O que é uma válvula de plugue？

1. Introdução

Uma válvula de plugue é uma válvula rotativa de trimestre que regula o fluxo girando um plugue cilíndrico ou cônico dentro do corpo da válvula.

Quando o plugue é alinhado com as portas de entrada e saída, O fluido passa livremente; Uma rotação de 90 ° fecha a porta.

Válvulas de plug modernas - refinadas através de avanços na metalurgia, usinagem, e a tecnologia de vedação - é essencial no petróleo & gás, químico, tratamento de água, e indústrias de geração de energia.

2. O que é uma válvula de plugue?

UM válvula de tampão é um simples, A válvula robusta de trimestre de trimestre costumava começar, parar, ou desviar o fluxo do fluido em sistemas de tubulação.

Em sua essência, A válvula consiste em um buraco, “plugue” cilíndrico ou cônico que fica dentro de uma cavidade correspondente no corpo da válvula.

Quando a passagem interna do plugue (o furo) alinhe com as portas de tubulação, O fluido flui livremente; Uma volta de 90 ° do plugue gira o furo para longe das portas, desligando o fluxo.

Chave Componentes da válvula

• Corpo: Abriga o plugue e fornece conexões de entrada/saída (flangeado, rosqueado, ou soldado).
• Plugue: O elemento rotativo, moldado como um cilindro reto ou um cone, contendo a porta(é).
• Assentos: Fornecer vedação entre plugue e corpo; pode ser superfícies metal a metal ou inserções resilientes (PTFE, borracha).
• Tronco & Handle/Atuator: Transmite torque do operador (alavanca, caixa de câmbio, atuador pneumático ou elétrico) para o plugue.

Princípios operacionais

Controle do fluxo rotativo

As válvulas de plug operam girando o plugue em torno de seu eixo - requerendo apenas um quarto de volta para o fechamento aberto ou completo.

Isso permite uma rápida atuação: A operação manual típica leva menos de um segundo, e atuadores pneumáticos ou elétricos automatizados podem completar o golpe em 0,5 a 2 segundos.

Formação de vedação

• Vedações metálicas a metal: A superfície de cardume do plugue (Freqüentemente revestido com estrela) entra em contato diretamente com o furo do corpo.
  Sob pressão da linha, O plugue pressiona no corpo, melhorando o selo.
  Essas válvulas suportam temperaturas até 550 ° C e aplicações de alta pressão (ANSI CLASSE 600 e acima), mas requer maior torque de quebra (100–500 nm para válvulas DN 50–200).
• Resiliente (Macio) Assentos: Anéis elastoméricos ou de PTFE ao redor do furo de plugue fornecem uma vedação em conformidade com torque mínimo (10–50 nm para válvulas DN 15–100).
  As válvulas de plugue suaves com tração atingem o fechamento de bolhas por API 598 mas geralmente são limitados a temperaturas abaixo 200 ° C e pressões sob a classe ANSI 300.

Requisitos de torque & Atuação

Torque para operar uma válvula de plugue depende do tamanho, Tipo de assento, e condições de serviço. Como regra geral:

• DN com delito macio 50 As válvulas requerem ~ 15 nm para abrir; DN com delito macio 200 válvulas até 60 Nm.
• DN tratado com metal 50 As válvulas podem precisar 100 Nm; DN tratado com metal 200 válvulas até 400 Nm.

Atuação Manual: Alavanca ou roda de mão, frequentemente com uma caixa de engrenagens para válvulas maiores.
Atuação Pneumática: Cilindros de ação dupla ou renúncia de mola para rápido, Operação confiável de torre <1 é.
Atuação Elétrica: Oferece controle preciso da posição e feedback para integração com sistemas DCS/SCADA; tempos de golpe típicos de 2 a 5 s.

3. Tipos e designs básicos da válvula de plugue

A válvula de plugue é projetada em várias configurações para atender a uma ampla gama de requisitos de processo.

As principais distinções de design são baseadas no método de lubrificação, Geometria do plugue, Configuração da porta, e caminho de fluxo interno.

