Ao especificar uma válvula de retenção para serviços de gás, compradores e engenheiros geralmente ficam presos nos mesmos três lugares: o estilo de corpo errado, o material de sede errado ou uma classificação de mola que nunca corresponde à linha. A resposta curta primeiro – para linhas de gás limpas e secas, um design oscilante ou de placa dupla geralmente é o correto; para cabeças de poço de alta pressão e descarga de compressor onde o fechamento rápido é importante, o tipo elevador (pistão) vence; e um design de dardo ou melindrosa só ganha seu lugar onde o percurso é curto e o espaço é apertado.
Tudo depois disso são detalhes de engenharia. Mas são esses detalhes que decidem se a válvula durará dez anos ou falhará na primeira excursão de pressão.
O que uma válvula de retenção de gás realmente faz – e por que o gás é diferente
Uma válvula de retenção para gás é uma válvula automática: ela abre na pressão diferencial criada pelo meio que flui através da linha e fecha na pressão diferencial reversa, sem atuador, sem suprimento de ar e sem sinal externo.
Falha facilmente precisamente porque é simples. O gás é compressível e um meio compressível faz com que o disco vibre à medida que o fluxo se aproxima do ponto de fechamento. Em uma linha de líquido, uma válvula de retenção ligeiramente superdimensionada pode ser apenas barulhenta. Em uma linha de gás, a mesma válvula pode desgastar o pino da dobradiça em questão de horas de operação. Isto não é um defeito de design; é o meio se comportando como sempre faz um fluido compressível.
A segunda diferença é o evento de encerramento. Uma linha de líquido desacelera suavemente o disco. O gás não. Uma vez estabelecido o fluxo reverso, o disco pousa na sede quase instantaneamente e, em um longo percurso, produz um pico de pressão mensurável a montante. É por isso que a pressão de ruptura e o deslocamento do disco merecem muito mais escrutínio em gases do que em líquidos.
Tipos de válvulas de retenção para serviços de gás
Quatro projetos cobrem quase todas as aplicações de gás, e a primeira decisão de seleção é a velocidade de fechamento, não a queda de pressão. Decida com que rapidez o disco deve assentar antes de comparar qualquer outra coisa.
Válvulas de retenção oscilantes
Válvulas de retenção oscilantes are the most widely used pattern because they offer the best flow capacity and the lowest pressure drop — the disc swings on a hinge and stays fully open as long as flow remains forward.
Seu ponto fraco é o tempo de resposta. O disco deve percorrer um arco completo antes de ser recolocado, portanto, uma válvula oscilante é uma má escolha em qualquer lugar onde possa ocorrer fluxo reverso rápido. Estas válvulas são normalmente instaladas horizontalmente, com a seta de fluxo impressa no corpo alinhada à linha.
As válvulas oscilantes também vibram na posição parcialmente aberta, portanto, nunca as dimensione demais. Se a linha for DN80, mas o fluxo real for coberto por um DN50, instale o DN50 com redutores em vez de forçar uma válvula DN80 a um serviço que ela não consegue manter aberta.
Válvula de retenção tipo swing na categoria de válvula de retenção Página do produto para a válvula de retenção do tipo oscilante, relevante ao comparar vibração do disco oscilante, limites de dimensionamento e compensações de queda de pressão com projetos de placa dupla. Ver Produto → Válvulas de retenção de placa dupla
Válvulas de retenção de placa dupla use two spring-loaded half-discs and travel roughly half as far as a swing disc. They close considerably faster, which is why they dominate compressor discharge and gas transmission skids. The trade-off is a slightly restricted flow path and therefore a modestly higher pressure drop than a full-bore swing valve of the same size.
Válvulas de retenção de elevação e pistão
As válvulas de retenção de elevação elevam o disco ao longo de uma guia vertical. Eles fecham rapidamente, mantêm um assento firme mesmo em alta pressão e evitam a inclinação do disco que afeta os projetos de balanço.
O custo é uma pressão de abertura mais alta, normalmente entre 0,5 e 2 psi, dependendo da mola instalada. Em uma linha de gás de baixa pressão, essa penalidade é perceptível. Em uma descarga de cabeça de poço ou compressor, onde o fechamento rápido e uma sede confiável sob pressão são muito mais importantes do que uma fração de psi, a construção do tipo elevador é a resposta comum. O mecanismo compartilhado pelas válvulas de gaveta, estrangulador e retenção em serviços petrolíferos é abordado com mais profundidade nesta visão geral das principais tecnologias de válvulas na indústria petrolífera, que vale a pena ler se você quiser obter detalhes estruturais.
