Introduzione alle valvole Pressure Seal
Valvole con tenuta a pressione
La struttura della tenuta a pressione è adottata per le valvole per servizi ad alta pressione, generalmente superiori a 170 bar. La caratteristica unica del coperchio con tenuta a pressione è che la tenuta dei giunti corpo-coperchio migliora all'aumentare della pressione interna nella valvola, rispetto ad altre costruzioni in cui l'aumento della pressione interna tende a creare perdite nel giunto corpo-coperchio.
Design della tenuta a pressione
- A/B – Tendenza del cofano a spostarsi verso l'alto o verso il basso al variare della pressione
- C – Pressione dell'impianto
- D – Forze di tenuta dovute alla pressione
Maggiore è la pressione interna, maggiore è la forza di tenuta. Il facile smontaggio è reso possibile facendo cadere il gruppo del cofano nella cavità del corpo ed espellendo gli anelli di spinta a quattro segmenti mediante un perno di spinta.
Basandosi su principi di progettazione abbastanza semplici, le valvole di tenuta a pressione hanno dimostrato la loro capacità di gestire applicazioni di isolamento del vapore fossile e a ciclo combinato sempre più impegnative, poiché i progettisti continuano a spingere i limiti di pressione/temperatura di caldaie, HRSG e sistemi di tubazioni. Le valvole con tenuta a pressione sono generalmente disponibili in gamme di dimensioni da 2 pollici a 24 pollici e classi di pressione ASME B16.34 da #600 a #2500, sebbene alcuni produttori possano soddisfare la necessità di diametri più grandi e valori nominali più elevati per applicazioni speciali.
Guarnizione di pressione Le valvole sono disponibili in molte qualità di materiali come A105 forgiato e fuso in Gr.WCB, lega F22 forgiata e fuso in Gr.WC9; F11 forgiato e fuso Gr.WC6, acciaio inossidabile austenitico F316 forgiato e fuso Gr.CF8M; per temperature superiori a 500°C, F316H forgiato e idonei gradi austenitici fusi.
Il concetto di progettazione della tenuta a pressione può essere fatto risalire alla metà del 1900, quando, di fronte a pressioni e temperature sempre crescenti (principalmente nelle applicazioni di potenza), i produttori di valvole iniziarono a progettare alternative al tradizionale approccio con coperchio imbullonato per sigillare il giunto corpo/coperchio . Oltre a fornire un livello più elevato di integrità della tenuta dei limiti di pressione, molti dei modelli di valvole con tenuta a pressione pesavano significativamente meno delle loro controparti con valvole a coperchio imbullonate.
Cofani imbullonati e guarnizioni a pressione
Per comprendere meglio il concetto di progettazione della tenuta a pressione, confrontiamo il meccanismo di tenuta corpo-cappello tra i coperchi imbullonati e le tenute a pressione.Figura 1raffigura la tipica valvola Bolted Bonnet. La flangia del corpo e la flangia del coperchio sono unite tramite prigionieri e dadi, con una guarnizione di design/materiale idoneo inserita tra le facce della flangia per facilitare la tenuta. Prigionieri/dadi/bulloni sono serrati alle coppie prescritte secondo uno schema definito dal produttore per garantire una tenuta ottimale. Tuttavia, all'aumentare della pressione del sistema, aumenta anche il rischio di perdite attraverso il giunto corpo/coperchio.
Ora diamo un'occhiata al giunto di tenuta a pressione dettagliato inFigura 2Notare le differenze nelle rispettive configurazioni dei giunti corpo/cofano. La maggior parte dei modelli di tenute a pressione incorporano "bulloni di tenuta del coperchio" per sollevare il coperchio e sigillarlo contro la guarnizione della tenuta a pressione. Ciò a sua volta crea una tenuta tra la guarnizione e il diametro interno (ID) del corpo valvola.
Un anello reggispinta segmentato mantiene il carico. La bellezza del design della tenuta a pressione è che con l'aumento della pressione del sistema, aumenta anche il carico sul coperchio e, di conseguenza, sulla guarnizione della tenuta a pressione. Pertanto, nelle valvole con tenuta a pressione, all'aumentare della pressione del sistema, diminuisce la possibilità di perdite attraverso il giunto corpo/coperchio.
Questo approccio progettuale presenta vantaggi distinti rispetto alle valvole a cappello imbullonate nei sistemi di vapore principale, acqua di alimentazione, bypass della turbina e altri sistemi di centrali elettriche che richiedono valvole in grado di gestire le sfide inerenti alle applicazioni ad alta pressione e temperatura.
Ma nel corso degli anni, con l’aumento delle pressioni/temperature di esercizio e con l’avvento degli impianti di picco, questa stessa pressione transitoria del sistema che aiutava nella sigillatura ha anche compromesso l’integrità dei giunti di tenuta a pressione.