Lubrificado vs.. Válvulas de plugue não lubrificadas

• Válvula de plugue lubrificada
  Essas válvulas dependem da injeção de um selante - normalmente uma grafite- ou composto baseado em PTFE-entre o plugue e o corpo da válvula.
  O lubrificante serve múltiplos papéis: reduz o atrito durante a operação, aprimora a integridade de vedação, e fornece uma barreira protetora contra mídias corrosivas ou abrasivas.
• Válvula de plugue não lubrificada
  Esses projetos usam materiais auto-lubrificantes-como PTFE (Politetrafluoretileno) com reforço de fibra de vidro-para o assento ou empregar plugues de revestimento rígido (por exemplo, Revestimentos de níquel com eletrólito ou cromo duro com dureza da superfície > 60 CDH) para minimizar o atrito.

Plugue configurações: Cilíndrico, Cônico & Montado em mingau

• Cônico (Cônico) Plugue
  Apresentando um cone que corresponde ao ângulo do assento do corpo da válvula, Os plugues cônicos são auto-alinhados sob pressão de linha, Fornecendo um selo mais seguro e hermético.
  Eles são especialmente eficazes em aplicações de alta pressão (≥2.500 psi / 172 bar).
• Plugue cilíndrico
  Esses plugues têm lados paralelos e dependem de assentos com mola ou inserções resilientes para manter o contato.
  As configurações cilíndricas são mais adequadas para sistemas de pressão baixa a moderada e são frequentemente usadas em projetos de válvulas compactos ou de baixo custo.
• Plugue montado em mingau
  Neste design, O plugue é guiado por viagens superiores e inferiores, que reduzem os requisitos de torque e desgaste nas superfícies de vedação.
  Esta estrutura é preferida para válvulas de grande diâmetro (≥12 ″) ou aplicações extremamente de alta pressão (até 15,000 psi / 1,034 bar), como sistemas de proteção de pressão submarina ou de alta integridade (Hipps).

Válvula de plugue de várias portas

• Válvula de plugue de três vias
  Projetado com passagens de plugue em forma de L ou em T para desviar o fluxo entre três portas.
  Comum na mistura, ignorando, ou serviços de desvio (por exemplo, misturando riachos de água quente e fria, Sistemas de amostragem, ou comutação de linha).
• Válvula de plugue de quatro vias
  Inclua passagens internas em forma de cruz ou duplo-l para redirecionar o fluxo entre dois pares de entrada de entrada.
  Estes são amplamente utilizados em operações químicas em lote e alternância de alimentação do reator, permitindo seqüências complexas de processo com contagem mínima de válvulas.

Configurações de tamanho da porta: Port Full Vs.. Porta reduzida

• Válvula de plugue de porta completa
  A passagem de fluxo interno corresponde ao diâmetro do pipeline de conexão (por exemplo, Uma válvula de 2 polegadas tem uma porta de 2 polegadas).
  Este design minimiza a queda de pressão e é essencial onde a eficiência do fluxo ou porco é crítica.
  CV típico para válvula de plugue de 2 ″ de porte inteira: ~ 50.
• Válvula de plugue de porta reduzida
  O caminho de fluxo é um tamanho nominal do tubo menor que as conexões de entrada/saída (por exemplo, uma válvula de 2 polegadas com um furo de 1,5 polegadas).
  Este design reduz os custos de material e fabricação, mas apresenta uma queda de pressão mais alta.
  CV típico para 2 ″ válvula de porta reduzida: ~ 30.

4. Materiais e construção da válvula de plugue

A seleção de material e a construção de uma válvula de plugue são críticas para o seu desempenho, durabilidade, e compatibilidade química em ambientes industriais exigentes.

Cada componente - o corpo, plugue, assentos, e focas internas - são projetadas usando materiais adaptados para suportar pressões específicas, temperaturas, e mídia de processo.

