Fins ara, els escenaris d'aplicacions criogèniques que requerien el segellat de vàlvules bidireccionals han utilitzat principalment dos tipus de vàlvules, concretament vàlvules de globus i vàlvules de bola fixa/vàlvules de bola fixa muntades a la part superior. Tanmateix, amb el desenvolupament reeixit de la vàlvula de bola criogènica bidireccional, els dissenyadors de sistemes han obtingut una opció més atractiva que les vàlvules de bola tradicionals.vàlvules de bola flotantsTé un cabal més alt, no té restriccions en la direcció del flux ni en la direcció de segellat del medi, i pot funcionar amb seguretat en condicions criogèniques. A més, la mida és més petita, el pes és més lleuger i l'estructura és més senzilla.
Els escenaris d'aplicació criogènica que requereixen vàlvules inclouen l'entrada/sortida de tancs d'emmagatzematge per omplir i descarregar, pressuritzar canonades buides tancades, gasificació i liqüefacció, canonades multiusos per a diversos sistemes en estacions terminals de GNL, sistemes d'enviament i petroliers, sistemes de distribució, estacions de bombament i estacions de subministrament de combustible de GNL, així com conjunts de vàlvules de gas natural (GVU) relacionats amb motors de doble combustible en vaixells.
En els escenaris d'aplicació esmentats anteriorment, generalment s'utilitzen vàlvules de tancament bidireccionals per controlar i tancar el fluid del medi. En comparació amb tipus alternatius com aravàlvules de bola, tenen diversos problemes:
El coeficient de cabal (Cv) és baix; això afectarà la selecció de totes les mides de canonada rellevants i es convertirà en un possible coll d'ampolla que restringirà la capacitat de cabal del sistema.
· Cal configurar actuadors lineals per realitzar funcions de tancament i control: en comparació amb els actuadors rotatius rectangulars que s'utilitzen per controlar i operar vàlvules de bola i altres vàlvules rotatives rectangulars, aquest tipus d'equip té una estructura més complexa i és car. El cost i la complexitat estructural d'un conjunt complet d'equips de vàlvules i actuadors són molt destacats.
· Si la vàlvula de tancament s'utilitza per realitzar la funció de tancament d'emergència que requereixen molts sistemes de GNL, la complexitat serà encara més gran.
Per a les petites instal·lacions de GNL (SSLNG), els problemes anteriors seran més evidents, ja que aquests sistemes han de ser més petits, més rendibles i tenir la major capacitat de flux per tal d'escurçar el cicle de càrrega i descàrrega.
El coeficient de cabal de la vàlvula de bola és més alt que el de la vàlvula de globus de la mateixa mida. En altres paraules, són de mida més petita sense afectar el cabal. Això significa que la mida, el pes i el cost de tot el sistema de canonades i fins i tot de tot el sistema es redueixen significativament. Al mateix temps, pot augmentar significativament el retorn de la inversió (ROI) dels sistemes relacionats.
Per descomptat, les vàlvules de bola de flotació criogèniques estàndard són unidireccionals, cosa que no és adequada per als escenaris esmentats anteriorment que requereixen un segellat de vàlvules bidireccionals.
Unidireccional vs. bidireccional
Com es mostra a la Figura 1, la vàlvula de bola flotant estàndard per a condicions criogèniques té un forat d'alleujament de pressió al costat aigües amunt de la bola de la vàlvula per evitar que la pressió s'acumuli i augmenti quan el medi experimenta un canvi de fase. Quan la vàlvula està en la posició tancada, el gas natural liquat que conté la cavitat del cos de la vàlvula començarà a evaporar-se i expandir-se, i el volum pot arribar a 600 vegades el volum original després d'haver-se expandit completament, cosa que pot fer que la vàlvula esclati. Per evitar aquesta situació, la majoria de vàlvules de bola flotant estàndard han adoptat un mecanisme d'alleujament de pressió d'obertura aigües amunt. Per això, les vàlvules de bola tradicionals no es poden utilitzar en situacions que requereixen un segellat bidireccional.
