A pressão máxima para uma válvula gaveta depende do seu design, material, tamanho e temperatura de operação. Válvulas residenciais padrão são classificadas para 100 a 200 PSI, mas uma válvula gaveta de alta pressão construída para serviço industrial pode suportar pressões acima de 20.000 PSI em aplicações especializadas de campos de petróleo.
O Que Determina a Classificação de Pressão
A classificação de pressão não é um número fixo único. Ela muda dependendo de vários fatores que atuam em conjunto.
Temperatura
À medida que a temperatura de operação aumenta, a resistência do material diminui e a pressão permissível cai com ela.
Uma válvula classificada para 5.000 PSI a 100°F pode ser segura apenas a 3.000 PSI a 600°F.
Ler apenas a classificação de pressão ambiente e parar por aí é um erro de especificação que aparece repetidamente na aquisição industrial, e um que é totalmente evitável.
Construção do Material
O aço forjado produz um corpo mais denso e mais forte do que o aço fundido. Para serviço de vapor de alta pressão e hidrocarbonetos, os corpos forjados superam as alternativas fundidas tanto em resistência quanto em confiabilidade a longo prazo.
O revestimento duro na sede e na superfície da comporta é igualmente importante. Materiais como Carboneto de Tungstênio e Stellite 6 resistem à erosão que o fluxo de alta pressão causa na interface de vedação. Sem eles, o desgaste da sede acelera e o vazamento ocorre.
Design do Castelo
Os designs de castelo aparafusado têm limites em serviço de alta pressão porque os fixadores suportam a carga de vedação.
Acima de um certo limite, a tensão do parafuso por si só não aguenta.
Os designs de vedação por pressão abordam isso usando a pressão interna para apertar a vedação. Quanto mais o sistema empurra, mais apertado fica.
Configuração do Furo
As válvulas de comporta de passagem plena mantêm o mesmo diâmetro interno da tubulação. Isso mantém a queda de pressão baixa e permite que os "pigs" de tubulação passem para limpeza. As válvulas de passagem reduzida são mais compactas e leves, mas a abertura mais estreita aumenta a resistência ao fluxo através da válvula. Em aplicações de campo petrolífero e tubulações de alta pressão, a escolha entre as duas afeta tanto a eficiência operacional quanto o acesso para manutenção.
Padrões de Classificação de Pressão
As válvulas de comporta industriais seguem dois sistemas principais de classificação.
As classes ASME/ANSI vão da Classe 150 à Classe 4500. Uma válvula Classe 150 suporta cerca de 285 PSI à temperatura ambiente. Uma válvula Classe 2500 suporta cerca de 6.250 PSI nas mesmas condições.
As classificações PN são usadas em especificações europeias e internacionais, variando de PN10 a PN400 e representando a capacidade de pressão em bar.
Uma válvula classificada para alta pressão a 100°F pode ter essa classificação cair pela metade a 800°F. Sempre leia a curva completa de pressão-temperatura, não apenas o número ambiente.
Para aplicações em campos petrolíferos, a API 6A especifica classificações de pressão de 2.000, 3.000, 5.000, 10.000, 15.000 e 20.000 PSI, comumente referidas como 2M a 20M. Estas cobrem equipamentos de cabeça de poço e de superfície na produção de petróleo e gás, onde as condições de operação são as mais exigentes.
Para mais informações sobre como essas classificações se aplicam em diferentes condições de serviço, nosso guia de design de válvulas de comporta de alta pressão entra nos detalhes por tipo de aplicação.
Válvulas Gaveta com Vedação por Pressão
A válvula gaveta de vedação por pressão é o padrão da indústria para usinas de energia, sistemas de vapor e refinarias de petróleo que operam acima de 1.450 PSI.
A vedação do castelo aperta à medida que a pressão interna aumenta. O desempenho melhora nas condições exatas em que um castelo aparafusado começaria a falhar.
Essas válvulas operam nas Classes 900 a 4500, suportando pressões de cerca de 2.200 PSI até 10.000 PSI e além. Elas também são classificadas para temperaturas de até 580°C, posicionando-as em toda a geração de energia supercrítica e aplicações de vapor de alta pressão.
As gaxetas prateadas em projetos de vedação por pressão precisam de atenção específica durante transientes térmicos. Uma gaxeta esmagada durante mudanças rápidas de temperatura produz vazamentos que os cronogramas de manutenção padrão não preveem.
Alguns projetos de vedação por pressão também usam hastes não ascendentes para reduzir o desgaste da gaxeta e o torque de operação em configurações de gaveta de placa de alta pressão. Confirme isso durante a especificação em aplicações onde a operação frequente é esperada.
Se você está especificando válvulas de vedação por pressão para serviço cíclico, nosso detalhamento da válvula gaveta de vedação por pressão revela os detalhes de construção e o que monitorar em serviço.
Como o Tamanho da Válvula Afeta a Pressão Máxima
Tamanho e pressão movem-se em direções opostas.
