Come scegliere le valvole a sfera per applicazioni ad alta pressione
La selezione di una valvola a sfera per servizio ad alta pressione non è solo una questione di scelta di una classe di pressione superiore. Una selezione affidabile di valvole a sfera ad alta pressione dovrebbe considerare la struttura della valvola, la classificazione pressione-temperatura, il design della sede, i materiali del corpo e del trim, la connessione finale, lo sfiato della pressione in cavità, i requisiti di collaudo e la reale condizione operativa della tubazione o del sistema di processo.
Nelle condotte oil & gas, stazioni di compressione, linee di iniezione acqua, unità chimiche, centrali elettriche e sistemi di utenze ad alta pressione, la valvola è spesso richiesta per garantire una tenuta ermetica in condizioni di elevata pressione differenziale. In queste applicazioni, una valvole a sfera trunnion è solitamente preferita perché la sfera è supportata meccanicamente da perni superiori e inferiori. Questo design riduce il carico diretto sulle sedi e aiuta a mantenere la coppia operativa più stabile rispetto a un design a sfera flottante in servizio di grandi dimensioni o ad alta pressione.
Da un punto di vista ingegneristico, la valvola corretta è quella che corrisponde a pressione, temperatura, fluido, classe della tubazione, metodo operativo, requisito di tenuta e standard di ispezione. Una valvola che sulla carta sembra sovradimensionata può comunque fallire in servizio se il materiale della sede è errato, se la pressione della cavità intrappolata viene ignorata, o se l'attuatore viene selezionato dalla coppia nominale anziché dai dati effettivi di pressione differenziale.
Cosa significa “Alta Pressione” per le valvole a sfera?
Nella selezione delle valvole, l“”alta pressione" non dovrebbe essere giudicata solo dal numero stampato su una targhetta. La selezione effettiva dipende dalle dimensioni della valvola, dalla pressione di progetto, dalla temperatura di progetto, dalla classe di pressione, dal fluido, dalla velocità di flusso, dalla fluttuazione di pressione, dalle prestazioni di chiusura richieste e dallo standard della valvola applicabile.
Nei tipici progetti di valvole a sfera industriali, le Classi 600, 900, 1500 e 2500 sono comunemente considerate gamme di alta pressione. Tuttavia, la pressione di lavoro ammissibile non è fissata solo dal numero di classe. Cambia con il gruppo di materiali e la temperatura. Questo è il motivo per cui la valutazione pressione-temperatura deve essere verificata secondo ASME B16.34 lo standard specificato nel progetto anziché fare affidamento solo sul nome della classe di pressione.
Ad esempio, una valvola a sfera in acciaio al carbonio Classe 900 a temperatura ambiente e la stessa valvola a temperatura elevata non hanno la stessa pressione ammissibile. Il corpo potrebbe essere ancora accettabile, ma la sede morbida, la guarnizione in grafite, la tenuta elastomerica, i bulloni o la guarnizione potrebbero diventare il componente limitante. Nelle applicazioni ad alta pressione, ogni componente contenente pressione e di tenuta deve essere verificato come un assieme completo.
Nota tecnica
La selezione per alta pressione dovrebbe partire dalle condizioni di progetto, non dal catalogo prodotti. Richiedere la pressione normale, la pressione massima di progetto, la pressione di prova, la temperatura operativa, la composizione del fluido, la direzione del flusso e la pressione differenziale massima prima di selezionare la struttura della valvola.
Valvola a sfera flottante o valvola a sfera trunnion?
Una delle decisioni più importanti in di valvole a sfera ad alta pressione è se utilizzare un design a sfera flottante o un design trunnion. Entrambe sono valvole a sfera a quarto di giro, ma il loro percorso di carico è diverso.
Valvola a sfera flottante
Una valvola a sfera flottante utilizza la pressione di linea per spingere la sfera contro la sede a valle. Questo design è semplice, compatto e ampiamente utilizzato per dimensioni medio-piccole e applicazioni a pressione moderata. Può fornire una chiusura ermetica quando il fluido è pulito e l'intervallo di pressione rientra nel limite di progetto della sede.
