Finora, gli scenari applicativi criogenici che richiedevano la tenuta delle 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 ha restrizioni sulla direzione del flusso e sulla direzione di tenuta del fluido e può funzionare in sicurezza in condizioni criogeniche. Inoltre, le dimensioni sono più ridotte, il peso è più leggero e la struttura è più semplice.
Gli scenari di applicazione criogenica che richiedono valvole includono l'ingresso/uscita dei serbatoi di stoccaggio per il riempimento e lo scarico, la pressurizzazione di condotte vuote chiuse, la gassificazione e la liquefazione, condotte multiuso per vari sistemi nelle stazioni terminali GNL, sistemi di spedizione e petroliere, sistemi di distribuzione, stazioni di pompaggio e stazioni di rifornimento di carburante GNL, nonché gruppi di valvole per gas naturale (GVU) relativi ai motori a doppio combustibile sulle navi.
Negli scenari applicativi sopra menzionati, le valvole di intercettazione a due vie vengono generalmente utilizzate per controllare e intercettare il fluido. Rispetto a tipologie alternative comevalvole a sfera, presentano diversi problemi:
Il coefficiente di flusso (Cv) è basso: ciò influirà sulla scelta di tutte le dimensioni dei tubi rilevanti e diventerà un potenziale collo di bottiglia che limiterà la capacità di flusso del sistema.
· Necessità di configurare attuatori lineari per svolgere funzioni di chiusura e controllo: rispetto agli attuatori rotanti rettangolari utilizzati per controllare e azionare valvole a sfera e altre valvole rotanti 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 elevati.
· 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 menzionati saranno più evidenti, perché questi sistemi devono essere più piccoli, più convenienti e avere la maggiore capacità di flusso per abbreviare il ciclo di carico e scarico.
Il coefficiente di portata della valvola a sfera è superiore a quello della valvola a globo di pari dimensioni. In altre parole, le dimensioni sono inferiori senza influire sulla portata. Ciò significa che le dimensioni, il peso e il costo dell'intero sistema di tubazioni e persino dell'intero sistema risultano significativamente ridotti. Allo stesso tempo, può aumentare significativamente il ritorno sull'investimento (ROI) dei sistemi correlati.
Naturalmente, le valvole a sfera a galleggiante criogeniche standard sono unidirezionali, il che non è adatto agli scenari sopra menzionati che richiedono una tenuta della valvola bidirezionale.
Senso unico vs. senso bidirezionale
Come mostrato in Figura 1, la valvola a sfera galleggiante standard per condizioni criogeniche presenta un foro di sfiato della pressione sul lato a monte della sfera della valvola per impedire l'accumulo e l'aumento della pressione quando il fluido subisce un cambiamento di fase. Quando la valvola è in posizione chiusa, il gas naturale liquefatto racchiuso nella cavità del corpo valvola inizia a evaporare ed espandersi, e il volume può raggiungere 600 volte il volume originale dopo la completa espansione, il che può causare la rottura della valvola. Per evitare questa situazione, la maggior parte delle valvole a sfera galleggiante standard ha adottato un meccanismo di sfiato della pressione con apertura a monte. Per questo motivo, le valvole a sfera tradizionali non possono essere utilizzate in situazioni che richiedono una tenuta bidirezionale.
Ed è qui che la valvola a sfera a galleggiante criogenica bidirezionale può mostrare il suo talento. La differenza tra questa valvola e la valvola criogenica unidirezionale standard è:
· Non c'è alcuna apertura sulla sfera della valvola per scaricare la pressione
· Può sigillare il fluido in entrambe le direzioni
· Non c'è alcuna apertura sulla sfera della valvola per scaricare la pressione
· Può sigillare il fluido in entrambe le direzioni
Nella valvola a sfera a galleggiante criogenica a due vie, la sede valvola a molla bidirezionale sostituisce il meccanismo di sicurezza di apertura a monte. La sede valvola a molla può rilasciare la pressione eccessiva generata dal gas naturale liquefatto racchiuso nella cavità del corpo valvola, impedendo così lo scoppio della valvola, come mostrato in Figura 2.
Inoltre, la sede della valvola caricata a molla aiuta a mantenere la valvola a una coppia inferiore e a ottenere un funzionamento più fluido in condizioni criogeniche.
La valvola a sfera a galleggiante criogenica a due vie è dotata di un anello di tenuta in grafite di secondo livello, che le conferisce una funzione di sicurezza antincendio. A meno che un incidente catastrofico non provochi la combustione delle parti polimeriche della valvola, la tenuta secondaria non entrerà in contatto con il fluido. In caso di incidente, la tenuta 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 alle valvole a sfera fisse montate superiormente, la valvola a sfera a galleggiante criogenica a due vie offre tutti i vantaggi di una valvola a sfera ad alto coefficiente di portata e non presenta alcuna restrizione sulla direzione del fluido e sulla tenuta. Può essere utilizzata in sicurezza in condizioni criogeniche; le dimensioni sono relativamente ridotte e la struttura è relativamente semplice. Anche l'attuatore corrispondente è relativamente semplice (rotazione ad angolo retto) e miniaturizzato. Questi vantaggi si traducono in un sistema più piccolo, leggero e conveniente.
Rispetto alle valvole a globo, alle valvole a sfera fisse e alle valvole a sfera fisse montate superiormente, la valvola a sfera a galleggiante criogenica a due vie offre tutti i vantaggi di una valvola a sfera ad alto coefficiente di portata e non presenta alcuna restrizione sulla direzione del fluido e sulla tenuta. Può essere utilizzata in sicurezza in condizioni criogeniche; le dimensioni sono relativamente ridotte e la struttura è relativamente semplice. Anche l'attuatore corrispondente è relativamente semplice (rotazione ad angolo retto) e miniaturizzato. Questi vantaggi si traducono in un sistema più piccolo, leggero e conveniente.
La tabella 1 confronta la valvola a sfera galleggiante criogenica a due vie 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 esauriente i vantaggi e gli svantaggi.
Se un piccolo impianto GNL infrange la convenzione e adotta una valvola a sfera criogenica a due vie, può sfruttare appieno i vantaggi esclusivi della valvola a sfera, ovvero diametro pieno, portata elevata e portata di scarico elevata della conduttura. Relativamente parlando, può supportare tubazioni di dimensioni inferiori mantenendo la stessa portata, riducendo così il volume totale, il peso e la complessità del sistema, e può anche ridurre il costo del sistema di tubazioni.
L'articolo precedente ha illustrato i vantaggi dell'utilizzo come valvola di intercettazione. Se utilizzata come valvola di controllo, i vantaggi saranno più evidenti. Utilizzando la valvola a sfera rotante ad angolo retto, la complessità del kit di automazione della valvola sarà notevolmente ridotta, diventando quindi un elemento opzionale per il sistema criogenico.
Il contenuto più elementare del kit di automazione sopra menzionato è la semplice e pratica valvola a sfera galleggiante criogenica a due vie e l'attuatore rotante rettangolare con struttura semplice ed elevata efficienza dei costi.
In breve, la valvola a sfera a galleggiante criogenica a due vie ha un significato positivo e "sovversivo" per il sistema di condotte criogeniche. Nei piccoli impianti di GNL, può esprimere appieno i suoi vantaggi.
Negli ultimi anni, questo nuovo prodotto è stato verificato in applicazioni pratiche, dimostrando la sua importanza positiva per i costi del progetto e per il funzionamento affidabile a lungo termine del sistema.
Data di pubblicazione: 17-06-2021