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 prédios comerciais e em milhares de lugares dentro de 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 que variam desde a distribuição de água até a energia nuclear e até petróleo e gás upstream e downstream.Cada uma dessas indústrias de usuários finais usa alguns tipos básicos de válvulas;no entanto, os detalhes de construção e materiais costumam ser muito diferentes.Aqui está uma amostra:

OBRAS 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 vários 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 que não são adequadas em outros lugares.Esses materiais macios permitem que as válvulas de água sejam equipadas para selar firmemente os pingos.

Outra consideração em válvulas de serviço de água é a escolha de materiais de construção.Os ferros fundidos e dúcteis são amplamente utilizados 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 de distribuição de água veem geralmente estão bem abaixo de 200 psi.Isso significa que projetos de alta pressão com paredes mais grossas não são necessários.Dito isto, há casos em que as válvulas de água são construídas para lidar com pressões mais altas, até cerca de 300 psi.Essas aplicações são geralmente em longos aquedutos próximos à fonte de pressão.Às vezes, válvulas de água de alta pressão também são encontradas nos pontos de maior pressão em uma barragem alta.

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

ÁGUA RESIDUAL
O outro lado da água potável que entra em uma instalação ou estrutura é a saída de águas residuais ou esgoto.Essas linhas coletam todos os resíduos líquidos e sólidos e os direcionam para uma estação de tratamento de esgoto.Essas estações de tratamento apresentam muitas tubulações 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 limpa.As válvulas de gaveta e retenção de ferro são as escolhas mais populares para esse tipo de serviço.As válvulas padrão neste serviço são construídas de acordo com as especificações da AWWA.

INDÚSTRIA DE ENERGIA
A maior parte da energia elétrica gerada nos Estados Unidos é gerada em usinas a vapor que usam combustível fóssil e turbinas de alta velocidade.Descascar a tampa de uma usina de energia moderna renderia 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 a ser a principal escolha para aplicações liga/desliga de usinas de energia, embora também sejam encontradas válvulas globo de padrão Y para fins especiais.Válvulas de esfera de serviço crítico de alto desempenho 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 supercrítica ou ultra-supercrítica de pressão e temperatura.F91, F92, C12A, juntamente 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 modulante das usinas de pico (aquelas que operam apenas quando necessário) também coloca uma enorme pressão sobre as válvulas e tubulações, exigindo projetos robustos para lidar com a combinação extrema de ciclagem, temperatura e pressão.
Além das válvulas de vapor principais, as usinas de energia são carregadas com tubulações auxiliares, preenchidas 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 de usinas nucleares são semelhantes às suas primas de combustível fóssil, exceto por seu pedigree e a exigência adicional de confiabilidade absoluta.As válvulas nucleares são fabricadas com padrões extremamente elevados, com a documentação de qualificação e inspeção preenchendo centenas de páginas.

PRODUÇÃO DE PETRÓLEO E GÁS
Poços de petróleo e gás e instalações de produção são grandes usuários de válvulas, incluindo muitas válvulas de serviço pesado.Embora não seja mais provável que jorros de petróleo expelindo centenas de pés no ar ocorram, a imagem ilustra a pressão potencial do petróleo e gás subterrâneo.É por isso que cabeças de poço ou árvores de Natal são colocadas no topo de um longo tubo de poço.Esses conjuntos, com sua combinação de válvulas e conexões especiais, são projetados para lidar com pressões acima de 10.000 psi.Embora raramente encontrados em poços cavados em terra hoje em dia, as pressões extremamente altas são frequentemente encontradas em poços offshore profundos.

O projeto do equipamento de cabeça de poço é coberto pelas especificações API, como 6A, Especificação para Equipamento de Cabeça de Poço e 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 estrangulamentos.Os chokes são usados ​​para regular o fluxo do poço.

Além das próprias cabeças de poço, muitas instalações auxiliares preenchem um campo de petróleo ou gás.O equipamento de processo para pré-tratar o óleo ou gás requer várias válvulas.Essas válvulas são geralmente de aço carbono classificadas para classes inferiores.

