Princípios para selecionar válvulas de controle em plantas químicas

Válvulas de controledesempenham um papel crucial na regulação do fluxo, pressão e temperatura do fluido em plantas químicas. A seleção adequada não apenas aumenta a eficiência do sistema, mas também minimiza os custos operacionais e evita perdas desnecessárias de energia. Este artigo fornece uma visão geral detalhada dos princípios para selecionar válvulas de controle, incluindo requisitos de desempenho e o cálculo dos valores de CV.

1. Princípios básicos para selecionarVálvulas de controle

1. Atendendo aos requisitos do processo
   Válvulas de controledeve ser selecionado com base em parâmetros específicos do processo, como as características do meio, a pressão operacional, a faixa de temperatura e os requisitos de fluxo para garantir que a válvula atenda às demandas do processo.
2. Selecionando as características de fluxo apropriadas
   Válvula de controles vêm com várias características de fluxo (por exemplo, linear, porcentagem igual, abertura rápida):
   • Linear: Adequado para processos com pequenas variações de carga.
   • Porcentagem igual: Ideal para aplicações com grandes variações de carga e requisitos de alta precisão.
   • Opening rápido: Comumente usado para controle on-off.
3. Economia e durabilidade
   O material e a estrutura da válvula devem ser apropriados para evitar a super-engenharia e garantir a estabilidade a longo prazo em ambientes com altas temperaturas ou meios corrosivos.
4. Compatibilidade com atuadores
   Oválvula de controleDeve ser compatível com a velocidade de resposta do atuador e a precisão do ajuste para obter controle automático estável.
5. Facilidade de operação e manutenção
   Selecione projetos de válvula fáceis de instalar e manter, reduzindo a carga de trabalho operacional.

2. Cálculo e seleção do valor CV (coeficiente de fluxo)

1. Definição de valor CV
O valor do CV indica a taxa de fluxo (em galões por minuto) de água que passa pela válvula quando totalmente aberta sob uma queda de pressão de 1 psi. É um parâmetro crítico para selecionar válvulas de controle para garantir que elas atendam aos requisitos reais de fluxo.

2. Fórmulas de cálculo do valor do CV
A fórmula para calcular o valor CV varia com base no tipo de meio:

• Para mídia líquida:

• Onde:
  • $QQ$

    P: Taxa de fluxo (m³/h ou gpm)

  • $\Delta P\; \backslash \; delta\; p$

    ΔP: queda de pressão na válvula (barra ou psi)

  • $GG$

    G: Densidade relativa do meio (baseado na água, que tem uma densidade de 1)

• Para mídia gasosa:

• Onde:
  • $QQ$

    P: Taxa de fluxo (metros cúbicos padrão por hora)

  • $\Delta P\; \backslash \; delta\; p$

    ΔP: queda de pressão na válvula (barra ou psi)

  • $TT$

    T: temperatura absoluta do meio (℃)

  • $ZZ$

    Z: Fator de compressibilidade (aproximadamente 1 para gases ideais)

  • $P1p\_1$

    P1: pressão absoluta de entrada (barra ou psi)

• Para mídia a vapor:

• Onde:
  • $QQ$

    Q: Taxa de fluxo de massa a vapor (kg/h)

  • $VV$

    V: volume específico de vapor (m³/kg)

3. Princípios de seleção do valor do CV

• Margem de design: Normalmente, uma margem de 10% a 20% é adicionada ao valor calculado do CV para acomodar flutuações.
• Intervalo de trabalho: As válvulas de controle operam melhor em 30% a 70% do seu valor de CV totalmente aberto, garantindo uma regulação precisa e sensível.

3. Seleção de materiais e estruturas de válvula

1. Seleção de material
O material deve ser escolhido com base nas características e condições do processo do meio:

• Aço carbono: Adequado para temperatura normal e meios não corrosivos.
• Aço inoxidável: Apropriado para meios levemente ácidos, alcalinos ou corrosivos.
• Materiais de liga: Projetado para ambientes de alta temperatura, alta pressão e fortemente corrosivos.
• PTFE/borracha: Usado para mídia de baixa temperatura ou fracamente corrosivo.

2. Seleção estrutural

• Válvulas de controle de assento único: Para queda de baixa pressão e pequenas aplicações de fluxo, oferecendo vazamento mínimo.
• Válvulas de controle de assento duplo: Para queda de alta pressão e fluxo grande, embora com vazamento um pouco mais alto.
• Válvulas de controle guiadas por gaiolas: Combinando os benefícios de válvulas únicas e duplas, adequadas para queda de alta pressão e fluxo grande.
• Válvulas de bola: Ideal para meio de alta pressão ou meios contendo partículas.
• Válvulas de borboleta: Adequado para grandes diâmetros e aplicações de baixa pressão.

4. Considerações de instalação e comissionamento

1. Posição e orientação
   • As válvulas de controle devem ser instaladas nas seções de tubo horizontal, com a orientação do corpo da válvula correspondendo à direção do fluxo indicada.
   • Evite a instalação em áreas com alta vibração para evitar a redução da vida útil da válvula.
2. Desvio do pipeline de ignição
   • Para loops de controle críticos, uma tubulação de desvio deve ser instalada para permitir a operação do sistema durante a manutenção ou substituição da válvula.
3. Comissionamento e calibração
   • Durante o comissionamento, ajuste a velocidade de resposta e o intervalo de controle do atuador para garantir que a válvula responda de maneira imediata e precisa para controlar os sinais.

5. Exemplo prático

Em uma planta química, um meio líquido é transportado a uma taxa de fluxo de 30 m³/h. A pressão a montante é de 5 bar e a pressão a jusante é de 3 bar. O meio é água (densidade relativa = 1).

Calcule o valor do CV necessário: