Introduzione alle valvole con tenuta a soffietto

Valvole con tenuta a soffietto

Le perdite in vari punti delle condutture presenti negli impianti chimici creano emissioni. Tutti questi punti di perdita possono essere rilevati con diversi metodi e strumenti e devono essere annotati dal tecnico dell'impianto. I punti critici di perdita includono giunti di guarnizione flangiati e premistoppa della valvola/pompa, ecc. Oggi l'industria dei processi chimici si sta orientando verso tecnologie più sicure per una migliore protezione ambientale ed è diventata responsabilità di ogni ingegnere di processo progettare impianti che limitino i danni all'ambiente attraverso la prevenzione della fuoriuscita di sostanze chimiche tossiche.

Perdita dal premistoppa o dal premistoppanormalmente è una preoccupazione del manutentore o dell'impiantista. Questa perdita significa:
a) Perdita di materiale b) Inquinamento atmosferico c) Pericoloso per i dipendenti dello stabilimento.

Prendiamo ad esempio il caso di una perdita di vapore attraverso il premistoppa della valvola. A 150 PSI, uno spazio di appena 0,001″ attraverso la ghiandola significherà una perdita alla velocità di 25 libbre/ora. Ciò equivale a una perdita di 1,2 dollari per turno di otto ore, ovvero 1.100 dollari all’anno. Allo stesso modo, una minuscola goccia di 0,4 mm di diametro al secondo comporta uno spreco di circa 200 litri all’anno di costoso olio o solvente. Questa perdita può essere ridotta considerevolmente utilizzando la valvola con tenuta a soffietto. Questo articolo prenderà ora in considerazione la costruzione e il funzionamento della tenuta a soffietto.

Costruzione a soffietto

La cartuccia del soffietto è saldata sia al coperchio della valvola che allo stelo della valvola. La cartuccia a soffietto ha una serie di spire e queste spire vengono compresse o espanse a seconda del movimento dello stelo della valvola. (Scientificamente parlando il soffietto viene compresso quando la valvola è in posizione aperta ed espanso quando la valvola è in condizione chiusa). È importante installare correttamente i corpi valvola. Il soffietto può essere sigillato alle valvole in due modi diversi. Innanzitutto, il soffietto può essere saldato allo stelo della valvola nella parte superiore e al corpo della valvola nella parte inferiore. In questo caso il fluido di processo è contenuto all'interno del soffietto oppure, nel secondo metodo, il soffietto è saldato allo stelo della valvola nella parte inferiore e al corpo nella parte superiore. In questo caso il fluido di processo è contenuto nella regione anulare tra il coperchio della valvola e il soffietto (dall'esterno).

Il soffietto è un componente critico e costituisce il cuore delle valvole con tenuta a soffietto. Per evitare qualsiasi torsione del soffietto la valvola deve avere uno stelo con movimento esclusivamente lineare. Ciò può essere ottenuto utilizzando un cosiddetto dado a manicotto sulla porzione del giogo del coperchio della valvola. Sul dado a manicotto è montato un volantino che trasferisce efficacemente il movimento rotatorio del volantino in un movimento lineare nello stelo della valvola.

Tipi di soffietto

Esistono due tipi principali di soffietti: il soffietto forgiato e il soffietto saldato. I soffietti di tipo formato sono realizzati arrotolando una lamiera piana (lamina a parete sottile) in un tubo che viene poi saldato per fusione longitudinalmente. Questo tubo viene successivamente formato meccanicamente o idrostaticamente in un soffietto con pieghe arrotondate e ampiamente distanziate. Il soffietto a foglia saldata è realizzato saldando insieme piastre simili a rondelle di metallo sottile sia sulla circonferenza interna che esterna delle piastre simili a rondelle. Un soffietto a foglia saldato ha più pieghe per unità di lunghezza rispetto ai soffietti forgiati. Pertanto, a parità di corsa, i soffietti forgiati sono da due a tre volte più lunghi rispetto ai loro omologhi con lamina saldata.

Secondo quanto riferito, i soffietti forgiati meccanicamente si rompono in punti casuali, mentre la foglia saldata di solito si rompe in corrispondenza o in prossimità di una saldatura. Per garantire la completa penetrazione delle estremità del soffietto e della saldatura del colletto terminale, è consigliabile fabbricare utilizzando la saldatura al microplasma.

