Cos'è una valvola di spina？

1. Introduzione

Una valvola di spina è una valvola rotante a quarto che regola il flusso ruotando una spina cilindrica o conica all'interno del corpo della valvola.

Quando la spina si allinea con le porte di ingresso e uscita, Il fluido passa liberamente; Una rotazione a 90 ° chiude la porta.

Valvole di spina moderne: raffinate attraverso i progressi nella metallurgia, lavorazione, e tecnologia di sigillatura: sono essenziali in petrolio & gas, chimico, trattamento dell'acqua, e industrie di generazione di energia.

2. Cos'è una valvola di spina?

UN Valvola di spina è semplice, robusta valvola a quartieri usati per iniziare, fermare, o deviare il flusso di fluidi nei sistemi di tubazioni.

Al suo centro, La valvola è costituita da una cavità, "Plug" cilindrico o affusolato che si trova all'interno di una cavità corrispondente nel corpo della valvola.

Quando il passaggio interno della spina (il foro) Si allinea con le porte della pipeline, fluido scorre liberamente; Una giro di 90 ° della spina ruota il foro lontano dalle porte, Spegnere il flusso.

Chiave Componenti della valvola

• Corpo: Ospita la spina e fornisce connessioni di ingresso/uscita (flangiato, filettato, o saldato).
• Tappo: L'elemento rotante, sagato come cilindro dritto o cono, contenente la porta(S).
• Sedili: Fornire la tenuta tra spina e corpo; Può essere superfici metallo-metallo o inserti resilienti (PTFE, gomma).
• Gambo & Manico/attuatore: Trasmette la coppia dall'operatore (leva, cambio, attuatore pneumatico o elettrico) alla spina.

Principi operativi

Controllo del flusso rotante

Le valvole a spina funzionano ruotando la spina attorno al suo asse, richiedendo solo un quarto di giro per apertura completa o completa.

Ciò consente una rapida attuazione: L'operazione manuale tipica richiede meno di un secondo, e gli attuatori pneumatici o elettrici automatizzati possono completare la corsa in 0,5-2 secondi.

Formazione di sigillo

• Sigillo metallo -metallo: La superficie del padiglione della spina (Spesso ricoperto di stellite) contatta direttamente il noia del corpo.
  Sotto la pressione della linea, La spina preme nel corpo, migliorare il sigillo.
  Queste valvole resistono a temperature fino a 550 ° C e applicazioni ad alta pressione (Classe ANSI 600 e sopra), ma richiedono una coppia di rottura più elevata (100–500 nm per le valvole DN 50–200).
• Resiliente (Morbido) Sedili: Gli anelli elastomerici o PTFE attorno al foro della spina forniscono una tenuta conforme con una coppia minima (10–50 nm per valvole DN 15–100).
  Le valvole di spina con soft -weated ottengono chiusura a scatto per API 598 ma sono in genere limitati alle temperature sottostanti 200 ° C e pressioni sotto la classe ANSI 300.

Requisiti di coppia & Attuazione

La coppia per far funzionare una valvola di spina dipende dalle dimensioni, Tipo di sedile, e condizioni di servizio. Come regola generale:

• DN con sede morbido 50 Le valvole richiedono ~ 15 nm per aprire; DN con sede morbido 200 valvole fino a 60 Nm.
• DN segnato in metallo 50 Le valvole potrebbero aver bisogno 100 Nm; DN segnato in metallo 200 valvole fino a 400 Nm.

Azionamento manuale: Leva o ruota della mano, Spesso con un cambio per valvole più grandi.
Azionamento pneumatico: Cilindri a doppio azione o primaverile per rapidi, Operazione affidabile per un quarto di durata: tempi di bilancia <1 S.
Attuazione elettrica: Offre un controllo preciso della posizione e un feedback per l'integrazione con i sistemi DCS/SCADA; tempi tipici di corsa di 2-5 s.

3. Tipi e progetti di base della valvola di spina

La valvola di spina è progettata in varie configurazioni per soddisfare una vasta gamma di requisiti di processo.

Le distinzioni di progettazione chiave si basano sul metodo di lubrificazione, Plug Geometry, Configurazione della porta, e percorso di flusso interno.

