Operacion y mantenimiento de valvulas

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  • 1. Ing. Gustavo Villavicencio P. Página 1OPERACIÓN YMANTENIMIENTO DEVALVULAS1. GENERALLas válvulas son ampliamente utilizadas en los sistemas de transmisión por ductospara interrumpir, desviar o regular el flujo de fluidos. Basada en las funciones deseadas,cualquier cambio en el estado de las válvulas, puede iniciar las mismas de formamanual, automática o una combinación de ambos manual y automática.La forma automática se puede iniciar por una señal desde el control del dispositivoo en su caso la válvula puede automáticamente responder a cambios en la condición delsistema.Las válvulas son unos de los instrumentos de control más esenciales en la industriade hidrocarburos. Debido a su diseño y materiales, las válvulas pueden abrir y cerrar,conectar y desconectar, regular, modular o aislar una enorme serie de líquidos y gases,desde los más simples hasta los más corrosivos o tóxicos. Sus tamaños van desde unafracción de pulgada hasta 30 ft (9 m) o más de diámetro. Pueden trabajar con presionesque van desde el vació hasta más de 20000 lb/in² (140 Mpa) y temperaturas desde lascriogénicas hasta 1500 °F (815 °C). En algunas instalaciones se requiere un selladoabsoluto; en otras, las fugas o escurrimientos no tienen importancia.Los diferentes tipos de válvula que son generalmente usadas en la industria dehidrocarburos, son:• Válvulas de acero fundido• Válvulas de acero forjado• Válvulas de bronce (no aplicados en procesos de gas agrio, usado paraprocesos de equipos de agua para fuego, procesos con agua, etc.)• Válvulas de hierro
  • 2. Ing. Gustavo Villavicencio P. Página 2• Válvulas de tapón lubricadoo Acero fundidoo Acero forjado• Válvulas de alivioo Bronce fundidoo Acero fundido• Válvulas industrialeso Mariposao Bolao Retención• Válvulas de abastecimiento de agua• Válvulas de boca de pozo y API 6A• Válvulas API 6A de ductoso Válvulas de bola con soporte giratorioo Válvulas de sello seguroo Válvulas de sello expandido• Válvulas de controlo Válvulas con actuadoro Válvulas automáticas hidráulicaso Válvulas con control digital electrónicoo Válvulas de alivio de presióno Válvulas de alivio de bombas para contra fuegoo Válvulas de control de presión para sistemas contra fuegoo Válvulas de control de diluvioso Válvulas de diafragma de contención.o Válvulas de control de sobrecarga (turbinas)o Válvulas de control de solenoideso Válvulas de control de flujoo Válvulas de reducción de presióno Válvulas de control de altitudo Válvulas de control de flotadoreso Válvulas de sistemas de combustiblesLa selección adecuada de válvulas, dependerá de ciertos parámetros como: caída depresión, fugas (asiento y sistema), tipo de fluido, requerimientos de actuadores, costo ymantenimiento. En la siguiente tabla, se presenta esquemáticamente los tipos de válvulasfrecuentemente usados en la industria de hidrocarburos (Seiders, 2004).