I aquesta és l'etapa on la vàlvula de bola flotant criogènica bidireccional pot mostrar el seu talent. La diferència entre aquesta vàlvula i la vàlvula criogènica unidireccional estàndard és:
· No hi ha cap obertura a la bola de la vàlvula per alleujar la pressió
· Pot segellar fluids en ambdues direccions
· No hi ha cap obertura a la bola de la vàlvula per alleujar la pressió
· Pot segellar fluids en ambdues direccions
En la vàlvula de bola flotant criogènica de dues vies, el seient de la vàlvula de dues vies amb molla substitueix el mecanisme d'alleujament de la pressió d'obertura aigües amunt. El seient de la vàlvula amb molla pot alliberar la pressió excessiva generada pel gas natural liquat tancat a la cavitat del cos de la vàlvula, evitant així que la vàlvula esclati, tal com es mostra a la Figura 2.
A més, el seient de la vàlvula accionat per ressort ajuda a mantenir la vàlvula a un parell més baix i aconseguir un funcionament més suau en condicions criogèniques.
La vàlvula de bola flotant criogènica de dues vies està equipada amb un anell de segellat de grafit de segona etapa, de manera que la vàlvula té una funció de seguretat contra incendis. A menys que un accident catastròfic provoqui la crema de les parts de polímer de la vàlvula, el segellat secundari no entrarà en contacte amb el medi. En cas d'accident, el segellat de segon nivell aconseguirà la funció de protecció contra incendis.
Avantatges de les vàlvules bidireccionals
En comparació amb les vàlvules de globus, les vàlvules de bola fixes i les vàlvules de bola fixades de muntatge superior, la vàlvula de bola criogènica de flotador bidireccional té tots els avantatges d'una vàlvula de bola d'alt coeficient de flux, i no hi ha restriccions en el fluid ni en la direcció del segellat. Es pot utilitzar amb seguretat en condicions criogèniques; la mida és relativament petita i l'estructura és relativament senzilla. L'actuador corresponent també és relativament senzill (rotació en angle recte) i miniaturitzat. Aquests avantatges fan que tot el sistema sigui més petit, més lleuger i més rendible.
En comparació amb les vàlvules de globus, les vàlvules de bola fixes i les vàlvules de bola fixades de muntatge superior, la vàlvula de bola criogènica de flotador bidireccional té tots els avantatges d'una vàlvula de bola d'alt coeficient de flux, i no hi ha restriccions en el fluid ni en la direcció del segellat. Es pot utilitzar amb seguretat en condicions criogèniques; la mida és relativament petita i l'estructura és relativament senzilla. L'actuador corresponent també és relativament senzill (rotació en angle recte) i miniaturitzat. Aquests avantatges fan que tot el sistema sigui més petit, més lleuger i més rendible.
La Taula 1 compara la vàlvula de bola flotant criogènica bidireccional amb altres vàlvules amb funcions similars des del punt de vista del manteniment, la mida, el pes, el nivell de parell, la dificultat de control i el cost general, i resumeix exhaustivament els seus avantatges i desavantatges.
Si una petita instal·lació de GNL trenca la convenció i adopta una vàlvula de bola criogènica bidireccional, pot aprofitar al màxim els avantatges únics de la vàlvula de bola, és a dir, diàmetre complet, cabal elevat i cabal de descàrrega elevat de la canonada. En termes relatius, pot suportar canonades de mida més petita mantenint el mateix cabal, de manera que pot reduir el volum total, el pes i la complexitat del sistema, i també pot reduir el cost del sistema de canonades.
L'article anterior va introduir els avantatges de ser utilitzada com a vàlvula de tancament. Si s'utilitza com a vàlvula de control, els avantatges seran més evidents. Si s'utilitza la vàlvula de bola rotativa d'angle recte, la complexitat del kit d'automatització de la vàlvula es reduirà significativament, de manera que s'ha convertit en un element opcional per al sistema criogènic.
El contingut més bàsic del kit d'automatització esmentat anteriorment és la vàlvula de bola flotant criogènica bidireccional, senzilla i pràctica, i l'actuador rotatiu rectangular amb una estructura senzilla i una alta eficiència en termes de costos.
En resum, la vàlvula de bola flotant criogènica bidireccional té una importància positiva "subversiva" per al sistema de canonades criogèniques. En petites instal·lacions de GNL, pot aprofitar al màxim els seus avantatges.
En els darrers anys, aquest nou producte s'ha verificat en aplicacions pràctiques, demostrant que té una importància positiva per al cost del projecte i el funcionament fiable del sistema a llarg termini.
Data de publicació: 17 de juny de 2021