En las últimas décadas, con el desarrollo de la ciencia y la tecnología modernas, ha habido una creciente demanda de válvulas criogénicas en proyectos de ingeniería.Válvulas criogénicasson ampliamente utilizados en campos de fertilizantes, GNL y petroquímicos y son adecuados para medios con temperaturas entre -40 ℃ y -250 ℃. Las válvulas criogénicas incluyen válvulas de bola criogénicas, válvulas de solenoide criogénicas, válvulas de compuerta criogénicas, válvulas de globo criogénicas, válvulas de seguridad criogénicas, válvulas de retención criogénicas, válvulas de mariposa criogénicas, válvulas de aguja criogénicas, válvulas reguladoras criogénicas, válvulas reductoras de presión criogénicas, válvulas de control eléctrico criogénicas y válvulas de control neumáticas. Además del nitrógeno líquido y otros gases líquidos inertes, la mayoría de los medios de las válvulas criogénicas no solo son inflamables y explosivos, sino que también se gasifican cuando la temperatura aumenta o se produce un destello, lo que resulta en una rápida expansión del volumen, lo que puede provocar fácilmente fugas y explosiones. Los métodos de diseño, fabricación, ensayo e instalación de las válvulas criogénicas son diferentes a los de las válvulas ordinarias por las características del medio y los requisitos de adaptación al uso de válvulas a bajas temperaturas.
1.Estándares y definiciones de válvulas criogénicas
Diferentes estándares tienen diferentes definiciones para válvulas criogénicas.
(1) Norma británica de válvulas BS6364Válvulas para Baja Temperaturaindica que el rango de temperatura media de las válvulas criogénicas es de -50 ℃ a -196 ℃.
(2) El estándar estadounidense MSSSP-134Requisitos para válvulas criogénicas y cuerpos de válvula o extensiones de boneteexplica que la temperatura baja estandarizada está entre -100 ℃ y -195 ℃".
(3) El estándar chino GB/T 24925Condiciones Técnicas para Válvulas Criogénicases aplicable al rango de temperatura media de -29 ℃ a -196 ℃.
(4) Válvula de coraza estándar SHELL MESC SPE 77/200Válvulas para Baja Temperatura y Ultra-baja Temperaturaes adecuado para el rango de temperatura media de -30 ℃ a -196 ℃.
(5) Generalmente existen las siguientes seis temperaturas en países extranjeros de acuerdo con la temperatura de licuefacción de varios gases bajo presión normal:
Grado uno: de 0 a -46 ℃
Grado dos: de -47 a -60 ℃
Grado tres: de -61 a -70 ℃
Cuarto grado: de -71 a -101 ℃
Grado cinco: de -102 a -196 ℃
Sexto grado: por debajo de -253 ℃
En general, las temperaturas entre -46 y -150 ℃ se denominan temperatura baja, y una temperatura por debajo de -150 ℃ se denomina temperatura ultrabaja.
La definición de válvulas criogénicas en la industria petroquímica se basa en la temperatura de diseño del medio de transporte. En general, las válvulas que se usan para temperaturas medias por debajo de -40 ℃ se denominan válvulas criogénicas, y las que se aplican a temperaturas medias por debajo de -101 ℃ se denominan válvulas de temperatura ultrabaja.
2.Características de diseño de las válvulas criogénicas.
Selección de materiales de válvulas criogénicas
El medio de trabajo de la válvula criogénica no solo tiene baja temperatura, sino que también tiene una gran permeabilidad, lo que determina muchos requisitos especiales para el material de la válvula. Las propiedades mecánicas del acero a bajas temperaturas son diferentes a las de temperatura ambiente. Además de la resistencia, el índice importante del acero de baja temperatura es su tenacidad al impacto a baja temperatura. La tenacidad al impacto a baja temperatura de un material está relacionada con la temperatura de transición frágil del material. Cuanto más baja es la temperatura de transición frágil del material, mejor se vuelve la tenacidad al impacto a baja temperatura del material. El metal con celosía cúbica centrada en el cuerpo, como el acero al carbono, tiene fragilidad en frío a baja temperatura, mientras que la tenacidad al impacto del acero inoxidable austenítico con celosía cúbica centrada en la cara no se ve afectada por las bajas temperaturas.