Corpo & Plugue Materiais

Assento & Materiais de revestimento

Lubrificantes (Para válvulas de plugue lubrificadas)

5. Características de desempenho da válvula de plugue

As válvulas de plug são conhecidas por sua operação simples, vedação robusta, e recursos de fluxo bidirecional.

No entanto, Seu desempenho varia significativamente baseado no design, seleção de materiais, e condições de serviço.

Classificações de temperatura de pressão

As válvulas de plug são classificadas de acordo com os padrões do setor, como API 599 e ISO 17292, que definem limites de pressão operacional seguros em várias temperaturas.

Essas classificações dependem muito da válvula material corporal e Design do assento.

Aperto de vedação & Aulas de vazamento

Válvulas de plugue, especialmente com assentos macios ou graxa injetada, pode alcançar desligamento apertado da bolha. Os padrões de vazamento são testados por:

• API 598: Protocolo de teste de pressão para válvulas industriais
• ISO 5208: Classificação de vazamento da válvula
• Classe de vazamento VI (assento macio): Essencialmente zero vazamento visível
• Classe de vazamento IV (assento de metal): Aceitável para a maioria dos serviços industriais de gás e líquido

Válvulas de plugue lubrificadas confie na graxa para manter a integridade do selo e requer reinjeção periódica, enquanto versões não lubrificadas Use mangas de elastômero ou PTFE que podem usar com o tempo.

Características de fluxo (Valores de CV)

Exibir válvulas de plug Comportamento de controle de fluxo linear ou de igual %, Dependendo da geometria da porta (redonda vs.. retangular ou vitada em V.).

Embora usado principalmente para isolamento, Alguns designs de plug permitem limitação moderada.

• Válvula de plugue de porta completa (2-polegada):

• • CV ≈ 45-55 (alta eficiência de fluxo)

• Válvula de plugue de porta reduzida (2-polegada):

• • CV ≈ 25–35 (queda de pressão mais alta)

Cv (Coeficiente de fluxo) representa a taxa de fluxo em galões/minuto de água a 60 ° F que fluirá através da válvula com um 1 Psi queda de pressão.

Requisitos de torque & Atuação

As válvulas de plugue normalmente exigem Torque de operação mais alto do que válvulas de bola ou borboleta devido a áreas de contato maiores entre o plugue e o assento.

6. Campos de aplicação de válvulas de plugue

• Óleo & Gás (A montante, Midstream, A jusante)
• Químico & Indústria Petroquímica
• Água & Tratamento de águas residuais
• Geração de energia
• Polpa & Indústria de papel
• Mineração & Processamento mineral
• AVAC & Serviços de construção
• Comida & Indústria de bebidas
• Marinho & Engenharia Offshore
• Farmacêutico & Indústria de biotecnologia
• GNL & Sistemas criogênicos
• Aço & Plantas metalúrgicas
• Refino & Terminais de armazenamento a granel
• Têxtil & Indústria de tingimento
• Sistemas de proteção contra incêndio

7. Vantagens e limitações da válvula de plugue

Vantagens da válvula de plugue

• Design simples: Componentes internos mínimos, tornando a manutenção direta.
• Operação rápida: 90-O trimestre de graduação permite uma ação rápida de abertura/fechamento.
• Desligamento apertado: Excelente capacidade de vedação, especialmente com assentos resilientes ou lubrificante.
• Vedação bidirecional: Selos efetivamente em ambas as direções de fluxo.
• Tamanho compacto: Dimensões presenciais curtas em comparação com válvulas de portão ou globo.
• Opções de várias portas: Disponível em configurações de 3 ou 4 vias para desvio de fluxo ou mistura.
• Alta durabilidade: Adequado para abrasivo, corrosivo, ou mídia de chorume (com materiais apropriados).
• Manutenção em linha: Muitos designs permitem manutenção sem remover a válvula do pipeline.

