I sistemi chimici e a idrogeno richiedono valvole in grado di fornire una chiusura affidabile, una tenuta stabile e una resistenza a lungo termine ai fluidi impegnativi. A differenza dei servizi industriali generali, queste applicazioni possono comportare sostanze chimiche corrosive, gas ad alta pressione, permeazione di idrogeno, rapidi cambiamenti di pressione o severi requisiti di controllo delle perdite.
Le giuste valvole a sfera chimiche o valvole per servizi a idrogeno devono quindi essere selezionate in base al mezzo, alla pressione, alla temperatura, al materiale del corpo, al materiale della sede, al rivestimento, alle prestazioni di tenuta e agli standard applicabili.
Questo articolo spiega le considerazioni chiave nella scelta delle valvole a sfera per applicazioni chimiche, corrosive e con idrogeno.
Perché le valvole a sfera vengono utilizzate nei servizi chimici e dell"idrogeno
Le valvole a sfera utilizzano una sfera rotante con un foro centrale per controllare il flusso del fluido. Quando il foro è allineato con la tubazione, la valvola è aperta. Quando la sfera ruota di 90 gradi, il foro viene posizionato perpendicolare al percorso del flusso e la valvola si chiude.
Questo design a quarto di giro offre numerosi vantaggi per i sistemi chimici e a idrogeno:
Apertura e chiusura rapida
Costruzione compatta
Bassa perdita di pressione nei modelli a passaggio totale
Prestazioni di spegnimento affidabili
Facile integrazione con attuatori pneumatici o elettrici
Adatto per sistemi di isolamento manuale e arresto di emergenza
Disponibilità di configurazioni con sede morbida e con sede metallica
Per i processi chimici, la preoccupazione principale è spesso la resistenza alla corrosione, agli attacchi chimici e alla permeazione. Per il servizio con idrogeno, il controllo delle perdite, la compatibilità dei materiali e il funzionamento sicuro ad alta pressione diventano particolarmente importanti.
Una valvola non deve essere selezionata solo in base alla dimensione nominale o alla pressione nominale. L"intera struttura a contatto con il fluido, compreso corpo, sfera, stelo, sede e guarnizioni, deve essere compatibile con il mezzo di processo effettivo.
Requisiti chiave per le valvole a sfera per prodotti chimici
I mezzi chimici possono variare in modo significativo in termini di concentrazione, temperatura e comportamento chimico. Acidi, alcali, solventi organici, fluidi ossidanti e flussi chimici misti possono richiedere materiali della valvola e disposizioni di tenuta diversi.
Importanti fattori di selezione includono:
Compatibilità chimica
Il corpo della valvola, la sfera, lo stelo e le sedi devono resistere alla sostanza chimica specifica trasportata. Un materiale che funziona bene con un acido potrebbe non essere adatto per un"altra sostanza chimica, concentrazione o temperatura.
Ad esempio, una valvola a sfera chimica può utilizzare una combinazione di:
Corpo in acciaio al carbonio o acciaio inossidabile
Sede in PCTFE, PTFE o altro polimero tecnico
Finiture in acciaio inossidabile o lega
Rivestimento protettivo interno o esterno
Sigillatura secondaria ignifuga
La valvola a sfera chimica DIDTEK utilizza una sede in PCTFE e un sistema di rivestimento epossidico per fluidi chimici esigenti. La pagina del prodotto identifica le applicazioni che coinvolgono acidi forti, alcali forti, solventi organici e mezzi ossidanti.
La sede è una delle parti più importanti di una valvola a sfera perché è a diretto contatto con la sfera e contribuisce alle prestazioni di chiusura.
Le sedi in PCTFE possono essere prese in considerazione per applicazioni chimiche in cui sono importanti bassa permeabilità, stabilità chimica e resistenza allo scorrimento a freddo. Tuttavia, la selezione finale dovrebbe comunque essere verificata rispetto a:
Le sedi morbide sono comunemente utilizzate quando è richiesta una chiusura ermetica a temperature moderate. Le sedi metalliche possono essere preferite per applicazioni ad alta temperatura, abrasive o per servizi gravosi.
Protezione dalla corrosione
La corrosione può verificarsi sulla superficie esterna di una valvola o all"interno del corpo valvola. I rivestimenti protettivi possono contribuire a prolungare la durata in ambienti difficili, ma le prestazioni del rivestimento dipendono dalla preparazione della superficie, dallo spessore del rivestimento, dall"adesione e dalle condizioni di esposizione.
