PDVSA N TITULO
REV. FECHA DESCRIPCIóN PAG. REV. APROB. APROB.
APROB. FECHA APROB. FECHA
PDVSA, 2005
90617.1.040
SELECCIÓN DE VÁLVULAS
Emisión Original
Mariana Toro JUL.15 Norma Vivas JUL.15
GUÍA DE INGENIERÍA MAR.94 JUL.15 H.R. L.T. 1 0 Revisión General 37 20 M.T. E.J. N.V. A.N. ESPECIALISTAS
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objetivos y metas, es un deber la participación de todos en el ejercicio de la
función contralora, apoyada por la Ley Orgánica de la Contraloría General
Índice
1 OBJETIVO
. . .
3
2 ALCANCE
. . .
3
3 REFERENCIAS
. . .
3
3.1 American Petroleum Institute – API . . . 3
3.2 American Society of Mechanical Engineers – ASME . . . 4
3.3 National Association of Corrosion Engineers – NACE . . . 4
3.4 Norsk Sokkels Konkuranseposisjon – NORSOK . . . 4
3.5 Peróleos de Venezuela, S.A. – PDVSA. . . 4
3.6 Manufacturers Standarization Society – MSS . . . 5
4 DEFINICIONES Y ABREVIATURAS
. . .
5
4.1 Definiciones . . . 5 4.2 Abreviaturas . . . 125 TIPOS DE VÁLVULAS
. . .
12
5.1 Valvula de Compuerta . . . 12 5.2 Válvulas de Bola . . . 14 5.3 Válvula de Tapón . . . 15 5.4 Válvula de Globo . . . 16 5.5 Valvula Mariposa . . . 175.6 Valvula de Retención (Check) . . . 17
6 SELECCIÓN DE LAS VÁLVULAS
. . .
21
7 ACCESORIOS DE VÁLVULAS Y CARACTERÍSTICAS
. . .
23
7.1 Extremos de Valvulas . . . 23
7.2 Accionamiento de Válvulas . . . 25
7.3 Componentes por Tipo de Válvulas . . . 26
8 SELECCIÓN DE MATERIALES PARA VÁLVULAS
. . .
27
9 APLICACIONES DE VÁLVULAS
. . .
27
9.1 Válvulas para Venteos, Drenajes y Servicios en Recipientes . . . 27
9.2 Válvulas para Doble Bloqueo y Purga . . . 28
9.3 Válvulas para Bombas, Compresores, Tanques y Trampas . . . 29
9.4 Válvulas en Recipientes, Torres e Intercambiadores . . . 31
9.5 Omisión de Válvulas para Bloqueo en Recipientes. . . 32
9.6 Válvulas de Bloqueo para Sistemas de Vapor y Condensado. . . 32
9.7 Válvulas en Estaciones de Control. . . 33
10 ÍNDICE DE SERVICIOS
. . .
35
1
OBJETIVO
Establecer los criterios para la selección de válvulas, utilizadas en la industria petrolera, petroquímica y gasífera, considerando las propiedades del fluido, condiciones de operación y requerimientos del sistema de tuberías.
2
ALCANCE
Abarca la selección de los materiales y requerimientos adicionales, de válvulas mecánicas de tipo compuerta, globo, bola, tapón, retención y mariposa, en sistemas de tuberías. Aplica a PDVSA, sus Filiales y Empresas Mixtas.
Las válvulas de control y las válvulas de seguridad y alivio, están fuera del alcance de esta norma y se regirán de acuerdo a la norma técnica que aplique.
3
REFERENCIAS
Las siguientes normas y códigos contienen disposiciones que al ser citadas, constituyen requisitos de esta Norma PDVSA. Para aquellas normas referidas sin año de publicación será utilizada la última versión publicada.
3.1
American Petroleum Institute – API
571 Mecanismos de daño que afectan Equipos fijos en la Industria de Refinación (Damage Mechanisms Affecting Fixed Equipment in the Refining Industry – Second Edition).
594 Válvulas de Retención: Bridada, Oreja, Panqueca y Soldable a Tope (Check Valves: Flanged, Lug, Wafer, and Butt–welding).
598 Inspección y Pruebas de Válvulas (Valve Inspection and Testing).
599 Válvulas de Tapón de Metal de Extremos Bridados, Roscados y Soldados (Metal Plug Valves–Flanged, Threaded and Welding Ends).
6A Especificación para Cabezales de Pozo y el Equipo del Árbol de Navidad (Specification for Wellhead and Christmas Tree Equipment).
6D Especificación para Válvulas en Tuberías de Línea (Specification for Pipeline Valves).
6FA Especificación de Prueba de Fuego para Válvulas (Specification for Fire Test for Valves).
600 Válvulas de Compuerta de Acero de Extremos Bridados y Soldables a Tope, Bonete Apernado (Steel Gate Valves–Flanged and Butt–welding Ends, Bolted Bonnets).
602 Válvulas de Acero, de Compuerta, Globo y Retención para Tamaños de NPS 4 (DN 100) y más pequeños para la Industria de Petróleo y de Gas Natural (Steel Gate, Globe, and Check Valves for Sizes NPS 4 (DN 100) and Smaller for the Petroleum and Natural Gas Industries).
603 Válvulas de Compuerta de Bonete Apernado, resistentes a la corrosión, de Extremos Bridados y Soldables a Tope (Corrosion–Resistant, Bolted Bonnet Gate Valves–Flanged and Butt–welding Ends).
606 Válvulas de Compuerta de Acero Compacto –Cuerpo Extendido (Compact Steel Gate Valves–Extended Body). 609 Válvulas de Mariposa: Doble Brida, tipo Oreja y tipo
Panqueca (Butterfly Valves: Double–flanged, Lug–and Wafer–type).
3.2
American Society of Mechanical Engineers – ASME
B16.5 Bridas y Accesorios Bridados para Tuberías (Pipe Flanges and Flanged Fittings).
B16.34 Válvulas de Extremos Bridados, Roscados y Soldados (Valves–Flanged, Threaded, and Welding End).
B16.47 Bridas de Acero de Gran Diámetro NPS 26 hasta de NPS 60 mm / in (Large Diameter Steel Flanges NPS 26 Through NPS 60 Metric/Inch Standard)
3.3
National Association of Corrosion Engineers – NACE
MR0103 Resistencia de los Materiales en el agrietamiento por tensión debido al Sulfuro en un ambiente corrosivo de Refinación de Petróleo (Materials Resistant to Sulfide Stress Cracking in Corrosive Petroleum Refining Environments).
MR0175/ISO 15156 Industria del Petróleo y del Gas natural –Materiales para uso en ambientes que contienen H2S en la producción de
aceite y gas (Petroleum and natural gas industries – Materials for use in H2S – containing environments in oil
and gas production).
3.4
Norsk Sokkels Konkuranseposisjon – NORSOK
M–001 Materials Selection.
3.5
Peróleos de Venezuela, S.A. – PDVSA
EM–20–01–01 Selección de Materiales para Válvulas de Compuerta, Retención, Bola, Tapón, Globo y Mariposa.
3.6
Manufacturers Standarization Society – MSS
SP–44 Steel Pipeline Flanges.
4
DEFINICIONES Y ABREVIATURAS
4.1
Definiciones
4.1.1 Accionamiento de la Válvula (Drive)
Es el mecanismo de accionamiento de las válvulas, este puede ser operado del tipo manual y automático o no operado. Los operados del tipo manual pueden ser volante, cadena, caja de engranaje y palanca. Los operados de tipo automáticos consisten en un actuador el cual se activa por un medio neumático, eléctrico o hidráulico. Los no operados son activados por variables del fluido.
4.1.2 Actuador
Es un equipo utilizado para controlar y facilitar la operación de las válvulas; puede ser eléctrico, neumático o hidráulico. Este tipo de equipo se puede operar automáticamente o manualmente. Para su correcto funcionamiento se debe especificar si se requieren a prueba de intemperie, a prueba de explosión, velocidad de apertura y cierre, presión de la línea, máxima presión diferencial, temperatura de servicio, tipo de voltaje–fase–frecuencia, presión de aire o gas para actuadores neumáticos de presión y características del fluido para actuadores hidráulicos. Para un actuador eléctrico se debe especificar: voltaje CA o CD, cantidad de fases, tipo de motor. Se debe especificar el indicador de posición, puede ser de tipo control remoto.
Las válvulas de compuerta, bola, tapón, globo y mariposa pueden estar provistas con actuador, de acuerdo a ciertos criterios, en cambio las válvulas de retención para su operación no lo requieren.
Se recomienda utilizar actuador en los siguientes casos:
– Cuando la ubicación de la válvula dificulte su operación o se requiera operar la válvula a distancia.