Ocasionalmente, um fluido altamente corrosivo - sulfeto de hidrogênio - está presente no fluxo de petróleo bruto.Esse material, também chamado de gás azedo, pode ser letal.Para vencer os desafios do gás azedo, materiais especiais ou técnicas de processamento de materiais de acordo com a especificação NACE International MR0175 devem ser seguidos.

INDÚSTRIA OFFSHORE
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 petróleo, o coração arterial é o sistema de tubulação de recuperação de petróleo ou gás.Embora nem sempre na própria plataforma, 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 (RPs) do API.

Na maioria das grandes plataformas de petróleo, processos adicionais são aplicados ao fluido bruto proveniente da boca do poço.Isso inclui a separação de água dos hidrocarbonetos e a separação de gás e líquidos de gás natural do fluxo de fluido.Esses sistemas de tubulação de árvore pós-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 válvulas sejam usados ​​nesses sistemas de tubulação, o tipo de válvula de escolha é a válvula de esfera.

DUAS
Embora a maioria dos pipelines esteja oculta, sua presença geralmente é evidente.Pequenos sinais indicando “duto de petróleo” são um indicador óbvio da presença de tubulação de transporte subterrâneo.Essas tubulações são equipadas com muitas válvulas importantes ao longo de todo o seu comprimento.As válvulas de fechamento de tubulação de emergência são encontradas em intervalos especificados por normas, códigos e leis.Essas válvulas servem para o serviço vital de isolar uma seção de uma tubulação em caso de vazamento ou quando for necessária manutenção.

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 abrigam o equipamento de lançamento “pig”, que consiste em dispositivos inseridos nos dutos para inspecionar ou limpar a linha.Essas estações de lançamento de pigs geralmente contêm várias válvulas, sejam do tipo gaveta ou esfera.Todas as válvulas em um sistema de tubulação devem ser full-port (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 se parecem com pequenas versões de uma planta de processo sem as altas torres de craqueamento.Essas estações abrigam dezenas de válvulas de gaveta, esfera e retenção.
As próprias tubulações são projetadas de acordo com vários padrões e códigos, enquanto as válvulas de tubulação seguem API 6D Pipeline Valves.
Existem também tubulações menores que alimentam casas e estruturas comerciais.Essas linhas fornecem água e gás e são protegidas por válvulas de fechamento.
Grandes municípios, particularmente na parte norte dos Estados Unidos, fornecem vapor para 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 mais baixas do que as encontradas na geração de vapor de uma usina.Uma variedade de tipos de válvulas são usadas 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 válvulas industriais do que qualquer outro segmento de válvulas.As refinarias abrigam fluidos corrosivos e, em alguns casos, altas temperaturas.
Esses fatores determinam como as válvulas são construídas de acordo com as especificações de projeto de válvula API, como API 600 (válvulas gaveta), API 608 (válvulas esfera) e API 594 (válvulas de retenção).Por causa do serviço difícil encontrado por muitas dessas válvulas, geralmente é necessária tolerância extra para corrosão.Essa permissão se manifesta por meio de espessuras de parede maiores que são especificadas nos documentos de projeto da API.

Praticamente todos os principais tipos de válvulas 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 parcela cada vez maior de sua participação no mercado.Os produtos de um quarto de volta que fazem incursões bem-sucedidas neste setor (que também já foi dominado por produtos lineares) incluem válvulas borboleta de deslocamento triplo de alto desempenho e válvulas de esfera com sede de metal.

As válvulas gaveta, globo e retenção padrão ainda são encontradas em massa e, devido ao seu design e economia de fabricação, não desaparecerão tão cedo.
As classificações de pressão para válvulas de refinaria vão da classe 150 à classe 1500, sendo a classe 300 a mais popular.
Aços de carbono simples, como grau WCB (fundido) e A-105 (forjado) são os materiais mais populares especificados e usados ​​em válvulas para serviço de refinaria.Muitas aplicações de processos de refino ultrapassam os limites superiores de temperatura dos aços carbono simples, e as 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.Aços inoxidáveis ​​e ligas com alto teor de níquel também são usados ​​em alguns processos de refino particularmente severos.

