Dove vengono utilizzate le valvole

Dove vengono utilizzate le valvole: ovunque!

08 nov 2017 Scritto da Greg Johnson

Oggigiorno le valvole si trovano praticamente ovunque: nelle nostre case, sotto le strade, negli edifici commerciali e in migliaia di luoghi all'interno di centrali elettriche e idriche, cartiere, raffinerie, stabilimenti chimici e altri impianti industriali e infrastrutturali.
L'industria delle valvole è davvero ampia, con segmenti che variano dalla distribuzione dell'acqua all'energia nucleare fino al petrolio e al gas a monte ea valle.Ciascuno di questi settori di utenti finali utilizza alcuni tipi di base di valvole;tuttavia, i dettagli di costruzione e materiali sono spesso molto diversi.Ecco un campione:

LAVORI IDRICI
Nel mondo della distribuzione dell'acqua, le pressioni sono quasi sempre relativamente basse e le temperature ambiente.Questi due fattori applicativi consentono una serie di elementi di progettazione delle valvole che non si troverebbero su apparecchiature più problematiche come le valvole del vapore ad alta temperatura.La temperatura ambiente di servizio idrico consente l'utilizzo di elastomeri e guarnizioni in gomma non adatte altrove.Questi materiali morbidi consentono di equipaggiare le valvole dell'acqua per sigillare ermeticamente le gocce.

Un'altra considerazione nelle valvole del servizio idrico è la scelta dei materiali di costruzione.Ghise e ghisa sferoidale sono ampiamente utilizzate nei sistemi idrici, in particolare nelle linee di grande diametro esterno.Linee molto piccole possono essere gestite abbastanza bene con materiali per valvole in bronzo.

Le pressioni che vedono la maggior parte delle valvole dell'acquedotto sono generalmente ben al di sotto di 200 psi.Ciò significa che non sono necessari modelli ad alta pressione con pareti più spesse.Detto questo, ci sono casi in cui le valvole dell'acqua sono costruite per gestire pressioni più elevate, fino a circa 300 psi.Queste applicazioni sono generalmente su acquedotti lunghi vicino alla sorgente di pressione.A volte le valvole dell'acqua ad alta pressione si trovano anche nei punti di pressione più alta in una diga alta.

L'American Water Works Association (AWWA) ha emesso specifiche che coprono molti diversi tipi di valvole e attuatori utilizzati nelle applicazioni degli acquedotti.

ACQUE REFLUE
Il rovescio della medaglia dell'acqua potabile fresca che entra in una struttura o struttura è l'uscita delle acque reflue o delle fognature.Queste linee raccolgono tutti i liquidi e i solidi di scarto e li convogliano verso un impianto di trattamento delle acque reflue.Questi impianti di trattamento sono dotati di molte tubazioni e valvole a bassa pressione per svolgere il loro "lavoro sporco".I requisiti per le valvole delle acque reflue in molti casi sono molto più clementi dei requisiti per il servizio di acqua pulita.Le saracinesche in ferro e le valvole di ritegno sono le scelte più popolari per questo tipo di servizio.Le valvole standard in questo servizio sono costruite secondo le specifiche AWWA.

INDUSTRIA ELETTRICA
La maggior parte dell'energia elettrica generata negli Stati Uniti viene generata in impianti a vapore che utilizzano combustibili fossili e turbine ad alta velocità.Sbucciare la copertura di una moderna centrale elettrica produrrebbe una vista dei sistemi di tubazioni ad alta pressione e ad alta temperatura.Queste linee principali sono le più critiche nel processo di generazione dell'energia del vapore.

Le valvole a saracinesca rimangono la scelta principale per le applicazioni di accensione/spegnimento delle centrali elettriche, sebbene si trovino anche valvole a globo con motivo a Y per scopi speciali.Le valvole a sfera ad alte prestazioni per servizi critici stanno guadagnando popolarità presso alcuni progettisti di centrali elettriche e si stanno facendo strada in questo mondo un tempo dominato dalle valvole lineari.

La metallurgia è fondamentale per le valvole nelle applicazioni di potenza, in particolare quelle che operano negli intervalli operativi supercritici o ultra-supercritici di pressione e temperatura.F91, F92, C12A, insieme a diversi Inconel e leghe di acciaio inossidabile sono comunemente usati nelle centrali elettriche di oggi.Le classi di pressione includono 1500, 2500 e in alcuni casi 4500. La natura modulante delle centrali elettriche di picco (quelle che funzionano solo se necessario) mette a dura prova anche valvole e tubazioni, richiedendo progetti robusti per gestire la combinazione estrema di cicli, temperatura e pressione.
Oltre alle valvole principali del vapore, le centrali elettriche sono cariche di condotte ausiliarie, popolate da una miriade di valvole a saracinesca, a globo, di ritegno, a farfalla ea sfera.