  • 3. Ing. Gustavo Villavicencio P. Página 3
  • 4. Ing. Gustavo Villavicencio P. Página 42. Estándares y códigos de válvulasA continuación se presenta una lista de estándares y códigos para el diseño,fabricación y selección de los diferentes tipos de válvulas utilizadas en la industria deltransporte de hidrocarburos.API 6D: Specification for pipeline valvesAPI6FA: Specification for fire test for valvesAPI Specification Q1: QualityAPI Recommended Practice 591: User acceptance for refinery valvesAPI 594: Specification for water check valvesAPI 598: Valve inspection and testingAPI 599: Specification for metal plug valves with flanged or butt-welding ends.API 600: Steel gate valves-flanged and butt-welding endsAPI 602: Compact carbon steel gate valvesAPI 605: Specification for large-diameter carbon steel flangesAPI 606: Specification for compact carbon steel gate valves, with extended body valvoletsAPI 607: Valve inspection testAPI 608: Specification for metal ball valves, flanged and butt-welding endsAPI 609: Specification for butterfly valves lug type and water typeAPI PR 621: Reconditioning of metallic gate, globe and check valvesASME/ANSI B16.10: Face-to-face and end-to-end dimensions on valvesASME/ANSI B16.34: Valves-flanged and butt-welded endASME/ANSI B16.5: Pipe flanges and flanged fittings.ASME/ANSI B16.20: Ring-join gaskets and grooves for steel pipe flangesASME/ANSI B16.25: Butt-welded ends.ASME/ANSI B31.4: Liquid petroleum transportation Piping SystemsASME/ANSI B31.8: Gas Transmission and Distribution Piping SystemsBritish Standards Institution BS 1414: Steel wedge gate valvesBritish Standards Institution BS 1868: Steel check valvesBritish Standards Institution BS 1873: Steel globe valvesBritish Standards Institution BS 2080: Dimensional specification for valvesBritish Standards Institution BS 5351: Steel ball valvesBS 5840: Valve mating details for actuator operation, flange dimensions and characteristicsBritish Standards Institution BS 6755 1&2: Testing of valvesISO 5210: Multi-turn valve actuator/attachments-flange dimensions valve actuatorISO 5211: Part-turn valve actuator/attachments-flange dimensions valve actuatorISO 9001: Specifications for QA
  • 5. Ing. Gustavo Villavicencio P. Página 5National Association of Corrosion Engineers NACE standard MR 01.75: Materialrequirements sulfide stress cracking resistant metallic material for oilfield equipment.Manufacturers Standardization Society (MSS) of the valve and fitting industry:MSS SP-6: Contact faces of pipe flangesMSS SP-25: Standard marking system for valves, fittings, flangesMSS SP-25: Standard marking system for valvesMSS SP-55: Quality standard for valves, fittings and flangesMSS SP-61: Pressure testing of steel valvesMSS SP-66: Pressure ratings for steel butt-welding end valvesMSS SP-92: MSS Valve User guideActualmente los estándares de válvulas son documentos dinámicos, que cambian conformecambia la tecnología, las condiciones de mercado y los procedimientos de fabricación.3. DEFINICION Y TIPOS EN APLICACIONES A GASODUCTOS Y/OOLEODUCTOSLas válvulas en gasoductos y/o oleoductos generalmente están referidas como“Dispositivos de emergencia para restricción de flujo” (EFRD) (Emergency FlowRestricting Devices) o válvulas sectorizadas para transporte de hidrocarburos. Estostérminos se hallan definidos en la norma API 1130 (2002).La mayoría de las válvulas constan de una entrada y una salida, un orificio (o asiento) y undisco (tapon, sello, etc.) que sella contra el orificio.4. TIPOS DE VALVULASLos cuatro tipos de válvulas usados en líneas principales de gasoductos y/o oleductos son:• Válvulas de compuerta (Gate valves)• Válvulas de bola (Ball valves)• Válvulas de tapón lubricado (Plug valves)• Válvulas de retención (Check valves)También existen válvulas que son usadas para control, límite y/o alivio de presión y flujo.Las más comúnmente utilizadas en estaciones de compresión, bombeo y medición, quetambién son utilizados en la línea principal, son:• Válvulas de esfera (Globe valve)
  • 6. Ing. Gustavo Villavicencio P. Página 6• Válvulas de alivio (Relief valve)• Válvulas de control (Control valve)Válvulas de aislamiento o sectorizadas:Estas válvulas no son operadas frecuentemente, pero son utilizadas para aislar el ductoprincipal en eventos en los cuales se deben realizar labores de mantenimiento. Estasgeneralmente son válvulas de compuerta de placas y/o válvulas de bola. También sonutilizadas en los by-pass de las estaciones.Válvulas de estaciones de compresión y/o bombeo:Estas válvulas son usadas para aislar un compresor o una bomba en una estación delgasoducto y/o oleoducto, o para controlar el flujo en las trampas de chancho y aislarválvulas de control de presión.Estas son operadas más frecuentemente que las anteriores, y son similares a las descritas enel anterior punto.Válvulas de las unidades compresión y/o bombeo:Son utilizadas para aislar las unidades de compresión y/o bombeo cuando se hallan fuera deservicio y en el arranque de las mismas, garantizado de esta manera el proceso deencendido de las unidades.Normalmente se encuentran en la succión y descarga por unidad Usualmente se utilizan lasválvulas forjadas de bolaVálvulas en estaciones de medición y/o transferencia de custodia:Estas válvulas se hallan localizadas en las estaciones donde el fluido es transferido a losclientes. Generalmente se utilizan válvulas de cierre “bubble-tight” para asegurar que noexistan pérdidas en el volumen del fluido a transportar y/o que se produzca fugasinadvertidas a través de los medidores o en la transferencia de hidrocarburos líquidos queresulten en una contaminación del producto.4.1 VALVULAS DE COMPUERTALas válvulas de compuerta son ampliamente usadas en gasoductos extensos para serviciosde cierre/apertura (on/off). Estas válvulas son solamente operadas para cierre completo oapertura completa y son utilizadas cuando la dirección de flujo no cambia. Estas válvulastienen baja caída de presión como resultado de un puerto abierto y de una resistencia baja alflujo. Las válvulas de compuerta son usadas para aislar otras instalaciones y son de costobajo para operar y de fácil reparación.