QUÍMICO
A indústria química é grande usuária de válvulas de todos os tipos e materiais.De pequenas fábricas de lotes 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 foram os maiores impulsionadores da aquisição de participação de mercado que as válvulas de esfera conquistaram das válvulas lineares nos últimos 40 anos.A válvula de esfera com sede resiliente, com fechamento sem vazamento, é perfeita para muitas aplicações em plantas químicas.O tamanho compacto da válvula de esfera também é um recurso popular.
Ainda existem algumas fábricas de produtos químicos e processos em que as válvulas lineares são preferidas.Nesses casos, as populares válvulas projetadas pela 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 efetivamente realizado com válvulas de diafragma ou manga flexível.
Devido à natureza corrosiva de muitos produtos químicos e processos de fabricação de produtos químicos, a seleção de materiais é crítica.O material de fato 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.Outros tipos de aço inoxidável austenítico de alto desempenho, como 317, 347 e 321, são frequentemente escolhidos 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 líquido (GNL) quanto os processos necessários para a separação de gás dependem de tubulações extensas.Essas aplicações requerem válvulas que possam operar em temperaturas criogênicas muito baixas.A indústria de GNL, que está crescendo rapidamente nos Estados Unidos, está continuamente procurando atualizar e melhorar o processo de liquefação de gás.Para este fim, tubulações e válvulas tornaram-se muito maiores e os requisitos de pressão foram aumentados.

Essa 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, sendo o aço inoxidável 316ss [aço inoxidável] o material mais popular.ANSI Classe 600 é o teto de pressão usual para a maioria das aplicações de GNL.Embora os produtos de um quarto de volta sejam os tipos de válvulas mais populares, as válvulas 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, 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.

Tanto as plantas de GNL quanto as de separação de gás possuem válvulas de baixa temperatura que devem permanecer operáveis ​​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 um gás ou coluna de condensação.Essa coluna de gás evita que o fluido forme uma bola de gelo ao redor da área de vedação, o que impediria que a haste da válvula girasse ou subisse.

EDIFÍCIOS COMERCIAIS
Edifícios 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 transportando muitas combinações do composto de hidrogênio/oxigênio na forma de fluidos potáveis, águas residuais, água quente, água cinza e proteção contra incêndio.

Do ponto de vista de sobrevivência do edifício, os sistemas de incêndio são os mais críticos.A proteção contra incêndio em edifícios é quase universalmente alimentada e preenchida com água limpa.Para que os sistemas de água contra 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 requerem o mesmo serviço de pressão de água nos andares superiores e nos andares inferiores, de modo que bombas e tubulações de alta pressão 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;no entanto, os projetos das válvulas devem ser aprovados pelo Underwriters Laboratories ou pela Factory Mutual para serviço principal contra incêndio.

As mesmas classes e tipos de válvulas usadas para válvulas de bombeiros são usadas para distribuição de água potável, embora o processo de aprovação não seja tão rigoroso.
Os sistemas comerciais de ar condicionado encontrados em grandes estruturas comerciais, como prédios de escritórios, hotéis e hospitais, geralmente são 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 hidrofluorcarbono ou, no caso de grandes sistemas de aquecimento, vapor.Devido ao tamanho compacto das válvulas borboleta e esfera, esses tipos se tornaram populares em sistemas de refrigeração 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 exigir 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 com sede resiliente de um quarto de volta são muito populares, embora alguns designs lineares ainda sejam usados.

CONCLUSÃO
Embora as evidências das aplicações das válvulas mencionadas neste artigo possam não ser visíveis durante uma ida 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 dentro do motor e as do motor que controlam o fluxo de gasolina para dentro e para fora dos pistões.E se essas válvulas não estiverem próximas o suficiente de nossa vida cotidiana, considere a realidade de que nossos corações batem regularmente por meio de quatro dispositivos vitais de controle de fluxo.

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

GREG JOHNSON é presidente da United Valve (www.unitedvalve.com) em Houston.Ele é 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 do VMA, é vice-presidente do Comitê de Comunicações do VMA e ex-presidente da Manufacturers Standardization Society.