VÁLVULAS DE CONTROLE PARA SERVIÇOS SEVEROS. Graziano Itri
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- João Guilherme Valente Duarte
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1 VÁLVULAS DE CONTROLE PARA SERVIÇOS SEVEROS Graziano Itri
2 Série 85-Classes:150 a 600 Série 1000-Classes: 150 a 600 Diâmetros: 1 a 8 Diâmetros: 10 a 24 Série 1000A-Classes: 900 a 2500 Diâmetros: 2 a 24
3 INTERNOS ESPECIAIS TIPO ANTICAVITANTE A seleção do número de estágios depende da pressão e temperatura de entrada, da queda pressão e da pressão de vapor. A função de cada estágio é reduzir parcialmente a queda de pressão da válvula. 1K 2 ESTÁGIO 2K 2 ESTÁGIOS 3K - ESTÁGIOS
4 VÁLVULA SÉRIE 2011 COM OBTURADOR AXIAL TIPO MULTI-ESTÁGIOS A válvula série 2011 de fluxo axial com grande áreas de passagens, para aplicações com diferenciais de pressões muitas altas onde a cavitação e os sólidos em suspensão estão presentes causando entupimento nos furos das gaiolas. A válvula série 2011 pode ser oferecidas com corpo convencional ou angular, com assento metálico ou resileinte, obturador balanceado ou desbalanceados sendo fabricada nos seguintes diâmetro s, classes e números de estágios conforme segue: Diâmetros: 1 a 12 Classes: 600 a 2500 No. de Estágios: 3, 4, 6 e 8
5 VÁLVULA SÉRIE 2011 COM OBTURADOR AXIAL TIPO MULTI-ESTÁGIOS Válvula 15% de Abertura Válvula Fechada Válvula Aberta
6 PROJECT: Cᵥ AND CAVITATION STUDY OF X 900 VALVE TRIM: AXIAL PLUG 4AX0116 (4 SECTIONS ) Project Scope: The Cavitation study with crude oil flow at 65⁰ C Boundary condition: Inlet Pressure:109 kg/cm² man Outlet Pressure: 25 kg/cm² man Fluid: Crude Oil Fluid Properties Fluid Flow: Incompressible Flow Critical Pressure: 23 Kg/cm 2 abs Vapour Pressure: 1.53 Kg/cm 2 abs Relative density: Viscosity: cp Flow temperature: 65⁰ C Analysis methodology: As per ANSI/ISA , 2D Inlet and 6D outlet pipe length considered for analysis to match actual test condition.
7 PRESSURE CONTOUR Observations:- No Negative pressure observed in the Flow Zero Percent Cavitaional vapor volume fraction Right Sectional View
8 VELOCITY CONTOUR Right Sectional View Velocity Vector
9 VALVE FLOW COEFFICIENT C v Valve Flow Coefficient: Q(SG/dp)^1/2 Pressure Drop ΔP (dp)= 84 kg/cm² = 1194 psi Flow rate Q = 4045 gpm Specific Density [ρ1/ ρ0] = Valve Flow Coefficient [C v ] = 114,82 Valve Flow Coefficient Calculed [Cᵥ] = 116,0 9
10 DIÂMETRO 8 CLASSE 900 COM OBTURADOR AXIAL COM 4 ESTÁGIOS (FORNECIDAS PARA PETROBRAS/MACAÉ) Atuador Pneumático PP006I- RK Atuador Manual MV - 4
11 APLICAÇÕES 1 Serviço Severo Ruído Cavitação (sólidos em suspensão) Vibração 1.4 Erosão 2 Plataforma 3 BFW (recirculação de água de caldeira) 4 BFW (reguladora de água de caldeira) 5 Outras
12 INTERNOS ESPECIAIS TIPO BAIXO RUÍDO 1R - Estágio 2R 2 Estágios 3R Estágios 4R - Estágios O número de estágios utilizados depende das condições de operação e da atenuação de ruído requerida. O número de orifícios em cada elemento é calculado de forma a manter a velocidade média de escoamento igual em todos os estágios.