À medida que o diâmetro da válvula aumenta, a força que atua na gaveta cresce. Válvulas maiores precisam de construção mais pesada para suportar a mesma pressão que as menores.
Uma válvula gaveta de 6” construída de acordo com os padrões API 6A pode suportar de 10.000 a 15.000 PSI em serviço de campo de petróleo de alta pressão.
Uma válvula gaveta de 8 da mesma classe requer um corpo mais substancial porque a área de furo maior multiplica a força que a gaveta deve resistir.
Para aplicações de pequeno diâmetro, a API 602 abrange válvulas gaveta de aço forjado de 1/4 de polegada a 2 polegadas, classificadas para até 10.000 PSI. Estes são projetos compactos e de alta resistência usados onde o espaço é limitado e as demandas de pressão são altas.
Válvulas gaveta de grande diâmetro em serviço de alta pressão frequentemente precisam de sistemas de bypass instalados. Sem um, a pressão diferencial através da gaveta torna a válvula impossível de operar e danifica o assento na abertura.
Válvulas Gaveta Paralelas em Serviço de Vapor de Alta Pressão
A válvula gaveta paralela usa dois discos paralelos em vez de uma cunha para vedar contra o assento.
Isso elimina o efeito de travamento que as válvulas tipo cunha desenvolvem em aplicações de vapor de alta temperatura, onde a expansão térmica trava a cunha contra o assento.
Os designs de gaveta paralela são adequados para sistemas de caldeiras e linhas de vapor de alta pressão com ciclos térmicos frequentes. Eles operam nas classes ASME 150 a 2500 e exigem menos torque de operação do que as alternativas de gaveta tipo cunha nas mesmas condições.
Sistemas de Abastecimento de Água e Aplicações de Baixa Pressão
Nem toda aplicação exige classificações de pressão de nível industrial.
A Válvula Gaveta Kennedy é construída para serviço de água e esgoto, classificada para 200 a 250 PSI para designs padrão de cunha resiliente e até 350 PSI para a série de proteção contra incêndio.
A Válvula Gaveta MJ, um design de junta mecânica usado em instalações de água subterrâneas, opera a uma pressão de trabalho de 250 PSI.
Ambas são confiáveis para o serviço a que se destinam. Os problemas começam quando uma válvula classificada para saneamento acaba em uma aplicação industrial de maior pressão porque o tamanho do tubo não corresponde. A classe de pressão e o tamanho do tubo são especificações separadas e precisam ser tratadas dessa forma.
Substituição de Válvula Gaveta de Alta Pressão: O Que Verificar
A substituição de uma válvula gaveta de alta pressão não é tão simples quanto combinar o diâmetro do tubo. Veja como você deve proceder com sua verificação.
Verificar Novamente a Curva Pressão-Temperatura
Não confie apenas na classificação de pressão ambiente. Verifique novamente a pressão e a temperatura máximas do sistema juntas antes de selecionar uma substituição.
Corresponder Material, Estilo do Castelo e Conexões Finais
Substituir o aço forjado A105 por uma alternativa fundida em serviço de vapor de alta pressão introduz um risco de falha.
Mudar de um castelo aparafusado para um design de vedação por pressão altera a pegada da válvula e afeta o layout da tubulação ao seu redor.
As conexões de extremidade também precisam corresponder exatamente. Trocar uma conexão de solda de topo por uma alternativa flangeada em uma linha de alta pressão requer modificações na tubulação que raramente são consideradas na fase de aquisição.
Para serviço de alta pressão que requer um corpo forjado, nossa válvula gaveta de cunha forjada cobre classes de pressão exigentes em construção de aço forjado. Onde as condições de serviço permitem construção fundida, a válvula gaveta de cunha fundida é uma alternativa econômica.
Condição do Assento, Gaxeta e Fornecimento
Revise a condição do assento em válvulas com assento metálico antes de substituir a unidade inteira. Assentos metálicos renováveis podem frequentemente ser refaceados em vez de substituídos completamente.
Para temperaturas acima de 232°C, é necessária gaxeta de grafite. O PTFE falha nessas temperaturas e não deve ser especificado acima desse limite.
O teste hidrostático em válvulas de alta pressão é realizado a 1,5 vezes a MAWP. Uma válvula de 10.000 PSI é testada a 15.000 PSI. Verifique se qualquer substituição possui documentação confirmando que foi testada de acordo com esse padrão.
Ao procurar substituições, o Catálogo de válvulas gaveta Powell lista projetos de vedação de pressão API 600 da Classe 600 à Classe 4500, incluindo configurações de cunha e paralelas para serviço industrial severo.
Conclusão
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Uma válvula que parece correta no papel, mas não corresponde à curva real de pressão-temperatura do sistema, não durará muito. Em serviço de alta pressão, essa falha raramente se limita à própria válvula.
Se você está trabalhando em uma especificação de válvula gaveta e precisa de orientação sobre o projeto certo para sua aplicação, entre em contato com nossa equipe e nós o ajudaremos a encontrar a solução certa.
