Las válvulas de control de vapor de alta presión y alta temperatura deben seleccionarse según las condiciones reales del vapor y los casos operativos, no solo según el tamaño de la tubería. La revisión de ingeniería debe incluir la condición del vapor saturado o sobrecalentado, el flujo másico mínimo/normal/máximo, la presión de entrada y salida, la temperatura de operación y de diseño, los Cv o Kv requeridos, el recorrido previsto, la relación de presión, el riesgo de flujo obstruido, el ruido aerodinámico, la velocidad de salida, los materiales del cuerpo y los internos, la configuración del empaque y del bonete, la fuerza del actuador, la acción de falla, los requisitos de fugas y el alcance de la inspección. Una reducción severa de la presión puede requerir un ajuste por etapas o de bajo ruido, pero el ajuste final debe confirmarse mediante datos de tamaño y proyecto en lugar de reglas genéricas de clases de presión.
Informe de ingeniería de energía y vapor
Selección de válvula de control de vapor para servicio de alta presión y alta temperatura
Una válvula de vapor puede tener el tamaño correcto para un flujo máximo y aun así ser una válvula de control deficiente. La tarea de ingeniería es demostrar que un paquete de válvulas puede manejar el arranque, la carga normal, la demanda máxima, la reducción de presión, la exposición térmica y el rendimiento acústico aceptable en todo el entorno operativo real.
Bases del diseño del servicio Steam
Comience con la potencia del vapor, no con el tamaño de la válvula. La válvula debe seleccionarse a partir del entorno del proceso real y de los requisitos de control, materiales e inspección del proyecto.
| condición de vapor | Vapor saturado o sobrecalentado, temperatura de entrada, calidad del vapor si corresponde, condición esperada aguas abajo |
| Casos operativos | Caudal másico mínimo, normal y máximo con P1 y P2 para cada caso |
| Objetivo de control | Reducción de presión, control de flujo de vapor, distribución de vapor de proceso, servicio auxiliar de turbina o control de temperatura coordinado |
| Restricciones del proyecto | Clase de presión, conexión final, materiales, requisitos de fugas, acción ante fallos, utilidad del actuador, criterio de ruido, inspección y documentación. |
Regla de selección: no apruebe una válvula de control de vapor a partir del tamaño nominal de la línea, la clase de presión o un solo punto de diseño.
Condiciones de funcionamiento y estado del vapor
Vapor saturado
El vapor saturado se encuentra en su condición de saturación para la presión indicada. El proyecto debe confirmar la condición real aguas arriba y si el condensado puede ingresar a la estación de control durante el arranque, carga baja o drenaje inadecuado.
Cuando el vapor seco saturado se regula a una presión más baja, el estado aguas abajo no necesariamente permanece saturado. La reducción de presión puede dejar el vapor sobrecalentado, por lo que la densidad, el volumen específico y la velocidad aguas abajo deben basarse en la condición aguas abajo calculada en lugar de asumir que la salida todavía es vapor saturado seco.
Vapor sobrecalentado
El vapor sobrecalentado opera por encima de la temperatura de saturación correspondiente a su presión. Además de la capacidad de flujo, la temperatura elevada afecta el material del cuerpo, el material de los internos, la empaquetadura, la configuración de la junta o del casquete, la exposición del actuador y el diseño de las tuberías circundantes.
Entradas de la hoja de datos
- Tipo y condición de vapor
- Flujo másico mínimo, normal y máximo.
- Presión de entrada para cada caso
- Presión de salida para cada caso
- Temperatura de funcionamiento y diseño.
- Criterio de ruido especificado, si lo hubiera.
- Tamaño y configuración de la tubería aguas abajo
Revisión de carga mínima, normal y máxima
CARGA MÍNIMA
¿Puede la válvula controlar pequeños cambios de flujo?
