Válvulas para control y cierre difíciles

Hacer lo mismo repetidamente otra vez y esperar un resultado diferente es la definición de locura. En mi carrera he visto este escenario jugar muchas veces. La pregunta puede ser, ¿tiene problemas con esta válvula con bastante frecuencia? A medida que pasa el tiempo, muchos ingenieros y equipos de mantenimiento continúan utilizando los mismos tipos de válvulas que han tenido una buena vida útil en sus procesos.

Como fabricante de válvulas y habiendo visitado muchos clientes, una “buena vida útil” es una percepción personal. Los externos, como los fabricantes de válvulas, pueden tener conocimientos específicos para aumentar la vida útil de las válvulas. Cuando la respuesta es no, simplemente colocamos uno nuevo cada dos meses y tiramos el viejo. En un enfoque aparentemente loco del problema, la respuesta también puede ser "así es como siempre lo hemos hecho".

Hay muchos medios difíciles que causan problemas a las válvulas estándar. Un ejemplo es todo lo que se transporta neumáticamente. Incluso el talco para bebés transportado por un sistema de transporte neumático es abrasivo. Muchas válvulas de bola tradicionales o válvulas de mariposa estándar revestidas de caucho no funcionarán bien en este escenario. Es probable que estas válvulas tengan que ser reparadas o reemplazadas por completo con bastante frecuencia.

Cualquier válvula que tenga restricciones, o en el caso de una válvula de mariposa, un disco directamente en el medio de la corriente de flujo, son válvulas que probablemente no sobrevivirán bien en los medios más abrasivos. La válvula ideal en muchas corrientes de flujo abrasivo debe ser de puerto completo, con bolsas o cavidades limitadas para la acumulación de material. Por lo general, la válvula debe fabricarse de manera que resista mejor a la abrasión. Los rellenos de cavidad del cuerpo en algunas válvulas son un método para aumentar la vida útil de la válvula.

Todavía hay un bolsillo o cavidad presente, pero se minimiza y se pueden lograr algunos aumentos en la vida útil de la válvula. Hay dos escuelas de pensamiento sobre cómo manejar los flujos abrasivos. Una es utilizar una válvula de metal con superficies endurecidas como Stellite u otros revestimientos para ayudar a la válvula a sobrevivir más tiempo que el acero al carbono o el acero inoxidable.

El otro método para combatir la abrasión es ablandarlo. El caucho ha sido un material exitoso para corrientes de flujo abrasivo. En algunos procesos, la tubería está revestida de caucho para proteger la tubería de reparaciones o reemplazos frecuentes.

Lechada de lima o leche de lima

La lechada de cal, comúnmente conocida como lechada de cal, es un medio relativamente difícil de sobrevivir dentro de muchas válvulas convencionales. La cal se agrega al agua y no se disuelve en solución, sino que es un sólido en suspensión. Por esta razón, es necesario mantener un circuito de lechada de cal en movimiento para que la cal no se asiente al fondo de la tubería.

Se requiere una cierta velocidad para evitar que las partículas de cal se depositen. Cualquier cavidad, cavidad o área vacía es un punto de recolección natural en el que se deposita la cal. Una vez que la cal se asienta en esta área, se convierte en una masa endurecida. Por esta razón, las válvulas como las válvulas de bola, las válvulas de tapón y las válvulas de mariposa tienen áreas que pueden crear problemas operativos que resultan en fallas frecuentes de las válvulas.

Muchas plantas de proceso desean estandarizar tipos específicos de válvulas y, en algunos casos, agregan conos deflectores u otros aparatos para proteger ciertos tipos de válvulas. Intentar utilizar válvulas de bola, de tapón o de mariposa en la lechada de cal normalmente resultará en reemplazos constantes de válvulas y reparaciones costosas. La razón por la que estas válvulas tienen problemas es por el área de la cavidad corporal. La cal puede penetrar en estas áreas cuando se abre y se cierra la válvula.

Además, en el caso de una válvula de mariposa, el eje inferior es un posible problema. Una vez que la cal se ha asentado en estas áreas, se endurece y dificulta el funcionamiento de la válvula. Esto puede crear fatiga del operador o incluso fallas en el vástago debido a un par excesivo. La cal también tiende a incrustarse en las superficies, lo que dificulta el funcionamiento de la válvula.

Las partes blandas de desgaste, como el sello de goma de la mariposa o la superficie de asiento de la válvula de bola o de tapón, se destruyen por la naturaleza abrasiva de la cal incrustada en las superficies metálicas. Cuando las superficies de las incrustaciones giran a través de las partes más blandas, como los asientos, se dañan y, con el tiempo, provocan fugas y erosión importantes en la válvula. A menudo, el costo de reparación o reemplazo es insignificante en comparación con el costo de mano de obra y la pérdida de producción.

