Onde as válvulas são usadas

Onde as válvulas são usadas: em todos os lugares!

08 de novembro de 2017 Escrito por Greg Johnson

As válvulas podem ser encontradas em qualquer lugar hoje: em nossas casas, embaixo da rua, em edifícios comerciais e em milhares de lugares em usinas de energia e água, fábricas de papel, refinarias, fábricas de produtos químicos e outras instalações industriais e de infraestrutura.
A indústria de válvulas é realmente ampla, com segmentos variando de distribuição de água a energia nuclear e petróleo e gás upstream e downstream. Cada uma dessas indústrias de usuários finais usa alguns tipos básicos de válvulas; entretanto, os detalhes de construção e materiais são frequentemente muito diferentes. Aqui está uma amostra:

TRABALHOS DE ÁGUA
No mundo da distribuição de água, as pressões são quase sempre relativamente baixas e as temperaturas ambientes. Esses dois fatos de aplicação permitem uma série de elementos de projeto de válvula que não seriam encontrados em equipamentos mais desafiadores, como válvulas de vapor de alta temperatura. A temperatura ambiente do serviço de água permite o uso de elastômeros e vedações de borracha não adequados em outros lugares. Esses materiais macios permitem que as válvulas de água sejam equipadas para vedar hermeticamente as gotas.

Outra consideração em válvulas de serviço de água é a escolha dos materiais de construção. Os ferros fundidos e dúcteis são usados ​​extensivamente em sistemas de água, especialmente em linhas de grande diâmetro externo. Linhas muito pequenas podem ser tratadas muito bem com materiais de válvula de bronze.

As pressões que a maioria das válvulas do sistema hidráulico vê são geralmente bem abaixo de 200 psi. Isso significa que projetos de parede mais espessa de alta pressão não são necessários. Dito isto, existem casos em que as válvulas de água são construídas para suportar pressões mais elevadas, até cerca de 300 psi. Essas aplicações são geralmente em aquedutos longos próximos à fonte de pressão. Às vezes, válvulas de água de alta pressão também são encontradas nos pontos de alta pressão de uma barragem alta.

A American Water Works Association (AWWA) emitiu especificações cobrindo muitos tipos diferentes de válvulas e atuadores usados ​​em aplicações de sistemas hidráulicos.

WASTEWATER
O outro lado da água potável que vai para uma instalação ou estrutura é a saída de esgoto ou esgoto. Essas linhas coletam todos os fluidos e sólidos residuais e os direcionam para uma estação de tratamento de esgoto. Essas estações de tratamento apresentam muitos tubos e válvulas de baixa pressão para realizar seu "trabalho sujo". Os requisitos para válvulas de águas residuais em muitos casos são muito mais brandos do que os requisitos para serviços de água potável. Válvulas de retenção e comporta de ferro são as escolhas mais populares para este tipo de serviço. As válvulas padrão neste serviço são construídas de acordo com as especificações AWWA.

INDÚSTRIA DE ENERGIA
A maior parte da energia elétrica gerada nos Estados Unidos é gerada em usinas a vapor usando combustível fóssil e turbinas de alta velocidade. Retirar a tampa de uma moderna usina geraria uma visão de sistemas de tubulação de alta pressão e alta temperatura. Essas linhas principais são as mais críticas no processo de geração de energia a vapor.

As válvulas de gaveta continuam sendo a escolha principal para aplicações liga / desliga de usinas de energia, embora válvulas globo de padrão Y para fins especiais também sejam encontradas. Válvulas de esfera de alto desempenho e serviços essenciais estão ganhando popularidade com alguns projetistas de usinas de energia e estão fazendo incursões neste mundo outrora dominado por válvulas lineares.

A metalurgia é crítica para válvulas em aplicações de energia, especialmente aquelas que operam nas faixas de operação supercríticas ou ultrassupercríticas de pressão e temperatura. F91, F92, C12A, junto com vários Inconel e ligas de aço inoxidável são comumente usados ​​nas usinas de energia de hoje. As classes de pressão incluem 1.500, 2.500 e, em alguns casos, 4.500. A natureza moduladora das usinas de energia de pico (aquelas que operam apenas quando necessário) também coloca uma grande pressão sobre as válvulas e tubulações, exigindo projetos robustos para lidar com a combinação extrema de ciclagem, temperatura e pressão.
Além da válvula de vapor principal, as usinas de energia são carregadas com dutos auxiliares, preenchidos por uma miríade de válvulas de gaveta, globo, retenção, borboleta e esfera.

