Uso de válvulas de estrangulamento para purga e outras aplicações em usinas de energia
Compreender qual válvula usar em qual aplicação é essencial para operar uma usina a vapor da maneira mais eficiente e econômica possível. Por exemplo, uma etapa crítica na geração de energia a vapor é a purga, a modulação ou “estrangulamento” da vazão da água que se transforma em vapor. Tradicionalmente, muitos especificadores e operadores de centrais elétricas utilizam válvulas globo padrão para alcançar esta ação de estrangulamento, mas a realidade é que as válvulas globo padrão não são projetadas e fabricadas para lidar com os rigores extremos do estrangulamento.
1. Legal, mas não no bom sentido. Com o tempo, a alta velocidade na sede cria ranhuras nas válvulas globo padrão chamadas “wire draw”, um termo derivado porque se parecem com fios. Como resultado da trefilação do fio, as válvulas globo não vedam quando fechadas, causando vazamentos. Cortesia: Conval
Quanto menor for a folga entre a sede e o disco, mais rápido será o desgaste. Com o tempo, a alta velocidade ao longo do assento forma ranhuras chamadas “wire draw”, um termo derivado porque se parecem com fios (Figura 1). Como resultado da tração do fio, a válvula globo não vedará quando fechada, causando vazamentos. Levado ao extremo, o wire draw pode realmente corroer o disco como uma língua bifurcada e causar danos ainda mais significativos e problemas de controle de fluxo (Figura 2).
2. Problemático. Levado ao extremo, o wire draw pode realmente corroer o disco, causando danos ainda mais significativos e problemas de controle de fluxo. Cortesia: Conval
Para tentar compensar as limitações das válvulas globo padrão, alguns operadores da planta instalarão duas válvulas globo ou uma válvula esfera e uma válvula globo em linha, uma das quais fornece isolamento positivo enquanto a outra atua como uma válvula de estrangulamento “sacrificial” ( Figura 3). No entanto, esta abordagem é uma forma incómoda e dispendiosa de tentar obter o estrangulamento com válvulas globo padrão. É uma solução improvisada que requer mais materiais, mais soldagem, mais reparos, mais substituições e mais despesas do que o necessário.
3. Pesado e caro. A instalação de duas válvulas globo em linha, uma das quais fornece isolamento positivo enquanto a outra atua como uma válvula de estrangulamento “sacrificial”, é uma maneira cara de tentar obter estrangulamento com válvulas globo padrão. Cortesia: Conval
Com válvulas globo padrão, se as condições reais forem mal calculadas ou alteradas, a válvula não poderá ser redimensionada. Por outro lado, uma válvula de estrangulamento é projetada e fabricada especificamente para lidar com os rigores extremos do processo de estrangulamento, proporcionando assim controle de fluxo repetível e fechamento confiável (Figura 4). O design exclusivo do disco de agulha garante que o limite de pressão seja vedado no menor diâmetro possível para garantir a máxima capacidade de vedação.
4. Funcionamento interno. À esquerda está uma válvula reguladora de alto desempenho Conval. À direita está um diagrama em corte da válvula, mostrando seus componentes internos. Cortesia: Conval
O orifício é dimensionado para manter a velocidade do fluido através da sede abaixo dos níveis prejudiciais. Como resultado, é muito menos provável que o assento se desgaste; se e quando isso acontecer, poderá ser facilmente substituído. O wire draw é eliminado de forma mais eficaz. O conjunto da haste é acoplado ao orifício para controle adequado. O ângulo do orifício de saída foi projetado para minimizar a erosão e o ruído da tubulação a jusante. Se as condições da vida real forem calculadas incorretamente ou mudarem, o venturi da válvula de estrangulamento e o conjunto da haste poderão ser redimensionados para corresponder à nova condição.
Normalmente, as válvulas de estrangulamento estão disponíveis em aço carbono SA 105, liga de aço forjado SA 182-F22, SA 182-F91 e F92, SA 182-F316 e outros materiais, em classes de pressão de ASME 900 a 4500. Válvulas de estrangulamento automatizadas podem ser pneumático, motorizado ou acionado hidraulicamente.
Avanços recentes na química da água de alimentação destacam ainda mais o valor agregado da vida útil com uma opção de redimensionamento do orifício de Venturi substituível. De modo geral, se uma válvula de purga estiver sendo operada com menos de 30% de abertura, o orifício poderá ser redimensionado para prolongar a vida útil da válvula.
O conceito de orifício duplo e os materiais utilizados na construção tornam a válvula de estrangulamento quase indestrutível, mesmo nas condições mais adversas. A ponta de medição do disco permanece no cartucho substituível da sede do orifício e bloqueia fluxos destrutivos de alta velocidade até que a válvula esteja aberta o suficiente para que as velocidades não danifiquem a superfície da sede. Conseqüentemente, as válvulas de estrangulamento são cada vez mais especificadas e instaladas em muitos tipos de usinas a vapor, desde nucleares até carvão e gás natural, incluindo usinas geradoras de vapor com recuperação de calor de ciclo combinado. Além da purga, seguem algumas outras aplicações comuns.