La cal se utiliza en una amplia variedad de industrias. Las fábricas de pulpa y papel, las acerías, las centrales eléctricas de carbón (proceso de desulfuración de los gases de combustión), las plantas químicas, la producción de vidrio, alimentos y bebidas, las operaciones mineras y las operaciones de agua y aguas residuales son todas industrias que utilizan lechada de cal.

Figura 1. En la imagen superior se muestran las válvulas de manguito de accionamiento neumático y eléctrico. Las válvulas de manguito también se pueden operar con un volante manual, engranajes biselados y actuadores hidráulicos. El rango de tamaño típico es de 1 ”- 40” y son capaces de desconectarse con presiones de hasta 1500 psig. La válvula de pellizco ideal funcionará donde cierre la válvula simultáneamente desde la parte superior e inferior y sellará 100% a prueba de burbujas en la línea central de la válvula. Una válvula de pellizco doble es ideal para la longevidad del manguito de goma y, en aplicaciones de control, crea una corriente de flujo en el centro de la tubería.

Un tipo de válvula que ha tenido mucho éxito en el aislamiento y control de lechada de cal es una válvula de manguito de alta calidad. Independientemente del contenido de cloruro, generalmente existe un compuesto de caucho para manejar los servicios más difíciles. Una válvula de pellizco utiliza un manguito de goma de puerto completo dentro de la válvula para sobrevivir a la abrasión en servicio de encendido / apagado.

Para aplicaciones de control, el manguito de goma interior se puede contornear para ajustarse al Cv óptimo requerido del sistema de control. Con las válvulas de manguito, el manguito de goma es la única parte de la válvula que tiene contacto con el medio. Se pueden acumular incrustaciones en la superficie de la goma, pero la forma en que funciona una válvula de pellizco hace que la válvula sea generalmente la única válvula autolimpiante para lechada de cal.

Las válvulas de manguito de alta calidad pellizcan el manguito de goma desde la parte superior e inferior simultáneamente y cierran la válvula al 100% a prueba de burbujas al cerrar. A medida que la goma comienza a estirarse al cerrarse, la goma comienza a descascarar la cal en su superficie. A medida que la válvula continúa cerrándose más, la velocidad media aumenta y ayuda a limpiar la superficie interna del manguito de goma.

Las capacidades de abrasión de las válvulas de manguito y el aspecto de autolimpieza son la razón principal por la que las válvulas de manguito son la válvula ideal para lechada de cal. Una válvula de manguito de alta calidad para el control de modulación de la lechada de cal, en la mayoría de los casos, sobrevive a la mayoría de las válvulas de bola con puerto en V e incluso a las válvulas de cerámica. En algunos casos, he escuchado de clientes que utilizan una válvula de control de bola con puerto en V y necesitan reparación cada 3 a 6 meses, mientras que una válvula de control de pellizco puede necesitar reparación solo cada 1 a 2 años.

En los depuradores FGD de centrales eléctricas de carbón, es posible que ciertas válvulas de manguito manuales y accionadas por aire de encendido y apagado solo requieran reparación cada 10 años en comparación con las válvulas de bola, tapón o mariposa que requieren reparación o reemplazo dos veces al año. Por favor, comprenda que no todas las válvulas de manguito son iguales y no todas brindan este tipo de intervalos de servicio prolongados. Debido a la variabilidad del compuesto de caucho, algunas válvulas de manguito son de mala calidad.

Tenga en cuenta que cualquier persona con un par de alicates y una manguera de goma esencialmente tiene una válvula de pellizco. Pero una válvula de manguito de alta calidad y altamente diseñada funcionará mucho mejor que las marcas menores. Si ha probado una válvula de manguito en el pasado y tuvo un rendimiento insatisfactorio, no se rinda.

Acabas de seleccionar la marca incorrecta. La variabilidad y la calidad del producto en los fabricantes de válvulas de manguito tienen probablemente las mayores diferencias de cualquier tipo de válvula en la industria actual. Para tener éxito, probablemente pagará más por lo mejor, pero a la larga ahorrará considerablemente en gastos operativos.

