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Nicola Dessalvi
Gerente de Area
IMI REMOSA
Cagliari, Italia
Válvulas Correderas en Plantas
Catalíticas (FCC)
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Esquema de Unidad de FCC
Introducción
• Un diseño correcto de las válvulas correderas es el primer y mas importante paso pasa asegurar la operacion segura, fiable y larga de la unidad de FCC
• Los cálculos realizados para determinar las dimensiones mas importantes de los componentes de la válvula deben ser completados con soluciones estratégicas que optimizen el funcionamento de la valvula asi como reducen la erosion tipica de este sevicio y evitan cualquier tipo de mantenimiento no programado
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VÁLVULA
Sistema de control de la válvula
Funcionamiento
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Cierre y apertura
Método de los Elementos Finitos
Tubos virtuales (amarillo) se utilizan para evitar las concentraciones de esfuerzos aplicados
Cargas en modelo 3D:- la presión interna de la válvula de todo el cuerpo- la presión diferencial sobre el cono interno- el empuje del actuador en la tapa y el soporte de la
placa de orificio- cargas de tuberías
ASME Sect VIII Div. 2
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Método de los Elementos Finitos
Método de los Elementos Finitos
Bree's Interaction Diagram
0
1
2
3
0 0.5 1
Primary Stress / Yield Stress
Sec
on
dary
Str
ess
/ Y
ield
Str
ess
Summer Temp.
Winter Temp
Shakedown
Elastic Range
Ratcheting
Pla
stic
Co
llap
se
Low Cycle Fatigue
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Método de los Elementos Finitos
Resumen de components principales
Todos los componentes internos
se pueden desmontar y reemplazar
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Cuerpo de Valvula con Disco Singolo
Cuerpo de Valvula con Disco Singolo
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• El interno del cuerpo no tiene revestimiento refractario (aislante térmico) si non revestimiento resistente a la abrasión
• El cuerpo de la válvula tiene la misma temperatura de proceso durante el funcionamiento
• Se espera ninguna expansión térmica diferencial entre el cuerpo y los internos
• El cuerpo, el bonete y la tapa del bonete son hechos de acero inoxidables (Regen/Flue Gas) o de baja aleación (Gastado)
• Tornillos internos y externos son para el servicio de alta temperatura (> 343°C)
• El soporte de la place de orificio es soldado directamente al cuerpo (sin cono interno)
Cuerpo a pared caliente
+ Válvula mas ligera
- Cuerpo de la válvula mas grueso
- Cuerpo de la válvula trabaja a una temperatura
muy alta por la cual las propiedades mecánicas
son bajas
- Cuerpo de la válvula es mas caro
- Aislamiento térmico deberá ser instalado fuera
del cuerpo de la válvula
• El interno del cuerpo tiene revestimiento refractario (aislante térmico y resistente a la abrasión)
• Durante el funcionamiento el cuerpo de la válvula tiene una temperatura mas baja (- 400°C / 500°C) de la temperatura de proceso
• Hay una expansión térmica diferencial entre el cuerpo y los internos
• El cuerpo, el bonete y la tapa del bonete son hechos de acero al carbono. Los internos son hechos con acero inoxidable (Regen/Flue Gas) o de baja aleación (Gastado)
• Tornillos internos son para el servicio de alta temperatura (> 343°C) mientras tornillos externos son para el servicio de baja temperatura (<343°C)
• El soporte de la place de orificio es soldado a un cono interno soldado al cuerpo. La expansión del cono interno debe ser tratada con cura
+ Cuerpo de la válvula es mas barato
+ Cuerpo de la válvula trabaja a una temperatura
optima para las propiedades mecánica de acero al
carbono
- Válvula mas pesada
- Son requerida las juntas frías entre el refractario
de la válvula y el refractario de la línea. Una mala
preparación de juntas frías puede crear ruptura
del refractario y hot spot.
Cuerpo a pared fría
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Refractario monolítico instalado en Remosa
Realizadas en campo después de la instalación de la válvula en la tubería
Juntas frias de refractario
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Conexiones a la tuberia con bridas
Abertura de la válvula
Tamaño de la abertura: depende de las condiciones del proceso
Forma de la abertura: permite un adecuado control del flujo de proceso
Posición de la abertura : puede reducir la erosión interna
El funcionamento de la válvula depende de la apertura de la válvula que es cuidadosamente evaluada / verificada por el fabricante de la válvula
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Hay diferentes fórmulas para el cálculo de la apertura de la válvula y cada formula (por lo general indicada por el licenciante FCC) proporciona diferentes capacidades de control a la válvula de corredera.
