Hasta ahora, los escenarios de aplicación criogénica que requieren sellado con válvula bidireccional han utilizado principalmente dos tipos de válvulas, a saber, válvulas de globo y válvulas de bola fijas/válvulas de bola fijas montadas en la parte superior. Sin embargo, con el desarrollo exitoso de la válvula de bola criogénica bidireccional, los diseñadores de sistemas han obtenido una opción más atractiva que las válvulas de bola tradicionales.válvulas de bola flotantesTiene un caudal mayor, no presenta restricciones en la dirección del flujo ni en la dirección de sellado del medio, y puede operar de forma segura en condiciones criogénicas. Además, es más pequeño, más ligero y tiene una estructura más sencilla.
Entre los escenarios de aplicación criogénica que requieren válvulas se incluyen la entrada/salida de tanques de almacenamiento para llenado y descarga, la presurización de tuberías vacías cerradas, la gasificación y licuefacción, tuberías multipropósito para diversos sistemas en estaciones terminales de GNL, sistemas de transporte marítimo y buques tanque, sistemas de distribución, estaciones de bombeo y estaciones de llenado de combustible de GNL, así como conjuntos de válvulas de gas natural (GVU) relacionados con motores de combustible dual en buques.
En los escenarios de aplicación mencionados anteriormente, las válvulas de cierre bidireccionales se utilizan generalmente para controlar y cerrar el fluido del medio. En comparación con otros tipos alternativos comoválvulas de bolaTienen varios problemas:
El coeficiente de flujo (Cv) es bajo; esto afectará la selección de todos los tamaños de tubería relevantes y se convertirá en un posible cuello de botella que restringirá la capacidad de flujo del sistema.
• Es necesario configurar actuadores lineales para realizar funciones de cierre y control. En comparación con los actuadores rotativos rectangulares utilizados para controlar y operar válvulas de bola y otras válvulas rotativas rectangulares, este tipo de equipo tiene una estructura más compleja y es costoso. El costo y la complejidad estructural de un conjunto completo de válvulas y actuadores son muy importantes.
· Si la válvula de cierre se utiliza para realizar la función de parada de emergencia que requieren muchos sistemas de GNL, la complejidad será aún mayor.
En el caso de las pequeñas plantas de GNL (SSLNG), los problemas mencionados serán más evidentes, ya que estos sistemas deben ser más pequeños, más rentables y tener la mayor capacidad de flujo para acortar el ciclo de carga y descarga.
El coeficiente de flujo de la válvula de bola es mayor que el de la válvula de globo del mismo tamaño. En otras palabras, son más pequeñas sin que ello afecte al caudal. Esto significa que el tamaño, el peso y el coste de todo el sistema de tuberías, e incluso del sistema completo, se reducen significativamente. Al mismo tiempo, puede aumentar considerablemente el retorno de la inversión (ROI) de los sistemas relacionados.
Por supuesto, las válvulas de flotador criogénicas estándar son unidireccionales, lo cual no es adecuado para los escenarios mencionados anteriormente que requieren un sellado de válvula bidireccional.
Unidireccional frente a bidireccional
Como se muestra en la Figura 1, la válvula de bola flotante estándar para condiciones criogénicas cuenta con un orificio de alivio de presión en el lado de entrada de la bola para evitar que la presión se acumule y aumente durante el cambio de fase del fluido. Cuando la válvula está cerrada, el gas natural licuado contenido en la cavidad del cuerpo de la válvula comienza a evaporarse y expandirse, alcanzando un volumen hasta 600 veces superior al original tras su expansión completa, lo que podría provocar la rotura de la válvula. Para evitar esta situación, la mayoría de las válvulas de bola flotantes estándar incorporan un mecanismo de alivio de presión en la apertura aguas arriba. Por este motivo, las válvulas de bola tradicionales no son aptas para aplicaciones que requieren un sellado bidireccional.
Y es aquí donde la válvula de flotador criogénica bidireccional puede demostrar su valía. La diferencia entre esta válvula y la válvula criogénica unidireccional estándar es:
• No hay ninguna abertura en la bola de la válvula para aliviar la presión.