Figura 2. Representado arriba es una puerta de cuchillo con brida. Este estilo de válvula es ideal para lodos pesados. La válvula tiene bloqueo abierto y cerrado, engrasadores, montaje del interruptor de límite y placas de lavado. Este diseño empuja los sólidos acumulados fuera de la parte inferior de la válvula hacia el área de la placa de lavado. La placa de descarga se puede equipar con descarga de agua en cada ciclo o la placa de descarga se puede quitar para permitir que se descarguen los sólidos y una pequeña cantidad de líquido en cada apertura y cierre. Los manguitos de goma maciza proporcionan una buena resistencia a la abrasión. Las válvulas de este tipo pueden equiparse con accionamiento manual, manual, eléctrico, hidráulico o neumático.

Otro tipo de válvula que se ha utilizado con éxito en la lechada de cal es una válvula de guillotina para lechada. Hay tantos tipos de válvulas de guillotina disponibles en la industria hoy en día. Hay sello de cara, sello de cuña, unidireccional, bidireccional, etc…

El tipo de válvula de guillotina que funcionará mejor en el servicio de lechada de cal es una válvula bidireccional con dos manguitos de goma macizos a cada lado de la compuerta. Será una válvula de compuerta que tiene un diseño de empuje. Con diseños de empuje, la puerta empuja hacia abajo y separa las dos mangas de goma. Cuando la compuerta llega a la parte inferior de los manguitos de goma, disipa cualquiera de los materiales sólidos endurecidos por la parte inferior del cuerpo de la válvula. Se descarga una pequeña cantidad de líquido y sólidos en cada cierre.

Además, en la parte superior de la válvula hay un sello de poliuretano limpiador que ayuda a raspar la cascarilla que se haya acumulado y endurecido en la compuerta. También se pueden aplicar teflón y otros recubrimientos a la puerta para que sea más resistente a las incrustaciones o para que sea más fácil eliminar las incrustaciones que se hayan producido. Las centrales eléctricas de carbón han utilizado este tipo de válvula en sus depuradores FGD durante más de 40 años.

Al seleccionar puertas de cuchilla para servicio abrasivo, es aconsejable seleccionar una que tenga un puerto completo al 100%. Los manguitos de goma deben ser 100% del mismo diámetro interior de la tubería. Si los manguitos de goma son un poco más pequeños que el diámetro interior de la tubería, el borde de los manguitos es bombardeado constantemente por un flujo abrasivo. Generalmente, una válvula de manguito es una válvula mucho mejor que cualquier válvula de compuerta para el servicio de lechada de cal, pero debido al costo y tamaño, la válvula de compuerta de cuchilla a menudo es preferible.

Bombeo de lechada de cal

De manera similar a las válvulas mencionadas anteriormente, se pueden usar muchos tipos de bombas para bombear lechada de cal. Algunos tipos de bombas están sujetas a incrustaciones de cal y cuando se desprenden partículas grandes, causan daños importantes y reparaciones excesivas en la bomba. Pero por las mismas razones mencionadas anteriormente, hay ciertos tipos de bombas que serán un mejor tipo de bomba para lechada de cal.

Dependiendo de su tasa de flujo requerida producida por una bomba en comparación con otra, puede verse obligado a usar ciertos estilos de bombas. Si su tasa de flujo requerida es de 440 galones por minuto o menos, una bomba peristáltica puede ser la mejor bomba para su aplicación. Pero asegúrese de utilizar el tamaño de manguera recomendado por el fabricante para una vida útil óptima de la manguera. Si bombea más de 440 galones por minuto, una bomba centrífuga revestida de caucho puede ser su mejor alternativa.

Una preocupación específica al bombear lechada es mantener una velocidad continua de la lechada para que las partículas sean menos fáciles de asentar fuera de la suspensión. También una bomba que no sella es ideal para incrustaciones de lodos. Una bomba peristáltica no tiene sellos de empaque y además la manguera es la única parte que entra en contacto con el medio. Suele ser la única pieza de desgaste de las bombas peristálticas.

Diseños de un solo rodillo frente a varios rodillos o varias zapatas

Figura 3. Bomba peristáltica de diseño de un solo rodillo. Un solo rodillo comprime la manguera solo una vez por revolución, lo que aumenta la vida útil de la manguera y reduce los costos de operación. Los diseños de un solo rodillo aumentan aún más la vida útil de la manguera y reducen los costos operativos porque la bomba no genera calor significativo y puede funcionar a revoluciones por minuto mucho más altas.

Las bombas peristálticas son bombas excelentes para manejar lodos con alto contenido de sólidos. Muchos bucles de lechada de cal tienen aproximadamente un 30 - 35% de sólidos y un peso específico de aproximadamente 1,2 - 1,35. Debido a todas las razones mencionadas anteriormente sobre las válvulas de manguito, la bomba peristáltica básicamente tiene la mayoría de las mismas propiedades que una válvula de manguito.