Abertura de la válvula - Tamaño
Abertura de la válvula de corredera se calcula teniendo en cuenta las condiciones de flujo de operación en las condiciones operativas (Min/ Nor / Max) indicadas por el licenciante FCC, es decir:- Caudal del flujo [kg/h]- Caída de presión [bar]- Temperatura [°C]- Densidad [kg/m^3]- Porcentaje de abertura [%]
Por lo general el porcentaje de apertura están en el rango de 35% / 65%
Porcentaje de aperturas menores dejan aumentar la velocidad del flujo y luego la erosión
Porcentaje de aperturas mayores no permiten un control de flujo suave
En caso de cambio de los parámetros del proceso de operación póngase en contacto con el fabricante de la válvula para comprobar la abertura
Abertura de la válvula - Forma
r'
b
c
Ct
da
s
Regular el flujo : control lineal
Regular el flujo:control a igual porcentaje
Parar el flujo:On – Off (shut-off)
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Abertura de la válvula - Forma Relación entre la carrera de la válvula y la cantidad de área dejado abierta por eldisco, para las dos formas comparación:
Linear
Equal percentage
Quick-opening El flujo a través de una válvula a característica lineal es simplemente proporcional a la apertura de la válvula.
Cuando una característica de la válvula es a igual porcentaje, el caudal gradualmente con la
posición de la válvula.
s
s
Correct Offsetcuerpo de la válvula más grande, de transición cónica en la entrada
Abertura de la válvula – Off set
CL Standpipe = CL Operating port area
CL Total Port area
Port opening portion left open by the disk shall correspond with the center of process flow, during normal operation. To achieve such aim, the Port opening is usually offset toward the bonnet side.Such offset optimizes fluidodinamyc process and reduces erosion effects on internals and body.
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Abertura de la válvula – Off set
Wrong Offset o No OffsetSmaller valve body, straight cylindrical
Abertura de la válvula – No off set
CL Operating port area
CL Standpipe = CL Total Port area
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Abertura de la válvula – Doble Disco
La abertura en una válvula de corredera de doble disco tiene una forma rectangular.
r
a
b
c
d
Con el fin de evitar el efecto de la erosión en la abertura de la válvula, la placa
de orificio está protegida con revestimiento resistente a la abrasión.
Placa de Orificio
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Las guías están soportadas en toda su longitud por la placa de orificios.
Con el fin de proteger adecuadamente las guías contra la erosión:
°Δ
Guias – Set back
El mínimo fijado de nuevo para todas las válvulas, con independencia de la caída de presión, es una distancia equivalente a un ángulo proyectado 15 grados desde los lados de la abertura de entrada hasta el borde inferior de las guías.
• Las válvulas con una caída de presión de 0,84 kg / cm2 (12 psi) y menos: 75 mm (3 pulgadas)
• Las válvulas con caída de presión superior a 0,84 kg / cm2 (12 psi): 100 mm (4 pulgadas)
Las superficies de las guías que pueden estar en contacto con el disco y el catalizador están recubiertas con un revestimiento metálico duro a través de la longitud completa de la siguiente manera:
La primera capa de E309
La segunda capa:
Stellite # 6 - para temperaturas de proyecto hasta los 648 ° C (1200°F)
O
Stellite # 1 - para temperaturas de proyecto por encima de 648°C (1200°F)
El espesor total final de la superposición de revestimiento duro es de 5,5 mm (7/32“) min.
Guias – Revestimiento metálico duro
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• Las guías de válvulas de corredera tienen ranuras de drenaje de catalizador cortadas
verticalmente en la sección inferior
• Las ranuras son de forma triangular y espaciados en centros aproximados de 75 mm (3”), pero
no pongan en peligro los tornillos de guía.