Los cuerpos de las válvulas criogénicas, las tapas de las válvulas y otras piezas resistentes a la presión generalmente están hechas de materiales con buena resistencia y tenacidad a bajas temperaturas. Al mismo tiempo, también se deben considerar factores como la soldabilidad, la maquinabilidad, la estabilidad y la economía. Tres temperaturas bajas -46 ℃, -101 ℃ y -196 ℃ se usan comúnmente en el diseño. El acero al carbono de baja temperatura se usa generalmente para una temperatura de -46 ℃. El acero inoxidable austenítico de la serie 300 se usa generalmente para temperaturas entre -101 ℃ y -196 ℃. Este tipo de acero inoxidable tiene resistencia moderada, buena tenacidad y buen rendimiento de procesamiento.
El diseño estructural de válvulas criogénicas petroquímicas
(1)El diseño estructural de los bonetes de válvulas.
Una característica notable de las válvulas criogénicas es que sus bonetes son generalmente de cuello largo. En GB/T24925Condiciones Técnicas para Válvulas Criogénicas, también hay una estipulación clara de que los bonetes de las válvulas de compuerta criogénicas, válvulas de globo, válvulas de bola y válvulas de mariposa deben diseñarse con un cuello largo que sea beneficioso para la conservación en frío según las diferentes temperaturas, asegurando que la temperatura en el fondo de la la caja de embalaje permanece por encima de 0 ℃. El diseño de la estructura del casquete extendido es principalmente para mantener la manija de operación de la válvula y la caja de empaque lejos del área de baja temperatura, lo que no solo puede evitar la congelación del operador debido a una temperatura demasiado baja, sino también asegurar que la caja de empaque y la glándula se puede usar a temperaturas normales. Evite que se reduzca el rendimiento de sellado del empaque y se prolongue la vida útil del empaque. La elasticidad del empaque desaparece gradualmente a medida que la temperatura disminuye a bajas temperaturas y el rendimiento a prueba de fugas disminuye. La fuga del medio hace que la empaquetadura y el vástago de la válvula se congelen, lo que afecta el funcionamiento normal del vástago de la válvula. Mientras tanto, el empaque se rayará porque el vástago de la válvula se mueve hacia arriba y hacia abajo, lo que provoca fugas graves. Por lo tanto, la válvula criogénica debe adoptar una estructura de válvula de cuello largo para bonetes. Además, la estructura de cuello largo también facilita el enrollado de materiales de aislamiento en frío para evitar la pérdida de energía fría. Debido a que las tuberías de baja temperatura generalmente tienen una capa de aislamiento en frío de gran espesor, es beneficioso para el aislamiento en frío del bonete de cuello largo. El prensaestopas está fuera de la capa de aislamiento en frío, lo que es beneficioso para sujetar los pernos del prensaestopas o agregar empaques en cualquier momento sin dañar la capa de aislamiento en frío cuando sea necesario.
Las normas BS 6364, MSS SP-134 y SHELL MESC SPE77/200 especifican la longitud del bonete de la válvula. Entre ellos, BS 6364 estipula el tamaño de extensión de las cajas frías de 15 a 500, y estipula que la longitud de extensión pequeña de la caja no fría debe ser de 250 mm; MSS SP-134 indica los requisitos de tamaño para cajas frías y extensiones de cajas no frías de 15 a 300. En comparación, la longitud de la caja no fría es más larga que las especificaciones en BS 6364, mientras que la de la caja fría es más corta que las especificaciones en BS 6364. SHELL MESC SPE 77/200 no distingue entre cajas frías y no frías, y especifica la longitud de 15 a 1200 en diferentes rangos de temperatura.