As usinas nucleares operam com o mesmo princípio de turbina a vapor / alta velocidade. A principal diferença é que em uma usina nuclear, o vapor é criado pelo calor do processo de fissão. As válvulas das usinas nucleares são semelhantes às de seus primos movidos a combustíveis fósseis, exceto por seu pedigree e pelo requisito adicional de confiabilidade absoluta. As válvulas nucleares são fabricadas de acordo com padrões extremamente elevados, com a documentação de qualificação e inspeção preenchendo centenas de páginas.

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PRODUÇÃO DE PETRÓLEO E GÁS
Poços de petróleo e gás e instalações de produção são grandes usuários de válvulas, incluindo muitas válvulas para serviços pesados. Embora jorros de óleo sendo expelidos por centenas de metros no ar não sejam mais prováveis ​​de ocorrer, a imagem ilustra a pressão potencial do petróleo e gás subterrâneos. É por isso que cabeças de poço ou árvores de Natal são colocadas no topo de um longo fio de tubo de poço. Esses conjuntos, com sua combinação de válvulas e acessórios especiais, são projetados para lidar com pressões acima de 10.000 psi. Embora raramente sejam encontradas em poços escavados em terra hoje em dia, as pressões extremamente altas são freqüentemente encontradas em poços profundos em alto mar.

O projeto do equipamento de cabeça de poço é coberto pelas especificações API, como 6A, Especificação para cabeça de poço e equipamento de árvore de Natal. As válvulas cobertas em 6A são projetadas para pressões extremamente altas, mas temperaturas modestas. A maioria das árvores de Natal contém válvulas de gaveta e válvulas globo especiais chamadas de chokes. Os estrangulamentos são usados ​​para regular o fluxo do poço.

Além das próprias cabeças de poço, muitas instalações auxiliares ocupam um campo de petróleo ou gás. O equipamento de processo para pré-tratar o óleo ou gás requer uma série de válvulas. Essas válvulas geralmente são de aço carbono classificado para classes mais baixas.

Ocasionalmente, um fluido altamente corrosivo - sulfeto de hidrogênio - está presente na corrente de petróleo bruto. Este material, também chamado de gás ácido, pode ser letal. Para vencer os desafios do gás ácido, materiais especiais ou técnicas de processamento de materiais de acordo com a especificação internacional MR0175 da NACE devem ser seguidos.

OFFSHORE INDUSTRY
Os sistemas de tubulação para plataformas de petróleo offshore e instalações de produção contêm uma infinidade de válvulas construídas com muitas especificações diferentes para lidar com a ampla variedade de desafios de controle de fluxo. Essas instalações também contêm vários loops de sistema de controle e dispositivos de alívio de pressão.

Para instalações de produção de óleo, o coração arterial é o verdadeiro sistema de tubulação de recuperação de óleo ou gás. Embora nem sempre na plataforma em si, muitos sistemas de produção usam árvores de Natal e sistemas de tubulação que operam em profundidades inóspitas de 10.000 pés ou mais. Este equipamento de produção é construído de acordo com muitos padrões exigentes do American Petroleum Institute (API) e referenciado em várias Práticas Recomendadas de API (RPs).

Na maioria das grandes plataformas de petróleo, processos adicionais são aplicados ao fluido bruto proveniente da cabeça do poço. Isso inclui a separação da água dos hidrocarbonetos e a separação do gás e dos líquidos de gás natural do fluxo de fluido. Esses sistemas de tubulação pós-árvore de Natal são geralmente construídos de acordo com os códigos de tubulação B31.3 da American Society of Mechanical Engineers com as válvulas projetadas de acordo com as especificações de válvula API, como API 594, API 600, API 602, API 608 e API 609.

Alguns desses sistemas também podem conter válvulas de gaveta, esfera e retenção API 6D. Uma vez que quaisquer dutos na plataforma ou navio de perfuração são internos à instalação, os requisitos estritos para usar válvulas API 6D para dutos não se aplicam. Embora vários tipos de válvula sejam usados ​​nesses sistemas de tubulação, o tipo de válvula de escolha é a válvula de esfera.