La limitazione appare quando aumentano le dimensioni della valvola e la pressione. La forza che agisce sulla sfera aumenta con la pressione e l'area della sfera. Di conseguenza, aumentano il carico sulla sede e la coppia operativa. Nelle valvole di grandi dimensioni ad alta pressione, ciò può portare a una pesante operatività manuale, a un sovradimensionamento dell'attuatore, a deformazioni della sede o a un'usura più rapida della sede.
Valvola a sfera trunnion
Una valvola a sfera trunnion utilizza supporti meccanici nella parte superiore e inferiore della sfera. La sfera è supportata dalla struttura del trunnion, mentre le sedi caricate a molla si muovono verso la sfera per mantenere il contatto di tenuta. Questa disposizione è particolarmente utile quando la valvola deve operare sotto alta pressione differenziale.
Per applicazioni ad alta pressione, una valvola a sfera trunnion offre diversi vantaggi ingegneristici:
- Coppia operativa inferiore rispetto alle valvole a sfera flottanti di grandi dimensioni ad alta pressione.
- Migliore stabilità della sfera nelle tubazioni di grande diametro.
- Carico sulla sede più controllato sotto pressione.
- Maggiore idoneità per attuazione a ingranaggio, pneumatica, elettrica o idraulica.
- Configurazione più pratica per requisiti di doppio blocco e spurgo (double block and bleed).
- Maggiore affidabilità nell'isolamento di linea e nel servizio di arresto di emergenza (emergency shut-off).
Per questo motivo, quando l'applicazione coinvolge grandi dimensioni, alta classe di pressione, alta pressione differenziale, funzionamento con attuatore o servizio di isolamento di linea, il design trunnion mounted è normalmente la scelta più adatta.
Fattori chiave di selezione per valvole a sfera ad alta pressione
1. Confermare pressione e temperatura di progetto
Il primo passo è definire le reali condizioni operative. Non selezionare la valvola solo in base alla dimensione del tubo o alla classe di pressione nominale. Una richiesta appropriata dovrebbe includere:
- Pressione operativa normale
- Pressione massima di progetto
- Pressione di prova idrostatica, se specificata
- Temperatura operativa normale
- Temperatura massima e minima di progetto
- Condizioni di sovrapressione o avviamento compressore
- Pressione differenziale massima durante l'apertura e la chiusura
La temperatura è un fattore critico perché la resistenza del materiale, il comportamento della sede, le prestazioni dell'elastomero e la capacità di tenuta della guarnizione cambiano con la temperatura. Il corpo valvola potrebbe essere idoneo per la classe di pressione, ma il materiale della sede potrebbe non essere idoneo per la stessa condizione di pressione-temperatura.
Caso ingegneristico: linea di iniezione acqua ad alta pressione
Problema: Una linea di iniezione acqua utilizzava una valvola a sfera a sede morbida selezionata solo in base alla classe di pressione. Dopo alcuni mesi, la valvola è diventata difficile da azionare e la sede presentava segni di estrusione.
Causa: La classe di pressione del corpo valvola era accettabile, ma il materiale della sede non è stato verificato rispetto alla pressione differenziale massima e alla temperatura. L'alta pressione che agiva su una sede relativamente morbida ha causato deformazione durante il funzionamento ripetuto.
Prevenzione: Confermare la pressione differenziale massima, il limite del materiale della sede e la temperatura operativa effettiva. Per servizi di iniezione acqua ad alta pressione, dovrebbe essere valutato un design trunnion con materiale di sede rinforzato idoneo o un'opzione a sede metallica.
2. Selezionare la corretta classe di pressione
Le classi di pressione comuni per valvole a sfera ad alta pressione includono Classe 600, Classe 900, Classe 1500 e Classe 2500. La selezione finale dovrebbe basarsi sulla pressione di progetto, temperatura di progetto, gruppo materiali, rating delle flange e specifiche di progetto.
Per il servizio di condotte nei sistemi petroliferi e del gas naturale, API 6D è comunemente specificato perché copre i requisiti per la progettazione, produzione, assemblaggio, collaudo e documentazione di valvole a sfera, di ritegno, a saracinesca e a tappo per sistemi di condotte e tubazioni. Per le valvole a sfera metalliche utilizzate in applicazioni petrolifere, petrolchimiche e industriali, API 608 può essere anch'esso pertinente a seconda delle dimensioni della valvola, della connessione finale e dei requisiti di progetto.