– Cuando la frecuencia de uso de la válvula, sea alta.
– Cuando el torque de operación de la válvula no permita su operación en forma manual, ver tabla 6 del punto 7.2.
– Cuando las condiciones de servicio de la válvula, presenten un riesgo para los operadores.
4.1.3 Ambiente Severo
Son condiciones a las cuales el equipo está expuesto a fluidos o sustancias que pueden producir ataque químico o galvánico a los componentes metálicos de la válvula.
4.1.4 Anillo del Asiento (Seat Ring)
Es una pieza soldada o roscada al cuerpo de la válvula donde asienta el elemento de cierre en las válvulas. Es diseñado para eliminar la turbulencia, las caídas de presión y la erosión. El material del anillo debe ser de igual o mejor resistencia a la corrosión que el material del cuerpo.
4.1.5 Asiento (Seat)
Es la superficie de sello del anillo o cara de sellado, que está en contacto con la superficie del elemento de cierre. El material del asiento dependerá de la guarnición (trim) de la válvula. Los asientos pueden ser: suaves y metálicos. 4.1.6 Asiento Metal–Metal (Metal–Metal Seat)
Es un asiento donde la cara de sellado y el elemento de cierre son metálicos. 4.1.7 Asiento Suave (Soft Seat)
Es un asiento donde la cara de sellado y/o el elemento de cierre son no metálicos (elastoméricos, termoplásticos, otros). Es utilizado para garantizar cero fugas. 4.1.8 Bola (Ball)
Es el elemento esférico de obturación o cierre de una válvula de bola 4.1.9 Bonete (Bonnet)
Es una pieza fundida o forjada, cuya función principal es soportar el vástago, puede ser apernado, soldado o roscado al cuerpo de la válvula. Aplica a válvulas de compuerta y globo.
4.1.10 Clapeta (Clapper)
Es el elemento de cierre de una válvula de retención 4.1.11 Clase (Class)
Es un número adimensional que designa la relación presión–temperatura, considerando las propiedades mecánicas del material de la válvula, de acuerdo a la norma ASME B16.34.
4.1.12 Compuerta (Gate)
Es el elemento de cierre de una válvula de compuerta. 4.1.13 Cuerpo (Body)
Es el elemento en el cual descansan y se alojan los componentes de sellado de la válvula (anillo de sellado y elemento de cierre). El cuerpo de la válvula puede
ser de una o más piezas. Permite el paso del fluido y conecta los extremos de la válvula al sistema de tuberías y/o equipos.
4.1.14 Cuña Flexible (Flexible Wedge)
Es el elemento de cierre de una válvula de compuerta, el cual se caracteriza por tener dos láminas en paralelo en forma de cuña, las cuales actúan en conjunto para garantizar el cierre de la válvula.
4.1.15 Cuña Sólida (Solid Wedge)
Es el elemento de cierre de una válvula de compuerta, el cual se caracteriza por tener una sola pieza en forma de cuña, la cual garantiza el cierre de la válvula. 4.1.16 Derivaciones Laterales (By–Pass)
Son sistemas de tuberías y válvulas que permiten la diversificación de flujos y/o presiones, se utilizan para equilibrar presiones o precalentar la línea de salida antes de abrir la línea principal, evitando de esta forma, choques térmicos o de presión que alteren el funcionamiento de las válvulas. Para controlar el paso de los fluidos a través del sistema de tuberías se utilizan válvulas de globo. Se debe especificar tamaño y posición. Cuando sea necesario que una válvulas deba estar provistas de una derivación para igualar presión, la válvula a considerar deberá ser de bloqueo tipo compuerta o globo, dimensionada como se indica en la Tabla 1. La derivación aplica cuando existe una presión diferencial a través de la válvula cerrada de aproximadamente igual a la presión nominal de ésta.
TABLA 1. TAMAÑO DE VÁLVULA PARA DERIVACION (in)
Válvula Principal Clase150 Clase300 Clase600 Clase 900 ymayores
4 – – – 3/4 6 – – 3/4 3/4 8 – – 3/4 3/4 10 – 1 1 1 12 1 1 1 1 14 a 20 1–1/2 1–1/2 1–1/2 1–1/2 24 y mayores 2 2 2 2
Las válvulas que necesiten derivación serán indicadas en los diagramas de flujo de tubería e instrumentos.
Para tuberías Clase 150, 300 ó 600 la válvula será de tipo compuerta y para tuberías mayores a Clase 600, la válvula será tipo globo.
4.1.17 Dimensión Cara a Cara (Face–to–Face Dimension)
Es la dimensión total desde la cara de entrada hasta la cara de salida del conducto de la válvula (de un extremo al otro).
4.1.18 Dimensión Extremo a Extremo (End–to–End Dimension)
Es la dimensión total desde la entrada hasta la salida del conducto de la válvula. 4.1.19 Disco (Disc)
Es el elemento de cierre de una válvula de globo.
4.1.20 Dispositivos Aseguradores de Válvulas (Locking Device)
Son elementos que deben ser instalados en válvulas que deban permanecer abiertas o cerradas permanentemente, como sea requerido según alguna de las siguientes condiciones:
– Operación normal.
– Condiciones de emergencia. – Códigos.
– Especificaciones de Trabajo.
El aseguramiento de una válvula puede efectuarse mediante tarjetas de sello u otro mecanismo especialmente diseñado para ello, ya sean dispositivos mecánicos o eléctricos. Todos los requerimientos de aseguramiento deben ser indicados en las hojas de tuberías e instrumentos de flujo o el DTI de tuberías de procesos.
4.1.21 Drenajes de Válvulas (Drain Valve)
Son orificios localizados en el cuerpo de la válvula, su función es drenar el fluido del interior de las válvulas. Se debe especificar tamaño y posición de acuerdo a la norma ASME B16.34 sobre conexiones auxiliares. Las válvulas de compuerta, bola, retención, tapón y globo, pueden llevar drenajes en el cuerpo, solo si es requerido.
4.1.22 Elemento de Cierre (Obturator Closure)
Es la pieza que permite la apertura o cierre de una válvula, puede presentar forma de placa (cuña o compuerta), bola, disco, clapeta, pistón y tapón.
4.1.23 Empacadura (Gasket)
Es el elemento que evita la fuga del fluido a través de la unión entre elementos metálicos.
4.1.24 Empaquetadura del Vástago (Stem Packing)
Son cordones trenzados (compuerta) o anillos (bola) que evitan la fuga del fluido a través del vástago, mediante una compresión adecuada, con lo que se obtiene un sello efectivo y controlado.
4.1.25 Extensión de Vástago (Stem Extension)
Es un incremento en la longitud del vástago que se adapta a las válvulas con el propósito de facilitar su operación cuando éstas son instaladas bajo tierra, en bóvedas subterráneas o sobre el nivel del suelo cuando la válvula este instalada en un nivel y deba ser operada desde otro nivel mas alto. Pueden suministrarse con operación de volante o caja de engranajes. Para la extensión de vástago se deberá especificar la distancia del centro del conducto de la válvula a la parte superior del volante y/o línea de centro de la flecha del operador de engranajes. Las extensiones de vástago pueden ser instaladas en válvulas de compuerta, bola, globo, tapón y mariposa.
4.1.26 Grasera (Grease Fitting)
Es un dispositivo usado para aplicar la lubricación entre los empaques y la superficie de contacto del vástago. En algunos casos se aplica entre el elemento de cierre y el asiento.
4.1.27 Internos o Guarnición (Trim)
Son las partes internas de la válvula en contacto con el fluido. Está formado por el vástago, asiento, elemento de cierre y anillos de asiento.
4.1.28 Operador de Cadena (Chain Operator)
Son dispositivos utilizados para facilitar la operación de válvulas de compuerta y globo, instaladas a alturas inaccesibles, su mecanismo es a base de una rueda con guías conectada a una cadena. Para solicitar el operador de cadena se debe especificar la distancia desde el centro del vástago de la válvula, hasta el nivel del suelo o plataforma de operación.
4.1.29 Operador de Engranaje (Gear Operator)
Son dispositivos utilizados para facilitar la operación de las válvulas, su mecanismo es a base de un sistema de transmisión de engranes cónicos, operado manualmente por un volante. Estos dispositivos también son conocidos como cajas de engranes. Para condiciones especiales se debe especificar si se requieren a prueba de agua, para servicio bajo tierra, con tuerca de operación en el volante, con dispositivos de seguridad, otros.
4.1.30 Contrapeso o Amortiguador
Son dispositivos que se utilizan para auxiliar el cierre de las válvulas de retención tipo oscilante permitiendo que el cierre de la válvula sea controlado (suave) y no se dañe el asiento. Pueden solicitarse del tipo mecánico o hidráulico. Generalmente se utiliza en válvulas mayores o iguales a 20 pulgadas.