PIPELINES
Embora a maioria dos pipelines esteja oculta, sua presença geralmente é evidente. Pequenos sinais indicando “oleoduto de petróleo” são um indicador óbvio da presença de tubulação de transporte subterrâneo. Esses dutos são equipados com muitas válvulas importantes em todo o seu comprimento. Válvulas de fechamento de tubulação de emergência são encontradas em intervalos conforme especificado por padrões, códigos e leis. Essas válvulas têm o serviço vital de isolar uma seção de uma tubulação em caso de vazamento ou quando a manutenção é necessária.

Também espalhadas ao longo de uma rota de oleoduto estão as instalações onde a linha emerge do solo e o acesso à linha está disponível. Essas estações são o lar de equipamentos de lançamento “pig”, que consistem em dispositivos inseridos nos dutos para inspecionar ou limpar a linha. Essas estações de lançamento de pig geralmente contêm várias válvulas, sejam do tipo gaveta ou esfera. Todas as válvulas em um sistema de tubulação devem ser de porta completa (abertura total) para permitir a passagem de pigs.

Os dutos também precisam de energia para combater o atrito do duto e manter a pressão e o fluxo da linha. São usados ​​compressores ou estações de bombeamento que parecem pequenas versões de uma planta de processo sem as torres altas de rachaduras. Essas estações abrigam dezenas de válvulas de passagem, esfera e retenção de dutos.
Os próprios dutos são projetados de acordo com vários padrões e códigos, enquanto as válvulas de duto seguem as válvulas de duto API 6D.
Existem também dutos menores que alimentam casas e estruturas comerciais. Essas linhas fornecem água e gás e são protegidas por válvulas de corte.
Grandes municípios, principalmente na parte norte dos Estados Unidos, fornecem vapor para as necessidades de aquecimento de clientes comerciais. Essas linhas de fornecimento de vapor são equipadas com uma variedade de válvulas para controlar e regular o fornecimento de vapor. Embora o fluido seja vapor, as pressões e temperaturas são inferiores às encontradas na geração de vapor da usina. Uma variedade de tipos de válvula é usada neste serviço, embora a venerável válvula macho ainda seja uma escolha popular.

REFINARIA E PETROQUÍMICA
As válvulas de refinaria são responsáveis ​​por mais uso de válvula industrial do que qualquer outro segmento de válvula. As refinarias são o lar de fluidos corrosivos e, em alguns casos, de altas temperaturas.
Esses fatores ditam como as válvulas são construídas de acordo com as especificações de projeto de válvula API, como API 600 (válvulas gaveta), API 608 (válvulas esféricas) e API 594 (válvulas de retenção). Por causa do serviço severo encontrado por muitas dessas válvulas, muitas vezes é necessária uma tolerância extra para corrosão. Essa permissão é manifestada por meio de espessuras de parede maiores que são especificadas nos documentos de projeto da API.

Praticamente todos os principais tipos de válvula podem ser encontrados em abundância em uma grande refinaria típica. A onipresente válvula de gaveta ainda é a rainha da colina com a maior população, mas as válvulas de um quarto de volta estão conquistando uma parte cada vez maior de sua participação no mercado. Os produtos de um quarto de volta que estão fazendo incursões de sucesso nesta indústria (que já foi dominada por produtos lineares) incluem válvulas borboleta de deslocamento triplo de alto desempenho e válvulas de esfera com sede de metal.

Válvulas de gaveta, globo e retenção padrão ainda são encontradas em massa e, devido à robustez de seu design e economia de fabricação, não desaparecerão tão cedo.
As classificações de pressão para válvulas de refinaria variam da Classe 150 à Classe 1500, sendo a Classe 300 a mais popular.
Aços carbono simples, como classe WCB (fundido) e A-105 (forjado) são os materiais mais populares especificados e usados ​​em válvulas para serviço de refinaria. Muitas aplicações de processo de refino ultrapassam os limites superiores de temperatura dos aços carbono simples, e ligas de alta temperatura são especificadas para essas aplicações. Os mais populares são os aços cromo / molibdênio, como 1-1 / 4% Cr, 2-1 / 4% Cr, 5% Cr e 9% Cr. Os aços inoxidáveis ​​e ligas com alto teor de níquel também são usados ​​em alguns processos de refino particularmente severos.