Desenhos de dardos e melindrosas
As válvulas de retenção Dart e flapper assentam um disco plano ou cônico diretamente em uma sede. Eles são compactos, quase não precisam de envelope de instalação e fecham rapidamente com gás.
Eles também produzem a maior queda de pressão dos quatro padrões, e o desgaste se concentra em uma única face de vedação, de modo que o vazamento tende a aparecer gradualmente após ciclos intensos. Ramificações de ar de instrumentos e patins de estações de compressão – percursos curtos, espaços apertados – são locais sensíveis para uma melindrosa. Uma transmissão principal de doze polegadas não é.
Se você não tiver certeza de qual padrão se ajusta, é útil observar a classe de pressão e a faixa de tamanho coberta pela família de produtos de válvula de retenção antes de escolher um estilo de corpo.
Pressão de dimensionamento e quebra: onde a maioria das escolhas ruins são feitas
Uma válvula de retenção é dimensionada pela vazão, nunca copiando o diâmetro do tubo - o superdimensionamento é o motivo mais comum para uma válvula de retenção de gás falhar precocemente.
A pressão de abertura é a pressão diferencial mínima necessária para levantar o disco da sua sede. Projetos de balanço precisam de menos, cerca de 0,5 psi. Os projetos de elevação com mola e placa dupla precisam de mais. Instale uma válvula de retenção com mola em uma linha que não possa fornecer sua pressão de ruptura e o disco ficará parcialmente aberto, vibrando, até que o pino da dobradiça, a bucha guia ou a face da sede cedam.
A queda de pressão é o outro lado do mesmo comércio. Aumentar um tamanho reduz a queda de pressão, mas aumenta o risco de vibração. Diminuir um tamanho aumenta a velocidade, o que ajuda a manter o disco aberto, mas aumenta a queda de pressão. O método confiável é calcular primeiro o fluxo normal e mínimo e, em seguida, verificar a pressão de abertura em relação ao caso de fluxo mínimo - e não ao caso de projeto.
Válvula de retenção de elevação na categoria Válvula de retenção Página do produto para a válvula de retenção de elevação, útil junto com orientações sobre dimensionamento de fluxo, pressão de abertura, compensações de queda de pressão e seleção de material de sede para serviço de gás. Ver Produto → | Projeto | Pressão de fissuração típica | Velocidade de fechamento | Queda de pressão relativa | Onde cabe no serviço de gás |
|---|---|---|---|---|
| Balanço | Cerca de 0,5 psi | Lento | Baixo | Linhas de transmissão limpas e secas; instalação horizontal |
| Placa dupla | Cerca de 0,5–1 psi | Rápido | Médio | Descarga do compressor, patins de transmissão de gás |
| Elevador / pistão | Cerca de 1–3 psi | Rápido | Médio to high | Cabeças de poço de alta pressão, linhas com oscilações bruscas de pressão |
| Dardo / melindrosa | Cerca de 0,5–2 psi | Rápido | Alto | Ramificações de ar instrumental, skids de compressores, tiragens curtas |
Materiais e vedação para gases úmidos, ácidos e quentes
A seleção do material do assento no serviço de gás se resume a três questões: o que há no gás, quão quente ele funciona e se há sulfeto de hidrogênio presente. Se qualquer uma dessas respostas for desfavorável, o aço do corpo e o material da vedação precisam ser repensados.
No gás natural seco, um corpo em aço carbono com acabamento em aço inoxidável 13Cr ou 316 é a combinação padrão. Adicione água livre, dióxido de carbono ou H2S e a imagem muda: o serviço ácido requer seleção de material de acordo com NACE MR0175/ISO 15156, o que na prática significa aço inoxidável 316L ou duplex e elastômeros classificados para o mesmo ambiente.
As vedações elastoméricas também se comportam de maneira diferente em gás e em líquido. O gás permeia a borracha mais facilmente e a descompressão rápida pode deixar o gás dissolvido preso dentro do elastômero, expandindo-o e formando bolhas ou rasgando-o – o mecanismo conhecido como descompressão explosiva. É por isso que o serviço de gás de alta pressão geralmente aceita uma classe de vedação mais baixa em troca de um projeto com sede totalmente metálica.
A temperatura também é inevitável. O nitrilo comum degrada-se visivelmente acima de 90°C, o FKM mantém-se a cerca de 200°C, e além disso você está olhando para PTFE ou vedação metal-metal. Informe ao seu fornecedor a temperatura operacional máxima e mínima, em vez de informar apenas a condição normal – a fragilização na partida a frio causa tantas falhas em campo quanto o envelhecimento térmico.
