O que é uma válvula global? Tipos, Funções & Aplicativos

UM válvula globo é uma válvula de movimento linear usada para iniciar, parar, acelerar, e regular o fluxo de fluido em tubulações.

Caracterizado por um disco móvel (ou plugue) e um assento de anel estacionário dentro de um corpo geralmente esférico, As válvulas globais oferecem controle preciso do fluxo com boa capacidade de fechamento.

Desenvolvimento Histórico

Originando no início do século 19, As válvulas globais evoluíram de válvulas de plugue simples. O termo "globo" vem da forma originalmente esférica do corpo da válvula.

Projetos iniciais priorizaram o fechamento; em meados do século XX, Os refinamentos para a geometria e as superfícies de assentos de plugue permitiram melhor desempenho de limitação.

Importância nos sistemas de controle de fluidos

Hoje, As válvulas globais são onipresentes em indústrias que requerem regulamentação de fluxo precisa - usinas de potência, processamento químico, tratamento de água, óleo & gás, e mais.

Seu design direto, facilidade de manutenção, e a capacidade de lidar com uma ampla gama de pressões e temperaturas os tornam indispensáveis.

2. O que é uma válvula global?

UM válvula globo é um movimento linear, em forma de globo válvula projetado para começar, parar, ou fluxo de líquido acelerado com precisão em um pipeline.

Ao contrário das válvulas de trimestre (por exemplo, bola ou borboleta), A haste da válvula global e o disco se movem axialmente, Fornecendo controle fino sobre taxas de fluxo e permitir o fechamento confiável.

Principais recursos e princípio operacional

• Mecanismo de movimento linear
  Virar a rodazinha ou atuador faz com que o caule mova o disco (ou plugue) para cima e para baixo.
  Quando o disco levanta o assento, O fluido pode passar; quando desce, O caminho de fluxo é cada vez mais restrito até ficar totalmente fechado.
• Caminho de fluxo tortuoso
  O fluido entra sob o assento, reverte a direção ao redor do disco, e sai pela saída.
  Esta rota "S -Shaped" ou "Z -Shaped" gera uma queda de pressão significativa - normalmente 25-35 % de pressão de entrada ao modular - mas oferece excepcionalmente suave, apertar previsível.

3. Construção e componentes da válvula globo

Estilos de corpo e capô (T -Pattern, Y -Pattern, Ângulo)

T-Padrencê:

Este é o estilo de corpo mais comum. Em uma válvula global de padrão T, As portas de entrada e saída estão em linha reta, e o caminho do fluxo muda de direção à medida que passa pela válvula, Criando uma forma de “T”.
Este design é adequado para aplicações de uso geral, onde o controle de fluxo é necessário.

Y-Pattern:

A válvula global de padrão Y tem uma entrada e saída que estão em um ângulo um para o outro, parecido com a letra "y".
Este design oferece um caminho de fluxo mais simplificado, resultando em queda de pressão mais baixa em comparação com o padrão t.
É frequentemente usado em aplicações em que minimizar a perda de pressão é crucial, como em sistemas de alta taxa de fluxo.

Ângulo:

As válvulas de globo ângulo têm uma entrada e saída que estão em um ângulo de 90 graus.
Eles são úteis em situações em que é necessária uma mudança na direção do fluxo do fluido, ou quando as restrições espaciais no sistema de tubulação exigem um design mais compacto.

Disco (Plugue), Assento & Tronco

• Disco (Plugue): Controla a taxa de fluxo movendo -se contra o assento. Os perfis comuns incluem planos, contornado (gaiola ou plugue), e pistão.
  Plugues equilibrados (com orifícios de resistência à pressão) Reduza o torque de operação em válvulas grandes ou de alta pressão.
• Assento: Fornece superfície de assento para o disco. Os assentos podem ser inserções integrais ou substituíveis, feito de aço inoxidável, Monel, ou materiais macios (PTFE, Elastômeros) Para o fechamento da bolha.
• Tronco: Transfere o movimento do atuador para o disco. Disponível como ascensão (Indicação da posição visual) ou tipos de não ração, com desenhos encadeados ou guiados.
  Um anel de lanterna e glândula de embalagem mantêm a integridade do selo ao redor do caule.