Per il servizio chimico, gli ingegneri devono verificare:
Tipo e spessore del rivestimento
Copertura interna ed esterna
Resistenza all"ambiente chimico reale
Compatibilità con la temperatura di esercizio
Requisiti di ispezione e riparazione
La valvola chimica con sede in PCTFE di DIDTEK utilizza un sistema di rivestimento epossidico in combinazione con il materiale della sede resistente alla corrosione, creando una protezione aggiuntiva per servizi chimici aggressivi.
La selezione del materiale dovrebbe basarsi sulle condizioni del processo completo piuttosto che sulla sola parola "corrosivo".
Valvole a sfera in acciaio inossidabile
L"acciaio inossidabile è comunemente utilizzato per servizi chimici e di gas grazie alla sua resistenza alla corrosione e all"ampia disponibilità. Tuttavia, diversi gradi di acciaio inossidabile hanno una diversa resistenza ai cloruri, agli acidi, all"idrogeno e alle condizioni di servizio acido.
Il grado deve essere selezionato in base a:
Composizione chimica del mezzo
Contenuto di cloruro
Temperatura
Pressione
Presenza di idrogeno solforato
Proprietà meccaniche richieste
Valvole a sfera in lega
Quando l'acciaio al carbonio standard o l'acciaio inossidabile non sono sufficienti, una valvola a sfera in lega può fornire una migliore resistenza ad ambienti chimici specifici.
Il titanio e altre leghe speciali possono essere presi in considerazione per applicazioni che coinvolgono liquidi altamente corrosivi, mezzi ossidanti o condizioni di processo aggressive. DIDTEK fornisce una valvola a sfera in lega realizzata in materiale di titanio ASTM B381 F2.
La valvola a sfera forgiata in titanio di riferimento è progettata secondo API 6D, BS 5351 e ASME B16.34. La pagina del prodotto elenca anche opzioni quali foro totale o ridotto, sede morbida o metallica, estremità flangiate o saldate di testa, stelo anti-esplosione e design ignifugo.
Rivestimenti Speciali e Trattamenti Superficiali
I trattamenti superficiali possono migliorare la resistenza all’usura, all’erosione o alla corrosione. A seconda dell"applicazione, le opzioni possono includere:
Il rivestimento o il trattamento non devono essere considerati sostitutivi della corretta selezione del materiale di base. Sia il substrato che il trattamento superficiale devono essere adatti alle condizioni di processo.
Valvole a sfera per servizio idrogeno
Il servizio dell’idrogeno ha requisiti speciali perché l’idrogeno ha dimensioni molecolari molto piccole e può essere difficile da contenere. Se la valvola non è progettata e testata correttamente, possono verificarsi perdite dalla sede, dalla guarnizione dello stelo, dal giunto del corpo o da altri punti di connessione.
Considerazioni importanti per le valvole a sfera a idrogeno includono:
Materiali del corpo e delle finiture compatibili con l"idrogeno
Materiali adatti per sede e guarnizione
Sigillatura dello stelo a basse emissioni
Prestazioni di chiusura strette
Design antistatico
Costruzione dello stelo anti-esplosione
Valutazione della pressione adeguata
Collegamento finale corretto
Prove di pressione e perdite
Compatibilità con le condizioni di temperatura e pressione dell"idrogeno
La valvola a sfera per idrogeno DIDTEK è una valvola a sfera pneumatica di Classe V sviluppata per sistemi di produzione, stoccaggio e trasporto di idrogeno.
La pagina del prodotto elenca un corpo in acciaio inossidabile F304 forgiato, pressione nominale di Classe 900, sede morbida DEVLON e un design a corpo diviso. Identifica inoltre le superfici di tenuta lappate di precisione progettate in base ai requisiti di chiusura FCI 70-2 Classe V, insieme a caratteristiche di progettazione antistatiche e anti-esplosione.
Applicazioni dell"idrogeno
Le valvole a sfera per idrogeno possono essere utilizzate in sistemi quali:
Unità di produzione di idrogeno
Linee di processo dell"elettrolizzatore
Sistemi di stoccaggio dell"idrogeno
Stazioni di rifornimento di idrogeno
Condutture dell"idrogeno
Skid di compressione e distribuzione gas
Sistemi di isolamento di emergenza
Attrezzature a idrogeno confezionate
La configurazione della valvola deve corrispondere al progetto reale. Ad esempio, una valvola per una stazione di rifornimento di idrogeno può avere requisiti di pressione, connessione e automazione diversi rispetto a una valvola utilizzata in un elettrolizzatore o in un skid di stoccaggio.