  • 7. Ing. Gustavo Villavicencio P. Página 7Las válvulas de compuerta consisten de una pieza plana de metal incluido dentro de uncuerpo adjuntado al operador de la válvula (ver figura adjunta). La válvula de compuerta esde vueltas múltiples, en la cual se cierra el orificio con un disco vertical de cara plana quese desliza en ángulos rectos sobre el asiento.Las válvulas de compuerta no son utilizadas como válvulas de control porque la variaciónde flujo podría dañar los sellos de las mismas.Normalmente, las válvulas de compuerta son usadas en las siguientes situaciones:• En casos de una infrecuente operación• Como válvulas de bloqueo en sitios de válvulas, líneas laterales, válvulas laterales,estaciones de medición y estaciones de bombeo y/o compresión.Ventajas:• Apertura completa• Reparable en línea
  • 8. Ing. Gustavo Villavicencio P. Página 8• Alta capacidad• Cierre hermético• Buenas características de sellado bajo altas presiones diferenciales• Bajo costoDesventajas:• Mucha dificultad para operar bajo altas presiones diferenciales• Tamaños físicos grandes• Produce cavitación con baja caída de presión• No conveniente para estrangular o restringir el flujo. La posición paraestrangulación producirá erosión del asiento y del disco• Susceptible a fugas en el vástago.Inspección y mantenimiento• Inspecciones regulares y mantenimientos programados son llevados a cabo para quelas mismas operen en buenas condiciones.• Las válvulas de compuerta pueden llegar a ser apretadas y duras de funcionar si nocuentan con un mantenimiento apropiado.• La acumulación de líquidos en el cuerpo de la válvula representa particularmente unproblema en gasoductos y la acumulación de sólidos en un problema potencial engasoductos y/o oleoductos.• Para el engrasado de los asientos y vástagos, deben utilizarse grasas específicas paraello en cada periodo de mantenimiento.• Si el cuerpo sangra, se debe soplar abajo, en cada inspección para eliminar unaacumulación de líquidos en el cuerpo de válvula.• No cerrar nunca las llaves a la fuerza con la llave o una palanca.• Abrir las válvulas con lentitud para evitar el choque hidráulico en la tubería.• Cerrar las válvulas con lentitud para ayudar a descargar los sedimentos y mugreatrapados.• Corregir de inmediato las fugas por la empaquetaduraProcedimiento General de Mantenimiento de Válvulas de CompuertaA. Procedimiento General:• Prepare y verifique todas las herramientas a utilizar. Verifique que estéfuncionando el calibrador de alta presión en su bomba de inyeccióncorrectamente.• En caso de gas natural y fluidos con alta presión de vapor, verificar lo siguiente:
  • 9. Ing. Gustavo Villavicencio P. Página 9o Verificar la dirección del vientoo Eliminar todas las fuentes de llama o generación de chispas, incluyendola de vehículos.o Marque las posiciones originales de cada válvula; después delmantenimiento se debe retornar a las posiciones originales en las que seencontraban.• Examine la válvula y determine la ubicación de todos los accesorios de lamisma, confirme que estos accesorios se encuentren seguros.B. Mantenimiento de rutina.• Rellenar el sistema de sellante del asiento con un lubricante/sellante sintéticonormal.• Inyectar el lubricante requerido a baja presión.• Mover la válvula desde su posición de totalmente abierta a totalmente cerrada yluego volver a la posición de totalmente abierta. Este procedimiento debe serrepetido varias veces para separar el sellante y estar seguro que la válvularetorna fácilmente.