¿Qué es una válvula de enchufe?

1. Introducción

Una válvula de enchufe es una válvula rotativa de cuartos de retención que regula el flujo girando un tapón cilíndrico o cónico dentro del cuerpo de la válvula.

Cuando el a través del tapón se alinea con los puertos de entrada y salida, El fluido pasa libremente; Una rotación de 90 ° cierra el puerto.

Válvulas de enchufe modernas, refinadas a través de avances en metalurgia, mecanizado, y tecnología de sellado: son esenciales en el aceite & gas, químico, tratamiento de agua, e industrias de generación de potencia.

2. ¿Qué es una válvula de enchufe??

A válvula de enchufe es un simple, La válvula robusta de cuartos de salida solía comenzar, detener, o desviar el flujo de fluido en los sistemas de tuberías.

En su núcleo, La válvula consiste en un hueco, "Plug" cilíndrico o cónico que se encuentra dentro de una cavidad coincidente en el cuerpo de la válvula.

Cuando el pasaje interno del enchufe (el orificio) se alinea con los puertos de tubería, fluido fluye libremente; Un giro de 90 ° del tapón gira el orificio de los puertos, apagar el flujo.

Llave Componentes de válvulas

• Cuerpo: Alberga el enchufe y proporciona conexiones de entrada/salida (con bridas, roscado, o soldado).
• Enchufar: El elemento giratorio, formado como un cilindro recto o un cono, que contiene el puerto(s).
• Asiento: Proporcionar sellado entre el enchufe y el cuerpo; puede ser superficies de metal a metal o insertos resistentes (PTFE, goma).
• Provenir & Mango/actuador: Transmite par del operador (palanca, caja de cambios, actuador neumático o eléctrico) al enchufe.

Principios operativos

Control de flujo rotativo

Las válvulas de enchufe funcionan girando el enchufe alrededor de su eje, lo que requiere solo un cuarto de turno para el cierre completo o completo.

Esto permite una rápida actuación: La operación manual típica toma menos de un segundo, y los actuadores neumáticos o eléctricos automatizados pueden completar el accidente cerebrovascular en 0.5–2 segundos.

Formación de sellos

• Sellos de metal a metal: La superficie dura del enchufe (a menudo cubierto con stellite) se contacta directamente con el orificio del cuerpo.
  Presión bajo línea, El enchufe presiona el cuerpo, Mejora del sello.
  Estas válvulas resisten las temperaturas hasta 550 ° C y aplicaciones de alta presión (Clase ANSI 600 y arriba), pero requieren un mayor par de ruptura (100–500 nm para válvulas DN 50–200).
• Resiliente (Suave) Asiento: Los anillos elastoméricos o de PTFE alrededor del orificio del enchufe proporcionan un sello conforme con un par mínimo (10–50 nm para válvulas DN 15–100).
  Las válvulas de enchufe de asiento suave alcanzan el cierre de la burbujas por API 598 pero generalmente se limitan a temperaturas a continuación 200 ° C y presiones bajo la clase ANSI 300.

Requisitos de par & Actuación

El par para operar una válvula de enchufe depende del tamaño, tipo de asiento, y condiciones de servicio. Como regla general:

• DN de asiento suave 50 Las válvulas requieren ~ 15 nm para abrir; DN de asiento suave 200 válvulas hasta 60 Nuevo Méjico.
• DN en metal 50 Las válvulas pueden necesitar 100 Nuevo Méjico; DN en metal 200 válvulas hasta 400 Nuevo Méjico.

Actuación manual: Palanca o volante, a menudo con una caja de cambios para válvulas más grandes.
Actuación neumática: Cilindros de doble acción o retorno de primavera para rápidos, Operación confiable de cuartos de salida: tiempos de ciclo <1 s.
Actuación eléctrica: Ofrece control de posición preciso y comentarios para la integración con Sistemas DCS/SCADA; tiempos de accidente cerebrovascular típicos de 2–5 s.

3. Tipos y diseños básicos de la válvula de enchufe

La válvula de enchufe está diseñada en varias configuraciones para cumplir con una amplia gama de requisitos de proceso.