La compatibilità con l"idrogeno deve essere sempre verificata per l"intero gruppo valvola, compreso il materiale del corpo, la sfera, lo stelo, la sede, la guarnizione e la disposizione dell"attuatore.
Quando è necessaria una valvola a sfera NACE?
Una valvola a sfera NACE viene generalmente presa in considerazione per applicazioni che coinvolgono servizi acidi o ambienti in cui l'idrogeno solforato e i relativi meccanismi di corrosione possono creare un rischio per i componenti metallici.
Il processo di selezione dovrebbe considerare:
Concentrazione di idrogeno solforato
Pressione parziale
Contenuto d"acqua
Temperatura
Pressione
Durezza del materiale
Potenziale di stress cracking da solfuri
NACE applicabile o specifiche di progetto
Requisiti di ispezione e certificazione
La selezione NACE non significa semplicemente scegliere una valvola con "NACE" nel nome del prodotto. L"acquirente deve confermare lo standard NACE richiesto, le condizioni del materiale, i limiti di durezza, i dettagli di finitura e la documentazione prima di ordinare.
DIDTEK offre una valvola a sfera NACE con trim NACE, matrice in nichel e sedi in grafite e un design a sfera flottante cromata F316. La pagina elenca anche API 6D, BS 5351, ASME B16.34, API 607 e API 598 tra i riferimenti applicabili in materia di progettazione, sicurezza antincendio e test.
Per un progetto sour-service, le specifiche esatte del materiale e la certificazione devono essere confermate con il produttore della valvola secondo la scheda tecnica del progetto.
Caratteristiche di progettazione della valvola a sfera chimica
A seconda dell"applicazione, le valvole a sfera per prodotti chimici e idrogeno possono includere le seguenti caratteristiche.
Sfera flottante o montata su perno
Le valvole a sfera flottante utilizzano la pressione di linea per spingere la sfera contro la sede a valle. Sono comunemente usati per dimensioni piccole e medie e per molti compiti generali di isolamento.
Le valvole a sfera montate su perno utilizzano un supporto meccanico aggiuntivo per la sfera. Sono spesso selezionati per dimensioni più grandi, pressioni più elevate o coppia operativa ridotta.
Design a passaggio pieno o ridotto
Una valvola a passaggio totale fornisce un percorso del flusso relativamente illimitato e può ridurre la perdita di pressione. Può anche essere utile quando è necessaria la pulizia o il pigging della tubazione.
Un design a passaggio ridotto può offrire una soluzione più compatta o economica quando non è necessario l"intero diametro interno.
Costruzione ignifuga
I sistemi chimici e a idrogeno possono coinvolgere mezzi infiammabili. Una costruzione ignifuga può aiutare a mantenere il contenimento dopo l’esposizione al fuoco esterno.
I requisiti di sicurezza antincendio devono essere verificati rispetto allo standard applicabile, come API 607 o API 6FA, e verificati attraverso la documentazione di test richiesta.
Design antistatico e anti-esplosione
L"elettricità statica può creare un rischio di accensione nelle applicazioni con gas infiammabili. Un design antistatico fornisce continuità elettrica tra i componenti chiave della valvola.
Uno stelo anti-esplosione aiuta a trattenere lo stelo all"interno del corpo della valvola se è presente pressione interna. Queste caratteristiche sono particolarmente rilevanti per i sistemi a idrogeno, idrocarburi e altri gas infiammabili.
Azionamento pneumatico
L"attuazione pneumatica consente di azionare la valvola a distanza e può supportare l"isolamento di emergenza o il controllo automatizzato del processo.
L"attuatore deve essere selezionato in base a:
Coppia operativa richiesta
Pressione e temperatura della valvola
Funzione fail-open o fail-chiuso
Disponibilità di aria strumentale
Requisiti di arresto di emergenza
Classificazione delle aree pericolose
Come selezionare la valvola giusta
Prima di ordinare una valvola a sfera per sostanze chimiche o idrogeno, preparare una specifica completa della valvola che includa:
Mezzo di processo
Indicare l'esatta sostanza chimica, composizione del gas, concentrazione e contaminanti.
Pressione e temperatura di esercizio
Comprende le condizioni normali, massime e di progetto.