• Puede sellar fluidos en ambas direcciones.
• No hay ninguna abertura en la bola de la válvula para aliviar la presión.
• Puede sellar fluidos en ambas direcciones.
En la válvula de flotador criogénica bidireccional, el asiento de válvula bidireccional con resorte reemplaza el mecanismo de alivio de presión de apertura aguas arriba. El asiento de válvula con resorte libera la presión excesiva generada por el gas natural licuado contenido en la cavidad del cuerpo de la válvula, evitando así que esta se rompa, como se muestra en la Figura 2.
Además, el asiento de válvula con resorte ayuda a mantener la válvula con un par de apriete menor y a lograr un funcionamiento más suave en condiciones criogénicas.
La válvula de flotador criogénica bidireccional está equipada con un anillo de sellado de grafito de segunda etapa, lo que le confiere una función de seguridad contra incendios. Salvo un accidente catastrófico que provoque la combustión de las partes poliméricas de la válvula, el sello secundario no entrará en contacto con el fluido. En caso de accidente, el sello de segunda etapa cumplirá su función de protección contra incendios.
Ventajas de las válvulas bidireccionales
En comparación con las válvulas de globo, las válvulas de bola fijas y las de montaje superior, la válvula de bola flotante criogénica bidireccional ofrece todas las ventajas de una válvula de bola de alto coeficiente de flujo, sin restricciones en la dirección del fluido ni del sellado. Puede utilizarse de forma segura en condiciones criogénicas; su tamaño es relativamente pequeño y su estructura es relativamente sencilla. El actuador correspondiente también es relativamente simple (rotación en ángulo recto) y miniaturizado. Estas ventajas implican que todo el sistema sea más pequeño, ligero y rentable.
En comparación con las válvulas de globo, las válvulas de bola fijas y las de montaje superior, la válvula de bola flotante criogénica bidireccional ofrece todas las ventajas de una válvula de bola de alto coeficiente de flujo, sin restricciones en la dirección del fluido ni del sellado. Puede utilizarse de forma segura en condiciones criogénicas; su tamaño es relativamente pequeño y su estructura es relativamente sencilla. El actuador correspondiente también es relativamente simple (rotación en ángulo recto) y miniaturizado. Estas ventajas implican que todo el sistema sea más pequeño, ligero y rentable.
La Tabla 1 compara la válvula de bola flotante criogénica bidireccional con otras válvulas de funciones similares desde las perspectivas de mantenimiento, tamaño, peso, nivel de par, dificultad de control y coste total, y resume de forma exhaustiva sus ventajas y desventajas.
Si una pequeña planta de GNL rompe con lo convencional y adopta una válvula de bola criogénica bidireccional, puede aprovechar al máximo las ventajas únicas de este tipo de válvula: diámetro completo, alto caudal y alta velocidad de descarga en tuberías. En términos relativos, puede soportar tuberías de menor diámetro manteniendo el mismo caudal, lo que reduce el volumen, el peso y la complejidad totales del sistema, así como el coste de la instalación de tuberías.
El artículo anterior presentó las ventajas de su uso como válvula de cierre. Si se utiliza como válvula de control, las ventajas serán aún más evidentes. Si se emplea la válvula de bola rotativa de ángulo recto, la complejidad del kit de automatización de la válvula se reduce significativamente, por lo que se ha convertido en un elemento opcional para el sistema criogénico.
El componente más básico del kit de automatización mencionado anteriormente es la sencilla y práctica válvula de flotador criogénica de dos vías y el actuador rotativo rectangular de estructura simple y alta rentabilidad.
En resumen, la válvula de flotador criogénica bidireccional tiene un significado positivo y "subversivo" para el sistema de tuberías criogénicas. En pequeñas instalaciones de GNL, puede aprovechar al máximo sus ventajas.
En los últimos años, este nuevo producto ha sido verificado en aplicaciones prácticas, demostrando su importancia positiva para el coste del proyecto y el funcionamiento fiable del sistema a largo plazo.
Fecha de publicación: 17 de junio de 2021