Embalagem, glândula, e considerações de junta de capital

A embalagem é um componente crucial que sela o espaço entre o caule e o capô, impedir que o fluido vaze para fora da válvula.

Geralmente é feito de materiais como grafite, PTFE, ou fibras trançadas.

A glândula é usada para comprimir a embalagem, garantindo um selo apertado. A junta do capô fornece uma vedação entre o capô e o corpo da válvula, impedindo o vazamento nesta junta.

A seleção desses componentes depende de fatores como o tipo de fluido, pressão operacional, e temperatura.

Métodos de atuação: Mãe manual, pneumático, elétrico, hidráulico

Mãe manual:

Este é o método de atuação mais simples. Uma roda de mão está presa ao caule, e os operadores o vira para abrir ou fechar a válvula.
As válvulas globais manuais são comumente usadas em aplicações onde a operação pouco pouco é necessária ou onde a automação não é econômica.

Pneumático:

Atuadores pneumáticos usam ar comprimido para operar a válvula. Eles oferecem operação rápida e são adequados para aplicações onde são necessários tempos de resposta rápidos.
As válvulas globais pneumáticas são frequentemente usadas em indústrias onde a operação à prova de explosão é um requisito, como a indústria de petróleo e gás.

Elétrico:

Atuadores elétricos são alimentados por eletricidade e podem ser controlados remotamente. Eles fornecem controle preciso e são comumente usados ​​em sistemas de controle de processos industriais.
As válvulas de globo elétrico podem ser programadas para abrir, fechar, ou modular o fluxo com base em vários sinais de entrada.

Hidráulico:

Atuadores hidráulicos usam líquido hidráulico para gerar a força necessária para operar a válvula.
Eles são capazes de fornecer alto torque, tornando-os adequados para válvulas ou aplicações de tamanho grande, onde é necessária força significativa para mover o disco.

4. Materiais da válvula global

Selecionando os materiais certos para uma válvula global corpo, capô, aparar, e selos é crucial para garantir um serviço confiável sob específico temperatura, pressão, e corrosivo condições.

Corpo da Válvula & Materiais do capô

Materiais de acabamento

Selagem & Materiais de embalagem

• Assentos macios (PTFE, ESPIAR)

• • Limites de temperatura: PTFE até ~ 200 ° C; Espreite até ~ 260 ° C
  • Vantagens: Bubble -Tight Fech -off (ANSI/FCI Classe VI); Excelente compatibilidade química

• Assentos de metal (Inoxidável, Monel)

• • Limites de temperatura: Até 600 ° C ou superior
  • Vantagens: Serviço de alta temperatura; resistência à erosão e cavitação; ANSI/FCI Classe IV Selagem

• Opções de embalagem

• • Grafite: –200 ° C a 650 °C; baixo atrito; Bom controle de vazamento no vapor de alta calçada
  • PTFE: –200 ° C a 260 °C; inércia química; Torque de haste baixa
  • Aramid ou fibras sintéticas: Até 350 °C; reforçado para mídia abrasiva

5. Tipos e variações da válvula global

Para adaptar as válvulas globais a diversas necessidades de processo, Fabricantes combinam padrões corporais, Designs de plug, Materiais do assento, e acabamentos especializados.

T -Pattern vs.. Y -Pattern vs.. Válvulas de Globo ângulo

Válvulas globais de pattern t

• Dinâmica de fluidos: 180° O fluxo de reversão cria uma forte zona de turbulência logo abaixo do assento, Ajudando a mistura, mas aumentando o risco de erosão no lado a jusante.
• Troca mecânica: A fundição simples reduz o custo e a dimensão face -face, Mas a queda de pressão mais alta (ΔP ≈ 20-30 %) exige mais energia de bomba ou compressor.
• Aplicativos & Exemplo de caso: Amplamente utilizado no controle de água de alimentação em usinas de energia (ANSI CLASSE 300 Válvulas T -Pattern regulando o feed de caldeira em 250 ° C/25 bar).