Las distinciones de diseño clave se basan en el método de lubricación, geometría de enchufe, configuración de puerto, y ruta de flujo interno.

Lubricado VS. Válvulas de enchufe no lubricadas

• Válvula de enchufe lubricada
  Estas válvulas dependen de la inyección de un sellador, típicamente un grafito- o compuesto basado en PTFE: entre el enchufe y el cuerpo de la válvula.
  El lubricante sirve múltiples roles: Reduce la fricción durante la operación, Mejora la integridad del sellado, y proporciona una barrera protectora contra medios corrosivos o abrasivos.
• Válvula de enchufe no lubricada
  Estos diseños utilizan materiales auto-lubricantes, como PTFE (Politetrafluoroetileno) con refuerzo de fibra de vidrio: para el asiento o emplear enchufes recubiertos duros (p.ej., níquel electroales o recubrimientos cromados duros con dureza de la superficie > 60 CDH) Para minimizar la fricción.

Configuraciones de enchufe: Cilíndrico, Cónico & Montado en el mierda

• Cónico (Cónico) Enchufar
  Con un cono que coincide con el ángulo del asiento del cuerpo de la válvula, Los enchufes cónicos se autoalinean bajo presión de línea, Proporcionar un sello más seguro y ajustado.
  Son especialmente efectivos en aplicaciones de alta presión (≥2,500 psi / 172 bar).
• Enchufe cilíndrico
  Estos enchufes tienen lados paralelos y dependen de asientos cargados de resorte o insertos resistentes para mantener el contacto.
  Las configuraciones cilíndricas son más adecuadas para sistemas de presión de baja a moderada y a menudo se usan en diseños de válvulas compactos o de bajo costo.
• Enchufe montado en munnion
  En este diseño, El enchufe se guía por munnions superior e inferior, que reducen los requisitos de torque y el desgaste en las superficies de sellado.
  Esta estructura se prefiere para válvulas de gran diámetro (≥12 ″) o aplicaciones extremadamente de alta presión (arriba a 15,000 psi / 1,034 bar), tales como sistemas submarinos o de protección de presión de alta integridad (Hipps).

Válvula de tapón múltiple

• Válvula de enchufe de tres vías
  Diseñado con pasajes de enchufe en forma de L o en forma de T para desviar el flujo entre tres puertos.
  Común en la mezcla, omitir, o desviar los servicios (p.ej., Mezclar corrientes de agua frías y calientes, sistemas de muestreo, o conmutación de línea).
• Válvula de enchufe de cuatro vías
  Incluya pasajes internos en forma de cruz o doble L para redirigir el flujo entre dos pares de entrada de entrada.
  Estos se usan ampliamente en operaciones químicas por lotes y alternancia de alimentación de reactores, Permitir secuencias de proceso complejas con un recuento mínimo de válvulas.

Configuraciones de tamaño de puerto: Puerto completo VS. Puerto reducido

• Válvula de enchufe de puerto completo
  El pasaje de flujo interno coincide con el diámetro de la tubería de conexión (p.ej., Una válvula de 2 pulgadas tiene un puerto de 2 pulgadas).
  Este diseño minimiza la caída de presión y es esencial donde la eficiencia del flujo o pigging es crítica.
  CV típico para válvula de enchufe de puerto completo de 2 ″: ~ 50.
• Válvula de enchufe de puerto reducido
  La ruta de flujo es un tamaño de tubería nominal más pequeño que las conexiones de entrada/salida (p.ej., una válvula de 2 pulgadas con un orificio de 1.5 pulgadas).
  Este diseño reduce el material y los costos de fabricación, pero presenta una mayor caída de presión.
  CV típico para válvula de puerto reducido de 2 ″: ~ 30.

4. Materiales y construcción de la válvula de enchufe

La selección de materiales y la construcción de una válvula de enchufe son críticas para su rendimiento, durabilidad, y compatibilidad química en entornos industriales exigentes.

Cada componente: el cuerpo, enchufar, asientos, y sellos internos: está diseñado con materiales adaptados para soportar presiones específicas, temperaturas, y procesar medios.