Design a soffietto

Il design a soffietto multistrato è preferito per la gestione di fluidi a pressione più elevata (generalmente due o tre strati della parete metallica). Un soffietto a due strati può aumentare la propria pressione nominale dall'80% al 100% rispetto a un soffietto a strato singolo dello stesso spessore. In alternativa, se viene utilizzato un soffietto a tela singola con uno spessore equivalente alla pressione nominale di un soffietto a due tele, la lunghezza della corsa viene ridotta. Pertanto, un design a soffietto multistrato offre un netto vantaggio rispetto a un soffietto a strato singolo. È chiaro che il soffietto è soggetto a fatica del metallo e questa fatica può provocare guasti alla saldatura. La durata a fatica del soffietto è influenzata dal materiale di costruzione, dalla tecnica di fabbricazione, dalla lunghezza e dalla frequenza della corsa, oltre ai parametri consueti come la temperatura e la pressione del fluido.

Materiali del soffietto

Il materiale del soffietto in acciaio inossidabile più popolare è AISI 316Ti che contiene titanio per resistere alle alte temperature. In alternativa, Inconel 600 o Inconel 625 migliorano la resistenza alla fatica e alla corrosione rispetto ai soffietti in acciaio inossidabile. Allo stesso modo, l'Hastalloy C-276 offre una maggiore resistenza alla corrosione e alla fatica rispetto all'Inconel 625. La resistenza alla fatica può essere migliorata utilizzando un sistema a soffietto multiplo e riducendo la lunghezza della corsa; ciò può aumentare significativamente la durata utile del soffietto.

Opzioni della valvola

I tipi di valvola più comuni che possono essere dotati di tenute a soffietto sono i modelli a saracinesca e a globo (vedere Figura 1). Questi sono molto adatti per l'uso con i soffietti grazie alla loro costruzione interna e al movimento assiale dello stelo della valvola.
Sulla base delle informazioni disponibili, sembra che le attuali valvole con tenuta a soffietto abbiano dimensioni comprese tra 3 mm NB e 650 mm NB. I valori nominali di pressione sono disponibili da ANSI 150# a 2500#. Le opzioni dei materiali per le valvole includono acciaio al carbonio, acciaio inossidabile e leghe esotiche.

Applicazioni

Mezzi di trasferimento di calore: l'olio caldo è comunemente utilizzato in settori come quello delle fibre sintetiche/POY (filati parzialmente orientati). Tuttavia, esiste sempre il rischio di incendio dovuto alla fuoriuscita di olio caldo su sostanze chimiche altamente infiammabili. Qui, le valvole con tenuta a soffietto possono arrestare la perdita.

Vuoto/vuoto ultra spinto: alcune applicazioni richiedono una pompa per vuoto per estrarre continuamente l'aria da una tubazione. Qualsiasi valvola convenzionale installata sulla tubazione può consentire all'aria esterna di entrare nella tubazione attraverso il premistoppa della valvola. Pertanto la valvola con tenuta a soffietto è l'unica soluzione per impedire il passaggio dell'aria attraverso il premistoppa.
Fluidi altamente pericolosi: per fluidi come cloro (vedere Figura 2), idrogeno, ammoniaca e fosgene, la valvola con tenuta a soffietto è il design ideale poiché le perdite attraverso il premistoppa vengono totalmente eliminate.
Centrali nucleari, centrali ad acqua pesante: nei casi in cui è necessario prevenire in ogni momento la perdita di radiazioni, la valvola con tenuta a soffietto è la scelta definitiva.
Fluidi costosi: in alcune applicazioni è necessario evitare perdite semplicemente a causa del costo elevato del fluido. In questo caso, una valutazione economica spesso favorisce l'utilizzo di valvole con tenuta a soffietto.
Standard ambientali: in tutto il mondo, gli standard relativi alle emissioni e all'ambiente diventano ogni giorno più rigorosi. Può quindi essere difficile per le aziende espandersi all’interno delle sedi esistenti. Con l'uso di valvole con tenuta a soffietto, espansione senza condizioni ambientali aggiuntive
il danno è possibile.