• Examinar la válvula para encontrar signos de corrosión (oxidación) o algún dañoa la pintura o a la capa.En base al estado de la válvula se puede programar un mantenimiento general después dealgunos años de servicio, el cual incluye limpieza, relubricación, testeo de sellos, cambio departes, etc.4.2 VALVULAS DE BOLAUna válvula de bola, básicamente consiste de una bola con una apertura a través de ella quegira entre dos sellos, cuando el orificio es alineado con la entrada y la salida, la válvula estáabierta. Cuando la bola rota y el lado sólido de la misma son alineados con la entrada y lasalida, la válvula está cerrada.Utiliza un sello esférico que reduce los problemas de des alineamiento. En su posicióntotalmente abierta tiene una caída de presión mínima y están configuradas para cuarto devuelta tanto para hidrocarburos líquidos como gaseosos.Las válvulas de bola son generalmente usadas dentro de edificios o en espacios confinadosporque son más compactas que las válvulas de compuerta. Las válvulas de bola se abren sinreducción en la sección de paso con una vuelta de 90 grados (ver figura adjunta).
  • 10. Ing. Gustavo Villavicencio P. Página 10Estas son generalmente utilizadas como:• Válvulas de purga en líneas de hidrocarburos líquidos.• Válvulas automáticas o manuales en estaciones de medición.• Válvulas de bloqueo en las líneas principales.Las válvulas de bola no son recomendadas para operaciones de aperturas parciales porquese pueden dañar los sellos de las mismas. Son usadas para operaciones con fluidos cuyastemperaturas son menores a 250°F.Ventajas• Apertura completa sin restricciones (válvulas del mismo diámetro del ducto)• De fácil operación con presiones diferenciales altas en relación a las válvulas decompuertas.• De relativo pequeño tamaño físico.
  • 11. Ing. Gustavo Villavicencio P. Página 11• Bajo costo.• Alta capacidad.• Corte bidireccional.• Circulación en línea recta.• Pocas fugas.Desventajas• No se puede reparar en línea• No apto para estrangulación de flujo• Las válvulas de bola son más susceptibles de daño por sólidos que pasen hasta losasientos comparados con las válvulas de compuerta y de tapón lubricado.• Alta torsión para accionarla.• Susceptible al desgaste de sellos o empaquetaduras.• Propensa a la cavitación.Los diferentes diseños de válvulas de bola, incluyen:• Cuerpos soldados versus cuerpos unidos por pernos• Entrada superior versus cuerpo separado• Brida montada versus bola flotante• Auto alivio versus asientos sin alivioPrincipios del sellado:• Dos independientes, con asientos flotantes que permiten sellar en ambas direcciones(“Double block”).• Cuerpo con drenaje o venteo que permite despresurizar el cuerpo de la válvula entrelos asientos (“bleed”)• Primario: Asientos de metal con inserciones de asientos blandos• Secundario: Inyección de sellante• Número y localización de los puertos del sellador dentro de los anillos de asientospor válvula y modelo.• Varios ciclos son necesarios para distribuir el sellador alrededor de los anillos de losasientos.• El sellador debe ser inyectado a baja presión
  • 12. Ing. Gustavo Villavicencio P. Página 12Inspección y MantenimientoLas válvulas de bola son generalmente de sellado-positivo. El mantenimiento para unaválvula de bola incluye una regular lubricación con una apropiada grasa lubricante.Las directrices básicas para el mantenimiento consisten en:• Rotación a 90 grados de apertura a cierre• Cerrar en el sentido de las manecillas de reloj.• Corregir la bola mediante un ajuste/alineación. Esto es fundamental para lograr unbuen sello en el asiento.• Mantenimiento de rutina para extender la vida de la válvula• Realizar el mantenimiento de las válvulas en línea y bajo presión puede serpeligroso, por lo que el personal a intervenir debe estar adecuadamente entrenadopara ello.A. Procedimiento General:• Prepare y verifique todas las herramientas a utilizar. Verifique que estéfuncionando el calibrador de alta presión en su bomba de inyeccióncorrectamente.• En caso de gas natural y fluidos con alta presión de vapor, verificar lo siguiente:o Verificar la dirección del vientoo Eliminar todas las fuentes de llama o generación de chispas, incluyendola de vehículos.o Marque las posiciones originales de cada válvula; después delmantenimiento se debe retornar a las posiciones originales en las que seencontraban.
