Otimização de válvulas de esfera de emergência para separadores térmicos de alta pressão do hidrocraqueamento diesel

Resumo: Como componente crítico em unidades de hidrocraqueamento a diesel, a válvula esférica de fechamento de emergência utilizada na separação térmica de alta pressão desempenha um papel decisivo para garantir a operação segura e estável do processo. Este estudo investiga vazamentos ocorridos na costura central do corpo de emergênciaVálvulas de esfera desligadas

A válvula de esfera de corte de emergência de hidrocraqueamento térmico de alta pressão nesta unidade de hidrocraqueamento diesel apresenta um design de furo completo com fluxo duplo, vedação bidirecional e configuração de assento duplo. A válvula utiliza um projeto de esfera fixa e corpo dividido, com o corpo da válvula produzido através do forjamento integral para garantir alta resistência mecânica e integridade estrutural. Tanto a esfera da válvula como os assentos são endurecidos com carboneto de tungstênio para melhorar a resistência ao desgaste. O revestimento é aplicado por um processo de pulverização que garante uma forte ligação metalúrgica entre a camada de revestimento e o substrato, evitando efetivamente a delaminação durante o serviço. Além disso, a esfera da válvula é intencionalmente projetada para ser mais dura do que o assento da válvula, minimizando o risco de irritação ou apreensão entre as superfícies de vedação.

A inspeção da válvula com falha revelou que a junta de vedação fornecida pelo fabricante original não poderia atender aos requisitos de desempenho de vedação de longo prazo sob condições de alta temperatura, mostrando evidente degradação ao longo do tempo. Uma revisão dos desenhos da montagem da válvula e da lista de componentes fornecida pelo fabricante revelou que a costura central do corpo da válvula foi selada com um Kalrez®O-ring elastômero. A literatura técnica publicada indica que este tipo de elastômero possui propriedades materiais geralmente excelentes, com compatibilidade para sulfeto de hidrogênio, hidrogênio e meios diesel que atendem aos requisitos operacionais nominais do projeto. A compatibilidade de diferentes materiais elastômeros com vários meios é resumida na Tabela 1.

Tabela 1. Classificações de compatibilidade de diferentes materiais elastômero para várias mídias

Notas:

R: O elastômero é minimamente afetado pelo meio, com expansão volumétrica típica de menos de 10%. O inchamento menor ou a degradação ligeira do desempenho podem ocorrer sob circunstâncias severas, mas a funcionalidade total não é danificada geralmente.

C: O elastômero tem resistência química limitada e não é recomendado para serviço contínuo neste meio.

U: O elastômero é significativamente afetado pelo meio, e sua adequação deve ser verificada através de testes específicos.

Figura 1. Diagrama esquemático da estrutura central da vedação do corpo da válvula

Com base nas características operacionais da unidade de hidrocraqueamento diesel-especificamente alta temperatura, alta pressão e condições severas de serviço-três esquemas alternativos de melhoria para a estrutura de vedação central do corpo da válvula são propostos, conforme descrito abaixo.

Figura 2. Diagrama esquemático da junta octogonal tipo BX e estrutura de vedação correspondente

A segunda solução usa uma junta autovedante de pressão anular triangular de cone duplo, como mostrado na Figura 3. Esta estrutura de vedação apresenta um design relativamente simples, excelente resistência a alta temperatura e alta pressão e uma pré-carga inicial mais baixa do parafuso em comparação com vedações de vedação planas convencionais. Com uma faixa de pressão de 1-42 MPa e uma temperatura de operação de 0-1000 °C, a junta anular triangular de cone duplo fornece vedação confiável através de seu mecanismo ativado por pressão, mesmo sob condições operacionais variáveis.

Figura 3. Diagrama esquemático da junta auto-vedante de pressão anular triangular de cone duplo

A terceira solução utiliza a tecnologia da selagem da gaxeta da lente do metal, como mostrado em Figura 4. A gaxeta tem uma geometria lente-dada forma com duas superfícies esféricas, criando uma relação da selagem do linha-contato entre a superfície esférica da gaxeta e a superfície cônica do assento. Produz uma alta pressão de vedação específica para excelente confiabilidade e pode se adaptar automaticamente a pequenas irregularidades superficiais nas faces de acasalamento, oferecendo bom autoalinhamento. A junta de lente metálica também fornece propriedades de auto-centralização e um efeito de auto-aperto de semi-pressão. Com uma temperatura máxima de 800 ° C e pressão permitida de 42 ° MPa, esta estrutura de vedação é adequada para serviço de hidrocraqueamento de alta temperatura e alta pressão.

Figura 4. diagrama esquemático de metal lente vedação vedação estrutura

Através da estreita colaboração entre a empresa operadora e a equipe técnica do fabricante da válvula, uma investigação sistemática e otimizações direcionadas foram realizadas para resolver o problema crítico de vazamento da válvula de esfera de fechamento de emergência. As seguintes conclusões-chave e engenharia insights foram obtidos:

Causa raiz da válvula Body Center Seam Vazamento
O mecanismo de falha da costura central do corpo valvar foi claramente identificado. O elastômero do anel-O usado nesta aplicação tem deficiências inerentes sob o serviço de alta temperatura a longo prazo. As propriedades mecânicas chaves-particularmente a resistência à tração e o alongamento na ruptura-deterioram-se gradualmente durante a exposição prolongada às temperaturas elevadas, conduzindo finalmente à falha completa do selo e ao escapamento externo.

Orientação para seleção de válvulas em unidades de hidrogenação de alta temperatura e alta pressão
Os resultados fornecem orientação fundamental para selecionar e aplicar válvulas esféricas de fechamento de emergência em serviços de hidrogenação de alta temperatura e alta pressão. Durante a construção de novos projetos ou retrofits técnicos, é essencial garantir que o corpo da válvula e os forjados internos cumpram todos os padrões de qualidade e desempenho aplicáveis. Com base nisso, a seleção de componentes de vedação deve ser conduzida com uma avaliação abrangente e conservadora. Em particular, sob condições extremas de alta temperatura, alta pressão e serviço de hidrogênio, materiais de vedação não metálicos e não grafite devem ser estritamente evitados para garantir confiabilidade de vedação a longo prazo, segurança operacional e estabilidade da unidade.

Eficácia da Estrutura Vedante e Otimização do Material
A otimização da estrutura de vedação central e a substituição das vedações de elastômero por uma junta metálica permitiram uma operação estável a longo prazo da válvula esférica de fechamento de emergência na unidade de hidrocraqueamento a diesel do processo AXENS. As operações de campo demonstraram desempenho de vedação confiável sob condições variáveis de carga, sem recorrência de vazamento. No geral, este estudo oferece orientação técnica prática e valiosa experiência em engenharia para a seleção, projeto e otimização de válvulas esféricas de fechamento de emergência operando sob condições adversas, fornecendo uma referência confiável para aplicações semelhantes nas indústrias de refino e petroquímica.