Le centrali nucleari funzionano secondo lo stesso principio della turbina a vapore/alta velocità.La differenza principale è che in una centrale nucleare il vapore è creato dal calore del processo di fissione.Le valvole delle centrali nucleari sono simili alle loro cugine a combustibili fossili, fatta eccezione per il loro pedigree e il requisito aggiuntivo di assoluta affidabilità.Le valvole nucleari sono prodotte secondo standard estremamente elevati, con la documentazione di qualificazione e ispezione che riempie centinaia di pagine.

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PRODUZIONE DI PETROLIO E GAS
I pozzi di petrolio e gas e gli impianti di produzione sono pesanti utilizzatori di valvole, comprese molte valvole per impieghi gravosi.Sebbene non sia più probabile che si verifichino zampilli di petrolio che fuoriescono per centinaia di piedi nell'aria, l'immagine illustra la potenziale pressione del petrolio e del gas sotterranei.Questo è il motivo per cui le teste dei pozzi o gli alberi di Natale sono posti in cima alla lunga serie di tubi di un pozzo.Questi gruppi, con la loro combinazione di valvole e raccordi speciali, sono progettati per gestire pressioni superiori a 10.000 psi.Sebbene oggigiorno si trovino raramente nei pozzi scavati sulla terraferma, le pressioni estremamente elevate si trovano spesso nei pozzi offshore profondi.

La progettazione delle apparecchiature Wellhead è coperta da specifiche API come 6A, Specification for Wellhead e Christmas Tree Equipment.Le valvole rivestite in 6A sono progettate per pressioni estremamente elevate ma temperature modeste.La maggior parte degli alberi di Natale contiene valvole a saracinesca e speciali valvole a globo chiamate strozzature.Le strozzature servono per regolare il flusso dal pozzo.

Oltre alle stesse teste pozzo, molti impianti ausiliari popolano un giacimento di petrolio o gas.Le apparecchiature di processo per il pretrattamento del petrolio o del gas richiedono un numero di valvole.Queste valvole sono generalmente classificate in acciaio al carbonio per classi inferiori.

Occasionalmente, nel flusso di petrolio grezzo è presente un fluido altamente corrosivo, l'acido solfidrico.Questo materiale, chiamato anche gas acido, può essere letale.Per vincere le sfide del gas acido, è necessario seguire materiali speciali o tecniche di lavorazione dei materiali in conformità con la specifica NACE International MR0175.

INDUSTRIA OFFSHORE
I sistemi di tubazioni per le piattaforme petrolifere offshore e gli impianti di produzione contengono una moltitudine di valvole costruite secondo diverse specifiche per gestire l'ampia varietà di sfide di controllo del flusso.Queste strutture contengono anche vari circuiti del sistema di controllo e dispositivi di scarico della pressione.

Per gli impianti di produzione di petrolio, il cuore arterioso è l'effettivo sistema di tubazioni di recupero del petrolio o del gas.Sebbene non sempre sulla piattaforma stessa, molti sistemi di produzione utilizzano alberi di Natale e sistemi di tubazioni che operano nelle inospitali profondità di 10.000 piedi o più.Questa attrezzatura di produzione è costruita secondo molti standard rigorosi dell'American Petroleum Institute (API) e referenziata in diverse pratiche consigliate (RP) API.

Sulla maggior parte delle grandi piattaforme petrolifere, vengono applicati processi aggiuntivi al fluido grezzo proveniente dalla testa pozzo.Questi includono la separazione dell'acqua dagli idrocarburi e la separazione di gas e liquidi di gas naturale dal flusso del fluido.Questi sistemi di tubazioni per alberi post-natalizi sono generalmente costruiti secondo i codici di tubazioni B31.3 dell'American Society of Mechanical Engineers con le valvole progettate in conformità con le specifiche delle valvole API come API 594, API 600, API 602, API 608 e API 609.

Alcuni di questi sistemi possono contenere anche valvole a saracinesca, a sfera e di ritegno API 6D.Poiché tutte le condotte sulla piattaforma o sulla nave di perforazione sono interne alla struttura, non si applicano i severi requisiti per l'utilizzo di valvole API 6D per le condotte.Sebbene in questi sistemi di tubazioni vengano utilizzati più tipi di valvole, il tipo di valvola preferito è la valvola a sfera.

