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Especificación técnica y guía de selección de válvulas de control
Creado 10.21
I. Estándares aplicables
Tipo estándar | N.º y título del estándar |
Estándar internacional | ASME B16.34 Válvulas — Extremos bridados, roscados y soldados |
Estándar internacional | ASME B16.104 Fuga del asiento de la válvula de control |
Estándar internacional | IEC 60534-2-4, IEC 60534-3-1 — Capacidad de flujo y dimensiones cara a cara de válvulas de control |
Estándar nacional | GB/T 4213 Válvulas de control neumáticas |
Estándar de prueba | API 598, ISO 5208 — Inspección y prueba de presión de válvulas |
Estándar de referencia | GB/T 17213.2 Válvulas de control de procesos industriales — Capacidad de flujo — Ecuaciones de dimensionamiento para el flujo de fluidos en condiciones instaladas |
Nota: JB/T 5296-1991 Métodos de prueba para el coeficiente de flujo de válvulas generales fue retirado en 2017 y ya no se incluye.
II. Principio estructural
La válvula de control rotativa excéntrica consta de un conjunto de estrangulamiento de cuerpo de válvula rotativa excéntrica y un actuador neumático.
Principio de funcionamiento: El tapón esférico y el eje de la válvula están diseñados con una excentricidad. Cuando el eje de la válvula gira, el tapón se desplaza excéntricamente a lo largo de una trayectoria de leva. Cuando la válvula se cierra, el brazo flexible del tapón experimenta una deformación elástica y entra en contacto hermético con el asiento para formar un sello. El recorrido angular de 50° proporciona apertura y cierre con capacidad de cizallamiento y anti-atasco inherentes, lo que lo hace adecuado para medios fibrosos, particulados y de alta viscosidad. Por ello, también se denomina válvula de leva flexible.
Selección del actuador
Modelo | Tipo estructural | Servicio aplicable |
PDR | Tipo de diafragma laminar con retorno por resorte | Servicio convencional, aplicaciones de seguridad ante fallos |
PCR | Tipo pistón de doble efecto | Gran diámetro, alta presión diferencial, servicio severo |
Ventajas del diseño principal
Característica de diseño | Ventaja técnica |
Pasaje de flujo del cuerpo de paso recto | Baja resistencia al flujo, alta capacidad de flujo |
Recorrido angular de 50° | Respuesta rápida de apertura/cierre, buena linealidad de control |
Cuerpo y tapa integrales | Puntos de fuga externa reducidos |
Estriado involuto | Buen centrado, alta capacidad de transmisión de par |
Diseño de ventana simétrica | Aire para abrir / aire para cerrar intercambiables libremente en sitio |
Estructura de cizallamiento excéntrico | Anti-atascamiento por partículas, adecuado para medios viscosos |
Compacto y ligero | Se puede instalar en cualquier ángulo, fácil mantenimiento |
III. Tres estructuras de sellado y caída de presión admisible
1. Definiciones de la estructura de sellado
Tipo de sellado | Definición estructural | Abreviatura |
TS | Junta tórica integrada en el asiento, estructura de asiento blando | Sello blando |
SS | Recubrimiento local de Stellite duro en el tapón y el asiento | Sello duro parcial |
SF | Recubrimiento total de Stellite duro en el tapón y el asiento | Sello totalmente duro |
Como se describió anteriormente, TS indica una junta tórica sujetada en el asiento; SS indica revestimiento duro de Estelita aplicado en las áreas de sellado del tapón y el asiento (revestimiento parcial); SF indica revestimiento duro de Estelita completo tanto en el tapón como en el asiento (revestimiento total).
2. Comparación de rendimiento
Tipo de sellado | Clase de fuga | Temperatura aplicable | Resistencia al desgaste y a la erosión | Medios / Escenarios aplicables | Ventajas y desventajas |
Sello blando TS | ASME B16.104 Clase VI (estanqueidad absoluta sin fugas) | -45 a 230°C | Moderada; no resistente a la erosión por partículas | Gas limpio, agua limpia, medios limpios no corrosivos | Mejor rendimiento de sellado, bajo costo; límite de temperatura bajo, propenso al envejecimiento |
Sello parcialmente duro SS | ASME B16.104 Clase IV | -195 a 400°C | Moderada; resistente a partículas ligeras | Productos petrolíferos ordinarios, vapor, medios ligeramente corrosivos | Buena relación costo-beneficio; sellado y resistencia al desgaste equilibrados |
Sello rígido total SF | ASME B16.104 Clase IV | -195 a 400°C | Excelente; resistente a la erosión, cristalización y partículas | Medios que contienen fibras, partículas, alta viscosidad, alta temperatura, corrosión severa | Vida útil más larga, mayor adaptabilidad de servicio; costo relativamente alto |
Notas sobre la clase de fuga: La clase VI es un sellado estanco a las burbujas con una fuga extremadamente baja. La clase IV es el nivel normal alcanzable para válvulas con asiento metálico; la fuga es del 0,01% del Cv nominal y no es una fuga cero. Los sellos metálicos duros no están diseñados para lograr un sellado estanco a las burbujas; la clase IV es una expectativa razonable para el sellado metal-metal.
3. Reglas de caída de presión admisible
Tipo de sellado | Capacidad de presión diferencial | Restricciones de selección de suministro de aire / actuador |
Sello blando TS | El más bajo; más de un 30% inferior que el sello duro del mismo tamaño | Adecuado para actuadores de resorte convencionales PDR; prohibido estrictamente para alta presión diferencial y servicio con partículas |
Sello duro SS | Moderada; margen de presión diferencial suficiente | PDR o PCR ambos aceptables; servicio general de presión diferencial media-alta |
Sello total duro SF | Máxima; mejor resistencia a la presión diferencial | Diámetro grande preferiblemente con actuador de pistón PCR; primera elección para servicio de alta presión diferencial y erosión |
Restricciones clave:
- La presión diferencial real de cierre no debe exceder el valor de la tabla del catálogo del fabricante.
- La presión de entrada no debe exceder la clasificación de temperatura-presión ANSI del cuerpo.
- La presión diferencial admisible para medios gaseosos es mayor que para medios líquidos.
IV. Principales parámetros de rendimiento técnico
Artículo | Especificación técnica |
Rango de tamaño | 1″ to 12″ (DN25 to DN300) |
Clase de presión | ANSI 150 / 300 / 600 LB |
Temperatura aplicable | Depende del tipo de sellado: sellado suave TS -45 a 230°C; sellado duro SS/SF -195 a 400°C |
Error básico (con posicionador) | ±2% (referencia GB/T 4213; consulte el catálogo del fabricante para más detalles) |
Error básico (sin posicionador) | ±5% |
Histéresis (con posicionador) | 1% |
Histéresis (sin posicionador) | 3% |
Banda muerta (con posicionador) | 1% |
Banda muerta (sin posicionador) | 5% |
Rango de control | 100:1 (consultar el catálogo específico del fabricante; algunos modelos 50:1) |
Característica de flujo inherente | Lineal |
Tipo de conexión | Tipo wafer (recomendado), tipo bridado |
Recubrimiento | Acero al carbono: PLA9006 blanco plateado; acero inoxidable: sin pintar |
V. Cálculo de diseño
1. Tabla de coeficiente de flujo Cv nominal
Tamaño (pulg) | Cv total | Cv al 60% de carrera | Cv al 40% de carrera | Cv al 20% de carrera (solo asiento metálico) |
1 | 14 | 8.4 | 5.6 | 2.8 |
1-1/2 | 30 | 18 | 12 | 6.0 |
2 | 50 | 30 | 20 | 10 |
3 | 135 | 81 | 54 | — |
4 | 230 | 138 | 92 | — |
6 | 500 | 300 | 200 | — |
8 | 850 | 510 | 340 | — |
10 | 1300 | 780 | 520 | — |
12 | 1750 | 1050 | 700 | — |
Los valores de Cv en la tabla son datos típicos del producto. Los productos del mismo tamaño de diferentes fabricantes pueden variar; el catálogo del fabricante prevalecerá durante la selección.
2. Cálculo del Cv de servicio
Medios líquidos (flujo no bloqueado, sin vaporización ni cavitación):
Donde:
Q = caudal volumétrico (m³/h)
ρ = densidad relativa (respecto al agua, adimensional)
ΔP = caída de presión a través de la válvula (bar)
Premisa aplicable: Esta fórmula simplificada es aplicable a flujo no obstruido con fluidos newtonianos. Si existe vaporización o cavitación, se deben introducir el factor de recuperación de presión FLFL y la caída de presión crítica para su corrección de acuerdo con IEC 60534-2-1 (GB/T 17213.2); esta fórmula no se puede aplicar directamente.
Medios gaseosos: Calcular según las fórmulas dedicadas para gas comprimido a baja o alta presión, con corrección por temperatura y presión de operación. Para la discriminación entre gas a baja presión (ΔP<0.5P1ΔP<0.5P1) y flujo obstruido, así como los valores del factor de expansión YY y el factor de relación de caída de presión XTXT, consulte IEC 60534-2-1 o GB/T 17213.2.
3. Principios de selección de Cv
Rango de selección | Idoneidad del servicio |
Carrera del 40%–60% | Rango de control óptimo; buena linealidad, sin oscilación |
< 10% | Apertura pequeña propensa a oscilación y control inexacto; la selección no debe estar dentro de este rango |
> 80% | Apertura grande con saturación de flujo; margen insuficiente de control de carga |
4. Verificación de caída de presión admisible
Dimensión de verificación | Contenido de verificación |
Tipo estructural | Asiento metálico / asiento blando; cuerpo de acero al carbono / acero inoxidable |
Actuador | Retorno por resorte PDR / pistón de doble efecto PCR |
Condiciones de servicio | Presión de suministro de aire, flujo para abrir / flujo para cerrar, medio gaseoso / líquido |
Límites de frontera | Presión diferencial real ≤ valor de la tabla del catálogo del fabricante; presión de entrada que no exceda la presión nominal del cuerpo |
5. Aplicabilidad temperatura-presión del material del cuerpo de la válvula
Material del cuerpo | Temperatura aplicable | Clase de presión aplicable | Notas |
Acero al carbono WCB | -29 a 425°C | 150 / 300 / 600 LB | Por encima de 425°C propenso a grafitización |
CF8 (304) | -195 a 400°C | Todas las clases | Corrosión leve, servicio a baja temperatura |
1″ a 12″ (DN25 a DN300) | -195 a 400°C | Todas las clases | Servicio con ácido/álcali, corrosión severa |
6. Límites de temperatura y presión de la empaquetadura
Tipo de empaquetadura | Rango de temperatura aplicable | Servicio aplicable |
PTFE reforzado | -45 a 230°C | Temperatura ambiente, sin servicio de alta temperatura |
Grafito flexible | -196 a 538°C | Servicio de alta/baja temperatura, vapor, servicio corrosivo |
VI. Combinaciones de materiales estándar
Material del cuerpo | Configuración de tapón / asiento | Material del vástago | Servicio aplicable |
WCB | 304SS / SS / SF / TS | 304 nitrurado | Agua, vapor, productos petrolíferos ordinarios |
CF8 | CF8M / SS / SF | 316SS / 17-4PH | Corrosión leve, medios de baja temperatura |
CF8M | CF8M / SS / SF / TS | 316SS | Ácido/álcali, corrosión severa, alta temperatura |
VII. Fallas comunes, causas y soluciones
Fenómeno de falla | Causa de la falla | Medida correctiva |
Precisión de control deficiente, gran fluctuación de flujo | Posicionador mal calibrado; fluctuación de la presión del suministro de aire; operación prolongada con apertura pequeña; impurezas del medio que causan atascamiento | Recalibrar cero y span; instalar regulador de presión del suministro de aire; recalcular Cv y reseleccionar; desmontar y limpiar materias extrañas del tapón |
Fuga interna excesiva | Envejecimiento del anillo de sellado TS; erosión y desgaste de la superficie de sellado SS/SF; fatiga del brazo flexible del tapón; residuos atascados en la superficie de sellado | Reemplazar el sello blando de la junta tórica; rectificar o actualizar a sello duro completo SF; reemplazar el conjunto del tapón; instalar filtro aguas arriba |
Acción lenta, agarrotamiento | Prensaestopas demasiado apretado; corrosión del vástago; desviación de coaxialidad de la biela; desgaste del diafragma/pistón del actuador | Aflojar moderadamente la glándula del prensaestopas; pulir el vástago y aplicar tratamiento anticorrosión; alinear la articulación de transmisión; reemplazar los sellos y el diafragma del actuador |
Fuga de aire del actuador, pérdida de posición | Envejecimiento o daño del diafragma; fallo del sello de la junta; fatiga del resorte; contaminación por agua/aceite en el suministro de aire | Reemplazar el diafragma y las juntas; resellar las conexiones de tubería; reemplazar el conjunto del resorte; instalar secador/filtro de suministro de aire |
Fallo de conmutación aire para abrir / aire para cerrar | Montaje incorrecto de las ventanas simétricas del cuerpo; desviación direccional de la articulación del balancín | Vuelva a montar la articulación según la estructura del fabricante; vuelva a cambiar el modo aire para abrir / aire para cerrar en el sitio |
Ruido operativo alto | Presión diferencial excesiva; velocidad de flujo por encima del límite; vórtice de estrangulamiento | Utilice reducción de presión multietapa; aumente adecuadamente el tamaño de la válvula; optimice el patrón de flujo de la tubería |
VIII. Programa de mantenimiento y servicio de rutina
Intervalo de mantenimiento | Contenido del mantenimiento |
Inspección diaria | Verificar la presión de suministro de aire, la carrera de la válvula, la fuga externa y el ruido operativo anormal |
Cada seis meses | Calibración del posicionador, limpieza del filtro de suministro de aire, apriete de la empaquetadura, reajuste de pernos |
Mantenimiento anual | Inspección por desmontaje del desgaste del tapón y el asiento, reemplazo de sellos del actuador, calibración de carrera completa |
Almacenamiento de repuestos | Juntas tóricas, empaquetadura, diafragma, elemento filtrante del posicionador, conjunto de sello del asiento |
Período de garantía | 18 meses después del envío o 12 meses después de la instalación, lo que ocurra primero; reparación o reemplazo gratuito por defectos de fabricación |
IX. Resumen de puntos de selección y aplicación
La lógica central de selección para válvulas de control rotativas excéntricas se puede resumir en tres puntos:
Primero, seleccione el tipo de sellado según el medio.
- Para medios limpios que requieran un sellado estanco a las burbujas, seleccione
sello blando TS.
- Para productos petrolíferos ordinarios, vapor y medios con partículas ligeras, seleccione
SS sello parcialmente duro.
- Para medios que contienen fibras, partículas, alta viscosidad, alta temperatura y corrosión severa, seleccione
SF sello totalmente duro.
En segundo lugar, seleccione el actuador según la presión diferencial.
- Los sellos blandos tienen la capacidad de presión diferencial más baja y están estrictamente prohibidos para servicio de alta presión diferencial.
- Los sellos totalmente duros SF tienen la mayor resistencia a la presión diferencial; para diámetros grandes y alta presión diferencial, priorice
actuadores de pistón de doble efecto PCR.
En tercer lugar, determine el material según las condiciones de servicio.
- WCB
es adecuado para agua, vapor y productos petrolíferos ordinarios.
- CF8
es adecuado para corrosión leve y servicio a baja temperatura.
- CF8M
es adecuado para ácido/álcali, corrosión severa y servicio a alta temperatura.
- Para la empaquetadura,
El PTFE reforzado se utiliza para temperatura ambiente, y el grafito flexible se utiliza para servicios de alta/baja temperatura, vapor y corrosivos.
En la operación de campo, la preocupación más crítica es la operación a largo plazo con una apertura pequeña; esto no solo resulta en una precisión de control deficiente, sino que también acelera la erosión del tapón y el asiento. Si se descubre que la válvula opera por debajo del 10% de apertura durante períodos prolongados, indica que el Cv es sobredimensionado y la selección debe recalcularse. Además, si existe riesgo de destello o cavitación en medios líquidos, la fórmula simplificada no puede usarse directamente para el cálculo del Cv; la verificación de flujo bloqueado debe realizarse de acuerdo con IEC 60534-2-1.
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