4.1.31 Pasador (Shaft)
Es el elemento de sujeción entre la clapeta y el cuerpo de la válvula de retención, que permite el movimiento relativo entre ellos.
4.1.32 Paso (Port)
Es el diámetro de la abertura más pequeña a través de la válvula, por donde pasa el fluido.
4.1.33 Paso de Tuberías (Bore)
Es el menor diámetro interno de la válvula por donde circula el fluido. Según esto, las válvulas pueden dividirse en dos tipos:
a. Válvula de Paso Reducido: Son válvulas las cuales tienen un paso o diámetro interno menor al diámetro de la tubería a la cual se instala. Pueden variar estas reducciones desde 1 pulgada hasta 4 pulgadas del diámetro de la tubería a la cual se instala la misma. Son utilizadas para instalaciones dentro de planta, en procesos, estaciones, entre otros, donde la caída de presión no sea una variable a considerar. Son menos pesadas y económicas.
b. Válvula de Paso Completo: Son válvulas las cuales tienen un paso igual al diámetro de la tubería. Tiene menor caída de presión y a través de ella pueden pasar herramientas de limpieza (Cochino). Debe cumplir con API 6D y ASME B16.34.
Para entradas y salidas de Bombas, compresores y equipos rotativos es obligatorio colocar válvulas de paso completo.
4.1.34 Prensa–estopa (Gland)
Es una pieza que consta de un elemento superior tipo brida con dos agujeros para pernos con tuercas de ajuste y un buje, su función es presionar los empaques contra el vástago, para evitar fugas del fluido.
4.1.35 Venteo (Bleed)
Son orificios que se localizan en la parte superior del bonete en válvulas de globo y compuerta y en la parte superior de cuerpo en válvulas de bola, su función es liberar las presiones internas acumuladas en las válvulas cuando se requiere efectuar reparaciones de las válvulas o líneas de tuberías. Se debe especificar el tamaño y posición de acuerdo a la norma ASME B16.34 sobre conexiones auxiliares.
4.1.36 Sello del Asiento (Seat Seal)
Es el recubrimiento que se coloca en las caras del asiento (metálico o blando) de las válvulas para garantizar la hermeticidad del equipo.
4.1.37 Servicio Severo
4.1.38 Servicio Corrosivo
Son sustancias que pueden atacar o degradar irreversiblemente la superficie con la cual entran en contacto, la mayoría de los servicios corrosivos pueden ser tanto ácidos como básicos, por ejemplo, ácido sulfhídrico (H2S), ácido clorhídrico
(HCL), soda cáustica (NaOH) y otros. La selección de las válvulas expuestas a este servicio deben ser evaluadas según las normas API 571, NACE MR0103, NACE MR0175/ISO 15156, NORSOK M–001 y NORSOK M–506.
4.1.39 Servicio Erosivo
Son servicios en los cuales se espera una velocidad de erosión a partir de 0,01 mm por año o donde el tamaño de las partículas existentes sea mayor de 100 m, en cantidades que excedan 0,01% (p/p).
4.1.40 Tapón (Plug)
Es el elemento rotatorio de obturación de una válvula macho. Su forma es cónica y tiene una abertura rectangular por donde pasa el fluido.
4.1.41 Tornillo de Lubricación (Lubricator Screw)
Es un elemento, que permite la inyección de grasa sellante en las válvulas de tapón lubricado. El sellante inyectado circula a traves de un sistema de ranuras y orificios del tapón, revistiendo con una película las caras del cono y así poder cumplir las funciones de producir el sello hermético del cierre y minimizar la fricción, facilitando el torque de accionamiento.
4.1.42 Válvula (Valve)
Es un dispositivo mecánico que se utiliza para controlar el flujo de un fluido. 4.1.43 Válvulas Paso Continuo (Through Conduit)
Son las válvulas que tienen la característica que cuando están abiertas su conducto presenta una superficie tersa e ininterrumpida a través de ella, tanto de los asientos, como del conducto mismo, consiguiendo así una mínima caída de presión. No tiene ni cavidades ni grandes discontinuidades o claros entre anillos de asiento y cuerpo o entre anillos de asiento y la bola o la compuerta. Por lo anterior, no presentan áreas donde se puedan acumular materias que impidan la función del equipo de limpieza de las tuberías o que interfieran el movimiento de la válvula. Las Válvulas de Paso Continuo están diseñadas especialmente para servicios de transporte de hidrocarburos, crudo y gas. Debido a su apertura total minimiza las caídas de presión y la turbulencia en el sistema.
Están diseñadas de acuerdo a API 6D con función de doble bloqueo y purga, permitiendo servicio bidireccional y actuación On–Off. Su configuración interna de los materiales dependerá de su especificación y del fabricante.
4.1.44 Vástago (Stem)
Es una pieza alargada tipo eje cilíndrico, puede poseer una rosca helicoidal (válvulas de compuerta y globo). En su extremo superior va unido a la palanca, volante o actuador, para realizar el desplazamiento o giro del elemento de control de la válvula, mientras que su extremo inferior se encuentra acoplado al elemento de cierre.
4.2
Abreviaturas
AC: Acero al Carbono Cr: Cromo.
Cv: Coeficiente de flujo de la válvula. D.I: Diámetro Interno.
DTI: Diagrama de Tubería e Instrumentación. Gr.: Grado.
in: Pulgadas
NPS: Tamaño Nominal de Tubería. NPT: Rosca Nominal de Tubería.
psi: Libras sobre pulgadas al cuadrado. PTFE: Teflón, Politetrafluoroetileno. RF: Cara Saliente.
RTFE: Teflón Reforzado, Tetrafluoroetileno Reforzado. RTJ: Junta Tipo Anillo.
SCH: Espesor (Schedule). Std: Estándar.
SW: Extremo de Boquilla para Soldar. min: Micropulgada.
5
TIPOS DE VÁLVULAS
5.1
Valvula de Compuerta
Es un dispositivo mecánico diseñado para interrumpir el paso de un fluido a través de una línea de tuberías y cuyo elemento de cierre esta compuesto por una lámina sólida en forma de cuña.
La válvula de compuerta está diseñada para servicios donde se requiere bloquear el paso de un fluido. Presentan la ventaja que se fabrican en todos los tamaños, clases y materiales requeridos de acuerdo a una configuración solicitada.
La válvula de compuerta no es empleada para regulación y no es adecuada para servicios de estrangulamiento, debido a que la superficie de los asientos se erosiona rápidamente cuando la compuerta no está en posición cerrada o abierta. La selección del tipo adecuado de la válvula de compuerta dependerá de las condiciones de operación y de los requerimientos del sistema de tuberías. La Tabla 2 muestra los tipos y usos de válvulas de compuerta.
TABLA 2. TIPOS Y USOS DE VÁLVULAS DE COMPUERTA
TIPO NORMAS APLICACIONES RECOMENDACIÓN LIMITACIONES COMENTARIOS
Compuerta tipo cuña sólida API 598 API 600 API 602 API 603 API 6FA ASME B16.34 Abierta o Cerrada (On–Off) manual o automática Aplicaciones en crudo de baja viscosidad y fluidos en general no viscosos – No recomendable para aplicaciones en gas, fluidos abrasivos, de alta viscosidad, no utilizadas para paso de herramientas ni válvulas de doble bloqueo y purga.
Son generalmente buenas para bloqueo y buena hermeticidad a bajas caídas de presión.
Compuerta tipo cuña flexible API 598 API 600 API 603 API 6FA ASME B16.34 Abierta o Cerrada (On–Off) manual o automática Aplicaciones en crudo de baja viscosidad y fluidos en general no viscosos y donde exista cambio en la temperatura de proceso. – No recomendable para aplicaciones en fluidos abrasivos, alta viscosidad y control. – No utilizadas para paso de herramientas ni válvulas de doble bloqueo y purga. Son generalmente buenas para bloqueo y buena hermeticidad a bajas caídas de presión y cambios en la temperatura de proceso. Compuerta tipo caras paralelas (Slab) API 598 API 600 API 603 API 6D API 6FA ASME B16.34 Abierta o Cerrada (On–Off) manual o automática
Aplicaciones para gas, gasoductos, paso de herramienta, doble bloqueo y purga.