CONDOTTE
Sebbene la maggior parte delle condutture siano nascoste alla vista, la loro presenza è generalmente evidente.Piccoli segnali che indicano "oleodotto" sono un ovvio indicatore della presenza di tubazioni di trasporto sotterranee.Queste tubazioni sono dotate di molte importanti valvole lungo tutta la loro lunghezza.Le valvole di intercettazione di emergenza delle tubazioni si trovano a intervalli come specificato da standard, codici e leggi.Queste valvole servono al servizio vitale di isolare una sezione di una tubazione in caso di perdita o quando è necessaria la manutenzione.

Lungo il tracciato del gasdotto sono anche sparse strutture in cui la linea emerge da terra ed è disponibile l'accesso alla linea.Queste stazioni sono la sede dell'attrezzatura di lancio del "maiale", che consiste in dispositivi inseriti nelle tubazioni per ispezionare o pulire la linea.Queste stazioni di lancio dei maiali di solito contengono diverse valvole, sia a saracinesca che a sfera.Tutte le valvole su un sistema di tubazioni devono essere a passaggio pieno (apertura totale) per consentire il passaggio dei suini.

Le tubazioni hanno anche bisogno di energia per combattere l'attrito della tubazione e mantenere la pressione e il flusso della linea.Vengono utilizzati compressori o stazioni di pompaggio che sembrano piccole versioni di un impianto di processo senza le alte torri di cracking.Queste stazioni ospitano dozzine di valvole a saracinesca, a sfera e di ritegno.
Le tubazioni stesse sono progettate in conformità con vari standard e codici, mentre le valvole per tubazioni seguono le valvole per tubazioni API 6D.
Ci sono anche gasdotti più piccoli che alimentano case e strutture commerciali.Queste linee forniscono acqua e gas e sono protette da valvole di intercettazione.
I grandi comuni, in particolare nella parte settentrionale degli Stati Uniti, forniscono vapore per il fabbisogno di riscaldamento dei clienti commerciali.Queste linee di alimentazione del vapore sono dotate di una varietà di valvole per controllare e regolare la fornitura di vapore.Sebbene il fluido sia vapore, le pressioni e le temperature sono inferiori a quelle che si trovano nella generazione di vapore delle centrali elettriche.In questo servizio viene utilizzata una varietà di tipi di valvole, sebbene la venerabile valvola a otturatore sia ancora una scelta popolare.

RAFFINERIA E PETROLCHIMICA
Le valvole di raffineria rappresentano un maggiore utilizzo di valvole industriali rispetto a qualsiasi altro segmento di valvole.Le raffinerie ospitano sia fluidi corrosivi che, in alcuni casi, temperature elevate.
Questi fattori determinano il modo in cui le valvole sono costruite in conformità con le specifiche di progettazione delle valvole API come API 600 (valvole a saracinesca), API 608 (valvole a sfera) e API 594 (valvole di ritegno).A causa del servizio gravoso incontrato da molte di queste valvole, è spesso necessario un margine di corrosione aggiuntivo.Questa tolleranza si manifesta attraverso maggiori spessori di parete che sono specificati nei documenti di progettazione API.

Praticamente tutti i principali tipi di valvole possono essere trovati in abbondanza in una tipica grande raffineria.L'onnipresente saracinesca è ancora il re della collina con la popolazione più numerosa, ma le valvole a quarto di giro stanno prendendo una quota sempre più grande della loro quota di mercato.I prodotti a un quarto di giro che si sono fatti strada con successo in questo settore (che un tempo era anche dominato dai prodotti lineari) includono valvole a farfalla a triplo offset ad alte prestazioni e valvole a sfera con sede in metallo.

Le valvole a saracinesca standard, a globo e di ritegno si trovano ancora in massa e, a causa della cordialità del loro design e dell'economia di produzione, non scompariranno presto.
I valori di pressione per le valvole di raffineria vanno dalla Classe 150 alla Classe 1500, con la Classe 300 la più popolare.
Gli acciai al carbonio semplici, come il grado WCB (fuso) e l'A-105 (forgiato) sono i materiali più comuni specificati e utilizzati nelle valvole per il servizio di raffineria.Molte applicazioni del processo di raffinazione spingono i limiti di temperatura superiori degli acciai al carbonio semplici e per queste applicazioni sono specificate leghe per temperature più elevate.I più popolari di questi sono gli acciai al cromo/molibdeno come 1-1/4% Cr, 2-1/4% Cr, 5% Cr e 9% Cr.Gli acciai inossidabili e le leghe ad alto contenuto di nichel sono utilizzati anche in alcuni processi di raffinazione particolarmente severi.