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QUÍMICO
A indústria química é grande usuária de válvulas de todos os tipos e materiais. De pequenas usinas de lote a enormes complexos petroquímicos encontrados na Costa do Golfo, as válvulas são uma grande parte dos sistemas de tubulação de processos químicos.

A maioria das aplicações em processos químicos tem pressão mais baixa do que muitos processos de refino e geração de energia. As classes de pressão mais populares para válvulas e tubulações de fábricas de produtos químicos são as Classes 150 e 300. As fábricas de produtos químicos também têm sido os maiores impulsionadores da aquisição de participação de mercado que as válvulas de esfera lutaram contra as lineares nos últimos 40 anos. A válvula de esfera de sede resiliente, com seu fechamento de vazamento zero, é um ajuste perfeito para muitas aplicações em fábricas de produtos químicos. O tamanho compacto da válvula de esfera também é um recurso popular.
Ainda existem algumas fábricas de produtos químicos e processos de fábrica onde as válvulas lineares são preferidas. Nesses casos, as populares válvulas projetadas pelo API 603, com paredes mais finas e pesos mais leves, geralmente são as válvulas gaveta ou globo de escolha. O controle de alguns produtos químicos também é realizado de forma eficaz com válvulas de diafragma ou de aperto.
Devido à natureza corrosiva de muitos produtos químicos e processos de fabricação de produtos químicos, a seleção do material é crítica. O material padrão é o grau 316 / 316L de aço inoxidável austenítico. Este material funciona bem para combater a corrosão de uma série de fluidos às vezes desagradáveis.

Para algumas aplicações corrosivas mais difíceis, é necessária mais proteção. Outras classes de aço inoxidável austenítico de alto desempenho, como 317, 347 e 321, são frequentemente escolhidas nessas situações. Outras ligas que são usadas de tempos em tempos para controlar fluidos químicos incluem Monel, Alloy 20, Inconel e 17-4 PH.

SEPARAÇÃO DE GNL E GÁS
Tanto o gás natural liquefeito (GNL) quanto os processos necessários para a separação do gás dependem de extensas tubulações. Essas aplicações requerem válvulas que podem operar em temperaturas criogênicas muito baixas. A indústria de GNL, que está crescendo rapidamente nos Estados Unidos, busca continuamente atualizar e melhorar o processo de liquefação de gás. Para este fim, tubulações e válvulas se tornaram muito maiores e os requisitos de pressão aumentaram.

Esta situação exigiu que os fabricantes de válvulas desenvolvessem projetos para atender a parâmetros mais rígidos. As válvulas de esfera e borboleta de um quarto de volta são populares para serviços de GNL, com 316ss [aço inoxidável] o material mais popular. ANSI Classe 600 é o limite de pressão usual para a maioria das aplicações de GNL. Embora os produtos de um quarto de volta sejam os tipos de válvula mais populares, válvulas de gaveta, globo e retenção também podem ser encontradas nas fábricas.

O serviço de separação de gás envolve a divisão do gás em seus elementos básicos individuais. Por exemplo, os métodos de separação de ar produzem nitrogênio, oxigênio, hélio e outros gases residuais. A natureza de temperatura muito baixa do processo significa que muitas válvulas criogênicas são necessárias.

Ambas as plantas de LNG e de separação de gás têm válvulas de baixa temperatura que devem permanecer operacionais nessas condições criogênicas. Isso significa que o sistema de engaxetamento da válvula deve ser elevado para longe do fluido de baixa temperatura por meio do uso de uma coluna de gás ou condensação. Esta coluna de gás evita que o fluido forme uma bola de gelo ao redor da área de embalagem, o que impediria a haste da válvula de girar ou subir.

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EDIFÍCIOS COMERCIAIS
Prédios comerciais nos cercam, mas a menos que prestemos muita atenção à medida que são construídos, temos poucas pistas sobre a multiplicidade de artérias fluidas escondidas dentro de suas paredes de alvenaria, vidro e metal.