– Fluidos con sólidos en suspensión y viscosos
Depende del fluido a sellar y posee sellos secundarios, asiento primario suave o metálico, manejo de altas presiones (API 6A) doble aislamiento
TIPO NORMAS APLICACIONES RECOMENDACIÓN LIMITACIONES COMENTARIOS Compuerta de expansión sencilla API 598 API 600 API 6D API 6FA ASME B16.34 Abierta o Cerrada (On–Off) manual o automática
Aplicaciones para gas, crudo hasta mediana viscosidad y cambios de temperatura, para aplicaciones con sólidos en suspensión. – No aplican para el paso de herramienta, ni control, solo hasta clase ANSI 900
De alta hermeticidad, cerrada cumple con doble bloqueo y purga, se recomienda para transferencia de custodia, múltiples y trampas (no como principal), patio de tanques, doble aislamiento Compuerta de expansión doble. API 603 API 6D API 6FA ASME B16.34 Abierta o Cerrada (On–Off) manual o automática
Donde se requiera alta integridad de sello, aplicaciones para gas y crudo mediana viscosidad, manejo de sólidos en suspensión, doble bloqueo y purga
– Fluidos muy viscosos (crudo pesado), no disponible en clase ANSI 150 o menor
Asientos metal–metal con recubrimiento de stellite hermeticidad cero fuga, se recomienda para aplicaciones de bloqueo a altas presiones (API 6A), poliductos donde se requiera paso de ríos y/o poblaciones y como válvula principal para trampas. Doble aislamiento
5.2
Válvulas de Bola
Es un dispositivo mecánico diseñado para interrumpir el paso de un fluido, a través de una línea de tuberías, cuyo elemento de cierre esta compuesto por una esfera o bola perforada la cual rota 90 para abrir o cerrar la misma.
Se abre mediante el giro del eje unido a la esfera o bola perforada, de tal forma que permite el paso del fluido cuando está alineada la perforación con la entrada y la salida de la válvula. Cuando la válvula está cerrada, el agujero estará perpendicular al sentido del fluido o tubería. La posición de la manilla de actuación indica el estado de la válvula (abierta o cerrada).
Este tipo de válvulas no ofrece una regulación precisa al ser de 1/4 de vuelta. Sin embargo presenta la ventaja de que la bola perforada permite la circulación directa en la posición abierta con una pérdida de carga bastante baja y corta el paso cuando se gira la manilla 90 y cierra el conducto.
Las válvulas de bola manuales pueden ser cerradas rápidamente, lo que puede producir un golpe de ariete. Por ello y para evitar la acción humana, estas válvulas pueden estar equipadas con un actuador que las cierre o abra lentamente.
La configuración del cuerpo de éstas válvulas puede ser de una, dos o tres piezas. Las válvulas con cuerpo de una sola pieza son generalmente de pequeña dimensión y paso reducido, este tipo de construcción hace que la válvula tenga un precio reducido. Las válvulas con cuerpo de dos piezas suelen ser de paso estándar, este tipo de construcción permite su reparación. Las válvulas de tres piezas permiten desmontar fácilmente la bola, el asiento o el vástago ya que están situados en la pieza central. Esto facilita la limpieza de sedimentos y remplazo de partes deterioradas sin tener que desmontar los elementos que conectan con la válvula.
Existen dos tipos de válvulas de bola. 5.2.1 Válvula de Bola Tipo Flotante
Es aquella en la cual la bola o esfera que interrumpe el paso del fluido se sostiene sobre dos asientos en forma de anillos. En la Tabla 3 se presentan las clases y diámetros recomendados para las válvulas de bola tipo flotante.
TABLA 3. CLASES Y DIÁMETROS RECOMENDADOS PARA VÁLVULAS DE BOLA TIPO FLOTANTE
Clase (pulgadas)Diámetro
150 6
300 4
600 4
900 3
1500 3
5.2.2 Válvula de Bola Tipo Muñón (Trunnion)
Es aquella en la cual la esfera es soportada por muñones donde se apoya y gira. Se caracterizan por tener la esfera de cierre con guía superior e inferior. La bola es soportada en su eje vertical de rotación por unos muñones. Estos absorben el esfuerzo que realiza la presión del fluido sobre la bola, liberando de tal esfuerzo el contacto entre la bola y el asiento, por lo que el torque operativo de la válvula se mantiene bajo. Son válvulas de cierre rápido con giro de 90 para la realización de la apertura o cierre total.
El sellado se debe al movimiento de los anillos de asiento los cuales son empujados sobre la bola por la presión del fluido. Este diseño es recomendado en aplicaciones de alta presión o grandes diámetros.
5.3
Válvula de Tapón
Es un dispositivo mecánico diseñado para interrumpir el paso de un fluido, a través de una línea de tuberías y cuyo elemento de cierre esta compuesto por un tapón cónico que tiene una abertura rectangular y de cierre de 90 o de un cuarto (1/4) de vuelta.
Las válvulas de tapón consisten fundamentalmente de tres piezas: un tapón metálico de geometría cónica, el cuerpo de la válvula en el cual está mecanizado el asiento cónico del tapón y las tapas que completan el recipiente a presión. El giro del tapón de un cuarto de vuelta (rotación de 90) permite llevar la válvula desde la posición cerrada hasta completamente abierta y viceversa, logrando la alineación de las aberturas del cuerpo y el tapón formando así un conducto de contornos suaves que facilita un flujo uniforme sin posibilidad de acumulación de sedimentos en ranuras o cavidades entre los sellos y el cuerpo. Se hacen tres tipos de cuerpos; patrón corto, regular o vénturi. Las de patrón corto tienen las mismas dimensiones de caras que la válvula de compuerta y se prefiere para la mayoría de los servicios. El patrón vénturi produce menos caída de presión y es usada cuando una caída mínima de presión es esencial.
La fabricación de las válvulas de tapón de diámetro hasta 24 pulgadas deben estar de acuerdo a la Norma API 599 o API 6D.
5.3.1 Clasificación de las Válvulas de Tapón a. Válvulas de Tapón Lubricadas
En las válvulas de tapón lubricadas, un tornillo en el tope del tapón es usado para forzar el lubricante dentro de la ranura en el tapón y hacia el fondo de la cámara, el lubricante empuja el tapón ligeramente fuera del asiento. Únicamente 1/4 de vuelta es necesario para abrir y cerrar.
b. Válvulas de Tapón No Lubricadas
En las válvulas de tapón no lubricadas un mecanismo de leva levanta el tapón y lo guía sin fricción entre el tapón y el asiento.
5.4
Válvula de Globo
Es un dispositivo mecánico diseñado para interrumpir y controlar el paso de un fluido a través de una línea de tuberías y cuyo elemento de cierre esta compuesto por un disco que obstruye el paso del fluido por medio de un movimiento lineal dentro de la válvula. Esta válvula se utiliza básicamente para la regulación del caudal del fluido.
Una válvula de globo es de vueltas múltiples, en la cual el cierre se logra por medio de un disco contra el asiento que suele estar paralelo con la circulación del fluido en la tubería, excepto en las válvulas de diseño en “Y”, donde el conjunto vástago–obturador forma normalmente un ángulo de 45 con la dirección del flujo y presentan una pérdida de carga inferior a las de paso recto. La denominación “de globo” se debe a la forma, en cierto modo esférico, de su cuerpo. Las válvulas tipo “Y” producen una caída de presión y turbulencia menor que la de globo normal y es recomendada para servicios erosivos.
Las válvulas de globo forjadas menores o iguales a 2 pulgadas, serán fabricadas según la norma API 602.
5.5
Valvula Mariposa
Es un dispositivo mecánico diseñado para interrumpir el paso de un fluido a través de una línea de tuberías mediante una placa denominada “mariposa” que gira 1/4 de vuelta sobre un eje, son empleadas principalmente para la apertura y cierre de grandes volúmenes de gases o líquidos a baja presión, así como líquidos con muchos sólidos en suspensión, ya que no permite la acumulación de sedimentos. Su aplicación es recomendada donde se requiera una caída de presión mínima y dimensiones cara a cara reducidas para instalarse en espacios donde la línea del proceso no puede soportar mucho peso.
Su presentación puede ser: Tipo Bridada, Agarradera (Lug) o Panqueca (Wafer). La fabricación de este tipo de válvulas estará de acuerdo la norma API 609.
5.6
Valvula de Retención (Check)
Es un dispositivo mecánico que tiene por objeto impedir la inversión del flujo o el paso del flujo en sentido contrario al deseado en un proceso. Principalmente, su funcionamiento es automático y se mantiene abierta por la presión del flujo que circula. Su sistema de cierre funciona cuando el elemento de bloqueo impide el paso del fluido por la contrapresión al invertirse el sentido del flujo en una tubería. Las válvulas de retención serán fabricadas de acuerdo a la Norma API 594 o API 6D y API 602 para válvulas forjadas menores o iguales a 2 pulgadas.
5.7
En la Tabla 4 se muestran las características físicas, uso y limitaciones de los tipos básicos de válvulas.TABLA 4. CARACTERÍSTICAS DE TIPOS BASICOS DE VÁLVULAS
TIPO DE VALVULA CARACTERISTICASFISICAS USO LIMITACIONES
Compuerta
– Elemento de cierre tipo disco o compuerta accionada por un vástago y volante, su movimiento es en ángulo recto al flujo. Los asientos son de discos enfrentando dos superficies para cierre.