Lubrificato vs. Valvole di spina non lubrificate

• Valvola di spina lubrificata
  Queste valvole si basano sull'iniezione di un sigillante, in genere una grafite- o composto a base di PTFE, tra la spina e il corpo della valvola.
  Il lubrificante svolge più ruoli: Riduce l'attrito durante il funzionamento, Migliora l'integrità della tenuta, e fornisce una barriera protettiva contro i media corrosivi o abrasivi.
• Valvola di spina non lubrificata
  Questi design usano materiali auto-lubrificanti, come PTFE (Politetrafluoroetilene) con rinforzo in fibra di vetro: per il sedile o impiegare tappi con rivestimento duro (per esempio., Nickel elettroless o rivestimenti cromati duri con durezza superficiale > 60 HRC) per ridurre al minimo l'attrito.

Configurazioni tappa: Cilindrico, Conico & Montato su trunnion

• Conico (Affusolato) Tappo
  Con un cono che corrisponde all'angolo del sedile del corpo della valvola, I tappi conici si auto-allineano sotto la pressione della linea, Fornire un sigillo più sicuro e per le perdite.
  Sono particolarmente efficaci nelle applicazioni ad alta pressione (≥2.500 psi / 172 sbarra).
• Spina cilindrica
  Queste spine hanno lati paralleli e si affidano a sedili caricati a molla o inserti resilienti per mantenere il contatto.
  Le configurazioni cilindriche sono più adatte per i sistemi a pressione bassa a moderata e sono spesso utilizzate nei progetti di valvole compatti o a basso costo.
• Plug montato su trunnion
  In questo design, La spina è guidata da trunnioni superiori e inferiori, che riducono i requisiti di coppia e l'usura sulle superfici di tenuta.
  Questa struttura è preferita per le valvole di grande diametro (≥12 ″) o applicazioni estremamente ad alta pressione (fino a 15,000 psi / 1,034 sbarra), come i sistemi sottomarini o ad alta integrità (Hipps).

Valvola a spina multi-porta

• Valvola a tre vie
  Progettato con passaggi a forma di L a forma di L per deviare il flusso tra tre porte.
  Comune nella miscelazione, bypassing, o servizi di deviazione (per esempio., Mestrimento di flussi di acqua calda e fredda, sistemi di campionamento, o commutazione della linea).
• Valvola di spina a quattro vie
  Includi passaggi interni a forma di croce o doppia-L per reindirizzare il flusso tra due coppie di ingresso.
  Questi sono ampiamente utilizzati nelle operazioni chimiche batch e nell'alternanza di alimentazione del reattore, Consentire sequenze di processo complesse con un numero minimo di valvole.

Configurazioni della dimensione della porta: Full port vs. Porto ridotto

• Valvola a spina a portata intera
  Il passaggio del flusso interno corrisponde al diametro della tubazione di collegamento (per esempio., Una valvola da 2 pollici ha una porta da 2 pollici).
  Questo design riduce al minimo la caduta di pressione ed è essenziale dove l'efficienza del flusso o il suinetto sono fondamentali.
  CV tipico per valvola a spina a portata integrale da 2 ": ~ 50.
• Valvola a spina ridotta
  Il percorso di flusso è una dimensione nominale del tubo inferiore delle connessioni di ingresso/uscita (per esempio., Una valvola da 2 pollici con un foro da 1,5 pollici).
  Questo design riduce il materiale e i costi di produzione ma introduce un calo di pressione più elevato.
  CV tipico per valvola a porto ridotto da 2 ": ~ 30.

4. Materiali e costruzione della valvola di spina

La selezione e la costruzione del materiale di una valvola di spina sono fondamentali per le sue prestazioni, durabilità, e compatibilità chimica in ambienti industriali esigenti.

Ogni componente: il corpo, tappo, posti a sedere, e guarnizioni interne: è progettato utilizzando materiali su misura per resistere a pressioni specifiche, temperature, e i media di processo.

