Migliori pratiche per la corretta tenuta dello stelo della valvola

Sep 01, 2023

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Prima di approfondire i dettagli relativi alla selezione di un metodo di tenuta della valvola, è meglio comprendere le sfide legate alla tenuta dello stelo di una valvola e spiegare come ciò potrebbe essere fatto. Le valvole di controllo e di blocco rientrano in una delle due categorie principali: a stelo scorrevole o rotative.

Una valvola a stelo scorrevole ha un'asta sporgente dal corpo che si alza e si abbassa per aprire e chiudere la valvola. Una valvola rotativa ha un albero che si estende dal lato della valvola ed è collegato a un tappo, un disco o una sfera. Quando l'albero gira, la valvola rotativa si apre e si chiude. In entrambi i modelli, lo stelo della valvola deve uscire dal corpo ed essere in grado di muoversi senza attrito, contenendo il processo e prevenendo perdite.

Il gruppo di tenuta dello stelo della valvola lo rende possibile. La sigillatura viene solitamente eseguita in due modi: baderna convenzionale o guarnizioni a soffietto. Di seguito sono riportati i dettagli su come funzionano questi metodi, insieme ai pro e ai contro di ciascun metodo.

Le guarnizioni degli steli delle valvole devono raggiungere due obiettivi contraddittori. Innanzitutto, devono sigillare completamente lo stelo della valvola e ridurre, e idealmente eliminare, eventuali emissioni fuggitive dal processo. In secondo luogo, devono compiere questa impresa consentendo allo stelo della valvola di muoversi liberamente e continuare a sigillare, anche se lo stelo della valvola esegue migliaia di cicli. Numerosi standard industriali soddisfano questi requisiti, ma le prestazioni richieste e i metodi di prova variano in modo significativo.

I tre principali standard sulle emissioni fuggitive sono TA Luft, FCI 91-1 e ISO 15848. TA Luft è il meno completo dei tre, offrendo standard di tasso di perdita basati sulle dimensioni della guarnizione e sulla temperatura di processo. Tuttavia, mancano parametri di prova specifici per il numero di cicli di prova richiesti o la distanza di corsa, quindi è difficile confrontare i risultati delle perdite tra diversi modelli di valvole.

FCI 91-1 è stato creato dal Fluid Control Institute ed è più strettamente allineato ai requisiti di rilevamento e riparazione delle perdite imposti dall'Environmental Protection Agency (EPA). Utilizza il Metodo 21 dell'EPA per "annusare" la guarnizione della valvola e determinare il tasso di perdita (figura 1). Questo standard fornisce dettagli su come testare una valvola. Il design della tenuta dello stelo di una valvola raggiunge vari livelli di classificazione in base al tasso di perdita risultante dopo un numero specificato di cicli meccanici e termici.

Lo standard di gran lunga più completo è ISO 15848. Presenta una varietà di tassi di classificazione delle perdite sia per le valvole di controllo che per quelle di isolamento in base ai cicli meccanici, ai cicli termici e alle dimensioni dello stelo. Consente inoltre di eseguire test con elio o metano e impone due modi diversi per misurare le perdite della guarnizione dello stelo per l'elio, ognuno dei quali è molto più complicato di un semplice test con sniffing. Nello specifico, la parte superiore della valvola è racchiusa in un involucro ermetico e flussata con un gas di prova o sottoposta a vuoto completo, mentre l'interno della valvola è pressurizzato con elio. La quantità di perdita può quindi essere misurata con precisione.

Quando si valutano le prestazioni di una disposizione di tenuta dello stelo di una valvola, è importante determinare come è stata testata la valvola e quale classificazione specifica ha soddisfatto. È relativamente facile ottenere tassi di perdita molto bassi se la valvola viene azionata meccanicamente per un numero limitato di volte. È molto più difficile ottenere e mantenere tassi di perdita molto bassi quando la valvola viene sottoposta a cicli meccanici migliaia di volte, sopportando anche cicli termici. I cicli termici influiscono sulla tenuta a causa dell'elevato tasso di espansione del PTFE (un fluoropolimero sintetico del tetrafluoroetilene, noto anche come Teflon) e dello scarso tasso di recupero della grafite, rendendo difficile la progettazione della baderna.

Il metodo più comune di tenuta dello stelo della valvola impiega una serie di anelli in PTFE o grafite che circondano l'albero della valvola (figura 2 a sinistra). Gli anelli vengono compressi con una combinazione di premistoppa, flangia di tenuta e bulloni per spingere verso il basso e comprimere gli anelli di tenuta contro l'albero. Gli anelli compressi consentono allo stelo della valvola di muoversi mantenendo una tenuta contro il corpo della valvola e l'albero per impedire ai fluidi di processo di passare attraverso lo stelo e fuoriuscire. In alcune applicazioni, la baderna deve proteggere solo da grosse perdite di processo, quindi le emissioni fuggitive relativamente minori non costituiscono un problema e il libero movimento dello stelo è considerato un requisito più importante.