  • 13. Ing. Gustavo Villavicencio P. Página 13• Examine la válvula y determine la ubicación de todos los accesorios de lamisma, confirme que estos accesorios se encuentren seguros.B. Mantenimiento de rutina• Abrir el sistema de sellado de la válvula• Inyectar la cantidad requerida de lubricante a baja presión hasta llenar el mismo• Realizar el ciclo de apertura a cierre. Es posible que realice esta tarea variasveces hasta estar seguro que el sellador se expande completamente.• Examine en la válvula signos de corrosión o daño en la pintura o la capa.En base al estado de la válvula se puede programar un mantenimiento general despuésde algunos años de servicio, el cual incluye limpieza, relubricación, testeo de sellos,cambio de partes, etc.4.3 Válvulas de tapón lubricado (plug valves)No tienen asiento de ajuste mecánico y operan de acuerdo a la Ley de Pascal por lo quepara un funcionamiento adecuado deben estar bien lubricadas con la presión necesariapara que un sello se produzca adecuadamente y el lubricante permita una apertura ycierre liviano (ver figura adjunta).Las válvulas de tapón lubricado son pequeñas, fáciles y rápidas para operar, son usadascomo:• Válvulas de purga en gasoductos debido a su pequeño tamaño• Válvulas de accionamiento para bloqueo en funcionamiento debido a su fáciloperación.Ventajas• Adecuadas para apertura completa, cierre completo o estrangulación.• Adecuadas para operaciones bajo altas presiones diferenciales.• Más tolerante a la presencia de residuos o partículas en el flujo.
  • 14. Ing. Gustavo Villavicencio P. Página 14Desventajas• Deben ser de menor diámetro que el ducto para permitir estrangulamientos• Mayor costo que las válvulas de bola y de compuerta• Requiere mayor inyección de sellante por ciclo.Inspección y MantenimientoEstas válvulas están equipadas con una tuerca gruesa que al quitarla permite el alojamientode un tarugo de grasa sellante que luego se inyecta enroscando el tapón. Tal maniobra sepuede efectuar con la válvula en operación porque está equipada con una retención que nopermitirá pérdidas. No obstante el servicio de lubricación deberá hacerse con la frecuenciaque el fluido que maneje determine y usando una grasera de alta presión con pico de
  • 15. Ing. Gustavo Villavicencio P. Página 15enganche. En el mejor de los casos, es decir cuando la válvula pasa petróleo liviano conpoco agua, se debe lubricar una vez por año. En la figura adjunta se aprecia claramente laimportancia de la presión que se aplica con la grasera para que la válvula funcione y en lasiguiente figura se observa un corte que permite ver la composición de la parte interior.4.4 Válvulas de Retención (Check Valves)Es una válvula para servicio en una sola dirección. Se abre por el efecto de la acción delfluido y se cierra automáticamente cuando el flujo se detiene o su acción se efectúa en elsentido contrario (ver figura adjunta). La aplicación común de estas válvulas es protegerequipos rotatorios como compresores y turbinas. Existen dos tipos que pueden serutilizadas en líneas principales:• Válvula de doble efecto• Válvula de chapaletasLas válvulas check son normalmente de oscilación horizontal, existen también otros tipos,como ser: válvula de retención de elevación, válvula de retención de doble disco, válvula deretención de pistón y válvula de retención de tobera.Las válvulas de retención tienen una relación de fugas permisibles según el API 598, estasson, normalmente, utilizadas con válvulas de compuerta para permitir la parada de flujo sies requerida. Cuando la check es instalada en un ducto horizontal, la cubierta de la válvuladebe estar para arriba; sin embargo, cuando la válvula es instalada en ángulo, debe serinstalado para el flujo ascendente.Si una válvula check es instalada en un ducto que será mantenida mediante un chancheo, sudiseño necesita ser tal, que permita que los chanchos lo atraviesen, para cierto tipo dechanchos y de herramientas de inspección en línea, la chapaleta debe ser diseñada para quepuede ser bloqueado al abrirse para permitir que el cerdo o la herramienta pase sin provocardaño en las mismas.