Limitações da válvula de plugue

• Torque de operação alta: Especialmente em válvulas maiores ou com metal ou maiores; pode exigir equipamento ou atuador.
• Desgaste de atrito: Designs de metal para metal podem experimentar manchas e desgaste ao longo do tempo.
• Necessidades de lubrificação: A válvula de plugue lubrificada requer re-agressão periódica para manter a vedação e a facilidade de operação.
• Custo: Pode ser mais caro do que válvulas de esferas em faixas de pressão/temperatura semelhantes.
• Aceleração limitada: Não é ideal para controle preciso do fluxo devido à potencial erosão e desgaste em posições parcialmente abertas.
• Restrições de tamanho: Menos comum em tamanhos acima 24 polegadas devido a limites de torque e fabricação.

8. Comparação: Válvula de tampão vs.. Bola, Portão, e válvulas de borboleta

Resumo:

• Use válvulas de plug Quando você precisa de desligamento apertado, vedação bidirecional, ou fluxo de várias portas em serviços difíceis, como lamas ou produtos químicos.
• Válvulas de esfera são ideais para desligamento rápido e queda de pressão mínima nos aplicativos de mídia limpa.
• Válvulas de gaveta traje isolamento pouco frequente em sistemas de grande brilho.
• Válvulas Borboleta Excel no espaço limitado, ambientes de baixa pressão com grandes diâmetros.

9. Dimensionamento, Seleção & Diretrizes de instalação

• Mídia e condições: Combinar materiais corporais e assentos à química fluida, temperatura, e pressão.
• Dimensionamento: Use cálculos de CV para garantir o fluxo necessário no ΔP esperado; Selecione Atuadores para entregar 1,5 × torque de quebra.
• Instalação: Oriente plugue verticalmente em válvulas lubrificadas para impedir o pool de graxa; Mantenha o comprimento da válvula 1 × do tubo reto de cada lado para o desempenho ideal.

10. Manutenção, Inspeção & Solução de problemas

• Lubrificação: A cada 6 a 12 meses ou 5,000 ciclos; Use graxa aprovada pelo fabricante.
• Substituição do assento: Em muitos designs, Os assentos podem ser alterados em linha sem remoção do corpo.
• Questões comuns: Galando em bancos de metal remediados por relubrificação; Vazamentos de embalagem de grafite corrigidos pela reembalamento; Erosão de plugue abordada por sobreposições de estreita ou reforma do assento.

11. Padrões, Certificações & Teste

• API 599: Procedimentos de inspeção e teste.
• ISO 17292: Requisitos de desempenho para plug, bola, e válvulas de borboleta.
• MSS SP -79/SP -80: Diretrizes para válvulas de plugue lubrificadas e não lubrificadas.
• Certificações: Monograma da API, Marcação CE, Classificações SIL para sistemas instrumentados de segurança.

12. Conclusão

As válvulas de plug oferecem uma mistura única de simplicidade, velocidade, e versatilidade em uma variedade diversificada de indústrias de processo.

Ao selecionar cuidadosamente o corpo, plugue, e materiais de assento - e aderindo às melhores práticas em dimensionamento, instalação, e manutenção - os engenheiros podem aproveitar as válvulas de plugue para isolamento confiável, desvio, e controle de fluxo rudimentar em praticamente qualquer serviço fluido.

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Perguntas frequentes

Quando devo escolher uma válvula de plugue sobre uma válvula de esfera?

Opte por Válvulas de plugue em serviços de alta temperatura ou abrasivo, ou onde um quarto de volta simples, Operação bidirecional é necessária.

Com que frequência uma válvula de bujão lubrificada deve ser recriada?

Normalmente a cada 6 a 12 meses ou após 5.000 a 10.000 ciclos, Dependendo da gravidade do serviço.

Pode ser usado válvulas para limitar o serviço de limitação?

A limpeza limitada é possível com plugues de igual porcentagem, Mas o desgaste do assento aumenta; Válvulas globais se destacam no controle preciso do fluxo.

O que causa vazamento da válvula de tampão e como é corrigido?

Desgaste ou danos aos assentos e plugues levam a vazamentos; Solução via substituição do assento, plug re-lapping, ou re-lubrificação para válvulas metal-metal.