Verifique el Cv/Kv requerido, el recorrido previsto, la influencia del asiento, el efecto de fuga, la resolución del posicionador, la fricción, la banda muerta y la demanda mínima de proceso estable.
CARGA NORMAL
¿Pasará la válvula la mayor parte de su vida en una región de viaje útil?
Revise el recorrido normal previsto, la característica del flujo instalado, la caída de presión disponible, el ruido aerodinámico, la velocidad de salida y la duración esperada de funcionamiento continuo.
CARGA MÁXIMA
¿Puede la válvula superar la demanda máxima sin entrar en una condición inaceptable?
Revise el Cv/Kv máximo requerido, el recorrido máximo previsto, la relación de presión, la condición de flujo obstruido, la fuerza del actuador, el ruido y el impacto de la tubería aguas abajo.
Para el flujo de trabajo de dimensionamiento detallado, utilice Cómo dimensionar una válvula de control. El servicio de vapor debe utilizar un método de dimensionamiento de fluido compresible aplicable en lugar de una aproximación de servicio líquido.
Revisión de reducción de presión
Flujo estrangulado
El tamaño de la válvula de control de vapor no debe reducirse a una relación de presión crítica universal. La condición exacta de flujo obstruido depende de la geometría de la válvula y del método de dimensionamiento del fluido compresible aplicable.
Ruido aerodinámico
La expansión y la turbulencia del vapor de alta energía pueden generar un ruido significativo. El proyecto debe definir el método de predicción requerido y el criterio de aceptación.
Velocidad de salida
La salida de la válvula y la línea aguas abajo deben verificarse utilizando la condición de vapor aguas abajo calculada. No aplique la recomendación de velocidad de un fabricante como límite universal.
Erosión y Vibración
El vapor húmedo, el arrastre de condensado, la alta velocidad local, los chorros inestables o un ajuste inadecuado pueden acelerar el desgaste y la vibración.
IEC 60534-2-1 proporciona ecuaciones para predecir el flujo a través de válvulas de control en condiciones instaladas. Cuando el rendimiento acústico forma parte de la especificación, IEC 60534-8-3 proporciona un método para predecir el ruido aerodinámico procedente del flujo de fluido compresible.
Recortar ruta de selección
No seleccione internos para servicio severo únicamente según la clase de presión. Una válvula Clase 900, 1500 o 2500 no requiere automáticamente un ajuste multietapa o de bajo ruido. La decisión proviene de casos de flujo reales, relación de presión, predicción de ruido, velocidad, recorrido requerido y geometría de la válvula.
Para una discusión más amplia sobre ajustes para servicios severos, use Opciones de ajuste de válvula de control para cavitación y reducción de ruido.
Revisión de construcción de alta temperatura
Cuerpo y capó
El material y el diseño seleccionados deben satisfacer la clasificación de presión y temperatura aplicable y las especificaciones del proyecto. El vapor a temperatura elevada puede requerir acero aleado u otro material especificado por el proyecto, pero ningún material del cuerpo es correcto para cada aplicación de vapor.
Revestimiento y asiento
Se deben revisar los materiales del tapón, la jaula, el asiento y el vástago para determinar su resistencia, erosión, excoriación, expansión térmica, requisitos de fugas y vida útil requerida.
Embalaje y junta
Los materiales de empaque y empaquetadura deben coincidir con las condiciones reales de diseño y la construcción de la válvula.
Disposición del capó y accesorios
Se puede usar un bonete extendido en diseños seleccionados para aumentar la distancia térmica entre el cuerpo caliente y los componentes del empaque o del actuador, pero no es obligatorio para todas las válvulas de control de vapor. Los posicionadores, solenoides, conjuntos de aire y accesorios eléctricos deben seleccionarse para la exposición real al calor ambiental y radiante.
Para una selección más amplia de materiales y presión-temperatura, revise Guía de válvulas de alta presión y alta temperatura.