La bomba peristáltica tiene una manguera de goma que se comprime para empujar la lechada a través de la manguera. No hay bolsas, cavidades o áreas vacías en las bombas peristálticas y la manguera de goma es excelente contra la abrasión.

Las bombas peristálticas también son excelentes para nosotros en tareas de elevación de succión y también pueden funcionar en seco sin dañar la bomba o la manguera. La mayoría de los otros tipos de bombas no pueden funcionar en seco sin causar daños a la bomba. Con las bombas peristálticas, debe concentrarse en adquirir un diseño excéntrico de rodillo único. Este diseño comprimirá la manguera de goma solo una vez por cada revolución de 360 ​​grados. Esto es importante porque la vida útil de la manguera depende en gran medida de cuántas veces se comprime la manguera de goma.

Una bomba que comprime la manguera de goma dos o más veces por cada revolución de 360 ​​grados tendrá típicamente la mitad de la vida útil de la manguera de un diseño excéntrico de un solo rodillo. Además, hay diseños que también utilizan dos zapatos o topes de metal para comprimir la manguera. Estos diseños generan mucha fricción y calor en la manguera de goma. Agregar una acción de frotamiento significativa y calor a la manguera de goma deteriora aún más la goma y conduce a una vida útil de la manguera mucho más corta. Dos bombas de zapato que crean una fricción y un calor significativos requieren un aumento de glicerina en la carcasa para disipar el calor.

Una planta de energía en Ohio que bombea lechada de cal estaba utilizando una bomba peristáltica de diseño de dos zapatas y se quejó de que la vida útil de la manguera era de solo aproximadamente 518,000 revoluciones antes de que la manguera se rompiera y fallara. Esta planta de energía compartió que gastaban más de $ 29,000 al año por bomba para reparaciones y costos de mantenimiento.

Figura 4. Arriba se muestra una bomba centrífuga de lechada típica. Normalmente este tipo de bomba está revestida de caucho para el manejo de lechada de cal. Las bombas centrífugas son ideales para caudales altos que superan los 440 gpm.

Reemplazaron un diseño de zapata doble de 4 ”por un diseño de rodillo único excéntrico de 2.5”. La vida útil de la manguera aumentó más de 5 veces a más de 2,7 millones de revoluciones. Su costo de mantenimiento se redujo en un 69% al utilizar la bomba peristáltica de diseño excéntrico de un solo rodillo. Si actualmente posee bombas peristálticas y no está satisfecho con la vida útil de la manguera y la tasa de utilización de la bomba, entonces podría investigar una bomba peristáltica de diseño de rodillo excéntrico.

Cuando tenga tasas de flujo superiores a 440 galones por minuto, entonces puede considerar un diseño centrífugo de lechada. El impulsor y la garganta, la carcasa y la descarga están revestidos de goma para la abrasión que experimentarán estas bombas. Este tipo de bombas de lodos centrífugas se diseñaron para lodos de extracción con partículas grandes y sólidos. Esta bomba te servirá bien. Están disponibles con diámetros de bomba de hasta 20 ”e incluso más grandes en algunas marcas.

Conclusiones

Cada medio es único y, por esta razón, ciertos estilos de válvulas o bombas pueden ser mejores para ciertos medios. La lechada de cal es solo un medio que puede causar problemas que no se encuentran en las válvulas y bombas tradicionales. Las válvulas y bombas mencionadas anteriormente son excelentes para manejar lodos muy abrasivos con alto contenido de sólidos.

Las válvulas de manguito y las bombas peristálticas son capaces de manejar lodos muy altos en sólidos, incluso hasta en un 80% de sólidos. Si tiene lodos altos en sólidos, entonces debería pensar en válvulas de manguito y bombas peristálticas o centrífugas.

Todo lo que se transporta neumáticamente puede aislarse eficazmente mediante una válvula de manguito. En el transporte neumático, un pequeño daño y una pequeña cantidad de fuga en una válvula provocarán un rápido deterioro de la capacidad de cierre de esa válvula. Una válvula de manguito es hermética a las burbujas y mucho más resistente a este rápido deterioro. La cal se incrusta, se deposita en bolsas y huecos y se solidifica, causando dificultades operativas en muchas válvulas y bombas.

El manguito de goma de puerto completo o la manguera recta de una bomba peristáltica dan como resultado la autolimpieza de la manguera o manguito de caucho. La falta de cavidades o cavidades para la acumulación de material son dos de las principales razones por las que las válvulas de manguito y las bombas peristálticas son tan ideales para el manejo de lechada de cal.