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( Diseño de válvula ) Las válvulas de bola flotante criogénicas bidireccionales han cambiado el diseño de los sistemas criogénicos.

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Hasta ahora, los escenarios de aplicaciones criogénicas que requieren sellado de válvulas de dos vías 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 de dos vías, los diseñadores de sistemas han obtenido una opción más atractiva que las válvulas de bola tradicionales:válvulas de bola flotante.Tiene un caudal más alto, no tiene restricciones en la dirección del flujo ni en la dirección de sellado del medio y puede funcionar de forma segura en condiciones criogénicas.Y el tamaño es más pequeño, el peso es más ligero y la estructura es más simple.
Los escenarios de aplicaciones criogénicas que requieren válvulas incluyen la entrada/salida de tanques de almacenamiento para llenado y descarga, presurización de tuberías vacías cerradas, gasificación y licuefacción, tuberías multipropósito para diversos sistemas en estaciones terminales de GNL, sistemas de envío y camiones cisterna, sistemas de distribución, bombeo. estaciones de servicio y estaciones de servicio de GNL, así como juegos de válvulas de gas natural (GVU) relacionados con motores de combustible dual en barcos.
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En los escenarios de aplicación mencionados anteriormente, generalmente se utilizan válvulas de cierre de dos vías para controlar y cerrar el fluido medio.En comparación con tipos alternativos comoválvulas de bola, tienen 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.
· Necesidad de 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 equipos de válvulas y actuadores son muy destacados.
· Si la válvula de cierre se utiliza para realizar la función de apagado de emergencia requerida por muchos sistemas de GNL, la complejidad será aún mayor.
Para las pequeñas instalaciones de GNL (SSLNG), los problemas anteriores serán más obvios, porque 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.Es decir, son de menor tamaño sin afectar el caudal.Esto significa que el tamaño, el peso y el coste de todo el sistema de tuberías e incluso de todo el sistema se reducen significativamente.Al mismo tiempo, puede aumentar significativamente el retorno de la inversión (ROI) de los sistemas relacionados.
Por supuesto, las válvulas de bola de flotador criogénicas estándar son unidireccionales, lo que no es adecuado para los escenarios mencionados anteriormente que requieren sellado de válvulas de dos vías.
 
 
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Unidireccional versus bidireccional
Como se muestra en la Figura 1, la válvula de bola flotante estándar para condiciones criogénicas tiene un orificio de alivio de presión en el lado aguas arriba de la bola de la válvula para evitar que la presión se acumule y aumente cuando el medio sufre un cambio de fase.Cuando la válvula está en posición cerrada, el gas natural licuado encerrado en la cavidad del cuerpo de la válvula comenzará a evaporarse y expandirse, y el volumen puede alcanzar 600 veces el volumen original después de expandirse por completo, lo que puede provocar que la válvula explote. .Para evitar esta situación, la mayoría de las válvulas de bola flotante estándar han adoptado un mecanismo de alivio de presión de apertura aguas arriba.Debido a esto, las válvulas de bola tradicionales no se pueden utilizar en situaciones que requieran sellado bidireccional.
Y esta es la etapa donde la válvula de bola flotante criogénica de dos vías puede mostrar su talento.La diferencia entre esta válvula y la válvula criogénica unidireccional estándar es:
· No hay abertura en la bola de la válvula para aliviar la presión.
· Puede sellar fluido en ambas direcciones.
En la válvula de bola de flotador criogénica de dos vías, el asiento de la válvula de resorte de dos vías reemplaza el mecanismo de alivio de presión de apertura aguas arriba.El asiento de la válvula accionado por resorte puede liberar la presión excesiva generada por el gas natural licuado encerrado en la cavidad del cuerpo de la válvula, evitando así que la válvula explote, como se muestra en la Figura 2.
 
 
Además, el asiento de la válvula accionado por resorte ayuda a mantener la válvula con un torque más bajo y lograr un funcionamiento más suave en condiciones criogénicas.
La válvula de bola flotante criogénica de dos vías está equipada con un anillo de sellado de grafito de segunda etapa, por lo que la válvula tiene una función de seguridad contra incendios.A menos que un accidente catastrófico provoque que las partes poliméricas de la válvula se quemen, el sello secundario no entrará en contacto con el medio.En caso de accidente, el sello de segundo nivel cumplirá la función de protección contra incendios.
 
Ventajas de las válvulas de dos vías.
En comparación con las válvulas de globo, las válvulas de bola fijas y las válvulas de bola fijas de montaje superior, la válvula de bola de flotador criogénica de dos vías tiene todas las ventajas de una válvula de bola de alto coeficiente de flujo y no hay restricciones en la dirección del fluido ni del sellado.Puede utilizarse de forma segura en condiciones criogénicas;el tamaño es relativamente pequeño y la estructura es relativamente simple.El actuador correspondiente también es relativamente sencillo (rotación en ángulo recto) y miniaturizado.Estas ventajas significan que todo el sistema es más pequeño, más ligero y más rentable.
La Tabla 1 compara la válvula de bola flotante criogénica de dos vías con otras válvulas con funciones similares desde las perspectivas de mantenimiento, tamaño, peso, nivel de torque, dificultad de control y costo general, y resume de manera integral sus ventajas y desventajas.
Si una pequeña instalación de GNL rompe la convención y adopta una válvula de bola criogénica de dos vías, puede aprovechar al máximo las ventajas únicas de la válvula de bola, es decir, diámetro completo, alto caudal y alta tasa de descarga de la tubería.En términos relativos, puede admitir tuberías de menor tamaño manteniendo el mismo caudal, por lo que puede reducir el volumen total, el peso y la complejidad del sistema, y ​​también puede reducir el costo del sistema de tuberías.
El artículo anterior presentó las ventajas de usarse como válvula de cierre.Si se utiliza como válvula de control, las ventajas serán más obvias.Si se utiliza la válvula de bola giratoria de ángulo recto, la complejidad del kit de automatización de la válvula se reducirá significativamente, por lo que se ha convertido en un elemento opcional para el sistema criogénico.
El contenido más básico del kit de automatización mencionado anteriormente es la válvula de bola flotante criogénica de dos vías, simple y práctica, y el actuador giratorio rectangular con estructura simple y alta rentabilidad.
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En resumen, la válvula de bola flotante criogénica de dos vías tiene un significado positivo "subversivo" para el sistema de tuberías criogénicas.En instalaciones pequeñas de GNL, puede aprovechar al máximo sus ventajas.
En los últimos años, este nuevo producto se ha verificado en aplicaciones prácticas, lo que demuestra que tiene una importancia positiva para el coste del proyecto y el funcionamiento fiable a largo plazo del sistema.

Hora de publicación: 17 de junio de 2021