Actuador y respuesta a fallos
| Modulación normal | El actuador debe posicionar la válvula suavemente a lo largo del recorrido operativo requerido. |
| Presión diferencial de cierre | El empuje o el par disponible se deben comparar con la condición de cierre especificada y el diseño de ajuste seleccionado. |
| acción fallida | La falla de apertura, falla de cierre, falla en el lugar u otra respuesta debe provenir de la filosofía de control y seguridad del proceso. El servicio de vapor por sí solo no determina la posición de falla. |
| Exposición térmica | Los sellos, posicionadores y accesorios del actuador deben permanecer dentro de los límites ambientales aprobados en la instalación final. |
Utilice el Guía de selección de actuadores de válvulas para una revisión más amplia del paquete de actuadores.
Casos de aplicación
CASO A
Reducción de presión del cabezal de vapor
Revise el rango completo de presión de entrada, la presión aguas abajo requerida, la demanda mínima y máxima de vapor, la condición de flujo obstruido, el ruido, la velocidad de salida y las tuberías aguas abajo. Para una reducción simple de la presión local, es posible que también sea necesario evaluar un regulador de presión; una válvula de control accionada es apropiada cuando el proceso requiere lógica de control externo o automatización de planta.
CASO B
Turbina de vapor auxiliar o bypass
Los grandes cambios de carga, la reducción severa de la presión, la respuesta rápida o los transitorios térmicos pueden hacer que esta tarea sea altamente específica de la aplicación. El proyecto debe proporcionar requisitos transitorios y de control además de condiciones de estado estable.
CASO C
Distribución de vapor de proceso
Verifique el flujo mínimo controlable, el recorrido normal, la relación de presión y si una válvula puede cubrir el arranque y la producción máxima sin una ganancia excesiva o una operación severa de recorrido bajo.
CASO D
Control de presión de vapor con atemperamiento o agua pulverizada
Cuando el control de la presión del vapor se coordina con el rociador de agua o el equipo de atemperamiento, la válvula de vapor debe considerarse como un elemento del sistema completo. El tamaño de la válvula de vapor por sí solo no puede establecer el rendimiento de la temperatura de salida final ni el comportamiento completo del PRDS.
Riesgo de arranque y condensación
Una estación de control que normalmente maneja vapor seco aún puede experimentar condensación durante el arranque, el apagado, el calentamiento, el funcionamiento con carga baja o un drenaje inadecuado. El arrastre de líquido puede aumentar el riesgo de erosión, vibración y golpe de ariete y puede dañar los accesorios o las tuberías aguas abajo.
Límite del sistema: La selección de la válvula no reemplaza el drenaje correcto de la línea de vapor, el procedimiento de calentamiento, el diseño del tubo de goteo, la trampa de vapor, la pendiente de la tubería, el diseño del soporte o la práctica operativa de la planta.
Para un contexto más amplio del sistema, consulte Soluciones de válvulas de vapor y energía.
Hoja de datos de RFQ de la válvula de control de vapor
| Servicio/etiqueta | ____________________________ |
| condición de vapor | Saturado / Sobrecalentado / Otro: ____________ |
| Caso mínimo | Caudal ______ P1 ______ P2 ______ T ______ |
| Caso normal | Caudal ______ P1 ______ P2 ______ T ______ |
| Caso máximo | Caudal ______ P1 ______ P2 ______ T ______ |
| Presión/temperatura de diseño | ____________________________ |
| Tamaño de línea/conexión | ____________________________ |
| Requisito de fuga | ____________________________ |
| Actuador/señal/acción de fallo | ____________________________ |
| Ruido / inspección / documentación | ____________________________ |
Cuando los datos del proceso estén completos, solicite al proveedor que le devuelva los Cv/Kv calculados, el recorrido previsto para el flujo mínimo/normal/máximo, la base de ajuste seleccionada, la base de tamaño del actuador, la revisión del ruido cuando sea necesario y cualquier limitación operativa declarada antes de la aprobación final.
