Figura 1 Figura 2
Figura 3
Figura 4
Queda significativa de pressão dos serviços líquidos na válvula do globo abaixo da pressão de vapor faz com que o vapor pressione para fora do líquido. As bolhas recuperarão a pressão e o colapso, criando ondas de pressão. Consequentemente, as ondas de pressão podem danificar o assento, o plugue e o corpo das válvulas globo. A cavitação pode criar poços irregulares e erosão no acabamento (assento e plugue), no corpo e na tubulação a jusante. A Figura 2 mostra danos na cavitação na forma de pequenos poços muito semelhantes aos danos de corrosão nos plugues das válvulas globo.
A cavitação tem outros efeitos negativos, além de corrosão e erosão:
- Barulho alto
- Vibração forte
- Sufocando o fluxo devido à formação de vapor
- Alterando as propriedades do fluido
- Fábrica fechada
MEDIÇÃO DA GRAVIDADE DA CAVITAÇÃO
A gravidade da cavitação é medida através do índice de cavidade, que é calculado através desta fórmula:
A gravidade e extensão da cavitação para as válvulas com base nos valores do índice de cavidade é dada na Tabela 1.
A Figura 3 mostra o resultado do teste de fluxo e desenvolvimento do coeficiente de cavitação para válvulas de quarto de giro, incluindo válvulas de esfera, borboleta e plugue.
O risco de cavitação não depende apenas do índice de cavitação, mas também é afetado pelo percentual de abertura da válvula. Na verdade, menos abertura da válvula aumenta a chance de cavitação. Existem outros parâmetros que afetam a cavitação:
- Tamanho da válvula: Tamanhos maiores de válvulas aumentam o risco de cavitação.
- Classe pressão: Válvulas em classe de alta pressão têm a possibilidade de maior queda de pressão e risco de cavitação.
- Material: Materiais mais duros como o duplex 22Cr têm menor risco de cavitação em comparação com escolhas materiais mais suaves, como aços inoxidáveis austeníticos. Além disso, materiais de acabamento duro como Stellite 6 (UNS R30006) ou Stellite 21 como forma de sólido ou sobreposição e aços inoxidáveis martensíticos 13Cr como UNS S41000 ou 415000 têm maior resistência contra cavitação.
- Vazamento: O vazamento do banco da válvula quando a válvula está fechada aumenta o risco de cavitação.
- Regime de fluxo: A velocidade de fluxo turbulenta e alta aumenta o risco de cavitação.
- Design de corte: Como exemplo, o design de acabamento de várias etapas cria uma queda de pressão em dois ou mais estágios para evitar queda de alta pressão em um estágio. A outra vantagem do design de acabamento multi estágio é ter queda de alta pressão longe das áreas de vedação do assento e plug.
SOLUÇÕES PROPOSTAS
Existem diferentes abordagens para evitar a cavitação. Eles incluem a troca da válvula e a redução da seleção de válvulas globo. Outras soluções abordam a seleção da válvula de globo de padrão reto mais robusta.
Novo Padrão
A primeira edição padrão do American Petroleum Institute (API) 623, lançada em 2013, inclui requisitos para válvulas globo para evitar vazamentos, vibrações e cavitação. O padrão API 623 especifica a frente dura tanto no assento quanto no plugue e no disco guiado, especialmente para classes de alta pressão. O diâmetro da haste especificado na API 623 segue os princípios do Padrão de Válvulas de Portão de Aço Fundido API 600, com valores diferentes. Os valores do diâmetro da haste na API 623 são maiores do que outros padrões de válvulas de globo, incluindo BS 1873, para evitar quebras como a separação de haste e plugue. Este padrão cobre válvulas de 2 a 24 polegadas de diâmetro e classes de pressão de 150 a 2500. Stellite é uma liga de cobalto-cromo que é amplamente utilizada para enfrentar duramente os componentes internos da válvula do globo, incluindo o assento e o plugue, para evitar erosão e cavitação.
Seleção alternativa de válvulas
Figura 5
Válvulas globo do tipo Y (também conhecidas como válvulas oblíquas) e válvulas axiais (Figura 4 e 5) são tipos alternativos de válvulas que podem ser usados para evitar erosão e cavitação. O caminho de fluxo dentro da válvula de globo padrão do tipo Y é mais reto do que o globo de padrão reto.
Válvulas axiais como a nova geração de válvulas globo DAGO têm muitas vantagens, como queda de baixa pressão, velocidade de fechamento e abertura rápida, característica de fluxo suave, baixo torque de operação e longa vida útil do design. No entanto, válvulas axiais e tipo Y são mais caras do que válvulas globo de padrão reto em relação ao custo de despesa (CAPEX). Além disso, as válvulas borboleta podem ser a escolha preferida para estrangular em serviços públicos, como água, em vez de válvulas globo. Uma razão para selecionar válvulas borboleta em vez de válvulas de globo para estrangulamento nos serviços de água do mar é que as válvulas borboleta são menos caras, embora a cavitação possa acontecer dentro das válvulas de borboleta como acontece nas válvulas globo.
CONCLUSÃO
Cavitação é o maior problema operacional nas válvulas convencionais do tipo T. Selecionar materiais de acabamento duro, como o Stellite, usar aparar anti-cavitação como o tipo de várias etapas e aplicar o padrão API 623 são recomendados para projetar válvulas de globo tipo T (DAGO). No entanto, selecionar válvulas como o globo tipo Y (DAGO) ou válvulas axiais também pode ser uma boa solução para reduzir ou evitar o risco de cavitação.