Fatores a considerar ao dimensionar válvulas de controle em sistemas de vapor

O ruído pode ser um fator importante a considerar ao dimensionar válvulas de controle em sistemas de vapor, não apenas porque cria níveis de som amplificados, mas porque a vibração associada pode danificar a válvula interna.

Há estagiários especiais para redução de ruído, mas às vezes, uma solução menos dispendiosa é montar um corpo de válvula maior do que o necessário. Para calcular o ruído emitido pelo válvulas de controle É necessário fazer equações complicadas e estas são difíceis de fazer manualmente.

Considera-se que, normalmente, uma válvula de controlo produzirá um ruído inaceitável se a velocidade do vapor saturado saturado na saída da válvula de controlo for superior a 0,3 Mach. A velocidade do som no vapor dependerá da temperatura do vapor e do qualidade do vapor, mas pode ser calculado a partir da equação seguinte equação, se as condições são conhecidas (Mach 1 = velocidade do som).Um método menos preciso, mas útil, para calcular se o ruído será um problema, é calcular a velocidade no orifício de saída da válvula. Em termos simples e para vapor seco saturado, se for maior que 150 m / s, existe a possibilidade de o corpo da válvula ser muito pequeno (embora o tamanho da válvula esteja de acordo com a capacidade requerida).

Velocidades mais altas também causam erosão (outros fatores devem ser levados em conta ao dimensionar as válvulas de controle nos sistemas de vapor) no corpo da válvula a jusante, especialmente se o vapor estiver úmido neste ponto. Recomenda-se que a velocidade máxima de saída do vapor úmido seja 40 m / s na porta de saída.

 
Outro resultado da queda de pressão de vapor através de uma válvula de controle é que ela seca ou superaquece o vapor, dependendo de sua condição quando entra na válvula. Os grandes graus de sobreaquecimento são geralmente indesejáveis ​​no processo de aquecimento, por isso é conveniente determinar se isso irá ocorrer.

No entanto, as taxas de vapor superaquecido (e gás seco) podem atingir o 0,5 Mach no orifício de saída; enquanto, no outro extremo da escala, os líquidos podem estar restritos a uma velocidade máxima de saída de 10 m / s. Vejamos, com um exemplo, uma situação real sobre esses fatores a serem levados em conta ao dimensionar válvulas de controle em sistemas de vapor:

Velocidade de saída da válvula e efeito de secagem / superaquecimento

Uma válvula de controle é fornecida com vapor seco saturado de um separador de gotas para a barra 12 e é usada para reduzir a pressão do vapor para 4 barra de carga total. O fluxo a plena carga é de 1300 kg / h, o que requer um Kvr de 8,3.

Inicialmente, uma válvula DN25 (1 ") com um 10 Kvs e uma área de saída de válvula de 0,00049 m2 é contemplada. Qual seria a velocidade do vapor na saída da válvula? Determine o estado do vapor na saída da válvula na barra 4.

O grau de secagem e reaquecimento pode ser calculado a partir do seguinte procedimento: Nas tabelas de vapor, o calor total (hg) no vapor seco saturado a montante para 12 bar r = 2 787 kJ / kg.

Como o vapor da fonte está em um estado saturado seco, o vapor certamente irá superaquecer depois de passar pela válvula. Portanto, tabelas de vapor superaquecido devem ser usadas para quantificar suas propriedades.

Usando o mesas a vapor do site da Spirax Sarco, você pode calcular a condição de vapor a jusante para a barra 4 selecionando vapor superaquecido e introduzindo uma pressão de '4 bar r' e um calor total (h) de 2787 kJ / kg.

Ao introduzir estes valores, as tabelas de vapor darão um resultado de vapor superaquecido à barra 4 com graus 16,9 de sobreaquecimento (442 K). O volume específico de vapor sobreaquecido, 4 bar r, 442 K é 0,391 8 m3/ kg (das mesas de vapor).É necessário ver se esta velocidade é menor que 0,5 Mach, o limite que foi dado na velocidade de saída de uma válvula para vapor superaquecido. A velocidade do som (Mach 1) pode ser calculada a partir da seguinte equação:Como o vapor é superaquecido na saída da válvula, os critérios do 0,5 Mach são usados ​​para determinar se a válvula terá ruído.

0,5 x 515 = 257,5 m / s

Como a velocidade esperada é 289 m / se acima do limite de 257,5 m / s, uma válvula DN25 não seria adequada para esta aplicação se o ruído puder ser um problema. Considere o tamanho da válvula a seguir, um dos DN32 (mas com 25 mm interno). A área na saída desta válvula seria 0,0008 m2, como mostrado no gráfico da Fluxo de vapor saturado através de uma válvula de controle em sistemas de vapor.

A válvula com corpo DN32 será adequada porque a velocidade de saída é menor que a 0,5 Mach permitida para vapor superaquecido.

Esse mesmo procedimento pode ser usado para determinar as condições de vapor a jusante para outras condições a montante. Por exemplo, se se sabe que o vapor a montante está húmido, o estado do vapor a jusante pode ser molhado, saturado, seco ou sobreaquecido, dependendo da queda de pressão. A velocidade de saída admissível dependerá da condição do vapor a jusante, como descrito anteriormente neste artigo.

Erosão: Outro problema ao dimensionar válvulas de controle em sistemas de vapor

Outro problema a ser levado em conta ao dimensionar válvulas de controle em sistemas de vapor é a possibilidade de erosão no corpo da válvula causada por uma velocidade excessiva na saída da válvula. Como mostrado no exemplo mostrado no artigo Fluxo de vapor saturado através de uma válvula de controle em sistemas de vaporDevido ao efeito de secagem e superaquecimento pela queda de pressão da barra 12 à barra 4, o vapor está em um estado seco gasoso que não contém umidade, portanto, a erosão não deve ser um problema.

De uma maneira simples, se puder ser garantido que o vapor que sai de uma válvula de controle está superaquecido, então, 250 m / s é um limite apropriado para ter velocidade na saída.

Às vezes, quando o vapor saturado é fornecido a uma válvula de controle, ele extrai uma certa quantidade de água e o vapor pode ser, por exemplo, 97% ou 98% seco. Se você acabou de passar por um separador de gotas projetado adequadamente, estará próximo do% 100 seco, conforme mostrado nesse exemplo.

Com mais do que apenas uma pequena queda de pressão e vapor úmido, o vapor provavelmente secará até o ponto de saturação ou até mesmo ficará um pouco superaquecido. Se o vapor de abastecimento estiver seco e / ou a válvula estiver enfrentando uma queda de pressão bastante grande, o vapor irá superaquecer mais.

Para mais informações sobre os fatores a serem levados em conta ao dimensionar válvulas de controle em sistemas de vapor, nós o convidamos a conhecer quando ocorre pressão crítica em sistemas de vapor e inscreva-se Boletim Steam para a Indústria, um recurso que lhe servirá para receber mais conteúdo sobre as novas tendências do vapor industrial.