Introducción a las válvulas de sello de presión
Válvulas de sello de presión
La construcción de sello de presión se adopta para válvulas para servicio de alta presión, generalmente por encima de 170 bar. La característica única del capó con sello de presión es que los sellos de las juntas cuerpo-capó mejoran a medida que aumenta la presión interna en la válvula, en comparación con otras construcciones donde el aumento de la presión interna tiende a crear fugas en la junta cuerpo-capó.
Diseño de sello de presión
- A/B: tendencia del capó a subir o bajar a medida que cambia la presión
- C – Presión del sistema
- D – Fuerzas de sellado debidas a la presión
Cuanto mayor sea la presión interna, mayor será la fuerza de sellado. Es posible un fácil desmontaje dejando caer el conjunto del capó en la cavidad del cuerpo y extrayendo los anillos de empuje de cuatro segmentos mediante un pasador de empuje.
Basándose en principios de diseño bastante simples, las válvulas de sellado de presión han demostrado su capacidad para manejar aplicaciones de aislamiento de vapor de ciclo combinado y fósiles cada vez más exigentes, a medida que los diseñadores continúan impulsando los límites de presión/temperatura de calderas, HRSG y sistemas de tuberías. Las válvulas de sellado de presión generalmente están disponibles en rangos de tamaño de 2 pulgadas a 24 pulgadas y clases de presión ASME B16.34 de #600 a #2500, aunque algunos fabricantes pueden adaptarse a la necesidad de diámetros más grandes y clasificaciones más altas para aplicaciones especiales.
Las válvulas de sello de presión están disponibles en muchas calidades de materiales, como A105 forjado y fundido Gr.WCB, aleación F22 forjada y fundido Gr.WC9; F11 forjado y fundido Gr.WC6, inoxidable austenítico F316 forjado y fundido Gr.CF8M; para más de 500°C, grados forjados F316H y fundición austenítica adecuada.
El concepto de diseño del sello de presión se remonta a mediados del siglo XX, cuando, frente a presiones y temperaturas cada vez mayores (principalmente en aplicaciones de energía), los fabricantes de válvulas comenzaron a diseñar alternativas al enfoque tradicional de bonete atornillado para sellar la junta cuerpo/bonete. . Además de proporcionar un mayor nivel de integridad del sellado del límite de presión, muchos de los diseños de válvulas de sellado de presión pesaban significativamente menos que sus contrapartes de válvulas de casquete atornilladas.
Bonetes atornillados frente a sellos de presión
Para comprender mejor el concepto de diseño del sello de presión, comparemos el mecanismo de sellado del cuerpo al bonete entre los bonetes atornillados y los sellos de presión.Figura 1Representa la típica válvula de capó atornillado. La brida del cuerpo y la brida del capó están unidas mediante espárragos y tuercas, con una junta de diseño/material adecuado insertada entre las caras de la brida para facilitar el sellado. Los pernos/tuercas/pernos se aprietan con los pares prescritos en un patrón definido por el fabricante para lograr un sellado óptimo. Sin embargo, a medida que aumenta la presión del sistema, también aumenta la posibilidad de fugas a través de la junta cuerpo/bonete.
Ahora veamos la junta de sellado a presión detallada enFigura 2Tenga en cuenta las diferencias en las respectivas configuraciones de unión entre cuerpo y capó. La mayoría de los diseños de sellos de presión incorporan “pernos tensores del capó” para levantar el capó y sellar contra la junta del sello de presión. Esto a su vez crea un sello entre la junta y el diámetro interior (DI) del cuerpo de la válvula.
Un anillo de empuje segmentado mantiene la carga. La belleza del diseño del sello de presión es que a medida que aumenta la presión del sistema, también aumenta la carga sobre el capó y, en consecuencia, la junta del sello de presión. Por lo tanto, en las válvulas de sello de presión, a medida que aumenta la presión del sistema, disminuye la posibilidad de fugas a través de la junta cuerpo/bonete.
Este enfoque de diseño tiene claras ventajas sobre las válvulas de casquete atornilladas en sistemas principales de vapor, agua de alimentación, derivación de turbinas y otros sistemas de plantas de energía que requieren válvulas que puedan manejar los desafíos inherentes a las aplicaciones de alta presión y temperatura.