Cuerpo & Materiales de tapón

Asiento & Materiales de revestimiento

Lubricantes (Para válvulas de enchufe lubricadas)

5. Características de rendimiento de la válvula de enchufe

Las válvulas de enchufe son conocidas por su simple operación, sellado robusto, y capacidades de flujo bidireccional.

Sin embargo, Su rendimiento varía significativamente en función del diseño, selección de materiales, y condiciones de servicio.

Calificaciones de temperatura a presión

Las válvulas de enchufe se califican de acuerdo con los estándares de la industria como API 599 y ISO 17292, que definen los límites de presión de funcionamiento seguros a varias temperaturas.

Estas calificaciones dependen en gran medida de la válvula material corporal y diseño de asiento.

Sellado & Clases de fuga

Válvulas de enchufe, especialmente con asientos suaves o grasa inyectada, puede lograr apagado de burbujas. Los estándares de fuga se prueban por:

• API 598: Protocolo de prueba de presión para válvulas industriales
• ISO 5208: Clasificación de fuga de válvula
• Fugas Clase VI (asiento suave): Esencialmente cero fuga visible
• Fugas Clase IV (asiento de metal): Aceptable para la mayoría de los servicios industriales de gas y líquido

Válvulas de enchufe lubricadas Confíe en la grasa para mantener la integridad del sello y requiere una reinyección periódica, mientras versiones no lubricadas Use mangas elastómero o ptfe que puedan usar con el tiempo.

Características de flujo (Valores de CV)

Exhibición de válvulas de enchufe Comportamiento de control de flujo lineal o igual por ciento, Dependiendo de la geometría del puerto (Ronda VS. rectangular o en V muesca).

Aunque se usa principalmente para aislamiento, Algunos diseños de enchufe permiten estrangulamiento moderado.

• Válvula de enchufe de puerto completo (2-pulgada):

• • CV ≈ 45–55 (alta eficiencia de flujo)

• Válvula de enchufe de puerto reducido (2-pulgada):

• • CV ≈ 25–35 (mayor caída de presión)

CV (Coeficiente de flujo) representa la velocidad de flujo en galones/minuto de agua a 60 ° F que fluirán a través de la válvula con un 1 caída de presión de psi.

Requisitos de par & Actuación

Las válvulas de enchufe generalmente requieren mayor par de operación que las válvulas de pelota o mariposa debido a áreas de contacto más grandes entre el enchufe y el asiento.

6. Campos de aplicación de las válvulas de enchufe

• Aceite & Gas (Río arriba, Centro de la corriente, Río abajo)
• Químico & Industria petroquímica
• Agua & Tratamiento de aguas residuales
• Generación de energía
• Pulpa & Industria del papel
• Minería & Procesamiento mineral
• climatización & Servicios de construcción
• Alimento & Industria de bebidas
• Marina & Ingeniería en alta mar
• Farmacéutico & Industria de biotecnología
• GNL & Sistemas criogénicos
• Acero & Plantas metalúrgicas
• Refinación & Terminales de almacenamiento a granel
• Textil & Industria de teñido
• Sistemas de protección contra incendios

7. Ventajas y limitaciones de la válvula de enchufe

Ventajas de la válvula de enchufe

• Diseño simple: Componentes internos mínimos, Hacer sencillo el mantenimiento.
• Operación rápida: 90-Grado cuarto de vuelta permite una acción rápida de apertura/cierre.
• Cierre apretado: Excelente capacidad de sellado, especialmente con asientos resistentes o lubricante.
• Sellado bidireccional: Sellos efectivamente en ambas direcciones de flujo.
• Tamaño compacto: Dimensiones cortas cara a cara en comparación con las válvulas de puerta o globo.
• Opciones múltiples: Disponible en configuraciones de 3 vías para el desvío o mezcla de flujo.
• Alta durabilidad: Adecuado para abrasivo, corrosivo, o Medios de suspensión (con materiales apropiados).
• Mantenimiento en línea: Muchos diseños permiten el servicio sin quitar la válvula de la tubería.