Instalação e manutenção: as falhas que realmente acontecem
A orientação de instalação é onde começam os erros de campo. As válvulas oscilantes pertencem à horizontal, de modo que o pino da dobradiça fica em um eixo horizontal. As válvulas de elevação devem ser verticais, para que a gravidade possa retornar o disco à sua sede. Os designs de flapper e dardo são os mais tolerantes à orientação dos quatro, o que é uma de suas poucas vantagens genuínas.
As falhas que realmente aparecem no serviço são agrupadas em quatro grupos:
- Vibração do disco – válvula superdimensionada ou pressão de ruptura muito alta para a linha, deixando o disco vibrando parcialmente aberto.
- Danos por ondas de pressão – o fluxo reverso em uma linha de gás fecha o disco e o pico a montante deforma a sede ou o corpo.
- Vazamento na sede – sólidos ou carepa presos na face da sede ou um elastômero que endureceu com o tempo.
- Desgaste da dobradiça e da guia – mais frequentemente em linhas de descarga de compressores onde a pulsação é contínua.
Válvula de retenção flapper na categoria válvula de retenção Página do produto da válvula de retenção Flapper, adequada para revisão com planejamento de manutenção em torno de intervalos de inspeção, itens de desgaste e peças sobressalentes correspondentes ao modelo. Ver Produto → O planejamento da manutenção pode ser simples: trate a válvula de retenção como um item de desgaste e não como um acessório permanente. Os intervalos de inspeção seguem o dever – a descarga do compressor e a manutenção da cabeça do poço geralmente são uma verificação de seis meses, enquanto uma linha de transmissão limpa pode levar razoavelmente de um a dois anos. Manter as faces das sedes, elastômeros e molas como peças sobressalentes correspondentes ao modelo custa menos do que substituir válvulas completas.
Um último ponto: purgue e lave cada nova linha antes do comissionamento. A escória de soldagem e a ferrugem são as causas mais frequentes de vazamento na sede das válvulas de retenção de gás, e a própria válvula raramente é a culpada.
Perguntas frequentes
Qual é a diferença entre uma válvula de retenção de elevação e uma válvula de retenção oscilante para gás?
Uma válvula de retenção de elevação eleva o disco ao longo de uma guia vertical, o que proporciona um curso curto, fechamento rápido e uma sede confiável em alta pressão, ao custo de maior pressão de abertura e queda de pressão. Uma válvula de retenção giratória gira o disco em uma dobradiça, o que proporciona melhor capacidade de fluxo e menor queda de pressão, mas fechamento mais lento e maior tendência a trepidação quando superdimensionado. Os tipos de elevação dominam a descarga do compressor e as tarefas da cabeça do poço; os tipos oscilantes são adequados para longas linhas de transmissão.
As válvulas de retenção de gás devem ser instaladas horizontalmente?
Não. As válvulas oscilantes são melhor instaladas horizontalmente para que o pino da dobradiça permaneça em um eixo horizontal. As válvulas de elevação devem ser verticais para que a gravidade possa recolocar o disco. Os projetos de placa dupla e flapper toleram a maioria das orientações, mas a seta de fluxo deve sempre corresponder à direção real do fluxo de gás.
Que pressão de abertura devo esperar de uma válvula de retenção com mola?
Aproximadamente 0,5 a 2 psi em padrões comuns de meia polegada a duas polegadas. Tamanhos maiores geralmente desenvolvem maior pressão de fissuração a partir da mesma mola. Se o seu fluxo mínimo gerar apenas 0,2 psi de diferencial, uma válvula com mola nunca abrirá totalmente – especifique uma mola mais macia ou mude para um projeto oscilante.
A mesma válvula de retenção pode ser usada em gás natural e ar comprimido?
Estruturalmente, geralmente sim, mas os requisitos de material e certificação são diferentes. O gás natural ácido exige a seleção de material NACE MR0175, enquanto o ar de instrumento geralmente é satisfeito por aço carbono com vedações de nitrila. Se a mesma válvula também for destinada à tubulação de cabeça de poço, ela deverá atender aos requisitos API 6A ou API 6D relevantes.
Com que frequência as válvulas de retenção de gás devem ser inspecionadas?
Seis meses é um intervalo razoável para descarga do compressor e posições de cabeça de poço onde a pulsação é contínua; um a dois anos é defensável para linhas de transmissão limpas e secas. Dois sinais justificam uma inspeção precoce: ruído anormal da válvula e oscilação regular na pressão a montante.
Especificar uma válvula de retenção para gás é realmente uma questão de ordem. Decida primeiro a velocidade de fechamento necessária, depois a pressão e o tamanho da abertura e só então o material. Faça essa sequência de trás para frente e você geralmente descobrirá algumas semanas após o comissionamento - com um disco que está vibrando e uma válvula que nunca apresentou defeito.
