Valvole di controllo - Process Engineering Manual

Valvole di controllo
1) Criteri di dimensionamento delle valvole di controllo
I valori delle perdite di carico delle valvole di controllo, a meno che essi non siano fissati da esigenze di
processo, verranno determinati, alla max. portata operativa, dalla somma delle seguenti voci:
- 20 % della perdita di carico del circuito, esclusa la valvola.
- 10% della pressione statica del sistema in cui il circuito scarica fino a pressioni di 14 Kg/cm2rel, o il 7%
da pressioni di 14 Kg/cm2 rel sino a 28 Kg/cm2 rel, o il 5% per pressioni sopra 28 Kg/cm2 rel.
Si assumeranno comunque i seguenti minimi:
Valvole di controllo su linee di liquidi: ΔPmin = 1,75 Kg/cm2
Valvole di controllo su linee di gas
: ΔPmin = 0,2 Kg/cm2
Per gli stessi valori minimi, di cui sopra, saranno dimensionate le valvole di controllo su linee di riflusso e
di circolazione in cui una variazione di pressione statica si rifletta su tutto il circuito.
Spesso è in uso verificare il ΔP delle valvole di controllo partendo dalla pressione a valle, spesso fissata da
un controllo dagli apparecchi riceventi.
Alla pressione fissata a valle si aggiunge la perdita di carico della linea, fissata a 10 Psi per linee brevi e
30 Psi per linee molto lunghe. La ragione per la quale vengono fissate delle perdite di carico di linee e che
a priori non è conosciuto lo sviluppo della tubazione, che sarà noto in una fase successiva del progetto.
Tale procedimento è utilizzato anche per calcolare il ΔP alla portata massima che di solito è il minimo,
perché la perdita di carico di linea vanno incrementate del rapporto al quadrato delle portate
volumetriche.
Il ΔP di progetto della valvola (cioè quello a valvola chiusa) è posto di solito uguale alla pressione di
progetto della linea a monte.
Le valvole di controllo verranno verificate per le condizioni operative corrispondenti a:
a) massima portata, pari al 110% della massima portata operativa (150% per le valvole sulle condense
interstadi gas di processo)
b) minima portata, pari al 50% della portata operativa meno gravosa in modo da garantire un corretto
funzionamento anche agli estremi del campo operativo. Infine, le valvole di controllo verranno verificate
in modo da non superare i livelli di rumorosità ammessi.
2) Materiali delle valvole di controllo
I materiali standard di una valvola di controllo sono i seguenti:
a) Corpo: in acciaio al carbonio fuso a forgiato
b) Parti interne: Aisi 316
c) Sedi: Aisi 316, (Aisi 440 per perdita di carico uguale o superiore a 15 Kg/cm2)
d) Tenute sullo stelo: in teflon(fino a 200°C per vapora a bassa pressione)
e) Lubrificazione: nessuna sino a 400°C e con corpo alettato.
Queste richieste minime saranno supplementate dai requisiti necessari per particolari
condizioni di esercizio: in particolare l’estensione dello stelo è richiesta per tutti i fluidi a
temperatura inferiore o uguale a 0°C.
In linea generale la scelta dei materiali delle valvole di controllo sarà fatta in accordo ai
materiali delle linee e alle raccomandazioni del fornitore particolarmente per quanto riguarda
le parti interne.
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3) La regolazione automatica
Il termine regolazione automatica designa l’insieme delle tecniche che permettono di
assicurare oltre a tutti gli interventi manuali, il buon funzionamento dell’impianto.
Un automazione ben concepita garantisce la migliore qualità degli interventi, ed assicura la
sicurezza delle operazioni ed accresce la redditività.
La strumentazione automatica garantisce un controllo ed una precisione che manualmente è
impossibile ottenere.
La sicurezza è garantita dalla rapidità di intervento e dalla precisione delle manovre.
L’accrescimento della redditività deriva essenzialmente nelle migliorie di funzionamento e dalla
riduzione di manodopera.
4) Grandezze regolate e grandezze regolanti
Le grandezze regolate sono quelle che si desiderano mantenere a un valore fissato.
Le grandezze regolanti sono quelle che agiscono per mantenere direttamente la regolazione voluta, per
esempio la portata in una condotta regolata da un controllare di livello o di pressione.
Nei campi d’esplorazione petrolifera, gli organi operatori sono sempre delle valvole.
Le grandezze manipolate sono sempre delle portate.
Le grandezze regolate sono pressioni, livelli temperature e portate.
5) I componenti (vedere Figure 1 e 2)
Essi sono:
- Gli organi di attuazione : le valvole automatiche costituite da un corpo, un dispositivo otturatore mobile
ed una o più sedi fisse ed un servomotore.
- I controllori e
- Gli accessori
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6) Caratteristiche di una valvola automatica
Definizioni:
Il CV è il valore che definisce la perdita di carico in una valvola in funzione della portata del fluido che la
attraversa secondo la seguente espressione:
ΔP = K*Q2*d (K è una costante della valvola funzione della sua sezione di passaggio e del suo profilo
interno).
K = ΔP/(Q2*d)
Se si conviene di indicare con il termine CV la portata di acqua pura (densità “d” espressa in galloni per
minuto che provoca una perdita di carico di 1 psi, sostituendo Q con CV si ottiene:
1 = K*CV2*1
da cui: CV2 = 1/K; CV = 1/(K)0.5 e K = 1/(CV2)
dalle precedenti si ricava: 1/(CV2) = ΔP/(Q2*d); e CV = Q*(d/ΔP)0,5
Riportando in unità metriche:
per i liquidi CV = 1,16*Q*(ρ/ΔP)0,5
(m3/h –bars)
per i Gas CV = (QV/410)*[(ζ*T/ΔP)0,5]
(m3/h std – bars)
ΔP per I liquidi = perdita di carico in bars
ΔP per i gas
= perdita di carico in P assoluta in bars
ρ per i liquidi = densità in rapporto all’acqua
ζ per i gas densità relativa all’aria
Q per i liquidi = metri cubi per ora a 15°C
QV per i gas = metri cubi ora a 15°C e 760 mm Hg
T per i gas = temperatura assoluta in gradi Kelvin
Dall’espressione CV = Q*(d/ΔP)0,5 viene calcolato il valore di CV della valvola ad un determinato ΔP e ad
una determinata Q.
Se ci poniamo nella condizione di portata normale, con un ΔPnormale si trova un CV a condizioni
normali, cioè un CV normale.
Analogamente se operiamo a portata minima, troveremo un Δpmax ed un Qmin ed in definitiva avremo
un Cvminimo.
Se invece operassimo a portata massima, troveremmo un ΔPmin ed un Qmax, cioè troveremmo un
Cvmax.
Il rapporto tra Cvmax/Cvmin è chiamato rangeability della valvola e rappresenta il campo di
regolazione.
La valvola dovrà essere scelta in modo da garantire una perfetta regolazione attorno alla portata
normale, ma garantire una possibilità di regolazione alle portate massima e minima.
Dall’espressione ΔP = Q2d/CV2 si può derivare la ipendenza del ΔP dal quadrato della portata
volumetrica, cioè in sostanza una parabola, dove il valore 1/(CV)2 rappresenta una costante di
proporzionalità; perciò da la pendenza di tale parabola.
Ciò permette la variazione da parte del CV della curva dei carichi e quindi la regolazione della portata,
come si vedrà nel capitolo pompe.
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Figura 1
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Figura 2
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