Verificación de fábrica
| Artículo | Estado típico | Propósito |
|---|---|---|
| Registros de materiales | Si se especifica | Confirmar los materiales especificados que contienen presión, molduras o pernos. |
| Inspección dimensional | Requerido para el paquete aprobado | Verifique la conexión, la disposición cara a cara y del actuador. |
| Prueba de presión | Según norma aplicable/PO | Verificar la integridad que contiene presión |
| Prueba de fuga del asiento | Si se aplica el requisito de fuga | Verificar el rendimiento de fugas del asiento especificado |
| Prueba de carrera/acción fallida | Para paquete accionado | Verifique el recorrido, el funcionamiento del actuador y la respuesta a fallas especificadas. |
| Inspección final de embalaje | Antes del envío | Protege la válvula, los extremos, el actuador, el posicionador y la tubería. |
Para obtener una opción de modulación de alta presión a nivel de producto, revise la Válvula de control de alta presión. Para conocer la familia de productos completa, visite el Categoría de válvula de control.
Recursos técnicos relacionados
- Soluciones de válvulas de vapor y energía
- Guía de válvulas de alta presión y alta temperatura
- Cómo dimensionar una válvula de control
- Guía de selección de válvulas de control
- Opciones de ajuste de válvula de control para cavitación y reducción de ruido
- Guía de selección de actuadores de válvulas
- Válvula de control de alta presión
Referencias técnicas
- IEC 60534-2-1 — Capacidad de flujo: ecuaciones de tamaño para flujo de fluido en condiciones de instalación
- IEC 60534-8-3: método de predicción del ruido aerodinámico de la válvula de control
- Manual de válvulas de control de Emerson
- Spirax Sarco — Dimensionamiento de válvulas de control para sistemas de vapor
Preguntas frecuentes
¿Qué datos se requieren para dimensionar una válvula de control de vapor?
Proporcionar flujo de vapor mínimo, normal y máximo, presión de entrada y salida para cada caso, condición del vapor, temperatura de operación y diseño, tamaño de la línea, función de control requerida y restricciones del proyecto. El proveedor debe calcular Cv o Kv y el recorrido previsto utilizando un método de dimensionamiento de fluido compresible aplicable.
¿Se puede seleccionar una válvula de control de vapor según el tamaño de la tubería?
No. El tamaño de la tubería es sólo un insumo del proyecto. El tamaño y el ajuste final de la válvula dependen del flujo de vapor, la relación de presión, la temperatura, los Cv o Kv requeridos, el recorrido previsto, el ruido, la velocidad, la fuerza del actuador y el entorno operativo completo.
¿Cuándo se requiere un ajuste silencioso para el vapor?
Se debe considerar un ajuste de bajo ruido o por etapas cuando el ruido aerodinámico previsto o la gravedad de la reducción de presión exceden los criterios de aceptación del proyecto. La selección debe basarse en el tamaño real y la revisión del ruido en lugar de solo en la clase de presión.
¿Qué es el flujo obstruido en una válvula de control de vapor?
El flujo obstruido es una condición de flujo compresible en la que la capacidad de flujo másico de la válvula queda limitada por la relación de presión y las características de la válvula. La condición exacta debe determinarse utilizando el método de dimensionamiento de la válvula de control aplicable.
¿El vapor seco saturado permanece saturado después de la reducción de presión?
No necesariamente. Estrangular el vapor seco saturado a una presión más baja puede producir un estado sobrecalentado aguas abajo. La condición aguas abajo debe calcularse de modo que las comprobaciones específicas de volumen, velocidad y tamaño relacionado utilicen las propiedades correctas del vapor.
¿Se requiere siempre un cierre fallido para una válvula de control de vapor?
No. La falla de apertura, falla de cierre, falla en el lugar u otra respuesta de falla definida depende de la filosofía de control y seguridad del proceso.