Una classe di pressione più elevata non è sempre migliore. Aumenta lo spessore della parete della valvola, il peso, la coppia dell'attuatore, il carico dei bulloni, il costo e la difficoltà di installazione. Nell'approvvigionamento ingegneristico, la classe di pressione corretta dovrebbe essere tecnicamente giustificata anziché sovradimensionata senza calcolo.
Checklist per la selezione della classe di pressione
| Elemento di controllo |
Perché è importante |
| Pressione di progetto |
Definisce il requisito minimo di classe di pressione. |
| Temperatura di progetto |
Riduce la pressione ammissibile in base al materiale e alla tabella di classificazione standard. |
| Classe di raccordo della tubazione |
La connessione finale della valvola deve corrispondere alla classe di pressione del sistema di tubazioni. |
| Gruppo materiale |
Materiali diversi hanno diverse classificazioni di pressione-temperatura. |
| Pressione di sovratensione |
L'arresto della pompa, l'avvio del compressore o la chiusura rapida possono superare la normale pressione operativa. |
| Requisito di prova |
I test idrostatici e di tenuta possono richiedere una pressione temporanea superiore a quella di normale servizio. |
3. Scegliere la corretta configurazione del corpo valvola
Le valvole a sfera ad alta pressione sono disponibili in diverse costruzioni del corpo. La scelta corretta dipende dal livello di pressione, dai requisiti di manutenzione, dal rischio di perdite, dall'accessibilità della tubazione e dalla filosofia di manutenzione del proprietario.
Valvola a sfera trunnion a ingresso laterale
Le valvole a sfera trunnion a ingresso laterale sono ampiamente utilizzate nelle linee di processo e nelle stazioni di pompaggio. Il corpo è comunemente progettato come una costruzione imbullonata in due o tre pezzi. Questo design è pratico per grandi dimensioni e classi di pressione elevate, dove la rimozione in campo e la manutenzione in officina sono accettabili.
È adatta per oleodotti e gasdotti, stazioni di compressione, linee di utility ad alta pressione e servizio generale di isolamento di processo.
Valvola a sfera trunnion a ingresso dall'alto
Le valvole a sfera a ingresso dall'alto consentono l'ispezione e la manutenzione interna dall'alto dopo la depressurizzazione della linea. Il corpo valvola può rimanere installato nella tubazione. Questo design è utile quando la rimozione della valvola dalla tubazione richiederebbe importanti lavori di interruzione.
È spesso considerata per tubazioni interrate, punti di isolamento critici, grandi unità di processo e applicazioni in cui l'accesso alla manutenzione in linea è importante.
Valvola a sfera interamente saldata
Le valvole a sfera completamente saldate riducono i percorsi di perdita esterni poiché il corpo è saldato anziché imbullonato. Sono comunemente utilizzate in gasdotti a lunga distanza, servizio interrato, sistemi di teleriscaldamento e linee di trasmissione dove sono importanti la lunga durata di servizio e il basso rischio di perdite esterne.
Il limite è la manutenzione. Una volta installata, la riparazione interna è più limitata rispetto ai design con corpo imbullonato. Per questo motivo, la costruzione completamente saldata dovrebbe essere selezionata insieme a una chiara strategia di durata di servizio e manutenzione.
Caso ingegneristico: valvola per gasdotto interrato
Problema: Una valvola a sfera con corpo imbullonato è stata utilizzata in una linea gas interrata ad alta pressione. Diversi anni dopo, la corrosione esterna attorno al giunto del corpo e l'accesso limitato hanno reso difficile l'ispezione.
Causa: Il design del corpo valvola è stato scelto per costo e disponibilità, ma l'ambiente di installazione richiedeva percorsi di perdita esterna minimi e accesso di manutenzione limitato.
Prevenzione: Per il servizio di trasporto gas interrato, valutare valvole a sfera trunnion completamente saldate, sistema di rivestimento, estensione dello stelo, configurazione di scarico e sfiato, e protezione dalla corrosione esterna durante la fase di selezione.
4. Selezionare le connessioni terminali appropriate
Il tipo di connessione terminale influisce sull'affidabilità della tenuta, sul metodo di installazione, sulla praticità di manutenzione e sul rischio di perdite esterne. Nel servizio ad alta pressione, la connessione terminale della valvola deve corrispondere alla classe della tubazione e ai requisiti di installazione.