Dimensioni della valvola e classe di pressione
Confermare la dimensione nominale, la pressione nominale e la capacità di flusso richiesta.
Materiali del corpo e del rivestimento
Selezionare acciaio al carbonio, acciaio inossidabile, titanio, lega di nichel o altri materiali in base ai requisiti di compatibilità.
Materiali della sede e della guarnizione
Verificare la compatibilità con il fluido, la temperatura, la pressione e la frequenza dei cicli.
Connessioni terminali
Scegliere connessioni flangiate, filettate, con saldatura di testa, RTJ o altre connessioni in base al design della tubazione.
Requisiti di perdita
Specificare la classe di intercettazione richiesta ed eventuali requisiti di emissioni fuggitive.
Standard applicabili
Identificare requisiti come API 6D, ASME B16.34, API 598, API 607, API 6FA, ISO 17292 o specifiche NACE applicabili.
Funzioni di attuazione e sicurezza
Confermare il funzionamento manuale o automatizzato, il tipo di attuatore, la posizione di guasto, il design antistatico e le esigenze di arresto di emergenza.
Ispezione e documentazione
Richiedi certificati dei materiali, rapporti di prove di pressione, certificati di sicurezza antincendio e altri documenti di progetto ove richiesto.
Una specifica completa aiuta a prevenire problemi comuni come rigonfiamento della sede, corrosione, perdite, coppia eccessiva o guasto prematuro della valvola.
Domande frequenti
A cosa servono le valvole a sfera chimiche?
Le valvole a sfera chimiche vengono utilizzate per isolare e controllare liquidi e gas chimici compatibili in settori quali la lavorazione chimica, i prodotti farmaceutici, i prodotti chimici elettronici, il trattamento delle acque reflue e la produzione chimica speciale.
Qual è il materiale migliore per una valvola a sfera chimica?
Non esiste un unico materiale migliore per ogni applicazione chimica. Il materiale corretto dipende dalla composizione chimica, concentrazione, temperatura, pressione e presenza di solidi o contaminanti. L"acciaio al carbonio con rivestimento protettivo, l"acciaio inossidabile, il titanio e le leghe di nichel possono essere tutti adatti a condizioni diverse.
Cosa rende una valvola a sfera adatta all"idrogeno?
Una valvola a sfera per servizio a idrogeno deve avere materiali compatibili, tenuta affidabile della sede e dello stelo, valori nominali di pressione e temperatura adeguati, prestazioni a basse perdite, continuità antistatica e test e documentazione adeguati.
Qual è la differenza tra una valvola a sfera chimica e una valvola a sfera a idrogeno?
Le valvole a sfera chimiche sono selezionate principalmente per la resistenza alla corrosione chimica e la compatibilità con i fluidi. Le valvole a sfera per idrogeno pongono ulteriore enfasi sul contenimento del gas, sulle perdite ridotte, sui materiali compatibili con l"idrogeno, sui cicli di pressione e sull"isolamento sicuro.
Ogni valvola per servizio acido deve essere conforme a NACE?
Non necessariamente. Il requisito dipende dalle condizioni del progetto e dalle specifiche applicabili. Quando è coinvolto l"idrogeno solforato o il servizio acido, l"acquirente deve identificare lo standard NACE richiesto e confermare con il produttore i requisiti di materiale, durezza, finitura e certificazione.
Conclusione
La scelta delle valvole a sfera per servizi chimici e idrogeno richiede molto più che la scelta di una valvola standard con le dimensioni corrette. La valvola deve essere adatta al mezzo di processo, alla pressione, alla temperatura, al rischio di corrosione, ai requisiti di perdita e agli standard di settore applicabili.
Per i mezzi chimici corrosivi, le sedi in PCTFE, i rivestimenti epossidici e i materiali in lega speciale possono fornire una protezione preziosa. Per i sistemi a idrogeno, la tenuta a basse perdite, i materiali compatibili, l"arresto di Classe V, la continuità antistatica e la capacità di automazione sono considerazioni importanti. Per le applicazioni per servizi acidi, la verifica delle rifiniture NACE e dei materiali specifici del progetto deve essere attentamente esaminata.
DIDTEK fornisce soluzioni di valvole per lavorazioni chimiche, gas industriale, petrolio e gas, oleodotti e altri settori esigenti. Visita la pagina delle soluzioni per valvole DIDTEK per esaminare le opzioni delle valvole orientate all'applicazione.
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