Pero a lo largo de los años, a medida que aumentaron las presiones y temperaturas operativas y con la llegada de las plantas en su punto máximo, esta misma presión transitoria del sistema que ayudó al sellado también causó estragos en la integridad de la junta de sellado a presión.
Juntas de sello de presión
Uno de los componentes principales involucrados en el sellado de la válvula de sello de presión es la junta misma. Las primeras juntas de sellado a presión se fabricaban con hierro o acero blando. Posteriormente, estas juntas se platearon para aprovechar la capacidad del material de revestimiento más blando para proporcionar un sellado más hermético. Debido a la presión aplicada durante la prueba hidráulica de la Válvula, se produjo un “set” (o deformación del perfil de la junta) entre el Bonete y la junta. Debido a la elasticidad inherente del perno tensor del capó y de la junta de sellado de presión, existía la posibilidad de que el capó se moviera y rompiera ese "conjunto" cuando se sometiera a aumentos/disminuciones de presión del sistema, con el resultado de fugas en la junta entre el cuerpo y el capó.
Este problema podría solucionarse eficazmente utilizando la práctica de “apretar en caliente” los pernos tensores del capó después de la ecualización de presión y temperatura del sistema, pero requería que el personal de mantenimiento del propietario/usuario lo hiciera después de la puesta en marcha de la planta. Si no se seguía esta práctica, existía la posibilidad de fugas a través de la junta cuerpo/bonete, lo que podría dañar la junta de sellado de presión, el bonete y/o el diámetro interior del cuerpo de la válvula, además de crear problemas agravantes e ineficiencias que el las fugas de vapor podrían tener en las operaciones de la planta. Como resultado, los diseñadores de Valve tomaron varias medidas para solucionar este problema.
La Figura 2 muestra una combinación de pernos tensores del capó con carga dinámica (manteniendo así una carga constante en la junta, minimizando la posibilidad de fugas) y el reemplazo de la junta de sellado de presión plateada de hierro/acero blando por una hecha de acero troquelado. grafito formado. El diseño de junta que se muestra en la Figura 3 se puede instalar en válvulas de sello de presión previamente suministradas con la junta de tipo tradicional. La llegada de las juntas de grafito ha solidificado aún más la confiabilidad y el rendimiento de la válvula de sello de presión en la mayoría de las aplicaciones e incluso para ciclos operativos de arranque/parada diarios.
Aunque muchos fabricantes todavía recomiendan el “apriete en caliente”, la posibilidad de fugas cuando no se hace esto disminuye considerablemente. Las superficies de asiento en las válvulas de sellado a presión, al igual que en muchas válvulas de centrales eléctricas, están sometidas, comparativamente, a cargas de asiento muy elevadas. La integridad del asiento se mantiene en función de estrictas tolerancias de mecanizado en las piezas componentes, medios para proporcionar el par requerido para abrir/cerrar en función de los engranajes o la actuación, y la selección/aplicación de materiales adecuados para las superficies de asiento.
Se utilizan aleaciones de revestimiento duro a base de cobalto, níquel y hierro para lograr una resistencia óptima al desgaste de las superficies de asiento de la cuña/disco y del anillo de asiento. Los más comúnmente utilizados son los materiales CoCr-A (p. ej., estelita). Estos materiales se aplican con una variedad de procesos, incluido el arco metálico protegido, el arco metálico con gas, el arco de tungsteno con gas y el arco de plasma (transferido). Muchas válvulas de globo con sello de presión están diseñadas con asientos integrales de revestimiento duro, mientras que las válvulas de compuerta y de retención suelen tener anillos de asiento de revestimiento duro que están soldados al cuerpo de la válvula.
Terminología de válvulas
Si ha trabajado con válvulas durante algún tiempo, probablemente haya notado que los fabricantes de válvulas no son demasiado creativos con los términos y la lengua vernácula que se utilizan en el negocio. Tomemos, por ejemplo, “válvulas de capó atornilladas”. El cuerpo está atornillado al capó para mantener la integridad del sistema. Para las “válvulas de sellado a presión”, la presión del sistema ayuda al mecanismo de sellado. Para las “válvulas de parada/retención”, cuando el vástago de la válvula está en la posición cerrada, el flujo se detiene mecánicamente, pero cuando está en la posición abierta, el disco puede actuar libremente para controlar la inversión del flujo. Este mismo principio se aplica a otra terminología utilizada para el diseño, así como a los tipos de válvulas y sus componentes.
Hora de publicación: 11 de mayo de 2020