Estremità flangiate
Le valvole a sfera flangiate ad alta pressione sono facili da installare e rimuovere. Sono comunemente utilizzate in impianti di processo, raffinerie, unità chimiche, stazioni di compressione e terminali di pipeline. Il vantaggio principale è la praticità di manutenzione. Il rischio principale è la perdita del giunto flangiato se la selezione della guarnizione, le condizioni della superficie del giunto, il grado del bullone o la procedura di serraggio non sono controllati.
Per valvole flangiate ad alta pressione, controllare lo standard delle flange, il tipo di facciata, il tipo di guarnizione, il materiale dei bulloni, la sequenza di serraggio dei bulloni e l'allineamento delle flange. I design a risalto (raised face) e ad anello (ring type joint) possono essere utilizzati a seconda della classe di pressione e delle specifiche di progetto.
Testate a saldare (Butt Weld)
Le valvole a sfera con testate a saldare sono spesso utilizzate in pipeline ad alta pressione dove sono richiesti collegamenti permanenti e un ridotto rischio di perdite dalle flange. Forniscono una connessione robusta alla pipeline, ma la rimozione è più difficile e il controllo di qualità della saldatura diventa parte del controllo di qualità dell'installazione della valvola.
Prima di selezionare le testate a saldare, confermare la schedulazione del tubo, la preparazione delle testate, la compatibilità dei materiali, la procedura di saldatura, il requisito di trattamento termico post-saldatura, se applicabile, e se le sedi morbide interne necessitano di protezione durante la saldatura.
Testate filettate o a tasca a saldare
Le valvole a sfera filettate e a saldare a tasca sono utilizzate principalmente per piccole dimensioni. Nei servizi a piccola sezione con alta pressione, le estremità a saldare a tasca sono spesso preferite rispetto a quelle filettate quando il rischio di perdite e la resistenza meccanica sono importanti. Le connessioni filettate possono essere accettabili per alcune applicazioni di utility o strumentazione, ma devono essere utilizzate con cautela in servizi con vibrazioni, cicli termici o fluidi pericolosi.
5. Scegliere Materiali Adeguati per Corpo e Trim
La selezione del materiale deve considerare pressione, temperatura, corrosione, erosione, servizio acido, tenacità a bassa temperatura e compatibilità con il fluido. Non selezionare il materiale della valvola ad alta pressione solo in base a “acciaio al carbonio” o “acciaio inossidabile”. Il grado del materiale ASTM e la condizione del trattamento termico sono importanti.
I materiali comuni per il corpo includono:
- Acciaio al carbonio forgiato ASTM A105 per valvole forgiate compatte e componenti ad alta pressione.
- Acciaio al carbonio fuso ASTM A216 WCB per corpi valvola in acciaio fuso generici.
- Acciaio al carbonio per basse temperature ASTM A350 LF2 per servizi a bassa temperatura.
- Acciaio inossidabile ASTM A182 F304 / F316 per applicazioni corrosive o in servizi puliti.
- Acciaio inossidabile duplex per servizi resistenti alla corrosione contenenti cloruri o ad alta resistenza.
- Acciaio legato per applicazioni a temperature elevate.
- Lega di nichel per corrosione severa o servizi chimici speciali.
Le opzioni comuni per trim e parti interne possono includere sfera e stelo in acciaio inossidabile, sfera nichelata elettroless, sfera rivestita in carburo di tungsteno, sfera rivestita in carburo di cromo, sedi in polimero rinforzato, sedi metalliche e molle in lega per servizi ad alta temperatura o corrosivi.
Per gas acidi o ambienti contenenti H₂S, la selezione dei materiali deve essere verificata rispetto a NACE MR0175 / ISO 15156. Questo è particolarmente importante per il controllo della durezza dell'acciaio al carbonio, il rischio di criccabilità da solfuri, la procedura di saldatura e la selezione del materiale di trim.
Caso ingegneristico: disallineamento materiali per gas acidi
Problema: Una valvola per gas ad alta pressione è stata ordinata con trim standard in acciaio al carbonio per una linea successivamente confermata contenere H₂S. La valvola ha dovuto essere sostituita prima della messa in servizio.
