Principios para seleccionar válvulas de control en plantas químicas

Válvulas de controlJuega un papel crucial en la regulación del flujo de fluido, la presión y la temperatura en las plantas químicas. La selección adecuada no solo mejora la eficiencia del sistema, sino que también minimiza los costos operativos y evita las pérdidas innecesarias de energía. Este artículo proporciona una descripción detallada de los principios para seleccionar válvulas de control, incluidos los requisitos de rendimiento y el cálculo de los valores de CV.

1. Principios básicos para seleccionarVálvulas de control

1. Requisitos del proceso de reunión
   Válvulas de controldebe seleccionarse en función de parámetros de proceso específicos, como las características del medio, la presión de funcionamiento, el rango de temperatura y los requisitos de flujo para garantizar que la válvula satisfaga las demandas del proceso.
2. Seleccionando las características de flujo apropiadas
   Válvula de controls viene con varias características de flujo (por ejemplo, lineal, igual porcentaje, apertura rápida):
   • Lineal: Adecuado para procesos con pequeñas variaciones de carga.
   • Porcentaje igual: Ideal para aplicaciones con grandes variaciones de carga y requisitos de alta precisión.
   • Apertura rápida: Comúnmente usado para el control inactivo.
3. Economía y durabilidad
   El material y la estructura de la válvula deben ser apropiados para evitar la ingeniería excesiva y garantizar la estabilidad a largo plazo en entornos con altas temperaturas o medios corrosivos.
4. Compatibilidad con los actuadores
   Elválvula de controlDebe ser compatible con la velocidad de respuesta del actuador y la precisión de ajuste para lograr un control automático estable.
5. Facilidad de operación y mantenimiento
   Seleccione diseños de válvulas que sean fáciles de instalar y mantener, reduciendo la carga de trabajo operacional.

2. Cálculo y selección del valor CV (coeficiente de flujo)

1. Definición de valor CV
El valor de CV indica el caudal (en galones por minuto) de agua que pasa a través de la válvula cuando se abre completamente bajo una caída de presión de 1 psi. Es un parámetro crítico para seleccionar válvulas de control para garantizar que cumplan con los requisitos de flujo reales.

2. Fórmulas de cálculo del valor CV
La fórmula para calcular el valor CV varía según el tipo de medio:

• Para medios líquidos:

• Dónde:
  • $QQ$

    P: caudal (m³/h o gpm)

  • $\Delta P\; \backslash \; delta\; P$

    ΔP: caída de presión a través de la válvula (barra o psi)

  • $GG$

    G: Densidad relativa del medio (basado en el agua, que tiene una densidad de 1)

• Para medios gaseosos:

• Dónde:
  • $QQ$

    P: caudal (metros cúbicos estándar por hora)

  • $\Delta P\; \backslash \; delta\; P$

    ΔP: caída de presión a través de la válvula (barra o psi)

  • $TT$

    T: temperatura absoluta del medio (℃)

  • $ZZ$

    Z: factor de compresibilidad (aproximadamente 1 para gases ideales)

  • $P1P\_1$

    P1: presión de entrada absoluta (bar o psi)

• Para medios de vapor:

• Dónde:
  • $QQ$

    P: caudal de masa de vapor (kg/h)

  • $VV$

    V: Volumen específico de vapor (m³/kg)

3. Principios de selección de valor CV

• Margen de diseño: Por lo general, se agrega un margen de 10% -20% al valor CV calculado para acomodar las fluctuaciones.
• Rango de trabajo: Las válvulas de control funcionan mejor dentro del 30% -70% de su valor CV completamente abierto, asegurando una regulación precisa y sensible.

3. Selección de materiales y estructuras de válvulas

1. Selección de material
El material debe elegirse en función de las características y las condiciones del proceso del medio:

• Acero carbono: Adecuado para temperatura normal y medios no corrosivos.
• Acero inoxidable: Apropiado para medios levemente ácidos, alcalinos o corrosivos.
• Materiales de aleación: Diseñado para entornos de alta temperatura, alta presión y fuertemente corrosivos.
• Ptfe/goma: Utilizado para medios de baja temperatura o débilmente corrosivos.

2. Selección estructural

• Válvulas de control de un solo asiento: Para aplicaciones de caída de baja presión y flujo pequeño, ofreciendo fugas mínimas.
• Válvulas de control de doble asiento: Para caída de alta presión y flujo grande, aunque con fuga ligeramente más alta.
• Válvulas de control guiadas por la jaula: Combinando los beneficios de las válvulas de asiento único y doble, adecuado para caída de alta presión y flujo grande.
• Válvulas de bola: Ideal para medios de alta presión o que contienen partículas.
• Válvulas de mariposa: Adecuado para grandes diámetros y aplicaciones de baja presión.

4. Consideraciones de instalación y puesta en marcha

1. Posición y orientación
   • Las válvulas de control deben instalarse en secciones de tubería horizontal, con la orientación del cuerpo de la válvula que coincide con la dirección del flujo indicada.
   • Evite la instalación en áreas con alta vibración para evitar la vida útil de la válvula reducida.
2. Diseño de tubería de derivación
   • Para los bucles de control críticos, se debe instalar una tubería de derivación para permitir el funcionamiento del sistema durante el mantenimiento o reemplazo de la válvula.
3. Puesta en marcha y calibración
   • Durante la puesta en servicio, ajuste la velocidad de respuesta y el rango de control del actuador para garantizar que la válvula responda de manera rápida y precisa para controlar las señales.

5. Ejemplo práctico

En una planta química, un medio líquido se transporta a una velocidad de flujo de 30 m³/h. La presión aguas arriba es de 5 bar, y la presión aguas abajo es de 3 bar. El medio es agua (densidad relativa = 1).

Calcule el valor CV requerido: