Fino ad ora, gli scenari applicativi criogenici che richiedono la tenuta di valvole a due vie hanno utilizzato principalmente due tipi di valvole, ovvero valvole a globo e valvole a sfera fisse/valvole a sfera fisse montate superiormente. Tuttavia, con il successo dello sviluppo della valvola a sfera criogenica a due vie, i progettisti di sistemi hanno ottenuto un'opzione più interessante rispetto alle tradizionali valvole a sfera.valvole a sfera flottantiHa una portata maggiore, non presenta restrizioni sulla direzione del flusso e sulla direzione di tenuta del fluido e può funzionare in sicurezza in condizioni criogeniche. Inoltre, è più piccolo, più leggero e con una struttura più semplice.
Gli scenari applicativi criogenici che richiedono valvole includono l'ingresso/uscita di serbatoi di stoccaggio per il riempimento e lo svuotamento, la pressurizzazione di condotte chiuse e vuote, la gassificazione e la liquefazione, condotte multiuso per vari sistemi in stazioni terminali GNL, sistemi di trasporto marittimo e navi cisterna, sistemi di distribuzione, stazioni di pompaggio e stazioni di rifornimento di GNL, nonché gruppi di valvole per gas naturale (GVU) relativi a motori a doppio combustibile su navi.
Negli scenari applicativi sopracitati, le valvole di intercettazione bidirezionali sono generalmente utilizzate per controllare e interrompere il flusso del fluido. Rispetto a tipi alternativi comevalvole a sferahanno diversi problemi:
Il basso coefficiente di flusso (Cv) influirà sulla scelta di tutte le dimensioni delle tubazioni rilevanti e diventerà un potenziale collo di bottiglia che limiterà la capacità di flusso del sistema.
• È necessario configurare attuatori lineari per eseguire funzioni di chiusura e controllo; rispetto agli attuatori rotativi rettangolari utilizzati per controllare e azionare valvole a sfera e altre valvole rotative rettangolari, questo tipo di apparecchiatura ha una struttura più complessa ed è costoso. Il costo e la complessità strutturale di un set completo di valvole e attuatori sono molto rilevanti.
· Se la valvola di intercettazione viene utilizzata per realizzare la funzione di arresto di emergenza richiesta da molti sistemi GNL, la complessità sarà ancora maggiore.
Per gli impianti GNL di piccole dimensioni (SSLNG), i problemi sopra descritti saranno più evidenti, poiché questi sistemi devono essere più piccoli, più economici e avere la massima capacità di flusso al fine di ridurre i tempi del ciclo di carico e scarico.
Il coefficiente di flusso della valvola a sfera è superiore a quello della valvola a globo di pari dimensioni. In altre parole, pur avendo dimensioni inferiori, la portata rimane elevata. Questo si traduce in una significativa riduzione delle dimensioni, del peso e del costo dell'intero sistema di tubazioni, e persino dell'intero impianto. Allo stesso tempo, si può ottenere un notevole incremento del ritorno sull'investimento (ROI) dei sistemi correlati.
Naturalmente, le valvole a sfera a galleggiante criogeniche standard sono unidirezionali, il che le rende inadatte agli scenari sopra menzionati che richiedono una tenuta bidirezionale.
Senso unico contro senso doppio
Come illustrato nella Figura 1, la valvola a sfera flottante standard per condizioni criogeniche presenta un foro di sfogo della pressione sul lato a monte della sfera per impedire l'accumulo e l'aumento della pressione durante un cambiamento di fase del fluido. Quando la valvola è in posizione chiusa, il gas naturale liquefatto contenuto nella cavità del corpo valvola inizia a evaporare ed espandersi, raggiungendo un volume fino a 600 volte superiore a quello originale, con il rischio di rottura della valvola. Per ovviare a questo problema, la maggior parte delle valvole a sfera flottanti standard adotta un meccanismo di sfogo della pressione a monte. Per questo motivo, le valvole a sfera tradizionali non possono essere utilizzate in situazioni che richiedono una tenuta bidirezionale.
Ed è proprio in questa fase che la valvola a sfera criogenica a doppio senso può dimostrare il suo valore. La differenza tra questa valvola e la valvola criogenica unidirezionale standard è la seguente:
• La sfera della valvola non presenta aperture per sfogare la pressione.
• Può sigillare i fluidi in entrambe le direzioni
• La sfera della valvola non presenta aperture per sfogare la pressione.
• Può sigillare i fluidi in entrambe le direzioni
Nella valvola a sfera criogenica a due vie con galleggiante, la sede valvola a molla bidirezionale sostituisce il meccanismo di sfogo della pressione di apertura a monte. La sede valvola a molla è in grado di rilasciare la pressione eccessiva generata dal gas naturale liquefatto racchiuso nella cavità del corpo valvola, impedendo così la rottura della valvola, come mostrato in Figura 2.
Inoltre, la sede della valvola a molla contribuisce a mantenere la valvola a una coppia inferiore e a garantire un funzionamento più fluido in condizioni criogeniche.
La valvola a sfera criogenica a due vie con galleggiante è dotata di un anello di tenuta in grafite di secondo stadio, che le conferisce una funzione di sicurezza antincendio. A meno che un incidente catastrofico non provochi la combustione delle parti in polimero della valvola, la guarnizione secondaria non entrerà in contatto con il fluido. In caso di incidente, la guarnizione di secondo livello svolgerà la funzione di protezione antincendio.
Vantaggi delle valvole a due vie
Rispetto alle valvole a globo, alle valvole a sfera fisse e a quelle fisse montate superiormente, la valvola a sfera criogenica a galleggiante bidirezionale offre tutti i vantaggi di una valvola a sfera ad alto coefficiente di flusso, senza limitazioni in termini di direzione del fluido e di tenuta. Può essere utilizzata in sicurezza in condizioni criogeniche; le sue dimensioni sono relativamente ridotte e la sua struttura è relativamente semplice. Anche l'attuatore corrispondente è relativamente semplice (rotazione ad angolo retto) e miniaturizzato. Questi vantaggi si traducono in un sistema complessivo più piccolo, leggero ed economico.
Rispetto alle valvole a globo, alle valvole a sfera fisse e a quelle fisse montate superiormente, la valvola a sfera criogenica a galleggiante bidirezionale offre tutti i vantaggi di una valvola a sfera ad alto coefficiente di flusso, senza limitazioni in termini di direzione del fluido e di tenuta. Può essere utilizzata in sicurezza in condizioni criogeniche; le sue dimensioni sono relativamente ridotte e la sua struttura è relativamente semplice. Anche l'attuatore corrispondente è relativamente semplice (rotazione ad angolo retto) e miniaturizzato. Questi vantaggi si traducono in un sistema complessivo più piccolo, leggero ed economico.
La Tabella 1 confronta la valvola a sfera flottante criogenica bidirezionale con altre valvole con funzioni simili dal punto di vista della manutenzione, delle dimensioni, del peso, del livello di coppia, della difficoltà di controllo e del costo complessivo, e ne riassume in modo esaustivo vantaggi e svantaggi.
Se un piccolo impianto di GNL rompe con gli schemi convenzionali e adotta una valvola a sfera criogenica bidirezionale, può sfruttare appieno i vantaggi unici di questo tipo di valvola, ovvero il diametro massimo, l'elevata portata e l'elevata velocità di scarico della tubazione. In termini relativi, può supportare tubazioni di dimensioni inferiori mantenendo la stessa portata, riducendo così il volume, il peso e la complessità complessivi del sistema, nonché i costi dell'impianto di tubazioni.
L'articolo precedente ha illustrato i vantaggi dell'utilizzo di questa valvola come valvola di intercettazione. Se utilizzata come valvola di controllo, i vantaggi saranno ancora più evidenti. L'impiego di una valvola a sfera rotante ad angolo retto riduce significativamente la complessità del kit di automazione della valvola, rendendola di fatto un elemento opzionale per i sistemi criogenici.
Il componente base del kit di automazione sopra menzionato è costituito da una semplice e pratica valvola a sfera criogenica a due vie e da un attuatore rotativo rettangolare dalla struttura semplice e dall'elevato rapporto costo-efficacia.
In sintesi, la valvola a sfera criogenica a doppio senso ha un significato positivo "sovversivo" per il sistema di condotte criogeniche. Negli impianti GNL di piccole dimensioni, può esprimere appieno i suoi vantaggi.
Negli ultimi anni, questo nuovo prodotto è stato validato in applicazioni pratiche, dimostrando la sua rilevanza positiva in termini di costi di progetto e di funzionamento affidabile del sistema a lungo termine.
Data di pubblicazione: 17 giugno 2021