Um denominador comum em praticamente todos os edifícios é a água. Todas essas estruturas contêm uma variedade de sistemas de tubulação que transportam muitas combinações do composto de hidrogênio / oxigênio na forma de fluidos potável, águas residuais, água quente, água cinza e proteção contra incêndio.

Do ponto de vista da sobrevivência do edifício, os sistemas de incêndio são os mais críticos. A proteção contra incêndio em edifícios é alimentada e preenchida quase que universalmente com água limpa. Para que os sistemas de água de incêndio sejam eficazes, eles devem ser confiáveis, ter pressão suficiente e estar convenientemente localizados em toda a estrutura. Esses sistemas são projetados para energizar automaticamente em caso de incêndio.
Prédios altos exigem o mesmo serviço de pressão de água nos andares superiores e inferiores, portanto, bombas de alta pressão e tubulações devem ser usadas para levar a água para cima. Os sistemas de tubulação são geralmente Classe 300 ou 600, dependendo da altura do edifício. Todos os tipos de válvulas são usados ​​nessas aplicações; entretanto, os projetos de válvula devem ser aprovados pelo Underwriters Laboratories ou pela Factory Mutual para serviços de bombeiros.

As mesmas classes e tipos de válvulas usadas para válvulas de serviço de incêndio são usadas para distribuição de água potável, embora o processo de aprovação não seja tão rígido.
Os sistemas comerciais de ar condicionado encontrados em grandes estruturas comerciais, como edifícios de escritórios, hotéis e hospitais, são geralmente centralizados. Eles têm uma grande unidade de resfriamento ou caldeira para resfriar ou aquecer o fluido usado para transferir frio ou alta temperatura. Esses sistemas geralmente precisam lidar com refrigerantes como R-134a, um hidro-fluorocarbono ou, no caso de grandes sistemas de aquecimento, vapor. Devido ao tamanho compacto das válvulas borboleta e esféricas, esses tipos se tornaram populares em sistemas de chiller HVAC.

No lado do vapor, algumas válvulas de um quarto de volta fizeram incursões no uso, mas muitos engenheiros de encanamento ainda dependem de válvulas de gaveta linear e globo, especialmente se a tubulação requer extremidades soldadas. Para essas aplicações de vapor moderado, o aço tomou o lugar do ferro fundido por causa da soldabilidade do aço.

Alguns sistemas de aquecimento usam água quente em vez de vapor como fluido de transferência. Esses sistemas são bem servidos por válvulas de bronze ou ferro. As válvulas de esfera e borboleta de um quarto de volta com sede resiliente são muito populares, embora alguns projetos lineares ainda sejam usados.

CONCLUSÃO
Embora as evidências das aplicações das válvulas mencionadas neste artigo possam não ser visíveis durante uma viagem ao Starbucks ou à casa da vovó, algumas válvulas muito importantes estão sempre por perto. Existem até válvulas no motor do carro usadas para chegar a esses lugares, como as do carburador que controlam o fluxo de combustível para o motor e as do motor que controlam o fluxo de gasolina para dentro e para fora novamente. E se essas válvulas não estão perto o suficiente de nossa vida cotidiana, considere a realidade de que nosso coração bate regularmente por meio de quatro dispositivos de controle de fluxo vital.

Este é apenas mais um exemplo da realidade que: as válvulas estão realmente em toda parte. VM
A Parte II deste artigo cobre indústrias adicionais onde as válvulas são usadas. Acesse www.valvemagazine.com para ler sobre celulose e papel, aplicações marítimas, barragens e energia hidrelétrica, solar, ferro e aço, aeroespacial, geotérmica e cervejaria e destilação artesanal.

GREG JOHNSON é presidente da United Valve (www.unitedvalve.com) em Houston. Ele é um editor colaborador da VALVE Magazine, ex-presidente do Valve Repair Council e atual membro do conselho da VRC. Ele também atua no Comitê de Educação e Treinamento da VMA, é vice-presidente do Comitê de Comunicação da VMA e ex-presidente da Sociedade de Padronização de Fabricantes. 


Horário da postagem: 29/09/2020

Inscrição

Underground pipeline

Gasoduto subterrâneo

Irrigation System

Sistema de irrigação

Water Supply System

Sistema de abastecimento de água

Equipment supplies

Suprimentos de equipamentos