  • 16. Ing. Gustavo Villavicencio P. Página 16Los problemas comunes referidos a estas válvulas son:• Fugas tanto en la cubierta como en las juntas: Esto es generalmente debido a lospernos incorrectamente apretados de la cubierta y puede arreglarse mediante elreemplazo de las empaquetaduras o juntas y reinstalación de la cubierta con elesfuerzo de torsión apropiado.• Fugas a través de los asientos: Esto es generalmente debido a que la superficie delasiento se halle gastada o dañada, una bisagra dañada o un disco que no estébastante libre en la bisagra debe alinearse contra el asiento del cuerpo parasolucionar las fugas.4.5 Válvulas globo (globe valves)Una válvula de globo es de vueltas múltiples, en la cual el cierre se logra por medio de undisco o tapón que sierra o corta el paso del fluido en un asiento que suele estar paralelo conla circulación en la tubería.Estas válvulas (ver figura adjunta) son ampliamente utilizadas en la industria dehidrocarburos para operar parcialmente abierto (estrangulamiento). Estas válvulas no sonutilizadas para reducción de flujo, simplemente se aplica para limitar flujos.Las válvulas globo tienen la limitación de uso en sistemas de transmisión de ductos, porqueel cuerpo y diseño de la misma, no permite el paso de chanchos.El asiento y el vástago de las válvulas globo giran 90° al ducto y como consecuencia ladirección del fluido cambia varias veces, incrementando la caída de presión, sin embargo,estas son fáciles de reparar.
  • 17. Ing. Gustavo Villavicencio P. Página 17Ventajas• Estrangulación eficiente con estiramiento o erosión mínimos del disco o asiento.• Carrera corta del disco y pocas vueltas para accionarlas, lo cual reduce el tiempo ydesgaste en el vástago y el bonete.• Control preciso de la circulación.• Disponible con orificios múltiples.Desventajas• Gran caída de presión.• Costo relativo elevado.Inspección y mantenimiento• Hay que abrir ligeramente la válvula para expulsar los cuerpos extraños del asiento.• Apretar la tuerca de la empaquetadura, para corregir de inmediato las fugas por laempaquetadura.4.6 Válvulas de alivio (relief valves)Las válvulas de alivio (ver figura adjunta) son diseñadas para abrirse automáticamente conel objetivo de aliviar la presión de línea cuando esta sobre el límite seguro defuncionamiento y también continuamente regula el flujo del fluido y lo guarda de excederuna presión preestablecida.