Guarnizioni di tenuta a pressione
Uno dei componenti principali coinvolti nella tenuta della valvola di tenuta a pressione è la guarnizione stessa. Le prime guarnizioni di tenuta a pressione erano realizzate in ferro o acciaio dolce. Queste guarnizioni sono state successivamente argentate per sfruttare la capacità del materiale di placcatura più morbido di fornire una tenuta più stretta. A causa della pressione applicata durante il test idraulico della valvola, si è formato un “set” (o deformazione del profilo della guarnizione) tra il coperchio e la guarnizione. A causa del bullone di presa intrinseco del coperchio e dell'elasticità del giunto di tenuta a pressione, esisteva il rischio che il coperchio si muovesse e rompesse la "fissa" quando sottoposto ad aumenti/diminuzioni della pressione del sistema, con il risultato di perdite dal giunto corpo/coperchio.
Questo problema potrebbe essere efficacemente risolto utilizzando la pratica di “serrare a caldo” i bulloni di presa del coperchio dopo l'equalizzazione della pressione e della temperatura del sistema, ma richiedeva che il personale di manutenzione del proprietario/utente lo facesse dopo l'avvio dell'impianto. Se questa pratica non fosse stata rispettata, esisteva il rischio di perdite attraverso il giunto corpo/cappello, che avrebbero potuto danneggiare la guarnizione di tenuta della pressione, il cappello e/o il diametro interno del corpo della valvola, oltre a creare problemi di combinazione e inefficienze che il perdite di vapore potrebbero avere ripercussioni sul funzionamento dell'impianto. Di conseguenza, i progettisti di Valve hanno adottato diverse misure per risolvere questo problema.
La Figura 2 mostra una combinazione di bulloni di estrazione del cofano caricati in tempo reale (mantenendo così un carico costante sulla guarnizione, riducendo al minimo il rischio di perdite) e la sostituzione della guarnizione di tenuta a pressione argentata in ferro/acciaio dolce con una realizzata in grafite formata. Il design della guarnizione mostrato nella Figura 3 può essere installato in valvole con tenuta a pressione precedentemente fornite con la guarnizione di tipo tradizionale. L'avvento delle guarnizioni in grafite ha ulteriormente consolidato l'affidabilità e le prestazioni della valvola con tenuta a pressione nella maggior parte delle applicazioni e anche per i cicli operativi di avvio/arresto giornalieri.
Sebbene molti produttori raccomandino ancora la “serratura a caldo”, il rischio di perdite quando questa non viene eseguita è notevolmente ridotto. Le superfici di appoggio delle valvole a tenuta di pressione, come in molte valvole di centrali elettriche, sono sottoposte, in confronto, a carichi di appoggio molto elevati. L'integrità del sedile viene mantenuta in funzione delle strette tolleranze di lavorazione sui componenti, dei mezzi per fornire la coppia necessaria per l'apertura/chiusura in funzione degli ingranaggi o dell'attuazione e della selezione/applicazione di materiali adeguati per le superfici di seduta.
Le leghe per riporti duri a base di cobalto, nichel e ferro vengono utilizzate per garantire una resistenza all'usura ottimale delle superfici di appoggio del cuneo/disco e dell'anello di sede. I più comunemente usati sono i materiali CoCr-A (ad esempio, Stellite). Questi materiali vengono applicati con una varietà di processi, tra cui arco metallico schermato, arco metallico gassoso, arco gassoso al tungsteno e arco plasmatico (trasferito). Molte valvole a globo con tenuta a pressione sono progettate con sedi integrali con rivestimento duro, mentre le valvole a saracinesca e le valvole di ritegno in genere hanno anelli di sede con rivestimento duro saldati nel corpo della valvola.
Terminologia delle valvole
Se avete a che fare con le valvole per un certo periodo di tempo, probabilmente avrete notato che i produttori di valvole non sono eccessivamente creativi con i termini e il linguaggio utilizzato nel settore. Prendiamo ad esempio le "valvole del cofano imbullonate". Il corpo è imbullonato al cofano per mantenere l'integrità del sistema. Per le "valvole con tenuta a pressione", la pressione del sistema aiuta il meccanismo di tenuta. Per le “valvole di arresto/ritorno”, quando lo stelo della valvola è in posizione chiusa, il flusso viene interrotto meccanicamente, ma quando è in posizione aperta, il disco è libero di agire per controllare un'inversione di flusso. Lo stesso principio si applica ad altra terminologia utilizzata per la progettazione, nonché ai tipi di valvole e ai loro componenti.
Orario di pubblicazione: 11 maggio 2020