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CHIMICO
L'industria chimica è un grande utilizzatore di valvole di ogni tipo e materiale.Dai piccoli impianti batch agli enormi complessi petrolchimici che si trovano sulla costa del Golfo, le valvole sono una parte enorme dei sistemi di tubazioni dei processi chimici.

La maggior parte delle applicazioni nei processi chimici ha una pressione inferiore rispetto a molti processi di raffinazione e generazione di energia.Le classi di pressione più popolari per le valvole e le tubazioni degli impianti chimici sono le Classi 150 e 300. Gli impianti chimici sono stati anche il principale motore dell'acquisizione di quote di mercato che le valvole a sfera hanno strappato alle valvole lineari negli ultimi 40 anni.La valvola a sfera con sede resiliente, con la sua chiusura a tenuta zero, è perfetta per molte applicazioni di impianti chimici.Anche le dimensioni compatte della valvola a sfera sono una caratteristica popolare.
Esistono ancora alcuni impianti chimici e processi di impianto in cui si preferiscono le valvole lineari.In questi casi, le popolari valvole progettate con API 603, con pareti più sottili e pesi più leggeri, sono solitamente le valvole a saracinesca oa globo preferite.Il controllo di alcune sostanze chimiche si ottiene efficacemente anche con valvole a membrana o a manicotto.
A causa della natura corrosiva di molte sostanze chimiche e dei processi di produzione chimica, la selezione dei materiali è fondamentale.Il materiale defacto è il grado 316/316L di acciaio inossidabile austenitico.Questo materiale funziona bene per combattere la corrosione da una miriade di fluidi a volte nocivi.

Per alcune applicazioni corrosive più difficili, è necessaria una maggiore protezione.In queste situazioni vengono spesso scelti altri gradi di acciaio inossidabile austenitico ad alte prestazioni, come 317, 347 e 321.Altre leghe utilizzate di volta in volta per controllare i fluidi chimici includono Monel, Alloy 20, Inconel e 17-4 PH.

SEPARAZIONE GNL E GAS
Sia il gas naturale liquido (GNL) che i processi necessari per la separazione del gas si basano su tubazioni estese.Queste applicazioni richiedono valvole in grado di funzionare a temperature criogeniche molto basse.L'industria del GNL, che sta crescendo rapidamente negli Stati Uniti, cerca continuamente di aggiornare e migliorare il processo di liquefazione del gas.A tal fine, le tubazioni e le valvole sono diventate molto più grandi e i requisiti di pressione sono stati aumentati.

Questa situazione ha richiesto ai produttori di valvole di sviluppare progetti per soddisfare parametri più severi.Le valvole a sfera e a farfalla a un quarto di giro sono popolari per il servizio GNL, con 316ss [acciaio inossidabile] il materiale più popolare.La classe ANSI 600 è il consueto limite di pressione per la maggior parte delle applicazioni GNL.Sebbene i prodotti a quarto di giro siano i tipi di valvole più popolari, negli impianti si possono trovare anche valvole a saracinesca, a globo e di ritegno.

Il servizio di separazione del gas prevede la suddivisione del gas nei suoi singoli elementi di base.Ad esempio, i metodi di separazione dell'aria producono azoto, ossigeno, elio e altri gas in tracce.La natura a temperatura molto bassa del processo significa che sono necessarie molte valvole criogeniche.

Sia gli impianti di GNL che quelli di separazione del gas hanno valvole a bassa temperatura che devono rimanere operative in queste condizioni criogeniche.Ciò significa che il sistema di baderna della valvola deve essere sollevato dal fluido a bassa temperatura mediante l'uso di un gas o di una colonna di condensazione.Questa colonna di gas impedisce al fluido di formare una sfera di ghiaccio attorno all'area di impaccamento, impedendo la rotazione o l'innalzamento dello stelo della valvola.

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EDIFICI COMMERCIALI
Gli edifici commerciali ci circondano, ma a meno che non prestiamo molta attenzione mentre vengono costruiti, non abbiamo idea della moltitudine di arterie fluide nascoste tra le loro pareti di muratura, vetro e metallo.