  • 18. Ing. Gustavo Villavicencio P. Página 18En un ducto, las válvulas de alivio de presión son instaladas:• En equipos de baja presión o tuberías que estén conectados a un ducto o equipos queoperan a presiones altas.• En tuberías que se hallan aisladas con las válvulas cerradas y en las que laexpansión térmica del fluido provocada por altas temperaturas, puede generarsobrepresiones.• En tuberías que se podrían exponer a fuego en una emergencia.En sistemas de hidrocarburos líquidos, las válvulas de alivio de presión ayudan a garantizarla seguridad del personal y la integridad del equipo por drenaje del líquido adicional a unsistema de colector de aceite, si la presión se acumula en una línea o un recipiente a unpunto más allá de límites permisibles.En sistemas de gas natural, el venteo es generalmente a la atmosfera o a sistemas de bajapresión.De acuerdo con el Código ASME, todos los recipientes de presión, con presión de diseñomayor a 15 psig, deben ser protegidos con un dispositivo para desahogo de presión.Las Normas API 520 y 521 incluyen lineamientos para establecer los regímenes dedesahogo o alivio para diversas causas de sobre presión. También dan un procedimientodefinido para calcular el régimen de desahogo para el caso de incendio, así comoexpresiones para calcular las superficies o área efectiva de descarga del dispositivo. (gas,vapor, líquidos).Los dispositivos de alivio de presión protegen un recipiente contra la sobre presión; pero nolo protegen contra fallas estructurales cuando el recipiente se expone a temperaturasextremadamente altas como durante un fuego. Vea que API recomienda la Práctica 521
  • 19. Ing. Gustavo Villavicencio P. Página 19como información sobre las maneras apropiadas de reducción de presión y restricción de laentrada de calorLos tipos más comunes de válvulas de alivio que se utilizan en la industria del transporte dehidrocarburos son:• Accionado por resorte• Tipo diafragma• Disco de ruptura• Globo ó válvulas checkMedios mecánicos o hidráulicos son usados para mantener la contrapresión para mantenerla válvula cerrada. Si la presión en la línea excede la contrapresión, la válvula se abre parareducir la presión y proteger la integridad del ducto.Las válvulas accionadas por resorte, son válvulas de alivio de presión cargado a resorteque actúan por sí mismas, están diseñadas para abrir a una presión predeterminada yproteger un recipiente o sistema de la presión excesiva, removiendo o descargando elfluido del recipiente o sistema. Estas válvulas están disponibles en tamaños pequeños,comúnmente usados para aplicación como válvulas de alivio térmico. Los elementosbásicos de una válvula de alivio de presión cargado a resorte incluye una entrada de toberaconectada al recipiente o sistema a ser protegido, un disco movible que controla el flujo através de la tobera y un resorte que controla la posición del disco. Bajo condicionesnormales de operación del sistema, la presión a la entrada está por debajo de la presiónajustada y el disco es asentado por la fuerza del resorte en la boquilla previniendo el flujo através de la misma.Las válvulas de alivio tipo diafragma, consisten de un diagrama flexible (tipo tubo) querodea una base dura, ranurada. Alrededor del exterior del diafragma, presión de nitrógenoes normalmente usado para presionar el rubor del diafragma contra la base ranurada.Mientras la presión del líquido en el sistema sea menos que la presión del nitrógeno en eldiafragma, ningún líquido puede escaparse a través de la válvula. Cuando la presión dellíquido excede la presión de nitrógeno en el diafragma, el diafragma flexible es empujadolejos de la base ranurada por el líquido, que atraviesa la base.El Dispositivo de Disco de Ruptura, es un dispositivo de alivio de presión sin re conexiónaccionado por la presión estática - diferencial entre la entrada y salida del dispositivo ydiseñada para funcionar por el estallido del disco de ruptura. Tal dispositivo incluye undisco de ruptura y un soporte o sujetador del disco de ruptura.