Válvulas globais Y -Pattern

• Dinâmica de fluidos: 45° O deslocamento minimiza a aceleração e a desaceleração do fluido, redução do potencial de cavitação em serviços ΔP altos.
• Troca mecânica: Comprimento mais longo do corpo (até 30 % mais) e a usinagem central complexa custo aumentar o custo, Mas a durabilidade em lascas erosivas estende intervalos de manutenção.
• Aplicativos & Exemplo de caso: Medição química de soluções de polímeros viscosos (por exemplo, 17–4 válvulas globais ph -y -pattern 200 ° C/15 bar).

Válvulas de Globo ângulo

• Dinâmica de fluidos: Voltar de ângulo direito em um único elenco elimina a necessidade de cotovelos, diminuindo a complexidade da instalação e pontos de vazamento.
• Troca mecânica: Limitado a tamanhos menores (≤ 4 ″) Devido à concentração de estresse na curva; Recurso de adição de auto -drama impede o martelo de água em linhas de retorno de condensado.
• Aplicativos & Exemplo de caso: Linhas de gotejamento a vapor (válvulas globais de ângulo de rumo de carbono com acabamento em estreia na aula 600 serviço em 315 °C).

Equilibrado vs.. Designs de plugue desequilibrado

• Plugue desequilibrado: Em um design de plugue desequilibrado, A pressão do fluido atua em um lado do disco, criando uma força que precisa ser superada pelo atuador para mover o disco.
  Este design requer mais força do atuador, especialmente em aplicações de alta pressão.
• Plugue equilibrado: Um design de plugue equilibrado equaliza a pressão do fluido em ambos os lados do disco, reduzindo a força necessária para operar a válvula.
  Isso facilita a abertura e o fechamento da válvula, especialmente em sistemas de alta pressão, e pode levar a custos operacionais mais baixos e vida de atuador mais longa.

Softated vs.. versões tratadas com metal

Softated

• Material do assento: PTFE, ESPIAR, ou elastômeros.
• Classe de vazamento: ANSI/FCI Classe VI (Bubble -Tight).
• Limitações: Temperatura ≤ 200 °C (PTFE), ≤ 260 °C (ESPIAR).
• Caso de uso: Farmacêutico, comida & bebida, produtos químicos finos.

Tratado de metal

• Material do assento: Aços inoxidáveis, Monel, Sobreposições de estreita.
• Classe de vazamento: ANSI/FCI Classe IV.
• Temperatura: Até 600 ° C ou superior.
• Caso de uso: Vapor de alta temperatura, fluidos erosivos ou abrasivos.

Projetos especializados de válvulas globais

• Válvulas globais criogênicas

• • Características: Capato estendido; ligas de baixa temperatura (por exemplo, 304eu, 316L ss).
  • Faixa de temperatura: Até –196 ° C.
  • Aplicativo: GNL, armazenamento e transferência criogênica.

• Válvulas globais de alta temperatura

• • Características: Aços de liga (por exemplo, 2.25CR - 1MO, 5Cr -½mo), Jaquetas de resfriamento.
  • Faixa de temperatura: 600–800 ° C..
  • Aplicativo: Vapor superaquecido, Reatores petroquímicos.

• Multi -estágio / Acabamentos anti -escavação

• • Projeto: Série de estágios de limitação para reduzir a pressão de forma incremental.
  • Beneficiar: Reduz o ruído em 10 a 20 dB e evita danos causados ​​pela cavitação.
  • Aplicativo: Alto ΔP (> 20 bar) serviços, injeção de água, Desuperheating.

6. Características de desempenho das válvulas globais

As válvulas globais são valorizadas por sua limitação precisa e desligamento confiável, Mas seu desempenho deve ser entendido em várias facetas:

Limites de pressão -temperatura, comportamento de controle de fluxo, desempenho de vazamento, Cavitação/mitigação de ruído, e durabilidade a longo prazo. Abaixo está uma análise detalhada suportada por dados típicos.

Classificações de pressão -temperatura

As válvulas globais são classificadas por ANSI/ASME B16.34, Definindo a pressão de trabalho máxima permitida em determinadas temperaturas. Uma classificação representativa para os corpos do aço de carbono é:

Observação: As classificações variam de acordo com o material corporal; Os corpos de aço inoxidável e aço de liga podem ver até ± 10 % Ajustes. Sempre consulte folhas de dados do fabricante e códigos relevantes.