SHELL MESC SPE 77/200 tiene una amplia selección de longitudes extendidas al considerar de manera integral, lo que es más conveniente y confiable. Si el casquete se utiliza en situaciones clave a bajas temperaturas, se puede diseñar de acuerdo con el estándar SHELL MESC SPE 77/200 o la longitud especial requerida por la unidad de diseño. Además, cuando se selecciona la longitud, es necesario considerar si el espesor de la capa de aislamiento frío diseñada es mayor que esta longitud y, de ser así, debe alargarse para que coincida con el espesor del aislamiento frío.
1.Estándares y definiciones de válvulas criogénicas
Diferentes estándares tienen diferentes definiciones para válvulas criogénicas.
(1) Norma británica de válvulas BS6364Válvulas para Baja Temperaturaindica que el rango de temperatura media de las válvulas criogénicas es de -50 ℃ a -196 ℃.
(2) El estándar estadounidense MSSSP-134Requisitos para válvulas criogénicas y cuerpos de válvula o extensiones de boneteexplica que la temperatura baja estandarizada está entre -100 ℃ y -195 ℃".
(3) El estándar chino GB/T 24925Condiciones Técnicas para Válvulas Criogénicases aplicable al rango de temperatura media de -29 ℃ a -196 ℃.
(4) Válvula de coraza estándar SHELL MESC SPE 77/200Válvulas para Baja Temperatura y Ultra-baja Temperaturaes adecuado para el rango de temperatura media de -30 ℃ a -196 ℃.
(5) Generalmente existen las siguientes seis temperaturas en países extranjeros de acuerdo con la temperatura de licuefacción de varios gases bajo presión normal:
Grado uno: de 0 a -46 ℃
Grado dos: de -47 a -60 ℃
Grado tres: de -61 a -70 ℃
Cuarto grado: de -71 a -101 ℃
Grado cinco: de -102 a -196 ℃
Sexto grado: por debajo de -253 ℃
En general, las temperaturas entre -46 y -150 ℃ se denominan temperatura baja, y una temperatura por debajo de -150 ℃ se denomina temperatura ultrabaja.
La definición de válvulas criogénicas en la industria petroquímica se basa en la temperatura de diseño del medio de transporte. En general, las válvulas que se usan para temperaturas medias por debajo de -40 ℃ se denominan válvulas criogénicas, y las que se aplican a temperaturas medias por debajo de -101 ℃ se denominan válvulas de temperatura ultrabaja.
2.Características de diseño de las válvulas criogénicas.
Selección de materiales de válvulas criogénicas
El medio de trabajo de la válvula criogénica no solo tiene baja temperatura, sino que también tiene una gran permeabilidad, lo que determina muchos requisitos especiales para el material de la válvula. Las propiedades mecánicas del acero a bajas temperaturas son diferentes a las de temperatura ambiente. Además de la resistencia, el índice importante del acero de baja temperatura es su tenacidad al impacto a baja temperatura. La tenacidad al impacto a baja temperatura de un material está relacionada con la temperatura de transición frágil del material. Cuanto más baja es la temperatura de transición frágil del material, mejor se vuelve la tenacidad al impacto a baja temperatura del material. El metal con celosía cúbica centrada en el cuerpo, como el acero al carbono, tiene fragilidad en frío a baja temperatura, mientras que la tenacidad al impacto del acero inoxidable austenítico con celosía cúbica centrada en la cara no se ve afectada por las bajas temperaturas.
