Diseño estructural de válvulas mariposa para unidades de recuperación de azufre

Resumen: Las válvulas son componentes esenciales de control de fluidos en plantas químicas y juegan un papel crítico en el funcionamiento general del sistema. Para adaptarse a condiciones operativas específicas puede mejorar en gran medida la eficiencia operativa y prolongar la vida útil. Este artículo ofrece una visión general concisa de las características operativas de las válvulas en unidades de recuperación de azufre, centrándose en las válvulas de recuperación de gas de cola, y discute sistemáticamente la selección del tipo de válvula, el diseño estructural y la selección de materiales para componentes críticos. El artículo analiza el principio de funcionamiento, los cálculos del diseño del cuerpo de la válvula, la verificación del diseño del vástago de la válvula y la validación del diseño de trazado de vapor. El documento también presenta experiencia práctica en el diseño de válvulas de mariposa para unidades de recuperación de azufre y enfatiza las consideraciones clave de diseño para estas condiciones operativas. Esta discusión proporciona una referencia valiosa para el desarrollo y diseño de válvulas en condiciones operativas similares o comparables.

La recuperación de azufre comúnmente utiliza el proceso Claus para extraer azufre de las corrientes de gas ácido que contienen sulfuro de hidrógeno. En este proceso, aproximadamente un tercio del sulfuro de hidrógeno se convierte en dióxido de azufre a través de la combustión, seguido de la recuperación de azufre a través de reacciones catalíticas y condensación. Cuando el medio del proceso fluye a través de una válvula, puede ocurrir condensación y acumulación interna, lo que puede llevar a problemas como fugas internas, dificultad en la operación o incluso falla de la válvula, afectando así el rendimiento general de la unidad. Por lo tanto, las válvulas utilizadas en las unidades de recuperación de azufre deben diseñarse para abordar la pérdida de calor interna, la solidificación media, la corrosión interna y los requisitos críticos de cierre. Basado en este contexto y los desarrollos recientes de la industria, este documento proporciona una descripción concisa del diseño estructural de una válvula de mariposa triple excéntrica con una camisa aislada, tal como se aplica en las unidades de recuperación de azufre. Ofrece orientación de diseño para estructuras de válvulas en condiciones operativas similares en otras unidades de recuperación de azufre, utilizando como referencia una unidad de recuperación de azufre típica de una empresa química doméstica, con los parámetros operativos relevantes mostrados en la Tabla 1.

La válvula de mariposa con camisa triple excéntrica comprende un cuerpo de válvula de mariposa triple excéntrica integrado con un sistema de camisa externa. El cuerpo de la válvula cuenta con un par de sellado triple excéntrico que regula el corte medio y controla el flujo dentro del canal. El sistema de camisa comprende una capa de acero que rodea el contorno exterior del canal de flujo del cuerpo de la válvula, formando un espacio separado independiente del medio de proceso, con puertos externos colocados estratégicamente en la camisa. Durante el funcionamiento, un medio, como vapor o aceite, se introduce a través de un puerto y sale por otro, creando una circulación continua dentro del sistema de camisa. Esta configuración transfiere el calor de la pared del cuerpo de la válvula al medio de proceso, asegurando que la temperatura media permanezca dentro del rango requerido. La figura 1 ilustra la aplicación de campo de la válvula. La válvula de mariposa triple excéntrica aprovecha técnicas de fabricación bien establecidas y ofrece una producción rentable. Su funcionamiento sin fricción y el sellado asistido por torsión aseguran un rendimiento confiable del asiento de la válvula y una vida útil prolongada, mientras que la chaqueta completamente aislada calentada por vapor proporciona un calentamiento uniforme del fluido, evitando la solidificación o cristalización del medio. Los componentes estructurales primarios de la válvula de mariposa con aislamiento triple excéntrico se muestran en la Figura 2.

Tabla 1 Parámetros de funcionamiento

Figura 1 Válvula de mariposa encamisada con aislamiento excéntrico triple

Para reducir el impacto de las impurezas en la longevidad de la válvula, se instala un sello del eje en la parte inferior del rodamiento, empleando materiales como grafito flexible o anillos de sellado con resorte. Para aplicaciones específicas, se puede agregar un dispositivo de lavado para proporcionar una protección mejorada para componentes ajustados, como cojinetes, extendiendo así la vida útil de la válvula.

Figura 4 Esquema de la chaqueta y el espacio del cojinete

Figura 5 Mapa de Nube de Distribución de Temperatura de Mg

Tabla 2 Cotas de la brida antes y después del cambio de diámetro

Figura 6 Análisis de la fuerza de la tensión del cuerpo de la válvula

Este documento utiliza la operación de recalentamiento de gas de cola a gas de cola de una unidad de recuperación de azufre Claus como un estudio de caso para resumir el diseño estructural y las características operativas de una válvula de mariposa con camisa aislada de triple excéntrica. Presenta los valores de diseño para el grosor de la pared del cuerpo de la válvula, las dimensiones de la conexión de la brida, los principios de movimiento triple excéntrico y los parámetros de excentricidad, con especial énfasis en el diseño del sistema con camisa. Se pueden extraer las siguientes conclusiones:

• Para parámetros de diseño con estándares establecidos, como el grosor de la pared del cuerpo de la válvula, las dimensiones de la conexión de la brida y el espaciado de la brida, estos estándares deben seguirse estrictamente, mientras que las consideraciones prácticas también deben tenerse en cuenta durante la implementación.
• Entre los factores que afectan a los parámetros triple-excéntricos, su importancia relativa varía. Para minimizar el par de operación, la segunda excentricidad debe mantenerse lo más pequeña posible, mientras se asegura que la resistencia del vástago de la válvula siga siendo la prioridad de diseño principal. Los cambios en el diámetro de la válvula reducen la rigidez de la brida, por lo que es necesario agregar placas de refuerzo para mejorar la rigidez. El diseño de la chaqueta debe considerar el flujo medio, la circulación, la colocación de los rodamientos y la resistencia estructural, mientras que las características auxiliares deben implementarse para proteger los rodamientos y evitar el atasco.
• A medida que aumenta la conciencia ambiental global y crece la demanda de conservación de energía y reducción de emisiones, los sistemas de recuperación de gases de escape se implementan cada vez más, particularmente para el tratamiento de gases que contienen azufre, donde los requisitos del proceso son cada vez más avanzados. En consecuencia, la demanda de válvulas adecuadas para tales condiciones de operación está aumentando, y este estudio proporciona una referencia valiosa para diseñar válvulas en entornos de servicio similares o comparables.