Coeficiente de fluxo (Cv) & Rangeabilização de controle

• Coeficiente de fluxo (Cv): Indica galões por minuto (GPM) de água em 60 ° F que fluirá com um 1 Psi queda de pressão. Valores típicos de CV:

Tapela de destaque e considerações de design de assentos

A agulha de vazamento é uma característica crítica de desempenho das válvulas globais.

O design do assento, incluindo seu material, forma, e acabamento superficial, desempenha um papel importante na determinação da estação de vazamento da válvula.

As válvulas suaves normalmente oferecem uma melhor aparência de vazamento em comparação com as válvulas com tratamento de metal, Mas as válvulas com base metal podem ser projetadas para atender aos requisitos de vazamento específicos, como API 598 Classe de vazamento VI para desligamento final de gás.

Cavitação & Controle de ruído

• Limiar de cavitação: Ocorre quando Δp através da guarnição excede aproximadamente 30 bar, levando ao colapso da bolha de vapor e dano de acabamento.
• Acabamentos anti -escavação: A redução de pressão encenada em 3 a 5 câmaras pode limitar a queda de pressão por estágio a < 10 bar, praticamente eliminando a cavitação.
• Atenuação de ruído:

• • Encontras padrão geram 90-100 dB(UM) em ΔP alto.
  • Os acabamentos em vários estágios reduzem o ruído em 10 a 20 dB(UM), atingir níveis ≤ 80 dB(UM).

Durabilidade e manutenção

A durabilidade de uma válvula global depende de fatores como a qualidade dos materiais, as condições operacionais, e a frequência de manutenção.

Válvulas feitas de materiais de alta qualidade e com tratamentos de superfície adequados podem ter uma longa vida útil.

Manutenção regular, incluindo inspeção do assento da válvula, disco, tronco, e embalagem, lubrificação de peças móveis, e substituição de componentes desgastados, é essencial para garantir a durabilidade e a operação confiável da válvula.

7. Seleção e dimensionamento da válvula globo

Requisitos de processo: taxa de fluxo, queda de pressão, Mídia de uso final

A primeira etapa na seleção de uma válvula globo é entender os requisitos do processo.

Isso inclui determinar as taxas de fluxo máximo e mínimo, a queda de pressão permitida pela válvula, e a natureza do fluido (por exemplo, corrosivo, abrasivo, viscoso).

Esses fatores influenciarão o tamanho, tipo, e material da válvula.

Cálculos e padrões de dimensionamento de válvulas (Isa, IEC)

O dimensionamento da válvula é um processo crítico para garantir que a válvula possa lidar com a taxa de fluxo necessária, mantendo uma queda de pressão aceitável.

Padrões como os definidos pela instrumentação, Sistemas, e Sociedade de Automação (Isa) e a Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC) fornecer diretrizes para cálculos de dimensionamento de válvulas.

Esses cálculos geralmente envolvem o uso do coeficiente de fluxo (Cv) da válvula e os parâmetros do processo para determinar o tamanho da válvula apropriado.

Considerações de dimensionamento e controle do atuador

Depois que o tamanho da válvula é determinado, o atuador precisa ser dimensionado adequadamente.

O atuador deve ser capaz de gerar força ou torque suficiente para operar a válvula em todas as condições operacionais.

Considerações de controle também desempenham um papel, como o tipo de sinal de controle (por exemplo, 4-20 MA, 0-10 V) e o nível desejado de precisão de controle.

Comércio econômico (Custo inicial vs.. custo operacional)

Ao selecionar uma válvula global, Existe uma troca econômica entre o custo inicial e o custo operacional.

Uma válvula mais cara com materiais e recursos melhores pode ter um custo operacional mais baixo devido à vida útil mais longa, Requisitos de manutenção mais baixos, e melhor desempenho.

Por outro lado, Uma válvula mais barata pode ter uma economia de custos iniciais mais alta, mas pode resultar em custos operacionais mais altos ao longo do tempo devido a reparos e substituições mais frequentes.

8. Instalação, Operação, e manutenção

Layout de orientação e tubulação adequada

As válvulas globais devem ser instaladas na orientação correta, com a direção do fluxo indicada no corpo da válvula que corresponde à direção real do fluxo no pipeline.

O layout da tubulação ao redor da válvula deve permitir fácil acesso para operação e manutenção. O suporte adequado deve ser fornecido à tubulação para evitar estresse excessivo na válvula.