– Servicio abierto – cerrado (On–Off) que requiera bloqueos ocasionales. – Para crudo o gas,
dependiendo del modelo de compuerta.
– No es buena para estrangulamiento ya que éste puede causar erosión. La cavidad interna en el fondo de la válvula puede llenarse con materias extrañas impidiendo el cierre.
Válvulas de Bola
– Elemento de cierre tipo bola. Pueden usar asientos elásticos o de metal. Requiere 1/4 de vuelta desde la posición de completamente abierta a completamente cerrada.
– Servicio abierto – cerrado (On–Off), donde exista posibilidad de acumulación de sólidos y para cierre rápido de emergencia (ShutDown). – Para crudo o gas.
– Generalmente limitada a rangos de temperatura debido a los asientos elastoméricos.
– Caída de presión baja a través de la válvula.
Globo
– Elemento de cierre tipo Disco que corta el paso del fluido en un asiento que suele estar paralelo con la circulación en la tubería. Es de aberturas circulares (multivueltas). El fluido cambia de dirección pasando a través de la válvula. – Regulación de flujo y control preciso de la circulación. – Servicio General, líquidos, vapores, gases, corrosivos o no.
– No recomendada para servicio de abierto y cerrado (on/off). El costo y la eficiencia de estrangulamiento en diámetros mayores de 6 pulgadas es desfavorable, por lo que no se recomienda su uso.
Ángulo (90) – Similar a la válvula deglobo excepto entrada y salida en ángulo de 90.
– Igual a la de Globo. – Servicio con caída de
presiones altas.
– Las curvaturas en sistemas de tuberías están sujetas a esfuerzos que no deben ser aplicados a la válvula.
Tapón
– Elemento de cierre tipo tapón, la válvula abre y cierra con mínima rotación 1/4 de vuelta requerido para abrir y cerrar completamente.
– Servicio abierto–cerrado (on/off).
– Requieren de alta torsión para accionarla.
– Caída de presión baja a través de la válvula.
TIPO DE VALVULA CARACTERISTICASFISICAS USO LIMITACIONES
(A)Tapón Lubricada
– El tornillo en el tope del tapón es usado para forzar el lubricante dentro de la ranura en el tapón y hacia el fondo de la cámara. Únicamente 1/4 de vuelta es necesario para abrir y cerrar.
– Servicio críticos donde se requiere reempacar bajo presión y bloqueo con altos diferenciales de presión.
– Conducción de fluidos con sólidos abrasivos.
– La lubricación puede producir contaminación indeseable en productos de alta pureza. – La lubricación requiere un esfuerzo adicional. – El lubricante determina la temperatura máxima de servicio. (B) Tapón No Lubricada – El mecanismo de leva levanta el tapón y lo guía sin fricción entre el tapón y el asiento. Se requiere girar la palanca 1/4 para abrir o cerrar.
– Servicio General donde no es conveniente la lubricación o la temperatura excede los límites del tapón lubricado.
– Excelente para servicio corrosivo requiriendo cubiertas y aleaciones especiales.
– No reempacable bajo presión; no ofrece un sellado tan positivo como el tapón lubricado.
Válvula de Retención – Elemento de cierre de tipooscilante por efectos y sentido del flujo.
– Válvulas de accionamiento
automático. Para sistemas en los cuales se requiera que no haya reflujo de fluido.
– No es adecuada para tuberías sujetas a flujo intermitente.
(A) Retención Oscilante
– El flujo mantiene la compuerta oscilante abierta, mientras que la gravedad y el reflujo la cierran. El tipo basculante es pivoteada y asegura un cierre sin brusquedad. Contrapesos o amortiguadores externos son usados en válvulas de retención oscilante normales cuando se requiere mayor sensibilidad para cambios en el flujo.
– Líquidos.
– Tuberías de diámetros grandes.
– Algunos estilos sólo operan en posición horizontal.
TIPO DE VALVULA CARACTERISTICASFISICAS USO LIMITACIONES
(B) Retención de Mariposa
– Válvula Tipo Doble clapleta (Media luna), pivoteadas por resorte de compensación.
– Posee menor caída de presión que la de Retención oscilante. – También se conoce como
tipo panqueca (wafer) colocada entre bridas de la tubería, no requiere bridas en sí. – Servicio abierto–cerrado (on/off) para accionamiento frecuente. – Gases o líquidos. – No es adecuada en tuberías de flujo intermitente.
– Puede aumentar los problemas de alineamiento de tubería.
(C) Retención de pistón
– El flujo fuerza al pistón hacia arriba y hacia atrás, mientras que la gravedad lo regresa al asiento. Patrón de flujo igual al de la Válvula de Globo.
– Vapores con alta velocidades de flujo, vapor de agua, aire, gas y agua.
– Adecuada para flujo intermitente.
– En su mayoría son diseñadas para posición horizontal.
– No común en diámetros mayores de 6 pulgadas – No recomendado para
servicios que depositan sólidos.
(D) Retención de Bola
– Retención de cierre vertical que consiste de una bola y guías que permiten el paso del fluido.
– Detiene el reflujo más rápido que las otras.
– Líquidos viscosos con depósitos sólidos residuales. – Es posible instalarla horizontal o verticalmente. – No común en diámetros mayores de 6 pulgadas – No adecuada en tuberías sujetas a flujo intermitente.
Aguja – Similar a la de globoexcepto que el tapón es cónico en el extremo.
– Válvulas de 2 pulgadas y menores para uso en plantas piloto y equipo de escala de banco y servicios de instrumentos. – Para control de flujo.
– No siempre es posible un cierre positivo.
Válvula de Mariposa
– Disco circular pivoteando en su centro y abertura con un giro de 1/4 de la palanca externa. Operadores de engranaje disponibles para diámetros grandes.
– Donde se requiera una caída de presión mínima y dimensiones de caras iguales.
– Rapidez de apertura. – Puede ser usada para
estrangulación.
– No hay cavidades donde pueda cumularse sólidos.
– No siempre es posible un cierre positivo excepto cuando el disco o asiento están revestidos con elastómeros.
6
SELECCIÓN DE LAS VÁLVULAS
6.1
En general, las válvulas para bloqueo de equipos o unidades, deben ser de tipo compuerta, bola o tapón lubricado. Las válvulas para control deben ser tipo globo.6.2
Las válvulas tipo compuerta, bola y tapón no deben ser usadas en servicios de estrangulamiento debido a la alta erosión del elemento de cierre y el asiento.6.3
Las válvulas tipo tapón o bola de asiento metal–metal deben ser usadas en lugar de válvulas de compuerta en los servicios donde se pueda asentar sólidos para prevenir el atascamientos del elemento de cierre (cuña).6.4
Las válvulas tipo tapón lubricado o bola pueden ser usadas para gases y líquidos de hidrocarburos livianos.6.5
Las válvulas tipo mariposa pueden ser empleadas para servicios de agua debido a su bajo costo, poco requerimiento de espacio y mantenimiento, especialmente en diámetros mayores a 3 pulgadas.6.6
Las válvulas de cubierta sellada a presión sólo pueden ser usadas en vapor u otro servicio limpio, no corrosivo, para Clase 900 y mayores.6.7
Las válvulas roscadas de acero al carbono y las válvulas tipo compuerta de acero de boquilla para soldar según la Norma API 602 o API 606, así como las válvulas de globo de acero al carbono que se ajusten a la Norma API 602 o API 606, se podrán usar dentro de los siguientes límites:a. Las válvulas deberán ser de tipo vástago ascendente (OS & Y) a menos que se especifique vástago fijo (Non Rising Stem).
b. La tubería conectora debe ser de acero al carbono.
c. La clasificación de servicio de línea requiere un espesor de pared de tubería no menor que Schedule 80.
6.8
Las válvulas de fundición de hierro, pueden ser usadas solo en servicios de agua de enfriamiento y contra incendio.6.9
Las válvulas de sellado suave (tal como válvula de bola, válvula tipo compuerta de sellado suave y válvula de tapón), deberán estar provistas de un sistema de alivio de presión de la cavidad del cuerpo con descarga aguas abajo, si los líquidos fríos pueden expandirse, calentarse y acumular presión en la cavidad del cuerpo.6.10
El líquido deberá ser descargado aguas abajo de la válvula a menos que se especifique otra cosa.6.11
Las válvulas de venturi o de tamaño menor que el de la línea (con paso reducido) podrán utilizarse en lugar de válvulas de paso completo; siempre que:a. El incremento de caída de presión esté considerado en el diseño de la tubería. b. El módulo de sección reducida esté considerado en el diseño de flexibilidad de
la tubería.
c. Tales válvulas no serán usadas en líneas horizontales inclinadas para drenaje continuo.
d. Los drenajes estén instalados en todos los puntos bajos adicionales, causados por la instalación de tales válvulas.
e. No sean usadas en aplicaciones erosivas tales como suspensiones, sólidos fluidizados o servicios severos de incrustaciones, marinas o de coke.
f. No se usan en líneas que según las especificaciones se “limpian con herramientas de limpieza (cochino)”.
g. No se usan como válvulas de bloque asociadas con aparatos de alivio de presión y cabezales de Mechurrios (Flare).