13 GLOBO ANGULAR COM INTERNOS TIPO LABIRINTO COM 22 ESTÁGIOS
14 VÁLVULA SÉRIE REVEL COM INTERNOS TIPO LABIRINTO Conceito: O conceito de dimensionamento de válvulas de controle, é baseado em limitar a Velocidade e por consequência a Energia Cinética no diâmetro de saída. Estudos atuais demonstram que esta limitação deve ser feita para a velocidade na saída do interno da válvula, logo apos o estrangulamento da vazão. Neste tipo de interno o fluxo escoa por diversos. A passagens perpendiculares entre si formando um labirinto com varias curvas alterando a direção continua da expansão da área possibilita o controle da Energia Cinética do fluido em cada trecho ao mesmo tempo em que reduz gradualmente sua pressão. Figura 1- Perfil da pressão e da velocidade dentro de uma válvula com interno convencional Figura 2- Perfil da pressão e da velocidade dentro de uma válvula com interno labirinto (Revel)
15 ENERGIA CINÉTICA E/OU VELOCIDADE CALCULA - SE A ENERGIA CINÉTICA PELA SEGUINTE EQUAÇÃO: K E 2 ρo V0 9273,6 CALCULA - SE A VELOCIDADE PELA SEGUINTE EQUAÇÃO: V o : Velocidade (pés/s) A o : Área de passagem, (Pol²) o : Peso Especifico (lb/pés³) W: Vazão (lb/h) TABELA 1: LIMITES DA ENERGIA CINÉTICA E VELOCIDADE DOS LÍQUIDOS K E : Energia Cinética (psi) ρ o : Peso Específico (lb/pés³) V o : Velocidade (pés/s) V o W 25 ρ A o o Condições de serviços Limite da Energia Cinética psi ( kpa ) Velocidade do Óleo com D. Rel. 0,777 pés/s ( m/s ) Velocidade da Água com D. Rel. 1,000 pés/s ( m/s ) Serviço continuo ou fluídos de fase simples 70 ( 480 ) 115 ( 35 ) 100 ( 30 ) Cavitação ou múlti fases ( Vaporização ) 40 ( 275 ) 87 ( 27 ) 75 ( 23 ) Sistemas vibratórios sensíveis 11 ( 75 ) 46 ( 14 ) 40 ( 12 )
16 PROJECT: Cᵥ AND CAVITATION STUDY OF REVEL 4 X 1500 VALVE TRIM: LABYRINTH TYPE 12L0022 (12 SECTIONS ) Fluid environment reference :- Fluid : Water Fluid Flow : Incompressible Flow Fluid temperature : 149º C Reference vapor pressure : Bar Boundary Condition:- Inlet pressure : Bar Outlet pressure : 9 Bar
17 PRESSURE CONTOUR 100% REVEL DETAIL Cross-Section Revel Details Average Pressure Bar 1 140, ,3 3 79,2 4 66,7 5 47,5 6 38,8 7 29,4 8 23,8 9 18, , , ,3 For reference
18 VELOCITY CONTOUR 100% REVEL DETAIL Cross-Section Revel Details Average elvelocity m/s 1 80,8 2 64,9 3 58,6 4 51,0 5 47,1 6 43,2 7 37,0 8 28,3 9 23, , , ,9 For reference
19 VALVE FLOW COEFFICIENT C v CALCULATION FOR 100% OPENING C v = (7/6) (Q/31.6) (SG / dp) 1/2 where Q = water flow (m 3 /h)= SG = specific gravity (0.917 for C) dp = pressure drop (Bar) = Valve Flow Coefficient [C v ] = Valve Flow Coefficient Calculed [Cᵥ] = 22 19
20 REVEL DETAILS :- Revel Details-100% opening Revel Details-90% opening Revel Details-80% opening Cross-Section Average Pressure Average Velocity Average Pressure Average Velocity Average Pressure Average Velocity Cross-Section Cross-Section Bar m/s Bar m/s Bar m/s 1 140,2 80, ,2 79, ,6 78, ,3 64, ,2 64, ,0 66,4 3 79,2 58,6 3 84,5 58,4 3 84,9 58,8 4 66,7 51,0 4 70,9 55,0 4 70,8 53,7 5 47,5 47,1 5 49,1 48,8 5 48,4 45,0 6 38,8 43,2 6 40,1 44,6 6 39,6 37,5 7 29,4 37,0 7 31,1 37,8 7 31,2 32,6 8 23,8 28,3 8 24,3 31,1 8 26,1 28,5 9 18,4 23,6 9 21,4 27,6 9 20,2 25, ,8 21, ,3 25, ,1 24, ,5 20, ,6 22, ,8 22, ,3 18, ,3 19, ,1 19,6 Revel Details-70% opening Revel Details-60% opening