Causa: La richiesta non menzionava il servizio acido. La selezione dei materiali si basava solo sulla classe di pressione, senza verificare la pressione parziale di H₂S, il controllo della durezza o la conformità NACE.
Prevenzione: Per le applicazioni petrolifere e del gas, confermare sempre se il servizio è dolce o acido. Se è presente H₂S, specificare la conformità NACE MR0175 / ISO 15156, i certificati dei materiali, i requisiti di durezza e le restrizioni applicabili al trim prima dell'acquisto.
6. Selezionare il corretto design della sede
Il design della sede influisce direttamente sulle prestazioni di tenuta, sulla coppia di azionamento, sull'intervallo di temperatura, sulla compatibilità chimica e sulla durata di servizio. Nei servizi ad alta pressione, la sede è spesso il componente limitante anche quando il corpo metallico è sufficientemente robusto.
Design a Sede Morbida
Le valvole a sfera a sede morbida utilizzano solitamente PTFE, RPTFE, PEEK o altri materiali di sede a base polimerica. Forniscono una tenuta ermetica e una coppia di azionamento relativamente bassa. Sono adatte per gas puliti, liquidi puliti, acqua, olio e molti fluidi di processo generici.
I limiti devono essere verificati attentamente. Le sedi morbide possono essere influenzate da temperatura, pressione, rigonfiamento chimico, decompressione esplosiva in servizio gas e contaminazione da particolato. Per servizi ad alta pressione, possono essere presi in considerazione PEEK o materiali di sede rinforzati dove il PTFE standard non è adatto. La decisione finale dovrebbe basarsi sulla classificazione della sede del produttore e sui requisiti di test del progetto.
Design a Sede Metallica
Le valvole a sfera a sede metallica sono utilizzate quando le sedi morbide non sono adatte a causa di alte temperature, particelle abrasive, gas sporchi, ceneri di catalizzatore, fluidi simili a fanghi o differenziali di pressione severi. Richiedono solitamente superfici della sfera e della sede indurite, come rivestimenti in carburo di tungsteno o carburo di cromo.
Le valvole a sede metallica possono fornire una maggiore durata in servizi severi, ma solitamente hanno una coppia di azionamento più elevata e possono avere una classe di tenuta diversa rispetto alle valvole a sede morbida. L'accettazione della tenuta deve essere specificata chiaramente nell'ordine di acquisto.
Tabella di selezione tra sede morbida e sede metallica
| Condizione |
Valvola a sfera a sede morbida |
Valvola a sfera a sede metallica |
| Gas pulito o liquido pulito |
Generalmente idoneo |
Generalmente non necessario a meno che la temperatura non sia elevata |
| Elevata tenuta all'otturazione |
Buona opzione |
Dipende dalla classe di tenuta e dalla qualità della lappatura |
| Particelle abrasive |
Rischio di danneggiamento della sede |
Preferibile con rivestimento duro |
| Alta temperatura |
Limitato dal materiale polimerico della sede |
Preferibile quando la temperatura supera il limite della sede morbida |
| Coppia di azionamento |
Generalmente inferiore |
Generalmente superiore |
| Uso tipico |
Isolamento di linea pulita |
Servizio gravoso, fluidi sporchi, alta temperatura |
7. Verificare la direzione di tenuta della sede e lo sfiato della pressione in cavità
Per le valvole a sfera trunnion, la configurazione della sede è un dettaglio ingegneristico chiave. I design comuni delle sedi includono sedi a effetto pistone singolo, sedi a effetto pistone doppio, sedi autoregolanti e configurazioni a doppio blocco e sfiato (DBB).
In servizio con liquidi, il fluido intrappolato all'interno della cavità del corpo può espandersi all'aumentare della temperatura. Se la pressione in cavità non viene sfiatata, la pressione può danneggiare le sedi o le guarnizioni. Questo rischio è maggiore nelle linee liquide ad alta pressione, nelle linee riscaldate, nelle condotte a lunga distanza esposte al sole e nei sistemi con cicli di temperatura frequenti.
La selezione deve chiarire:
- Se è richiesta la funzione di doppio blocco e sfiato (DBB).
- Se la sede deve essere autoregolante.
- Se è richiesto un dispositivo di sfiato esterno della cavità.
- Se la tenuta è richiesta a monte, a valle o in entrambe le direzioni.