6.12
No se deberán usar las válvulas de tipo panqueca (Wafer) para temperatura de diseño mayor a 510 C. Esta limitación no aplica a las válvulas de tipo de agarradera (Lug).6.13
Para temperaturas de diseño mayor a 200 C, el material del cuerpo de válvulas de tipo panqueca (Wafer) deberá tener el mismo coeficiente nominal de expansión térmica que el material de de tornillería y las bridas adyacentes.6.14
Las válvulas de retención de placa doble (Dual Check) y sencilla no se deberán usar en servicios de compresores reciprocante o de bomba.6.15
Las válvulas de retención de placa doble (Dual Check) y sencilla deberán tener asientos de sellado suave cuando todos los siguientes criterios se satisfagan: a. Se requiere cierre hermético.b. P > 3450 Kpa (500 psi).
c. La tolerancia de corrosión de línea especificada exceda de 1,5 mm (1/16 in).
6.16
En las válvulas de tipo compuerta con extremos soldados a tope, las compuertas deberán ser de cuña flexible, a menos que se especifique cuña doble o asientos de doble disco paralelo.6.17
Si se requiere un diferencial de dureza entre las superficies del asiento, la superficie del asiento de la compuerta deberá ser del material más suave.6.18
Si la tolerancia especificada de corrosión de la línea es de 3 mm (1/8 in) o menor, el espesor mínimo del cuerpo deberá cumplir con la Norma ASME B16.34.6.19
Se debe suministrar una conexión de purga del cuerpo, para permitir probar la válvula en su sitio.6.20
Las válvulas para bajas temperaturas de operación menores a –100 C deberán tener una cubierta extendida para que el prensa estopa se remueva de la zona fría y así asegurar una protección apropiada de empaque. Las cubiertas extendidas no deberán estar aisladas.6.21
Los operadores de volantes no deben ser usados para válvulas de control en servicios donde la velocidad es normalmente igual o cercana a la velocidad del sonido.6.22
Se proveerán válvulas de bloqueo para todas las tuberías que crucen los límites de batería de la unidad en servicios generales o cuando se requiera para desviar las corrientes del producto. Los ciegos de figuras tipo 8 deben ser instalados cuando se requiera completo bloqueo.7
ACCESORIOS DE VÁLVULAS Y CARACTERÍSTICAS
7.1
Extremos de Valvulas
La conexión de las válvulas en sus extremos con equipos y tuberías, pueden ser de varias formas, entre las cuales tenemos:
Bridados Soldados Roscados
7.1.1 Las válvulas de extremos roscados y boquilla para soldar se permiten hasta 2 pulgadas NPS (50 mm) a menos que se especifiquen extremos bridados. 7.1.2 Las válvulas de tipo compuerta, globo, bola y tapón, mayores a 2 pulgadas NPS
(50 mm), deberán ser bridadas, a menos que se especifiquen extremos soldados a tope.
7.1.3 Las válvulas de mariposa deberán ser de tipo bridadas, panqueca (Wafer) o de tipo agarradera (Lug). Para usar válvulas de tipo extremos bridados, estas serán especificadas según requerimiento.
7.1.4 Las válvulas podrán ser solicitadas con bridas de cara plana, cara saliente o con junta de anillos de acuerdo a la clase de la tubería.
7.1.5 Las bridas de cara saliente deben estar de acuerdo a la norma ASME B16.5. 7.1.6 Se recomienda que las bridas con junta de anillo sean colocadas preferiblemente
a partir de la Clase 600 para gas y vapor y a partir de 900 para líquidos. Su anillo viene numerado según el diámetro de la misma como se indica en la Tabla 5. 7.1.7 Los extremos de válvulas forjadas podrán ser roscados (Threaded), soldados a
tope (Butt Weld), boquilla para soldar (Socket weld) y bridados. TABLA 5. NUMERO DE ANILLO PARA BRIDAS RTJ Diámetro
de la Número del Anillo para Diferentes Clases de la Tubería (Pulgadas) 150 300 600 900 1500 2500 2 R22 R23 R23 – R24 R26 3 R29 R31 R31 R31 R35 R32 4 R36 R37 R37 R37 R39 R38 6 R43 R45 R45 R45 R46 R47 8 R48 R49 R49 R49 R50 R51 10 R52 R53 R53 R53 R54 R55 12 R56 R57 R57 R57 R58 R60 14 R59 R61 R61 R62 R63 – 16 R64 R65 R65 R66 R67 – 18 R68 R69 R69 R70 R71 – 20 R72 R73 R73 R74 R75 – 24 R76 R77 R77 R78 R79 – 26 – R93 R93 R100 – – 30 – R95 R95 R102 – – 36 – R98 R98 R105 – –
7.1.8 Las válvulas de extremos soldados a tope de diámetros mayores a 2 pulgadas son utilizadas en aplicaciones de refinación, sistemas criogénicos y equipos o líneas que manejan fluidos peligrosos, inflamables (gasolina, alcohol, ácidos, entre otros) o que requieran de alta hermeticidad para evitar fugas.
7.1.9 Las válvulas de extremos soldadas a tope mayores a 2 pulgadas deben ser del tipo entrada superior (Top Entry). Pueden ser utilizadas en sistemas de alta presión y temperatura, ya sea en sistemas de bombeo, compresión, re–inyección, plataformas marinas, plantas de gas natural licuado, refinerías y servicios abrasivos, entre otros. Son necesarias cuando se requiere hacer el mantenimiento en línea, con entrada superior en la válvula. Se instala con el eje en posición vertical, el diseño de la válvula permite el desmontaje, sustitución de todas las partes internas y las juntas y se puede volver a montar sin quitar la válvula de la línea.
7.1.10 Durante el proceso de soldadura se debe asegurar que el calor no dañe los sellos, O–rings o partes internas de la válvula a soldar.
7.1.11 Las válvulas con extremos soldados, ya sean a tope o de enchufe que requieran tratamiento térmico posterior de la soldadura (PWHT) de la tubería, deberán tener extensiones de 150 mm (6 pulgadas de largo) soldados en los enchufes de la válvula y deberán ser tratados térmicamente antes de finalizar el maquinado de las válvulas. El espesor de pared de las extensiones deberá ser apropiado para la clasificación de la tubería.
7.2
Accionamiento de Válvulas
El accionamiento de la válvula se refiere al tipo de mecanismo que sirve para abrir o cerrar ésta. Las Válvulas pueden ser manejadas mediante elementos como lo son la palanca, el volante, el reductor (caja de engranajes) o actuador (Eléctrico, Neumático, Hidráulico o combinados entre ellos) y un agente externo a voluntad que lo active (Control remoto, local, PLC, entre otros o cadenas
El accionamiento de las válvulas de compuerta, bola, tapón, mariposa o globo debe ser externo.
La máxima fuerza requerida aplicada a un volante o a una palanca para vencer el torque de la válvula, no debe exceder de 360 N (80 Lbf), según la norma API 6D.
La Tabla 6 muestra una referencia para el uso de engranajes en válvulas y su aplicación según la clase, el diámetro y el tipo de válvula.
TABLA 6. USO DE ENGRANAJES EN VÁLVULAS TIPO DE VÁLVULA Y TAMAÑO (NPS) CLASIFICACIÓN Compuerta o
Globo Bola o Tapón Mariposa Globo
[Pulgada (mm)]
Bola o Tapón
[Pulgada (mm)] [Pulgada (mm)]Mariposa
150 (1) 14 (350) y mayores 8 (200) y mayores 8 (200) y mayores 300 14 (350) y mayores 6 (150) y mayores 6 (150) y mayores. 600 8 (200) y mayores 6 (150) y mayores 4 (100) y mayores
900 6 (150) y mayores 6 (150) y mayores –
1500 6 (150) y mayores 4 (100 ) y mayores –
2500 4 (100) y mayores 2 (50) y mayores –
NOTAS:
1. lncluye válvulas de hierro fundido.
7.3
Componentes por Tipo de Válvulas
La tabla 7 muestra los componentes por tipo de válvula y el Anexo A la hoja de datos para especificar la válvula seleccionada.