Corpo & Materiali a taglio

Posto a sedere & Materiali di rivestimento

Lubrificanti (per valvole a spina lubrificate)

5. Caratteristiche delle prestazioni della valvola di spina

Le valvole a spina sono note per la loro semplice operazione, SIGILLAZIONE ROLDA, e capacità di flusso bidirezionale.

Tuttavia, Le loro prestazioni variano in modo significativo in base al design, selezione del materiale, e condizioni di servizio.

Valutazioni a temperatura di pressione

Le valvole a spina sono classificate in base agli standard del settore come API 599 E ISO 17292, che definiscono i limiti di pressione operativa sicuri a varie temperature.

Queste valutazioni dipendono fortemente dalle valvole Materiale del corpo E Design del sedile.

Sigilla & Classi di perdita

Valvole di spina, soprattutto con sedili morbidi o grasso iniettato, può raggiungere Shutoff a tenuta di bolla. Gli standard di perdita sono testati per:

• API 598: Protocollo di test di pressione per le valvole industriali
• ISO 5208: Classificazione delle perdite della valvola
• Classe di perdita VI (sedile morbido): Essenzialmente zero perdite visibili
• Classe di perdita IV (Sede in metallo): Accettabile per la maggior parte dei servizi di gas industriale e liquidi

Valvole a spina lubrificate Affidati al grasso per mantenere l'integrità del sigillo e richiedere una reiniezione periodica, Mentre versioni non lubrificate Usa le maniche elastomer o PTFE che possono indossare nel tempo.

Caratteristiche del flusso (Valori CV)

Mostra delle valvole a spina Comportamento di controllo del flusso lineare o uguale per uguale, A seconda della geometria della porta (round vs. rettangolare o v-notch).

Sebbene usato principalmente per l'isolamento, Alcuni disegni a spina consentono Attenditura moderata.

• Valvola a spina a portata intera (2-pollice):

• • CV ≈ 45–55 (Efficienza ad alto flusso)

• Valvola a spina ridotta (2-pollice):

• • CV ≈ 25–35 (Dropmi di pressione più elevata)

Cv (Coefficiente di flusso) rappresenta la portata in galloni/minuto di acqua a 60 ° F che scorrerà attraverso la valvola con a 1 caduta di pressione psi.

Requisiti di coppia & Attuazione

Le valvole di spina richiedono in genere Coppia operativa più alta delle valvole a sfera o farfalla a causa di aree di contatto più grandi tra la spina e il sedile.

6. Campi applicativi delle valvole di spina

• Olio & Gas (A monte, Midstream, A valle)
• Chimico & Industria petrolchimica
• Acqua & Trattamento delle acque reflue
• Generazione di energia
• Polpa & Industria della carta
• Estrazione mineraria & Elaborazione minerale
• HVAC & Servizi di costruzione
• Cibo & Industria delle bevande
• Marino & Ingegneria offshore
• Farmaceutico & Industria biotecnologica
• GNL & Sistemi criogenici
• Acciaio & Piante metallurgiche
• Raffinazione & Terminali di stoccaggio di massa
• Tessile & Industria della tintura
• Sistemi di protezione antincendio

7. Vantaggi e limiti della valvola di spina

Vantaggi della valvola di spina

• Design semplice: Componenti interni minimi, semplificare la manutenzione.
• Operazione rapida: 90-La violazione del quarto di laurea consente un'azione aperta/chiusura.
• Spegno stretto: Ottima capacità di tenuta, soprattutto con sedili resilienti o lubrificante.
• Sigillatura bidirezionale: Sigilli in modo efficace in entrambe le direzioni del flusso.
• Dimensione compatta: Dimensioni faccia a faccia brevi rispetto alle valvole gate o globali.
• Opzioni multi-porta: Disponibile in configurazioni a 3 o 4 vie per diversione di flusso o miscelazione.
• Alta durabilità: Adatto per abrasivo, corrosivo, o media di liquami (con materiali appropriati).
• Manutenzione in linea: Molti design consentono la manutenzione senza rimuovere la valvola dalla conduttura.