- Se la valvola sarà installata in servizio con gas, liquido o bifase.
Caso ingegneristico: pressione della cavità intrappolata in servizio liquido
Problema: Una valvola a sfera in linea per liquidi ad alta pressione ha perso attraverso la sede dopo un'esposizione termica durante lo spegnimento.
Causa: Il liquido è rimasto intrappolato nella cavità del corpo. La temperatura è aumentata dopo l'isolamento, causando espansione termica e pressione anomala nella cavità. La sede è stata danneggiata perché il percorso di scarico non era adatto al servizio.
Prevenzione: Valutare il rilascio della pressione della cavità in fase di progettazione. Per il servizio con liquidi, confermare la direzione della sede autoregolante, il requisito dell'effetto pistone doppio, la valvola di scarico della cavità del corpo e la procedura operativa per i punti di scarico e sfiato.
8. Valutare il Design dello Stelo e la Sicurezza Antiesplosione
L'area dello stelo è un punto di tenuta critico nelle valvole a sfera ad alta pressione. Una valvola ad alta pressione adeguata dovrebbe includere un design dello stelo antiesplosione, materiale dello stelo idoneo, guarnizione compatibile, dispositivo antistatico dove richiesto e design fire-safe dove specificato dal progetto.
Per fluidi infiammabili o pericolosi, potrebbe essere richiesta una prova fire-safe. Per il servizio con composti organici volatili, la specifica del progetto potrebbe richiedere anche una guarnizione a basse emissioni. Questi requisiti devono essere confermati prima dell'ordine poiché influenzano il design della guarnizione, i test, la documentazione e i costi.
Durante l'ispezione, lo stelo deve essere controllato per un funzionamento regolare, una corretta compressione della guarnizione, nessuna perdita visibile e nessun aumento anomalo della coppia dopo il collaudo in pressione.
9. Confermare la Coppia Operativa e il Metodo di Azionamento
Le valvole a sfera ad alta pressione richiedono spesso una coppia maggiore rispetto alle valvole a bassa pressione. La coppia è influenzata da dimensioni della valvola, classe di pressione, pressione differenziale, materiale della sede, design della sede, pulizia del fluido, temperatura, condizione di rivestimento e frequenza di funzionamento.
Per il funzionamento manuale, gli operatori a ingranaggi sono comunemente utilizzati per grandi dimensioni e classi di pressione elevate. Per i sistemi automatizzati, possono essere selezionati attuatori pneumatici, elettrici o idraulici. In caso di arresto di emergenza, l'attuatore deve soddisfare anche il tempo di chiusura richiesto e la posizione di sicurezza.
Quando si seleziona un attuatore, richiedere i dati di coppia dal produttore della valvola nelle condizioni di pressione specificate. Non dimensionare l'attuatore solo da un valore generico del catalogo. Per valvole critiche, confermare la coppia di rottura, la coppia di esercizio, la coppia di fine chiusura, la pressione differenziale massima, il fattore di sicurezza e il requisito di funzionamento di emergenza.
Caso di ingegneria: attuatore sottodimensionato
Problema: Un attuatore pneumatico ha potuto azionare una valvola a sfera ad alta pressione durante i test in officina, ma non si è chiusa completamente durante il funzionamento in cantiere.
Causa: L'attuatore è stato dimensionato utilizzando la normale pressione di esercizio invece della pressione differenziale massima. L'attrito della sede in condizioni di pressione effettive era superiore alle attese.
Prevenzione: Dimensionare l'attuatore utilizzando i dati di coppia del produttore della valvola alla pressione differenziale massima. Includere un adeguato fattore di sicurezza, l'intervallo di pressione di alimentazione dell'aria, la posizione di sicurezza e il requisito di velocità operativa.
10. Specificare i requisiti di collaudo e ispezione
Le valvole ad alta pressione devono essere collaudate secondo lo standard applicabile e le specifiche di progetto. Le tipiche voci di ispezione includono il collaudo a pressione del corpo, il collaudo di tenuta della sede, il collaudo a bassa pressione dell'aria della sede, il collaudo di chiusura ad alta pressione, l'ispezione della tenuta dello stelo, l'ispezione dimensionale, la revisione del certificato dei materiali, il test PMI, l'ispezione NDE, il certificato fire-safe e il test delle emissioni fuggitive quando richiesto.
