Figura 1 Figura 2
figura 3
Figura 4
La caída de presión significativa de los servicios de líquido en la válvula de globo por debajo de la presión de vapor hace que el vapor salga del líquido. Las burbujas recuperarán la presión y colapsarán, creando ondas de presión. En consecuencia, las ondas de presión pueden dañar el asiento, el obturador y el cuerpo de las válvulas de globo. La cavitación puede crear hoyos irregulares y erosión en la moldura (asiento y tapón), el cuerpo y la tubería aguas abajo. La figura 2 muestra el daño por cavitación en forma de pequeños hoyos muy similar al daño por corrosión en los tapones de las válvulas de globo.
La cavitación tiene otros efectos negativos además de la corrosión y la erosión:
- Ruido fuerte
- fuerte vibración
- Obstrucción del flujo debido a la formación de vapor
- Cambiando las propiedades del fluido
- Cierre de la planta
MEDICIÓN DE LA SEVERIDAD DE LA CAVITACIÓN
La severidad de la cavitación se mide a través del índice de cavidad, el cual se calcula a través de esta fórmula:
La severidad y extensión de la cavitación para las válvulas con base en los valores del índice de cavidad se dan en la Tabla 1.
La Figura 3 muestra el resultado de la prueba de flujo y el desarrollo del coeficiente de cavitación para válvulas de cuarto de vuelta, incluidas válvulas de bola, de mariposa y de tapón.
El riesgo de cavitación no solo depende del índice de cavitación, sino que también se ve afectado por el porcentaje de apertura de la válvula. De hecho, una menor apertura de la válvula aumenta la posibilidad de cavitación. Hay otros parámetros que afectan a la cavitación:
- Tamaño de la válvula: los tamaños más grandes de válvulas aumentan el riesgo de cavitación.
- Clase de presión: las válvulas en la clase de presión más alta tienen la posibilidad de una mayor caída de presión y riesgo de cavitación.
- Material: Los materiales más duros, como el dúplex 22Cr, tienen menos riesgo de cavitación en comparación con las opciones de materiales más blandos, como los aceros inoxidables austeníticos. Además, los materiales de acabado duro como Stellite 6 (UNS R30006) o Stellite 21 como forma sólida o superpuesta y los aceros inoxidables martensíticos 13Cr como UNS S41000 o 415000 tienen una mayor resistencia contra la cavitación.
- Fuga: La fuga del asiento de la válvula cuando la válvula está cerrada aumenta el riesgo de cavitación.
- Régimen de flujo: La velocidad del flujo turbulento y alto aumenta el riesgo de cavitación.
- Diseño de internos: como ejemplo, el diseño de internos de varios pasos crea una caída de presión en dos o más etapas para evitar una caída de presión alta en una etapa. La otra ventaja del diseño de internos de etapas múltiples es que tienen una caída de presión alta lejos del asiento y las áreas de sellado del obturador.
SOLUCIONES PROPUESTAS
Existen diferentes enfoques para evitar la cavitación. Incluyen cambiar la válvula y reducir la selección de válvulas de globo. Otras soluciones abordan la selección de la válvula de globo de patrón recto más robusta.
Nuevo estándar
La primera edición de la norma 623 del American Petroleum Institute (API), publicada en 2013, incluye requisitos para las válvulas de globo a fin de evitar fugas, vibraciones y cavitación. La norma API 623 especifica el revestimiento duro tanto en el asiento y el obturador como en el disco guiado, especialmente para las clases de alta presión. El diámetro del vástago especificado en API 623 sigue los principios del estándar de válvulas de compuerta de acero fundido API 600, con diferentes valores. Los valores del diámetro del vástago en API 623 son mayores que los de otros estándares de válvulas de globo, incluido BS 1873, para evitar roturas como la separación del vástago y el obturador. Esta norma cubre válvulas de 2- a 24- pulgadas de diámetro y clases de presión de 150 a 2500. Stellite es una aleación de cobalto-cromo que se usa ampliamente para el revestimiento duro de los componentes internos de la válvula de globo, incluido el asiento. y tapón, para evitar la erosión y la cavitación.
Selección de válvula alternativa
Figura 5
Las válvulas de globo tipo Y (también conocidas como válvulas oblicuas) y las válvulas axiales (Figuras 4 y 5) son tipos de válvulas alternativas que se pueden usar para evitar la erosión y la cavitación. La trayectoria del flujo dentro de la válvula de globo con patrón tipo Y es más recta que la válvula de globo con patrón recto.
Las válvulas axiales como la nueva generación de válvulas de globo DAGO tienen muchas ventajas, como baja caída de presión, velocidad de cierre y apertura rápidas, característica de flujo suave, par de operación bajo y diseño de larga vida útil. Sin embargo, las válvulas axiales y de tipo Y son más costosas que las válvulas de globo de patrón recto en cuanto al costo de gasto (CAPEX). Además, las válvulas de mariposa pueden ser la opción preferida para estrangulamiento en servicios públicos como el agua, en lugar de válvulas de globo. Una razón para seleccionar válvulas de mariposa en lugar de válvulas de globo para estrangulamiento en servicios de agua de mar es que las válvulas de mariposa son menos costosas, aunque la cavitación puede ocurrir dentro de las válvulas de mariposa como ocurre en las válvulas de globo.
CONCLUSIÓN
La cavitación es el principal problema operativo en las válvulas de globo tipo T convencionales. Para el diseño de válvulas de globo tipo T (DAGO), se recomienda seleccionar materiales de internos duros como Stellite, usar internos anticavitación como los de varios pasos y aplicar el estándar API 623. Sin embargo, la selección de válvulas como válvulas de globo tipo Y (DAGO) o válvulas axiales también puede ser una buena solución para reducir o evitar el riesgo de cavitación.