Un denominatore comune praticamente in ogni edificio è l'acqua.Tutte queste strutture contengono una varietà di sistemi di tubazioni che trasportano molte combinazioni del composto idrogeno/ossigeno sotto forma di fluidi potabili, acque reflue, acqua calda, acque grigie e protezione antincendio.

Dal punto di vista della sopravvivenza degli edifici, i sistemi antincendio sono i più critici.La protezione antincendio negli edifici è quasi universalmente alimentata e riempita con acqua pulita.Affinché i sistemi antincendio ad acqua siano efficaci, devono essere affidabili, avere una pressione sufficiente ed essere convenientemente posizionati in tutta la struttura.Questi sistemi sono progettati per energizzarsi automaticamente in caso di incendio.
I grattacieli richiedono lo stesso servizio di pressione dell'acqua ai piani superiori dei piani inferiori, quindi è necessario utilizzare pompe e tubazioni ad alta pressione per portare l'acqua verso l'alto.I sistemi di tubazioni sono generalmente di classe 300 o 600, a seconda dell'altezza dell'edificio.Tutti i tipi di valvole sono utilizzati in queste applicazioni;tuttavia, i progetti delle valvole devono essere approvati da Underwriters Laboratories o Factory Mutual per il servizio antincendio principale.

Le stesse classi e tipologie di valvole utilizzate per le valvole dei vigili del fuoco sono utilizzate per la distribuzione di acqua potabile, sebbene il processo di approvazione non sia così rigoroso.
I sistemi di condizionamento dell'aria commerciali che si trovano in grandi strutture commerciali come edifici per uffici, hotel e ospedali sono generalmente centralizzati.Hanno una grande unità di refrigerazione o una caldaia per raffreddare o riscaldare il fluido utilizzato per il trasferimento di temperatura fredda o alta.Questi sistemi spesso devono gestire refrigeranti come l'R-134a, un idrofluorocarburo o, nel caso dei principali sistemi di riscaldamento, il vapore.A causa delle dimensioni compatte delle valvole a farfalla ea sfera, questi tipi sono diventati popolari nei sistemi di refrigerazione HVAC.

Sul lato del vapore, alcune valvole a un quarto di giro hanno fatto breccia nell'uso, ma molti ingegneri idraulici si affidano ancora a saracinesche lineari e valvole a globo, in particolare se le tubazioni richiedono estremità a saldare di testa.Per queste applicazioni a vapore moderato, l'acciaio ha preso il posto della ghisa a causa della saldabilità dell'acciaio.

Alcuni sistemi di riscaldamento utilizzano l'acqua calda invece del vapore come fluido di trasferimento.Questi sistemi sono ben serviti da valvole in bronzo o in ferro.Le valvole a sfera e a farfalla con sede resiliente a un quarto di giro sono molto popolari, sebbene siano ancora utilizzati alcuni modelli lineari.

CONCLUSIONE
Sebbene le prove delle applicazioni delle valvole menzionate in questo articolo potrebbero non essere visibili durante un viaggio a Starbucks oa casa della nonna, alcune valvole molto importanti sono sempre nelle vicinanze.Ci sono persino valvole nel motore dell'auto usate per raggiungere quei punti come quelle nel carburatore che controllano il flusso di carburante nel motore e quelle nel motore che controllano il flusso di benzina nei pistoni e di nuovo fuori.E se quelle valvole non sono abbastanza vicine alla nostra vita quotidiana, considera la realtà che i nostri cuori battono regolarmente attraverso quattro dispositivi vitali di controllo del flusso.

Questo è solo un altro esempio della realtà che: le valvole sono davvero ovunque.VM
La parte II di questo articolo copre altri settori in cui vengono utilizzate le valvole.Vai a www.valvemagazine.com per leggere informazioni su pasta e carta, applicazioni marine, dighe e energia idroelettrica, solare, siderurgica, aerospaziale, geotermica e produzione e distillazione della birra artigianale.

GREG JOHNSON è presidente di United Valve (www.unitedvalve.com) a Houston.È un redattore collaboratore di VALVE Magazine, ex presidente del Valve Repair Council e attuale membro del consiglio di VRC.Fa anche parte del comitato per l'istruzione e la formazione di VMA, è vicepresidente del comitato per le comunicazioni di VMA ed è ex presidente della Manufacturers Standardization Society.


Orario di pubblicazione: 29 settembre 2020

Applicazione

Underground pipeline

Conduttura sotterranea

Irrigation System

Sistema di irrigazione

Water Supply System

Sistema di approvvigionamento idrico

Equipment supplies

Forniture di attrezzature