Limitazioni della valvola di spina

• Alta coppia operativa: Soprattutto in valvole sedute in metallo o più grandi; può richiedere attrezzatura o attuatore.
• Usura dell'attrito: I disegni da metallo a metallo possono sperimentare e indossare nel tempo.
• Bisogni di lubrificazione: La valvola a spina lubrificata richiede una ri-grasso periodica per mantenere la tenuta e la facilità di funzionamento.
• Costo: Può essere più costoso delle valvole a sfera in gamme di pressione/temperatura simili.
• Attrezzatura limitata: Non ideale per un controllo del flusso preciso a causa della potenziale erosione e usura in posizioni parzialmente aperte.
• Vincoli di dimensione: Meno comune nelle dimensioni sopra 24 pollici a causa della coppia e dei limiti di produzione.

8. Confronto: Valvola di spina vs. Palla, Cancello, e valvole a farfalla

Riepilogo:

• Usa le valvole a spina Quando hai bisogno di chiusura stretta, sigillatura bidirezionale, o flusso multi-porto in servizi difficili come fanghi o sostanze chimiche.
• Valvole a sfera sono ideali per chiusura rapida e calo di pressione minima nelle applicazioni multimediali pulite.
• Valvole a saracinesca Adatta l'isolamento raro nei sistemi di grande bore.
• Valvole a farfalla Excel in spazio limitato, ambienti a bassa pressione con diametri di grandi dimensioni.

9. Dimensionamento, Selezione & Linee guida per l'installazione

• Media e condizioni: Abbina i materiali del corpo e del sedile alla chimica dei fluidi, temperatura, e pressione.
• Dimensionamento: Utilizzare i calcoli CV per garantire il flusso richiesto al previsto ΔP; Seleziona Attuatori per fornire una coppia di 1,5 × Breakoway.
• Installazione: ORIENT PLING verticalmente in valvole lubrificate per prevenire il pool di grasso; mantenere 1 × lunghezza della valvola del tubo dritto su ciascun lato per prestazioni ottimali.

10. Manutenzione, Ispezione & Risoluzione dei problemi

• Lubrificazione: Ogni 6-12 mesi o 5,000 cicli; Utilizzare grasso approvato dal produttore.
• Sostituzione del sedile: In molti design, I posti possono essere modificati in linea senza rimozione del corpo.
• Problemi comuni: Gallantato sui sedili in metallo risolti dalla riduzione; perdite di imballaggio di grafite corrette mediante reimpiacentazione; Plug erosione affrontato da sovrapposizioni in stellite o ristrutturazione del sedile.

11. Standard, Certificazioni & Test

• API 599: Procedure di ispezione e test.
• ISO 17292: Requisiti delle prestazioni per la spina, palla, e valvole a farfalla.
• MSS SP - 79/SP - 80: Linee guida per valvole di spina lubrificate e non lubricate.
• Certificazioni: Monogramma API, Marcatura CE, Valutazioni SIL per sistemi strumentati di sicurezza.

12. Conclusione

Le valvole a spina offrono una miscela unica di semplicità, velocità, E versatilità attraverso una vasta gamma di industrie di processo.

Selezionando attentamente il corpo, tappo, e materiali del sedile, e aderendo alle migliori pratiche di dimensionamento, installazione, e manutenzione: gli ingegneri possono sfruttare le valvole di spina per un isolamento affidabile, Diversione, e controllo del flusso rudimentale praticamente in qualsiasi servizio fluido.

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Domande frequenti

Quando dovrei scegliere una valvola di spina su una valvola a sfera?

Optare per Valvole di spina in servizi ad alta temperatura o abrasiva, O dove semplice giro di un quarto, È necessaria un funzionamento bidirezionale.

Quante volte dovrebbe essere ripubblicata una valvola di spina lubrificata?

In genere ogni 6-12 mesi o dopo 5.000-10.000 cicli, A seconda della gravità del servizio.

Le valvole a tappa possono essere utilizzate per il servizio di limitazione?

La thottling limitata è possibile con spine a parità, Ma l'usura del sedile aumenta; Le valvole del globo eccellono al controllo del flusso preciso.

Cosa causa la perdita della valvola di spina e come viene fissata?

Usura o danni a sedili e tappi porta a perdite; rimedio tramite sostituzione del sedile, Plug Re-lanciando, o ri-lubrificazione per valvole metalliche al metallo.