Los cuerpos de las válvulas criogénicas, las tapas de las válvulas y otras piezas resistentes a la presión generalmente están hechas de materiales con buena resistencia y tenacidad a bajas temperaturas. Al mismo tiempo, también se deben considerar factores como la soldabilidad, la maquinabilidad, la estabilidad y la economía. Tres temperaturas bajas -46 ℃, -101 ℃ y -196 ℃ se usan comúnmente en el diseño. El acero al carbono de baja temperatura se usa generalmente para una temperatura de -46 ℃. El acero inoxidable austenítico de la serie 300 se usa generalmente para temperaturas entre -101 ℃ y -196 ℃. Este tipo de acero inoxidable tiene resistencia moderada, buena tenacidad y buen rendimiento de procesamiento.
El diseño estructural de válvulas criogénicas petroquímicas
(1)El diseño estructural de los bonetes de válvulas.
Una característica notable de las válvulas criogénicas es que sus bonetes son generalmente de cuello largo. En GB/T24925Condiciones Técnicas para Válvulas Criogénicas, también hay una estipulación clara de que los bonetes de las válvulas de compuerta criogénicas, válvulas de globo, válvulas de bola y válvulas de mariposa deben diseñarse con un cuello largo que sea beneficioso para la conservación en frío según las diferentes temperaturas, asegurando que la temperatura en el fondo de la la caja de embalaje permanece por encima de 0 ℃. El diseño de la estructura del casquete extendido es principalmente para mantener la manija de operación de la válvula y la caja de empaque lejos del área de baja temperatura, lo que no solo puede evitar la congelación del operador debido a una temperatura demasiado baja, sino también asegurar que la caja de empaque y la glándula se puede usar a temperaturas normales. Evite que se reduzca el rendimiento de sellado del empaque y se prolongue la vida útil del empaque. La elasticidad del empaque desaparece gradualmente a medida que la temperatura disminuye a bajas temperaturas y el rendimiento a prueba de fugas disminuye. La fuga del medio hace que la empaquetadura y el vástago de la válvula se congelen, lo que afecta el funcionamiento normal del vástago de la válvula. Mientras tanto, el empaque se rayará porque el vástago de la válvula se mueve hacia arriba y hacia abajo, lo que provoca fugas graves. Por lo tanto, la válvula criogénica debe adoptar una estructura de válvula de cuello largo para bonetes. Además, la estructura de cuello largo también facilita el enrollado de materiales de aislamiento en frío para evitar la pérdida de energía fría. Debido a que las tuberías de baja temperatura generalmente tienen una capa de aislamiento en frío de gran espesor, es beneficioso para el aislamiento en frío del bonete de cuello largo. El prensaestopas está fuera de la capa de aislamiento en frío, lo que es beneficioso para sujetar los pernos del prensaestopas o agregar empaques en cualquier momento sin dañar la capa de aislamiento en frío cuando sea necesario.
Las normas BS 6364, MSS SP-134 y SHELL MESC SPE77/200 especifican la longitud del bonete de la válvula. Entre ellos, BS 6364 estipula el tamaño de extensión de las cajas frías de 15 a 500, y estipula que la longitud de extensión pequeña de la caja no fría debe ser de 250 mm; MSS SP-134 indica los requisitos de tamaño para cajas frías y extensiones de cajas no frías de 15 a 300. En comparación, la longitud de la caja no fría es más larga que las especificaciones en BS 6364, mientras que la de la caja fría es más corta que las especificaciones en BS 6364. SHELL MESC SPE 77/200 no distingue entre cajas frías y no frías, y especifica la longitud de 15 a 1200 en diferentes rangos de temperatura.
SHELL MESC SPE 77/200 tiene una amplia selección de longitudes extendidas al considerar de manera integral, lo que es más conveniente y confiable. Si el casquete se utiliza en situaciones clave a bajas temperaturas, se puede diseñar de acuerdo con el estándar SHELL MESC SPE 77/200 o la longitud especial requerida por la unidad de diseño. Además, cuando se selecciona la longitud, es necesario considerar si el espesor de la capa de aislamiento frío diseñada es mayor que esta longitud y, de ser así, debe alargarse para que coincida con el espesor del aislamiento frío.
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