradicionais.válvulas de esfera flutuantesPossui uma vazão maior, não apresenta restrições quanto à direção do fluxo e da vedação do fluido, e pode operar com segurança em condições criogênicas. Além disso, é menor, mais leve e tem uma estrutura mais simples.
Os cenários de aplicação criogênica que requerem válvulas incluem a entrada/saída de tanques de armazenamento para enchimento e descarga, pressurização de dutos vazios e fechados, gaseificação e liquefação, dutos multiuso para diversos sistemas em terminais de GNL, sistemas de transporte marítimo e navios-tanque, sistemas de distribuição, estações de bombeamento e postos de abastecimento de GNL, bem como conjuntos de válvulas de gás natural (GVUs) relacionados a motores bicombustíveis em navios.
Nos cenários de aplicação mencionados acima, as válvulas de bloqueio bidirecionais são geralmente usadas para controlar e interromper o fluxo do fluido. Comparadas com outros tipos de válvulas, como...válvulas de esferaEles têm vários problemas:
O coeficiente de vazão (Cv) é baixo – isso afetará a seleção de todos os tamanhos de tubulação relevantes e se tornará um potencial gargalo, restringindo a capacidade de vazão do sistema.
• É necessário configurar atuadores lineares para executar funções de fechamento e controle. Em comparação com os atuadores rotativos retangulares usados para controlar e operar válvulas de esfera e outras válvulas rotativas retangulares, esse tipo de equipamento possui uma estrutura mais complexa e é mais caro. O custo e a complexidade estrutural de um conjunto completo de válvula e atuador são bastante expressivos.
• Se a válvula de corte for usada para realizar a função de desligamento de emergência exigida por muitos sistemas de GNL, a complexidade será ainda maior.
Para pequenas instalações de GNL (SSLNG), os problemas acima serão mais evidentes, pois esses sistemas precisam ser menores, mais econômicos e ter a maior capacidade de vazão possível para reduzir o ciclo de carga e descarga.
O coeficiente de vazão da válvula de esfera é maior do que o da válvula globo do mesmo tamanho. Em outras palavras, elas são menores em tamanho sem afetar a vazão. Isso significa que o tamanho, o peso e o custo de todo o sistema de tubulação, e até mesmo do sistema completo, são significativamente reduzidos. Ao mesmo tempo, isso pode aumentar significativamente o retorno sobre o investimento (ROI) dos sistemas relacionados.
Obviamente, as válvulas de esfera flutuantes criogênicas padrão são unidirecionais, o que não é adequado para os cenários mencionados acima que exigem a vedação de uma válvula bidirecional.
Sentido único versus sentido duplo
Conforme ilustrado na Figura 1, a válvula de esfera flutuante padrão para condições criogênicas possui um orifício de alívio de pressão no lado de entrada da esfera para evitar o acúmulo e aumento da pressão durante a mudança de fase do fluido. Quando a válvula está fechada, o gás natural liquefeito (GNL) contido na cavidade do corpo da válvula começa a evaporar e expandir, podendo atingir um volume até 600 vezes maior que o original após a expansão completa, o que pode causar o rompimento da válvula. Para evitar essa situação, a maioria das válvulas de esfera flutuantes padrão adota um mecanismo de alívio de pressão com abertura na entrada. Devido a isso, as válvulas de esfera tradicionais não podem ser utilizadas em situações que exigem vedação bidirecional.
E é neste ponto que a válvula de esfera flutuante criogênica bidirecional pode demonstrar suas vantagens. A diferença entre esta válvula e a válvula criogênica unidirecional padrão é:
• Não há abertura na esfera da válvula para aliviar a pressão.
• Pode vedar fluidos em ambas as direções
• Não há abertura na esfera da válvula para aliviar a pressão.
• Pode vedar fluidos em ambas as direções
Na válvula de esfera flutuante criogênica bidirecional, a sede da válvula com mola bidirecional substitui o mecanismo de alívio de pressão de abertura a montante. A sede da válvula com mola pode liberar a pressão excessiva gerada pelo gás natural liquefeito contido na cavidade do corpo da válvula, evitando assim que a válvula se rompa, conforme mostrado na Figura 2.
Além disso, a sede da válvula com mola ajuda a manter a válvula com um torque mais baixo e a obter uma operação mais suave em condições criogênicas.
A válvula de esfera flutuante criogênica bidirecional é equipada com um anel de vedação de grafite de segundo estágio, conferindo à válvula uma função de segurança contra incêndio. A menos que ocorra um acidente catastrófico que cause a combustão das partes poliméricas da válvula, a vedação secundária não entrará em contato com o fluido. Em caso de acidente, a vedação de segundo estágio garantirá a proteção contra incêndio.
Vantagens das válvulas de duas vias
Em comparação com válvulas globo, válvulas de esfera fixas e válvulas de esfera com montagem superior fixa, a válvula de esfera flutuante criogênica de duas vias possui todas as vantagens de uma válvula de esfera com alto coeficiente de vazão, sem restrições quanto ao fluido e à direção da vedação. Pode ser usada com segurança em condições criogênicas; seu tamanho é relativamente pequeno e sua estrutura é relativamente simples. O atuador correspondente também é relativamente simples (rotação em ângulo reto) e miniaturizado. Essas vantagens significam que todo o sistema é menor, mais leve e mais econômico.
Em comparação com válvulas globo, válvulas de esfera fixas e válvulas de esfera com montagem superior fixa, a válvula de esfera flutuante criogênica de duas vias possui todas as vantagens de uma válvula de esfera com alto coeficiente de vazão, sem restrições quanto ao fluido e à direção da vedação. Pode ser usada com segurança em condições criogênicas; seu tamanho é relativamente pequeno e sua estrutura é relativamente simples. O atuador correspondente também é relativamente simples (rotação em ângulo reto) e miniaturizado. Essas vantagens significam que todo o sistema é menor, mais leve e mais econômico.
A Tabela 1 compara a válvula de esfera flutuante criogênica bidirecional com outras válvulas de funções semelhantes, considerando aspectos como manutenção, tamanho, peso, nível de torque, dificuldade de controle e custo total, e resume de forma abrangente suas vantagens e desvantagens.
Se uma pequena instalação de GNL romper com a convenção e adotar uma válvula de esfera criogênica de duas vias, poderá aproveitar ao máximo as vantagens exclusivas dessa válvula, ou seja, diâmetro total, alta vazão e alta taxa de descarga na tubulação. Em termos relativos, ela permite o uso de tubulações de menor diâmetro, mantendo a mesma vazão, o que reduz o volume, o peso e a complexidade totais do sistema, além de diminuir o custo do sistema de tubulação.
O artigo anterior apresentou as vantagens de sua utilização como válvula de bloqueio. Se utilizada como válvula de controle, as vantagens serão ainda mais evidentes. Com o uso da válvula de esfera rotativa de ângulo reto, a complexidade do kit de automação da válvula será significativamente reduzida, tornando-a um item opcional para sistemas criogênicos.
O conteúdo mais básico do kit de automação mencionado acima é a válvula de esfera flutuante criogênica bidirecional, simples e prática, e o atuador rotativo retangular, com estrutura simples e alta relação custo-benefício.
Em resumo, a válvula de esfera flutuante criogênica bidirecional tem um significado positivo "subversivo" para o sistema de gasodutos criogênicos. Em pequenas instalações de GNL, ela pode explorar ao máximo suas vantagens.
Nos últimos anos, este novo produto foi verificado em aplicações práticas, comprovando sua importância positiva para o custo do projeto e para a operação confiável do sistema a longo prazo.
Data da publicação: 17 de junho de 2021