Cheques de comissionamento e manutenção preventiva

Antes de colocar uma válvula global em serviço, Os cheques de comissionamento devem ser realizados.

Isso inclui a verificação da instalação adequada, garantir que a válvula opere sem problemas, e verificar o aperto de todas as conexões.

Programas de manutenção preventiva devem ser estabelecidos para inspecionar regularmente a válvula, lubrifique as partes móveis, e substitua os componentes desgastados.

Isso pode ajudar a evitar falhas inesperadas e prolongar a vida útil da válvula.

Modos de falha comuns e solução de problemas (vazamentos de embalagem, desgaste do assento)

Os modos de falha comuns das válvulas globais incluem vazamentos de embalagem, desgaste do assento, Corrosão do caule, e falha do atuador.

Vazamentos de embalagem podem ser causados ​​por instalação inadequada, desgaste do material de embalagem, ou pressão excessiva. O desgaste do assento pode ocorrer devido à erosão, corrosão, ou operação frequente.

Solução de problemas desses problemas envolve identificar a causa raiz e tomar ações corretivas apropriadas, como substituir a embalagem, reparando ou substituindo o assento, ou abordar a causa subjacente de corrosão.

Reparo vs.. substituir: peças de reposição e reforma

Quando uma válvula globo falha, É preciso tomar uma decisão se deve repará -la ou substituí -la.

A disponibilidade de peças de reposição, o custo do reparo em comparação com a substituição, e a extensão dos danos são fatores que influenciam esta decisão.

Em alguns casos, Reformar a válvula pode ser uma opção econômica, Especialmente se o corpo da válvula e outros componentes principais ainda estiverem em boas condições.

9. Aplicações da válvula global

As válvulas globais são amplamente utilizadas em industrial, comercial, e sistemas de utilidade devido ao seu Excelentes recursos de limitação, Desligamento apertado, e design robusto.

Aplicações Industriais

Geração de energia

• Controle de vapor em caldeiras e turbinas
• Sistemas de regulação da água de alimentação
• Linhas de inicialização e desvio

Petroquímica & Refino

• Controle de processo em Colunas de destilação, trocadores de calor, e reatores
• Óleo combustível, refrigerante, e injeção química sistemas

Óleo & Gás (A montante e a jusante)

• Sistemas de engasgar e matar
• Desidratação e adoçante a gás
• Linhas de separação e injeção

Químico & Farmacêutico

• Controle de fluxo de precisão para ácidos, solventes, e reagentes
• Linhas de processamento e dosagem em lote

Água & Tratamento de águas residuais

• Regulação do fluxo nos sistemas de filtração e desinfecção
• Desvio da bomba e Controle de nível aplicações
• Processos de cloração e neutralização

AVAC & Serviços de construção

• Água gelada e Loop de água quente controlar
• Aquecimento a vapor sistemas em edifícios comerciais
• Válvulas de controle de zona para eficiência energética

Marinha e construção naval

• Regulação do sistema de lastro
• Sistemas de resfriamento e combustível do motor
• Linhas de combate a incêndios

Aeroespacial & Defesa

• Controle de fluido e gás de alta pressão nos estandes de teste
• Sistemas de suporte ao solo de aeronaves
• Sistemas de abastecimento/ventilação de mísseis

Criogênico & Gases especiais

• Nitrogênio líquido, oxigênio, argônio, e GNL controlar
• Usado em plantas de separação de gás e liquefação

10. Prós e contras da válvula global

As válvulas globais são amplamente utilizadas devido ao seu Excelentes recursos de limitação e desligamento confiável, Mas eles também vêm com limitações específicas.

Prós da Válvula Globo

Excelente capacidade de limitação

• Permite regulação precisa do fluxo em uma ampla gama de condições.
• Ideal para aplicações que requerem ajuste frequente ou modulação de fluxo.

Bom desempenho de fechamento

• Fornece um selo apertado quando fechado, minimizar o vazamento.
• Adequado para tarefas de isolamento e controle.

Derrame mais curto em comparação com válvulas de portão

• Requer menos movimento da haste para abrir ou fechar totalmente, reduzindo o tempo de atuação.

