Até agora, os cenários de aplicação criogênica que exigem vedação de válvula bidirecional usavam principalmente dois tipos de válvulas, ou seja, válvulas globo e válvulas de esfera fixas/válvulas de esfera fixas montadas no topo.No entanto com o desenvolvimento bem sucedido da válvula de esfera criogênica bidirecional os projetistas do sistema obtiveram uma opção mais atraente do que as válvulas de esfera tradicionais-válvulas de esfera flutuantes.Possui vazão mais alta, não tem restrição na direção do fluxo e direção de vedação do meio e pode operar com segurança em condições criogênicas.E o tamanho é menor, o peso é mais leve e a estrutura é mais simples.
Os cenários de aplicação criogênica que exigem válvulas incluem a entrada/saída de tanques de armazenamento para enchimento e descarga, pressurização de tubulações vazias fechadas, gaseificação e liquefação, tubulações multiuso para vários sistemas em estações terminais de GNL, sistemas de transporte e navios-tanque, sistemas de distribuição, bombeamento estações e postos de abastecimento de combustível GNL, bem como conjuntos de válvulas de gás natural (GVUs) relacionados a motores bicombustíveis em navios.
Nos cenários de aplicação mencionados acima, válvulas de corte bidirecionais são geralmente usadas para controlar e desligar o fluido médio.Em comparação com tipos alternativos, comoválvulas de esfera, eles têm vários problemas:
O coeficiente de fluxo (Cv) é baixo – isso afetará a seleção de todos os tamanhos de tubos relevantes e se tornará um potencial gargalo que restringirá a capacidade de fluxo do sistema.
· Necessidade de configurar atuadores lineares para executar funções de fechamento e controle - em comparação com os atuadores rotativos retangulares usados para controlar e operar válvulas esfera e outras válvulas rotativas retangulares, esse tipo de equipamento possui uma estrutura mais complexa e é caro.O custo e a complexidade estrutural de um conjunto completo de equipamentos de válvulas e atuadores são muito proeminentes.
· 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 óbvios, porque estes sistemas devem ser mais pequenos, mais económicos e ter a maior capacidade de fluxo, a fim de encurtar o ciclo de carga e descarga.
O coeficiente de fluxo da válvula esférica é superior ao da válvula globo do mesmo tamanho.Em outras palavras, eles 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 de todo o sistema são significativamente reduzidos.Ao mesmo tempo, pode aumentar significativamente o retorno do investimento (ROI) dos sistemas relacionados.
Obviamente, as válvulas de esfera flutuante criogênicas padrão são unidirecionais, o que não é adequado para os cenários mencionados acima que exigem vedação de válvula bidirecional.
Unidirecional versus bidirecional
Conforme mostrado na Figura 1, a válvula de esfera flutuante padrão para condições criogênicas possui um orifício de alívio de pressão no lado a montante da esfera da válvula para evitar que a pressão se acumule e aumente quando o meio sofre uma mudança de fase.Quando a válvula está na posição fechada, o gás natural liquefeito encerrado na cavidade do corpo da válvula começará a evaporar e expandir, e o volume pode atingir 600 vezes o volume original após ser totalmente expandido, o que pode causar o estouro da válvula .Para evitar esta situação, a maioria das válvulas de esfera flutuante padrão adotou um mecanismo de alívio de pressão de abertura a montante.Por causa disso, as válvulas esfera tradicionais não podem ser usadas em situações que exigem vedação bidirecional.
E este é o estágio onde a válvula de esfera flutuante criogênica bidirecional pode mostrar seus talentos.A diferença entre esta válvula e a válvula criogênica unidirecional padrão é:
· Não há abertura na esfera da válvula para aliviar a pressão
· Pode selar fluido em ambas as direções
· Não há abertura na esfera da válvula para aliviar a pressão
· Pode selar fluido 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 encerrado na cavidade do corpo da válvula, evitando assim o estouro da válvula, 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, para que a válvula tenha uma função de segurança contra incêndio.A menos que um acidente catastrófico provoque a queima das partes poliméricas da válvula, a vedação secundária não entrará em contato com o meio.Em caso de acidente, a vedação de segundo nível cumprirá a função de proteção contra incêndio.
Vantagens das válvulas bidirecionais
Em comparação com válvulas globo, válvulas de esfera fixas e montadas na parte superior, a válvula de esfera flutuante criogênica bidirecional tem todas as vantagens de uma válvula de esfera de alto coeficiente de fluxo e não há restrição na direção do fluido e da vedação.Pode ser utilizado com segurança em condições criogênicas;o tamanho é relativamente pequeno e a 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 montadas na parte superior, a válvula de esfera flutuante criogênica bidirecional tem todas as vantagens de uma válvula de esfera de alto coeficiente de fluxo e não há restrição na direção do fluido e da vedação.Pode ser utilizado com segurança em condições criogênicas;o tamanho é relativamente pequeno e a 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 com funções semelhantes do ponto de vista de manutenção, tamanho, peso, nível de torque, dificuldade de controle e custo geral, e resume de forma abrangente suas vantagens e desvantagens.
Se uma pequena instalação de GNL quebrar a convenção e adotar uma válvula de esfera criogênica bidirecional, ela poderá aproveitar ao máximo as vantagens exclusivas da válvula de esfera, ou seja, diâmetro total, alta vazão e alta taxa de descarga da tubulação.Relativamente falando, ele pode suportar tubos de tamanhos menores enquanto mantém a mesma vazão, de modo que pode reduzir o volume total, o peso e a complexidade do sistema, além de reduzir o custo do sistema de tubulação.
O artigo anterior apresentou as vantagens de ser utilizada como válvula de corte.Se usada como válvula de controle, as vantagens serão mais óbvias.Se for utilizada a válvula esfera rotativa em ângulo reto, a complexidade do kit de automação da válvula será significativamente reduzida, tornando-se um item opcional para o sistema criogênico.
O conteúdo mais básico do kit de automação mencionado acima é a válvula esfera flutuante criogênica bidirecional simples e prática e o atuador rotativo retangular com estrutura simples e alta eficiência de custos.
Em suma, a válvula de esfera flutuante criogênica bidirecional tem um significado positivo “subversivo” para o sistema de tubulação criogênica.Em pequenas instalações de GNL, pode aproveitar plenamente as suas vantagens.
Nos últimos anos, este novo produto foi verificado em aplicações práticas, provando que tem um significado positivo para o custo do projeto e para a operação confiável do sistema a longo prazo.
Horário da postagem: 17 de junho de 2021