MSS SP-61 stabilisce i requisiti di collaudo a pressione e i criteri di accettazione per i corpi valvola e le chiusure delle sedi. Per le valvole di linea, viene comunemente specificato API 6D. Per le valvole di processo, possono essere applicati API 608 e requisiti di ispezione specifici del progetto a seconda della configurazione e del servizio della valvola.
L'acquirente dovrebbe definire il livello di ispezione prima dell'ordine. Se sono richiesti test aggiuntivi come PMI, NDE, test criogenico, test fire-safe, test a basse emissioni o test a gas ad alta pressione dopo la produzione, il costo e i tempi di consegna potrebbero aumentare in modo significativo.
Errori comuni nella selezione di valvole a sfera ad alta pressione
Errore 1: Selezione basata solo sulla classe di pressione
La sola classe di pressione non è sufficiente. La valvola deve essere verificata rispetto alla temperatura di progetto, al materiale del corpo, al materiale della sede, allo standard delle flange, al tipo di guarnizione e ai requisiti di collaudo.
Errore 2: Utilizzo di valvole a sfera flottanti per linee di grandi dimensioni ad alta pressione
Le valvole a sfera flottanti possono funzionare bene in piccole dimensioni, ma il servizio ad alta pressione e di grande diametro richiede spesso una costruzione trunnion per ridurre la coppia e migliorare il supporto della sfera.
Errore 3: Ignorare i limiti del materiale della sede
Il corpo di una valvola può essere classificato per alta pressione, ma la sede morbida potrebbe non essere adatta alla stessa condizione di pressione-temperatura. Verificare sempre la classificazione della sede e la compatibilità chimica.
Errore 4: Non considerare lo scarico della pressione in cavità
Il liquido intrappolato può espandersi e creare una pressione anomala nella cavità. Il design della sede e i requisiti di scarico della pressione devono essere rivisti, specialmente per il servizio con liquidi.
Errore 5: Sovradimensionare la classe di pressione senza revisione ingegneristica
Una classe di pressione più elevata aumenta i costi, il peso, la coppia e il carico di installazione. La corretta selezione deve corrispondere alle condizioni di progetto effettive e agli standard applicabili.
Checklist per la selezione di valvole a sfera ad alta pressione
Prima di ordinare una valvola a sfera ad alta pressione, confermare le seguenti informazioni con il produttore:
| Elemento di selezione |
Informazioni richieste |
| Dimensione valvola |
NPS / DN |
| Classe di pressione |
Classe 600, 900, 1500, 2500 o requisito di progetto |
| Pressione di progetto |
Pressione normale, pressione massima, condizione di sovratensione |
| Temperatura di progetto |
Temperatura minima, normale e massima |
| Medio |
Gas, liquido, olio, acqua, vapore, chimico, gas acido, fanghi o flusso bifase |
| Struttura della valvola |
Flottante o trunnion |
| Design corpo |
Entrata laterale, entrata dall'alto o completamente saldata |
| Connessione di estremità |
Flangiata, saldatura di testa, saldatura a tasca o filettata |
| Tipo di sede |
Sede morbida o sede metallica |
| Disposizione della sede |
Effetto pistone singolo, effetto pistone doppio, autoventilante, requisito DBB |
| Materiale |
Corpo, sfera, stelo, sede, guarnizione, molla, bulloneria, premistoppa |
| Azionamento |
Attuatore a leva, a ingranaggi, pneumatico, elettrico o idraulico |
| Normative |
ASME B16.34, API 6D, API 608, NACE MR0175 / ISO 15156, o specifica di progetto |
| Collaudi |
Prova a guscio, prova di tenuta sede, prova fire safe, NDE, PMI, prova emissioni, prova gas alta pressione se richiesta |
| Documentazione |
MTC, rapporto di prova di pressione, disegno, datasheet, rapporto di rivestimento, certificato di ispezione |
Quando scegliere una valvola a sfera trunnion?