  • 20. Ing. Gustavo Villavicencio P. Página 20El set point de todas las válvulas de alivio de presión es normalmente seteado a la máximapresión de operación (MOP) de los ductos o equipos. Estos set point son calculadostomando en cuenta la MOP, se añade de un 5 a 8% mas, dependiendo de los códigosutilizados en la válvula de alivio de presión.El mantenimiento de válvulas de alivio incluye monitoreo y verificación de la operación dela misma, si esta se acciona cuando pasa el límite seteado y luego se cierra cuando elsistema se normaliza.4.6.1 Dimensionamiento De Válvulas De Alivio Aplicados A Estaciones DeControl (para gasoductos).El dimensionamiento de válvulas de alivio (Hughes 2004, GPSA 1972) depende deque si el flujo de gas tiene un comportamiento sónico o subsónico.Bajo las condiciones sónicas, el flujo de gas (viaja a la velocidad del sonido) ocurrecuando la relación de la presión aguas arriba, P1 a la presión aguas abajo, P2 esmayor a 2. Cuando el flujo llega a ser sónico, la velocidad sigue siendo constante yninguna disminución de P2 aumentará la relación de flujo.Para encontrar el área de orificio para flujo sónico (P2/P1 > 2), según el API RP520,Part 1, Section 3.3:A = W sqr(TZ)/CKP1 sqr(M)Para encontrar el área para flujo subsónico (P1/P2 <=2):A = Q sqr(GT)/863KF sqr((P1-P2)P2)Donde:A = Area de descarga de la válvula (in2)C = constante del gas (=344 para gas natural)F=Factor de corrección (rerido a la figura 5.13 GPSA 1972)G=Gravedad específicaK=Coeficiente de descarga (del proveedor)M=Peso molecular del fluido (=17.4 para gas natural, SG=0.6)T=Temperatura del vapor de ingreso (°R)
  • 21. Ing. Gustavo Villavicencio P. Página 21P1=Presión de ingreso (psia; set pressure + overpressure + Patm)P2=Presión de salida (psia; backpressure + Patm)Q=Flujo volumétrico a través de la válvula (scfm)W=Flujo másico a través de la válvula (lb/hr)Z=Factor de compresibilidad.5. OPERADORES DE VALVULAS (ACTUADORES)Son dispositivos que convierten la energía manual, hidráulica, neumática o eléctrica enmovimiento mecánico para abrir o cerrar válvulas.Existen, en forma general, dos tipos de actuadores:• Actuadores manuales/volante de mano• Actuadores de potencia.La elección se basa en el esfuerzo de torsión requerido y de acuerdo a los requisitos deoperación y mantenimiento requeridos. Los actuadores de válvulas de potencia tienenmayor fuerza de torsión y requieren de mayor mantenimiento que las manuales.5.1 Actuadores manuales/volante de manoEstos actuadores pueden ser de: brazo de palanca (paraválvulas de bola y válvulas de compuerta), volantes dedirección rectos, operadores de engranaje cónico,operadores de rueda dentada de tornillo sin fin yoperadores de engranaje compuesto.El tipo, el arreglo de engranajes y el diámetro de brazo sondeterminados por la fuerza que se necesita para operar laválvulaEl único mantenimiento que necesita es mantener lapalanca y los engranajes lubricados.
  • 22. Ing. Gustavo Villavicencio P. Página 225.2 Actuadores de potenciaEn la industria de transporte de hidrocarburos, generalmente se usan los siguientes tipos deactuadores de potencia:• Actuador de paletas rotatorias (para válvulas de bola o de tapón)• Actuador lineal (para válvulas de compuerta)• Actuador de pistón rotatorio (para válvulas tapón o válvulas de bola)• Actuador de motor eléctrico (comúnmente usados en ductos de hidrocarburoslíquidos).La energía requerida para los tres primeros actuadores (frecuentemente utilizados en líneasde gas natural) puede proveer de la presión de línea, de la presión de gas almacenada o deun sistema hidráulico central. La presión de gas, que utilizan los actuadores solo lo usancuando el sistema ha sido activado. Cuando estos actuadores no se hallan en uso, el gasautomáticamente es venteado a la atmosfera.Estos actuadores pueden ser operados en forma manual por medio de una bomba de manohidráulica. Puede ser observado que algunos diseños de los actuadores de potencia incluyenun volante de dirección y un embrague engranado para la operación de válvula manual.Los mantenimientos programados en estos actuadores, deben realizarse por lo menos dosveces al año, consistente en:• Verificación y llenado de los niveles de aceite para operación completa• Verificación de los tanques de gas hidráulico para determinar si existe presencia deagua (condensación).• Verificación y limpieza de la fuente de energía y venteo de filtros para asegurar queno existe ninguna restricción en la operación del actuador.
  • 23. Ing. Gustavo Villavicencio P. Página 23• Verificación de la bomba manual para verificar fugas y para asegurar que opera enbuenas condiciones (no esponjoso, sin escape de aceite), reparar si es necesario.Verificar y reajustar los pulsadores de emergencia de acuerdo al requerimiento delsistema de control de gasoducto.