• La profundidad de las ranuras de drenaje catalizador no proporcionan un hueco entre las guías
y el disco cuando existe es posicionado todo en un solo lado
Guias – Ranuras para descarga catalizador
• Las ranuras son hechas con corte de corte con chorro de agua. Eso procedimiento frio no
altera térmicamente el acero inoxidable
El revestimiento duro metálico se aplica a las siguientes áreas:
• lado de la superficie superior
• lado de la superficie frontal
• partes laterales
Disco – Revestimiento metálico duro
Hard-surfacing
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El revestimiento resistente a la abrasión se aplica a las siguientes áreas:
• En la parte superior hasta una distancia igual al mayor de:- 2 ¼”(56 mm) de el cono interno, o- ¾” (19 mm) de los bordes de contacto disco / guías
• Alrededor del borde frontal
• Desde el borde frontal del disco hasta la parte inferior para una distancia igual a la mayor de:- 50 por ciento de la marcha normal de disco, o- 6 pulgadas (150 mm)
Disco – Revestimiento resistente a la abrasión
En válvula de corredera de un solo disco, el disco se extiende al menos 3” (75 mm) más allá del borde de la abertura
Disco – Posición cerrada
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El vástago está hecho de una pieza de forja, con 2“ (50 mm) de diámetro mínimo, y está conectado al disco a través de un perfil de T a un lado
El vástago se recubre por toda la sección cilíndrica con Wall Colmonoy WALLEX50:- polvo a base de cobalto con excelente resistencia a la erosión ya la corrosión.- puede soportar temperaturas elevadas- 0.80 mm de espesor mínimo- aplicado utilizando la tecnología de Plasma Arco Trasferito
Vástago
Prueba
Prueba Hidrostatica
ASME Sec. VIII Div. 1
ASME B31,3
Prueba de movimentacioncaliente
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• Two sets (Primary and Secondary)
Empaquetadura
• Each set is composedby 5 rings in the following sequence:
• Braided Graphite
• Preformed Graphite
• Preformed Graphite
• Preformed Graphite
• Braided Graphite
Empaquetadura
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Anillos de empaquetadura certificados API 622
API 622 “Type Testing of Process Valve Packing for Fugitive Emissions” Standard diseñado específicamente para la empaquetadura de las válvulas de petroquímica y de proceso contra las emisiones fugitivas.
El fabricante de anillos de empaquetadura proporciona el certificado API 622 por laboratorio independiente que ha hecho las pruebas de API 622 (ciclos mecánicos, ciclos térmicos, prueba de oxidación, la corrosión ambiental y alta temperatura) y medición de la prueba de fugas (con metano).
Empaquetadura de baja emisión
En FCC siempre se requiere purga continua
Puede ser posible instalarlo en la caja de empaque actual.
La compresión adecuada de los anillos de empaquetadura deben ser comprobada
«Live Load» se consigue con un conjunto de muelles Belleville.Muelles están contenidas en un dos piezas que:- Mantiene alineado el grupo de muelles para facilitar la instalación y evitar una pila desalineada.- Proporciona una manera fácil y a prueba de fallos para aplicar la precarga requerida.- Visualmente muestra si la precarga no es suficiente. Si hay un espacio visible entonces la tuerca necesitan ser apretados.
Live Load
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Live Load - Sección
La purga de la caja de empaquetadura es requerida para evitar cualquier colección
depósito de suciedad en las superficies de deslizamiento entre vástago y
Purga
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Purga
Prensaestopas es uno de los componentes críticos para la fiabilidad de la válvula y por lo tanto de el proceso de FCC.
El comportamiento apropiado de la caja de empaquetadura está asegurada por una purga continua con Nitrógeno, vapor de agua sobrecalentado o aire (no con catalizador gasto o con flue gas con CO).
La presión de purga debe exceder la presión operativa interna de la valvula(+0,5 barg) pero nunca debe exceder la presión de diseño del cuerpo.
El caudal medio de purga debe ser controlado continuamente:- El exceso de flujo podría dañar el vástago o las partes internas.- El flujo insuficiente puede provocar el reflujo catalizador y la erosión.
Actualmente un orificio de restricción (RO) o regulador de flujo se utilizan
para la configuración de los valores de flujo durante el funcionamiento.
Purga – Sistema básico
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Purga – Sistema Avanzado Manual
Purga – Sistema Avanzado AutomaticoSmart Monitoring can provide the following features:- Continuous control of purging flow, with local alarm on HPCU HMI and/or to remote DCS.- Adaptative setpoint for purging flow in function of process parameters (temperature, pressure, pressure drop).- Advanced Thrust Monitoring and Sticking Detector.
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Purga – Confronto
Smart Monitoring Purging
• Not affected by fluctuations on
purging medium conditions (pressure,
temperature).
• Provide warnings (local alarms) on
purging malfunctioning (i.e, lack of
medium, flow steam condensation,
etc.)
Standard Purging
• Fluctuations on purging medium
conditions (pressure, temperature) push
the system out of the working point
(desired flowrate).
• No alarms on purging malfunctioning.
• Over 715 FCC Special Valves supplied up to now
• Over 48 Countries in the world
• Over 5000 cumulative years of operation
• Over 100 FCC Slide Valves supplied to
Customers in South America up to now
Referencias
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¡Gracias!