Una valvola a sfera trunnion è normalmente raccomandata quando l'applicazione include una o più delle seguenti condizioni:
- Alta classe di pressione
- Dimensioni valvola grandi
- Alta pressione differenziale
- Funzionamento frequente
- Servizio di trasmissione pipeline
- Basso requisito di coppia operativa
- Funzionamento con attuatore
- Requisito di doppio blocco e spurgo
- Servizio su pipeline interrate o critiche
- Requisito di lunga durata
Per queste applicazioni, una valvola a sfera trunnion per alta pressione fornisce un supporto più robusto alla sfera, prestazioni di tenuta più stabili e una migliore idoneità all'automazione rispetto a un design a sfera flottante.
Conclusione
Una corretta di valvole a sfera ad alta pressione richiede più della scelta di una valvola con una classe di pressione superiore. L'ingegnere deve esaminare la classe di pressione-temperatura, la struttura della valvola, il materiale del corpo, il design della sede, la connessione finale, lo sfiato della pressione in cavità, la coppia operativa, i requisiti di collaudo e gli standard applicabili.
Per piccole dimensioni e pressioni moderate, le valvole a sfera flottanti possono essere adatte. Per dimensioni maggiori, classi di pressione superiori, alta pressione differenziale, servizio di linea e funzionamento con attuatore, le valvole a sfera trunnion sono solitamente la soluzione preferita perché offrono un supporto più robusto della sfera, una coppia operativa inferiore e prestazioni di tenuta più affidabili.
Quando si specifica una valvola a sfera ad alta pressione, fornire sempre dati completi sul servizio al produttore. Ciò consente alla valvola di essere selezionata, progettata, testata e documentata in base alle condizioni operative reali anziché a una descrizione generale del catalogo.
FAQ
1. Quale tipo di valvola a sfera è migliore per applicazioni ad alta pressione?
Per applicazioni di grandi dimensioni, alta classe di pressione o alta pressione differenziale, una valvola a sfera trunnion è solitamente preferita. La struttura trunnion supporta meccanicamente la sfera, riduce il carico sulla sede e aiuta a controllare la coppia operativa.
2. Una valvola a sfera flottante può essere utilizzata per servizio ad alta pressione?
Sì, le valvole a sfera flottanti possono essere utilizzate in alcune applicazioni ad alta pressione di piccole dimensioni. Tuttavia, all'aumentare della pressione e delle dimensioni della valvola, aumenta la forza sulla sfera e sulla sede a valle. Per valvole più grandi o servizio con attuatore, la costruzione trunnion è normalmente più affidabile.
3. Quali classi di pressione sono comuni per le valvole a sfera ad alta pressione?
Le classi 600, 900, 1500 e 2500 sono comunemente utilizzate nei progetti di valvole a sfera ad alta pressione. La selezione finale deve essere verificata rispetto alla temperatura di progetto, al gruppo di materiali, alla classe di raccordo e alla tabella pressione-temperatura applicabile.
4. Quale materiale di sede è adatto per valvole a sfera ad alta pressione?
Per servizio pulito, a seconda della pressione e della temperatura, possono essere utilizzate sedi in PTFE rinforzato, PEEK o altri polimeri ingegnerizzati. Per servizio ad alta temperatura, abrasivo, sporco o contenente particelle, dovrebbe essere considerata una costruzione a sede metallica con rivestimento duro.
5. Perché lo sfiato della pressione in cavità è importante nelle valvole a sfera ad alta pressione?
Quando un liquido rimane intrappolato nella cavità del corpo valvola, un aumento di temperatura può causare dilatazione termica e accumulo di pressione. Un corretto design della sede, una funzione di autoventilazione o uno sfiato esterno della cavità possono aiutare a prevenire danni alla sede e alla guarnizione.
6. Quale standard è comunemente utilizzato per le valvole a sfera per pipeline?
API 6D è comunemente specificato per valvole per pipeline e tubazioni utilizzate nelle applicazioni petrolifere e del gas naturale. Copre i requisiti di progettazione, produzione, assemblaggio, collaudo e documentazione per le valvole per pipeline.
7. Quali informazioni devono essere fornite quando si richiede un preventivo per una valvola a sfera ad alta pressione?
Fornire dimensioni della valvola, classe di pressione, pressione di progetto, temperatura di progetto, fluido, tipo di connessione, materiale del corpo, materiale della sede, metodo di azionamento, standard applicabile, requisito di collaudo ed eventuali condizioni speciali come servizio acido (sour service), requisito fire-safe, funzione DBB o installazione interrata.
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