Revel Details-50% opening Cross-Section Average Pressure Average Velocity Average Pressure Average Velocity Average Pressure Average Velocity Cross-Section Cross-Section Bar m/s Bar m/s Bar m/s 1 140,5 78, ,1 77, ,5 80, ,1 63, ,1 67, ,5 72,9 3 86,0 58,7 3 79,7 57,2 3 88,9 65,9 4 70,2 55,4 4 69,3 55,4 4 70,3 59,5 5 48,4 48,7 5 47,8 49,4 5 47, ,0 45,4 6 39,5 41,1 6 38,2 41,3 7 31,0 38,7 7 30,1 29,9 7 31,4 33,9 8 24,8 33,7 8 25,2 25,5 8 26,1 28,4 9 20,9 28,9 9 20,2 23,6 9 20,1 25, ,8 25, ,4 22, ,3 23, ,0 21, ,0 21, ,4 21, ,6 19, ,3 19, ,3 20,0
21 REVEL DETAILS :- Revel Details-40% opening Revel Details-30% opening Cross-Section Average Pressure Average Velocity Average Pressure Average Velocity Cross-Section Bar m/s Bar m/s 1 133,2 73, ,0 79, ,3 62, ,4 65,6 3 84,6 56,2 3 86,2 56,3 4 68,5 52,7 4 65,9 51,2 5 48,1 44,2 5 48,4 44,4 6 36,9 40,9 6 39,1 36,2 7 30,4 28,2 7 30,4 30,4 8 25,2 26,5 8 24,7 27,9 9 20,5 23,9 9 19,4 24, ,3 22, ,5 22, ,8 21, ,7 21, ,7 18, ,6 20,4 Revel Details-20% opening Revel Details-10% opening Cross-Section Average Pressure Average Velocity Average Pressure Average Velocity Cross-Section Bar m/s Bar m/s 1 139,9 78, ,8 71, ,0 68, ,4 67,5 3 81,0 62,7 3 78,8 61,0 4 69,1 56,3 4 69,5 51,9 5 47,3 45,7 5 47,7 43,9 6 35,3 36,1 6 46,5 35,8 7 28,3 29,4 7 30,2 28,5 8 23,9 25,1 8 25,5 24,5 9 20,1 22,3 9 20,1 22, ,3 26, ,5 21, ,7 21, ,3 20, ,5 20, ,7 19,1
22 Valve Cᵥ RESULTS CHARACTERISTIC: LINEAR 4"-Revele Valve Opening Unit Volumetric Flow rate m3/h 0,0 25,6 51,1 77,2 98,8 127,8 152,9 178,2 203,2 220,7 240,6 Cᵥ 0,0 2,3 4,6 6,9 8,8 11,4 13,7 15,9 18,1 19,7 21,6 25,00 20,00 15,00 10,00 Cᵥ 5,00 0, Valve position % Opening
23 ESQUEMA TÍPICO DE RECIRCULAÇÃO DE FLUXO MÍNIMO DE BOMBA ReVel FIC FIT Retorno Reservatório ou Tanque de condensado FCV I/P Sucção Processo Bomba
24 ESQUEMA TÍPICO DE CONTROLE ANTI SURTO (ANTI-SURGE) Sistema Típico de Válvula de Controle Anti -Surto Sinal 24 VDC Controlador Anti-Surto Saída do Compressor Entrada do Compressor Sinal 4 20 ma Para o Controlador Anti-Surto Ar de Alimentação Item No. Descrição 1 Filtro regulador 2 Posicionador I/P 3 e 4 Booster de vazão 5 Válvula Solenoide 3 vias 6 Válvula Piloto Operada 2 Vias 7 e 8 Válvula Piloto Operada 3 Vias 9 Pulmão de Emergência 10 Válvula de retenção 11 e 12 Limite Switch Aperto/Fechada 13 Transmissor de Posição 4 20mA Válvula de Controle
25 VALVES BUILT (Cliente: Skanska/Petrobras UTE Fluminense)
26 APLICAÇÕES 1 Serviço severo Ruído Cavitação Vibração 1.4 Erosão 2 Compressor (anti-surge) 3 Descarga de vapor (durante partida de caldeira) 4 Descarga para atmosfera (Vent to flare) 5 BFW (recirculação de água de caldeira) 6 BFW (reguladora de água de caldeira) 7 Turbina (by pass) 5 Outras
27 REVEL: Regulador de Velocidade
28 Softwares: PRO ENGINEER (CAD) ANSYS (FEA) ANSYS (CFD) Computer (Computador) Aied ( Auxiliado ) Design ( Projeto ) Programa CAD em 3D paramétrico Permite visualizar o projeto antes do produto final. Computer (Computador) Analysis (Análise) Element (Elemento) Programa utilizado para analise estrutural da peça Computer (Computador ) Fluid (Fluído ) Dynamic (Dinâmico). Programa utilizado para simulação de fluídos dinâmicos. ( Virtual )
29 Alguma Pergunta? Comentários? Obrigado!
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