TABLA 7. COMPONENTES POR TIPO DE VÁLVULAS TIPO DE VÁLVULA
Compuerta Bola Retención Globo Mariposa Tapón
Cuerpo x x x x x x
Bonete / tapa / terminal x x x x x
Vástago x x x x x
Pasador x
Resorte x x
Elemento cierre para compuerta, globo y
retención x x x
Tapón , bola y mariposa x x x
Asiento para compuerta,
globo y retención x x x
Asiento para tapón, bola
y mariposa x x x Recubrimiento del asiento x x x x x x Asiento secundario x x Recubrimiento del asiento secundario x x
Material del sello x x
Recubrimiento del sello x x
Material empacadura
TIPO DE VÁLVULA Tapón Mariposa Globo Retención Bola Compuerta Material empaquetadura x x Empacadura del vástago x x Esparrago x x x x x Tuerca x x x x x Revestimiento interno x x x x x x
8
SELECCIÓN DE MATERIALES PARA VÁLVULAS
Ver Norma Técnica PDVSA EM–20–01–01
9
APLICACIONES DE VÁLVULAS
9.1
Válvulas para Venteos, Drenajes y Servicios en Recipientes
Las válvulas para drenajes y venteos de recipientes deben tener el tamaño dado en la Tabla 8. Se hace notar que en el caso de dos o más recipientes que están conectados sin válvula entre ellos y que tienen un punto alto o bajo en común, se procede a emplear una sola válvula de venteo o drenaje, usando un volumen combinado para los criterios de dimensionamiento.
TABLA 8. TAMAÑO DE CONEXIONES PARA VENTEO Volumen de Recipiente (m3 [ft3]) Conexión Servicio (in) Venteos
(in) Bombeo(in) Drenajes(in) Purgas(in)
1,416[50] y menores 1 3/4 1 1 2 sobre 1,416[50] a 5,663[200] 1 1 1–1/2 1–1/2 3 sobre 5,663[200] a 16,990[600] 1 1 2 2 3 sobre 16,990[600] a 70,792[2500] 2 1–1/2 3 3 4 sobre 70,792[2500] 3 2 3 3 4
9.1.1 Selección del Tipo de Válvula para Venteos, Drenajes y Toma Muestras en Proceso
Las válvulas para venteos, drenajes, toma muestras y/o conexión de instrumentos deben ser diseñadas según la Tabla 9.
TABLA 9. CONEXIONES PARA DRENAJE, VENTEOS Y TOMA MUESTRA Clase de
la Tubería la VálvulaClase de Tipo deVálvula Descripción de la Válvula
150 800 Compuerta Válvula de Compuerta cuña sólida,
i t t l t l d id
300 800 Compuerta
p
asientos metal–metal endurecidos, extremos de boquilla para soldar por 600 800 Compuerta extremos de boquilla para soldar porroscado hembra. 900 1500 Globo Válvula de Globo, asientos metal–metal 1500 1500 Globo Válvula de Globo, asientos metal–metalendurecidos, extremos de boquilla para
2500 2500 Globo
, q p
soldar por roscado hembra.
9.1.2 Las válvulas para conexión de instrumentos de medición deben ser con medidas de 3/4 pulgadas, según requerimientos del proyecto.
9.1.3 Todas las tomas de instrumentos de presión, flujo, drenajes y venteos deberán ser soldadas y en caso de ser roscadas deberán ser selladas con soldadura. 9.1.4 Para servicios de hidrocarburos líquidos con una presión de vapor sobre 41 KPa
(6 psia) a 38C (100F); se debe colocar una válvula de bola flotante o dos válvulas de compuerta cuña sólida.
9.1.5 Para servicio de Fluidos Cáusticos se debe utilizar una Válvula de bola flotante o válvula de tapón lubricada.
9.2
Válvulas para Doble Bloqueo y Purga
9.2.1 Válvulas para Doble Bloqueo
A continuación se muestran las aplicaciones para el uso de las válvulas de bloqueo:
a. Aislamiento de equipo en el sistema (incluye instrumentos). b. Separación de productos para prevenir contaminación. c. Aislamiento de equipo por seguridad.
d. Servicios de sólidos en suspensión con contenidos de sólidos a 11,98 kg/m3 (0,16
lb/gal).
e. Aplicaciones de servicios generales donde sean requeridas. 9.2.2 Válvulas para Drenaje o Purga
a. Las válvulas de drenaje o purga deberán ser ubicadas según lo siguiente: 1. Entre dos válvulas para bloqueo con la excepción donde existan conexiones
2. En el cuerpo de las siguientes válvulas de bloqueo
Válvulas de sellado suave de tipo compuerta, tapón y bola. Válvulas de tipo compuerta de disco doble
Válvulas con extremo soldado a tope.
b. Las válvulas de purga asociadas a las válvulas para bloqueo, y que están normalmente en la posición cerrada, deberán ser taponadas.
c. Las válvulas para bloqueo y/o purga, deben ser preferiblemente tipo compuerta cuña sólida, asientos metal–metal endurecidos, extremos boquilla para soldar o roscado.
9.3
Válvulas para Bombas, Compresores, Tanques y Trampas
9.3.1 Válvulas para Bombas y Compresores a. Válvulas para Bloqueo
Generalmente, las válvulas para bloqueo se deben instalar de la siguiente manera:
1. Válvulas para bloqueo deberán ser instaladas en las tuberías de succión y descarga de bombas, compresores u otro equipo que deba ser aislado para efectuarle mantenimiento mientras que otras unidades continúan en operación.
2. Los compresores deberán estar provistos de válvulas para bloqueo del mismo tamaño de la línea con una conexión de venteo dentro de los bloques.
3. Válvulas para bloqueo en líneas de succión de bombas deben ser del mismo tamaño de la tubería.
4. Las válvulas en las tuberías de descarga de bombas deben, preferiblemente, corresponder con el tamaño de la boquilla de descarga de dicha bomba.
5. Para el bloqueo de bombas se recomienda utilizar válvulas de compuerta tipo expansión sencilla con doble bloqueo y purga en la succión y descarga del equipo con diámetro igual al de la tubería (Paso completo).
6. Para el bloqueo de compresores se recomienda utilizar válvulas de compuerta tipo expansión sencilla, expansión doble o válvulas de bola con doble bloqueo y purga con diámetro igual al de la tubería (Paso completo). b. Válvulas de Retención
Generalmente, las válvulas de retención deben proveerse para los servicios o condiciones descritos a continuación:
1. Las válvulas de retención deben ser instaladas en la tubería de descarga individual de compresores y bombas, cuando los mismos descarguen a un sistema presurizado del cual el líquido o gas pudiera producir un reflujo a través del compresor o la bomba. Las bombas para servicios calientes (temperatura del fluido sobre 176,6 C (350 F)), deben estar provistas de una válvula en derivación de diámetro D = 3/4 pulgadas, alrededor de la válvula de retención para mantener la bomba caliente y lista para dar servicio.
2. Las válvulas de retención serán usadas como protección adicional además de la válvula para bloqueo, donde exista una condición peligrosa para el personal que trabaje en mantenimiento de bombas o compresores fuera de servicio.
3. Las válvulas de retención deben ser ubicadas aguas arriba de la válvula para bloqueo de descarga y cerca de la boquilla de la bomba.
9.3.2 Válvulas para Bloqueo en Tanques de Almacenamiento
En todas las boquillas de tanques debe instalarse válvulas de compuerta tipo expansión sencilla para bloqueos, entradas y salidas. Para los venteos atmosféricos en tanques de almacenamiento de techo fijo no deben instalarse válvulas.
9.3.3 Válvulas para Trampas de Envío y Recibo
Las trampas permiten el mantenimiento o inspección de líneas de transporte de hidrocarburos (gasoductos, poliductos, oleoductos, entre otros).
a. El uso de válvulas para trampas de envío y recibo son un factor fundamental para su operación. Para seleccionar correctamente el tipo de válvula se deben tomar tres premisas fundamentales:
1. Una vez cerrada la válvula se debe asegurar la hermeticidad total, que garantice cero fugas de presión y/o fluido.
2. La cantidad de sólidos en suspensión que arrastran las herramientas de limpieza hacia las trampas.
3. Elementos que pueden afectar operativamente la acción mecánica de funcionamiento de las válvulas.
b. El arreglo de las válvulas asociadas a la trampa para herramientas de limpieza (Cochinos) o inspección deben ser de compuerta o bola.
9.3.4 La válvula de bloqueo de la línea de envío y/o recibo de la herramienta en el barril debe ser de doble bloqueo y purga, además de paso completo y continuo (through conduit) y debe cumplir con las normas API 6D y ASME B16.34. Esta válvula debe ser de compuerta del tipo doble expansión y mecánicamente energizada, de extremos bridados y a prueba de fuego.