Configurações versáteis do corpo

• Disponível em T-Pattern, Y-Pattern, e projetos de ângulo para atender diferentes layouts de tubulação e requisitos de fluxo.

Manutenção fácil

• O design de entrada superior permite a desmontagem direta e o acesso a componentes internos.
• Assentos e discos geralmente são substituíveis.

Controle direcional de fluxo

• Projetado para direção de fluxo específica, Aumentar a eficiência em aplicações de controle.

Adequado para aplicações de alta pressão e alta temperatura

• Disponível em construção forjada ou fundida com materiais que podem lidar com condições extremas.

Contras da válvula global

Queda de pressão mais alta

• Devido à mudança na direção do fluxo através do corpo da válvula, As válvulas globais causam perda de pressão significativa.
• Não é ideal para sistemas que requerem fluxo de baixa resistência.

Requer mais fortes ou maiores atuadores

• A resistência ao fluxo e o desligamento apertado criam um torque de operação mais alto, especialmente em condições de alta pressão.

Construção mais complexa

• Mais peças do que tipos de válvulas mais simples, como portão ou válvulas de bola, o que pode aumentar o custo e a manutenção.

A direção do fluxo é importante

• Deve ser instalado com orientação correta; O fluxo reverso pode danificar componentes internos ou reduzir o desempenho.

Não é ideal para solo ou fluidos altamente viscosos

• O caminho de fluxo tortuoso e o potencial de erosão dos assentos os tornam inadequados para fluidos abrasivos ou grossos.

Design mais pesado e mais volumoso

• Geralmente mais massivo do que outras válvulas de tamanho equivalente e classe de pressão, que pode afetar o design de suporte da tubulação.

11. Padrões, Teste, e certificações

• Materiais & Dimensões:

• • API 602 (Pezão), API 609 (borboleta), ISO 5752
  • MSS SP -61 (aperto), MSS SP -25 (marcação)

• Procedimentos de teste:

• • Teste de casca (1.5× pn), teste de assento (1.1× pn), Teste de banco traseiro

• Garantia de Qualidade:

• • NACE MR0175 (Serviço azedo), PED 2014/68/EU, ASME B16.34

12. Comparação da válvula globo com outros tipos de válvula

13. Tendências e inovações emergentes

Posicionadores de válvulas inteligentes e integração iiot

A integração de posicionadores de válvulas inteligentes com a Internet industrial das coisas (Iiot) está revolucionando o monitoramento e o controle das válvulas globais.

Esses posicionadores avançados rastreiam continuamente os parâmetros -chave, como a posição da válvula, pressão, temperatura, e vibração.

Os dados são transmitidos para um sistema centralizado para diagnóstico em tempo real e manutenção preditiva.

Revestimentos avançados e tratamentos de superfície

Os tratamentos e revestimentos de superfície de ponta estão aumentando a durabilidade e a eficiência da válvula.

Materiais com alta resistência à corrosão, erosão, e incrustação estão sendo aplicadas a componentes críticos, como discos de válvulas e assentos.

Tipos de revestimentos:

• Revestimentos de cerâmica: Aumentar a resistência ao desgaste e a vida útil do serviço em ambientes abrasivos
• PTFE e revestimentos epóxi: Melhorar a resistência à corrosão no processamento químico
• Superfícies hidrofóbicas: Reduzir a adesão e incrustação de fluidos

14. Conclusão

As válvulas globais são parte integrante dos sistemas de controle de fluidos em uma vasta gama de indústrias.

Seu design único, que combina um mecanismo de movimento linear com um corpo esférico, permite que eles forneçam controle preciso do fluxo e recursos confiáveis ​​de desligamento.

Desde a seleção de materiais apropriados com base nas características do fluido e nas condições operacionais até os vários tipos e variações disponíveis, As válvulas globais podem ser adaptadas para atender aos requisitos de aplicação específicos.

À medida que a tecnologia continua a evoluir, tendências e inovações emergentes, como integração de válvulas inteligentes, Materiais avançados, e projetos com eficiência energética estão configurados para melhorar ainda mais o desempenho e as capacidades das válvulas globais.

Esses desenvolvimentos não apenas melhorarão a eficiência e a segurança das operações industriais, mas também contribuirão para um futuro mais sustentável.

 

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