Limitaciones de la válvula de enchufe

• Torque de alto funcionamiento: Especialmente en válvulas de metal o más grandes; puede requerir equipo o actuador.
• Ropa de fricción: Los diseños de metal a metal pueden experimentar irritantes y desgaste con el tiempo.
• Necesidades de lubricación: La válvula de enchufe lubricada requiere un regrabado periódico para mantener el sellado y la facilidad de operación.
• Costo: Puede ser más caro que las válvulas de bola en rangos de presión/temperatura similares.
• Estrangulamiento limitado: No es ideal para un control de flujo preciso debido a la posible erosión y el desgaste en posiciones parcialmente abiertas.
• Restricciones de tamaño: Menos común en los tamaños de arriba 24 pulgadas debido al par y los límites de fabricación.

8. Comparación: Válvula de enchufe VS. Pelota, Puerta, y válvulas de mariposa

Resumen:

• Use válvulas de enchufe Cuando necesite un cierre apretado, sellado bidireccional, o flujo de múltiples puertos en servicios difíciles como lloses o productos químicos.
• Válvulas de bola son ideales para el cierre rápido y una caída de presión mínima en aplicaciones de medios limpios.
• Válvulas de compuerta Asegar con aislamiento poco frecuente en sistemas de gran diámetro.
• Válvulas de mariposa Excel en el espacio limitado, entornos de baja presión con diámetros grandes.

9. Apresto, Selección & Pautas de instalación

• Medios y condiciones: Haga coincidir materiales de cuerpo y asiento con la química de fluidos, temperatura, y presión.
• Apresto: Use los cálculos de CV para garantizar el flujo requerido en ΔP esperado; Seleccione Actuators para entregar 1.5 × torque de ruptura.
• Instalación: Oriente enchufe verticalmente en válvulas lubricadas para evitar la agrupación de grasa; Mantenga la longitud de la válvula 1 × de la tubería recta en cada lado para un rendimiento óptimo.

10. Mantenimiento, Inspección & Solución de problemas

• Lubricación: Cada 6-12 meses o 5,000 ciclos; Utilice la grasa aprobada por el fabricante.
• Reemplazo de asiento: En muchos diseños, Los asientos se pueden cambiar en línea sin eliminación del cuerpo.
• Problemas comunes: Irlez en asientos de metal remediado por relubricación; fugas de embalaje de grafito corregido por reempaquetado; Erosión de enchufe abordada por superposiciones de stellite o renovación de asientos.

11. Estándares, Certificaciones & Pruebas

• API 599: Procedimientos de inspección y prueba.
• ISO 17292: Requisitos de rendimiento para el enchufe, pelota, y válvulas de mariposa.
• MSS SP - 79/SP - 80: Directrices para válvulas de enchufe lubricadas y no lubricadas.
• Certificaciones: Monograma API, Marcado CE, Calificaciones de SIL para sistemas instrumentados de seguridad.

12. Conclusión

Las válvulas de enchufe ofrecen una mezcla única de sencillez, velocidad, y versatilidad a través de una amplia gama de industrias de procesos.

Seleccionando cuidadosamente el cuerpo, enchufar, y materiales de asiento, y adhiriéndose a las mejores prácticas en el tamaño, instalación, y mantenimiento: los ingenieros pueden aprovechar las válvulas de enchufe para un aislamiento confiable, desviación, y control de flujo rudimentario en prácticamente cualquier servicio de fluido.

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Preguntas frecuentes

¿Cuándo debo elegir una válvula de enchufe sobre una válvula de bola??

Optar por válvulas de enchufe en servicios de alta temperatura o abrasivos, o donde el simple cuarto de vuelta, Se necesita operación bidireccional.

¿Con qué frecuencia se debe volver a lubricarse una válvula de enchufe lubricada??

Por lo general, cada 6–12 meses o después de 5,000-10,000 ciclos, Dependiendo de la gravedad del servicio.

¿Se pueden usar válvulas de enchufe para el servicio de aceleración??

El estrangulamiento limitado es posible con enchufes de igual por ciento, Pero el desgaste del asiento aumenta; Las válvulas de globo se sobresalen al control de flujo preciso.

¿Qué causa la fuga de la válvula de enchufe y cómo se soluciona??

Desgaste o daños a los asientos y enchufes conduce a fugas; Remedio a través de reemplazo de asiento, enchufe reiniciado, o re-lubricación para válvulas de metal a metal.