9.3.5 La válvula de bloqueo a proceso, la válvula de la línea de impulsión (pateo) o desvío, así como la válvula de drenaje del barril deben ser de paso completo y doble bloqueo, y purga de compuerta tipo expansión sencilla o bola. La válvula igualadora de presión debe cumplir con el Requerimiento Adicional de Derivaciones (By–Pass) (ver punto 4.1.16). La válvula de venteo de la trampa debe cumplir con el punto 9.1 de esta norma.
9.3.6 El arreglo de válvulas a usar en las trampas de envío y recibo deben ser mínimo Clase 300.
9.4
Válvulas en Recipientes, Torres e Intercambiadores
9.4.1 Ubicación de Válvulas para Bloqueo en Recipientes y Torres
a. Generalmente las válvulas en recipientes o torres deben ser ubicadas directamente o cerca de las boquillas de éstas, a menos que existan interferencias físicas que impidan la operación apropiada de las válvulas. b. Las válvulas no deben ser ubicadas dentro de la falda del recipiente.
c. Las válvulas no necesitan ser instaladas directamente a las boquillas de conexiones de tuberías a recipientes, si en consecuencia surge la necesidad de agregar una plataforma solamente para poder tener acceso a las válvulas. Esto requiere que otra ubicación adecuada esté disponible.
d. Las válvulas para las conexiones de los recipientes, deben estar dentro de un radio horizontal de 12.00 metros (40 pies).
e. Las válvulas debe ser de fácil acceso para su operación y mantenimiento. 9.4.2 9.4.2 Ubicación de Válvulas en Intercambiadores de Calor
a. Las Válvulas para bloqueo de intercambiadores de calor deben ser instaladas en el lado de enfriamiento.
b. Intercambiadores que son esenciales para la operación de la unidad deben tener una válvula de estrangulamiento en el lado de la salida y una válvula para bloqueo en el lado de entrada. Esta válvula será de compuerta del tipo de simple expansión.
c. Los intercambiadores que tengan válvulas de aislamiento para inspecciones frecuentes y limpieza durante la operación de la unidad, deberán ser provistos de válvulas para bloqueo en las tuberías de entrada para los medios de calentamiento y enfriamiento. Esta válvula será de compuerta del tipo de simple expansión.
d. Para los aeroenfriadores (Fin Fan Cooler) las válvulas aplican para la entrada y salida del fluido a enfriar y dependerán según el tipo de proceso o fluido a manejar.
9.5
Omisión de Válvulas para Bloqueo en Recipientes
Las válvulas para bloqueo no deberán instalarse para los siguientes casos: En Tuberías donde existan elevados niveles de condensado.
En Tuberías de alimentación y descarga de rehervidores.
Separador decantador de vapor en corriente lateral y tuberías de retorno de vapor.
Válvulas de alivio o seguridad (a menos que la válvula de bloqueo sea asegurada abierta).
Tuberías de transferencia al horno que contenga válvula de extinción, o líneas de transferencia de hornos sencillos.
Todas las otras tuberías que contengan una válvula para bloqueo dentro de un radio horizontal de 10 metros de la conexión del recipiente.
9.6
Válvulas de Bloqueo para Sistemas de Vapor y Condensado
Las válvulas para bloqueo en sistemas de vapor y condensado se instalaran de acuerdo a los siguientes criterios.
9.6.1 En arreglos de tubería de vapor hacia el equipo motriz y una válvula adicional en el cabezal cuando la presión del vapor exceda 4137 KPa (600 PSI). Para estos casos el disparador y las válvulas de estrangulamiento instaladas en las turbinas pueden ser considerados como una de las válvulas de bloqueo.
9.6.2 En la tubería de alivio de presión de vapor del equipo motriz.
9.6.3 En tuberías adyacentes a equipos de vapor, cuando descarga a un sistema común donde el equipo puede permanecer apagado o fuera de servicio por períodos sostenidos durante la operación de la unidad auxiliar (Equipo de respaldo).
9.6.4 En tubería aguas arriba de las trampas de vapor que descargan a la atmósfera. En tuberías aguas arriba y abajo de Las trampas de vapor que descargan a un sistema colector de condensado.
9.6.5 En tuberías aguas abajo de Las trampas de vapor para unidades calentadoras. Generalmente las trampas requieren válvulas de desvío para su bloqueo, excepto aquellas usadas en calentadores de vapor, tuberías de purga y separadores. Las trampas termo–dinámicas no son instaladas con válvulas de desvío.
9.6.6 En todas las conexiones de los cabezales de vapor.
9.6.7 En puntos de inyección de vapor en cualquiera de las corrientes de proceso donde pueda contaminarse debe instalarse como mínimo una válvula de bloqueo y una de retención sencilla. En el caso donde se pueda causar serios daños
debido a la contaminación del vapor, se recomienda agregar una segunda válvula de retención.
9.6.8 Las Válvulas de bloqueo consideradas en este punto serán de compuerta tipo simple expansión de doble bloqueo y purga con asientos metal–metal.
9.6.9 Los extremos de salida de válvulas, en servicio de vapor y procesos que no se conecten a un sistema de tuberías, deben estar provistos de un cierre de extremo, tal como un tapón macho, niple con tapa atornillada o brida ciega.
9.7
Válvulas en Estaciones de Control
9.7.1 Válvulas de Control Automático
Las válvulas de control automático podrán ser instaladas con válvulas de bloqueo para aislar a la misma, aguas arriba y aguas debajo de la válvula de control, además de válvulas de desvío (by–pass) para estrangulamiento manual cuando la válvula de control esté fuera de servicio.
El uso de válvulas para bloqueo y desvío no es obligatorio en todos los servicios. Su uso innecesario aumentaría los costos, por lo cual se recomienda su aplicación en los siguientes servicios:
Servicio ácido, cáustico, fenol u otro servicio corrosivo donde el período de vida útil de la válvula de control sea menor que el del mantenimiento normal de la planta. Debido a fallas por mecanismos de degradación como corrosión, erosión, cavitación, entre otros.
Servicios que contienen fluidos de alta viscosidad o aquellos que contienen sólidos abrasivos. Se debe considerar en la selección de las válvulas la posibilidad de que este servicio no afecte el funcionamiento de la misma. Servicios con alta velocidad de flujo a través de la válvula de control
(velocidades cercanas a la del sonido).
Servicios de aguas para suministro a calderas, vapor u otras corrientes de servicio o de proceso, vitales para operaciones continúas de la planta.
Para parada y arranque de las operaciones.
Requerimientos de normas aplicables o del cliente.
El uso de válvulas para bloqueo y desvío no son requeridas en los siguientes casos:
Servicios secundarios o redundantes donde la válvula de control pueda ser removida del servicio sin afectar seriamente la operación de la planta.
En servicios intermitentes (batch) donde la válvula de control no está en uso la mayor parte del tiempo.
En fluidos con alto contenido de sólidos que tengan tendencia a depositarse y producir obstrucciones en extremos terminales.
9.7.2 Válvulas para Sistema de Desvío
a. Las válvulas para sistema de desvío deben ser dimensionadas para ofrecer por lo menos la misma capacidad de la válvula de control. Serán válvulas de globo en tamaño de hasta 8 pulgadas y para mayores de 8 pulgadas serán de compuerta de expansión sencilla. Si se requiere una regulación estricta de flujo, se seleccionará con la ayuda del Ingeniero de Instrumentación.
b. En aquellos casos en que la válvula para el Sistema de desvío, no sea de globo, ésta será dimensionada de manera que el Cv se aproxime mucho a la de la válvula
de control.
9.7.3 Válvulas para Bloqueo
Las válvulas para bloqueo deben ser de tipo compuerta o bola, a menos que las especificaciones del proyecto o casos especiales requieran otro tipo de válvula. La válvula de bloqueo debe ser de un tamaño mayor que la válvula de control. En tuberías de 2 pulgadas y menores, las válvulas para bloqueo deben ser iguales al tamaño de la tubería, independientemente del tamaño de la válvula de control. 9.7.4 Válvula de Drenaje
a. Las válvulas bloqueo en los sistemas de control, deberán estar provistas de válvulas de drenaje de 3/4 pulgadas para lograr el desalojo completo del múltiple de control y para su descompresión. Ver Figura 1.
Fig 1. MODELO DE ARREGLO SENCILLO DE DRENAJE
FO
3/4 in
MIN.
b. En válvulas de control de falla abierta se colocará una válvula de drenaje aguas arriba y en el caso que la válvula de control sea de falla cerrada se colocarán válvulas de drenaje aguas arriba y aguas abajo. Ver Figura 2.