Una guida pratica e completa
La gestione di liquami o mezzi abrasivi rappresenta una sfida ingegneristica frequente in settoi quali l'estrazione mineraria, la lavorazione dei minerali, il trattamento delle acque reflue, la produzione chimica e la produzione di energia. I liquami, ovvero miscele di solidi sospesi in un liquido, sottopongono le apparecchiature di controllo del flusso a notevoli sollecitazioni meccaniche e chimiche. Di conseguenza, selezionare la valvola giusta è fondamentale per ridurre al minimo l’usura, evitare arresti imprevisti e garantire la sicurezza operativa.
Tra i numerosi tipi di valvole disponibili, la valvola a farfalla è ampiamente riconosciuta per il suo design compatto, il rapporto costo-efficacia e la facilità di funzionamento. Ma lo sono valvole a farfalla veramente adatto per la movimentazione di liquami o mezzi abrasivi? La risposta è sfumata. In determinate condizioni, le valvole a farfalla possono funzionare in modo efficace, ma l'idoneità dipende in larga misura dalla progettazione dell'applicazione, dai materiali delle valvole, dai parametri operativi e dalle pratiche di manutenzione.
Comprendere la sfida dei liquami
I liquami variano enormemente nella composizione. Alcuni sono sottili, contengono particelle fini a basse concentrazioni, mentre altri sono spessi, altamente abrasivi e capaci di erodere le superfici metalliche in brevi periodi di tempo. Le sfide poste dai liquami includono:
- Usura abrasiva : Le particelle solide raschiano, corrodono o scavano le superfici delle valvole, in particolare le sedi e i dischi.
- Erosione-corrosione : Una combinazione di usura meccanica e attacco chimico porta ad una perdita accelerata di materiale.
- Blocco o accumulo : I fanghi ad alta viscosità possono aderire ai componenti della valvola, interferendo con la tenuta e il funzionamento.
- Shock di pressione : Il movimento del liquame può essere turbolento, creando fluttuazioni di pressione che sollecitano i componenti della valvola.
- Difficoltà di sigillatura : I corpi solidi depositati tra le superfici di tenuta possono impedire l'arresto o causare danni alla sede.
Qualsiasi valvola utilizzata nel servizio con liquami deve affrontare questi problemi e questo costituisce il punto di partenza per valutare le valvole a farfalla.
Come funzionano le valvole a farfalla e cosa significa per i liquami
Una valvola a farfalla utilizza un disco rotante per aprire o chiudere il flusso all'interno di una tubazione. Quando il disco gira parallelo al flusso, la valvola è aperta; quando ruotato perpendicolarmente, interrompe il flusso. I principali componenti interni includono:
- Disco
- Sedile (elastomerico o metallico)
- Stelo/albero
- Corpo
Nel servizio con liquami, il disco e la sede sono i componenti più esposti all'usura.
Principali vantaggi delle valvole a farfalla:
- Dimensioni compatte e peso ridotto rispetto alle valvole a saracinesca o a sfera
- Costo inferiore, soprattutto nei diametri maggiori
- Bassa coppia operativa
- Azionamento rapido a un quarto di giro
- Buono per la limitazione in alcuni progetti
Limitazioni principali in ambienti abrasivi:
- Il disco rimane nel percorso del flusso anche quando è completamente aperto, esponendolo a continua usura
- Le sedi elastomeriche possono degradarsi rapidamente in servizio abrasivo
- Le particelle possono depositarsi attorno al bordo del disco, compromettendo la tenuta
- Alcuni modelli sperimentano un'elevata turbolenza attorno al disco, aumentando l'erosione
Queste caratteristiche aiutano a spiegare perché le valvole a farfalla possono essere adatte in alcune applicazioni con liquami ma non in altre.
Quando valvole a farfalla Sono Adatto per liquami o mezzi abrasivi
Nonostante le sfide, le valvole a farfalla possono funzionare bene in particolari condizioni. La loro idoneità generalmente migliora quando il liquame è blando, la valvola viene selezionata attentamente e le condizioni operative sono controllate.
1. Abrasività da bassa a moderata
Se il liquame contiene soprattutto particelle fini (ad esempio, meno di ~100 micron) e queste particelle non sono altamente abrasive, una valvola a farfalla progettata correttamente può funzionare con successo. Gli esempi includono:
- Acque reflue trattate con solidi sospesi
- Liquami chimici con riempitivi non abrasivi
- Liquame di calce nel trattamento delle acque (con materiali appropriati)
In questi casi, il tasso di usura è gestibile e i dischi e le sedi elastomerici o con rivestimento speciale possono garantire una lunga durata.
2. Applicazioni che richiedono valvole di grandi dimensioni a costi inferiori
Le valvole a farfalla sono economiche nelle grandi dimensioni (ad esempio, DN 300 e superiori). Quando si gestiscono liquami a bassa abrasione in tubi di grandi dimensioni, rimangono una scelta popolare grazie al loro ingombro compatto e ai bassi costi di installazione rispetto alle valvole a saracinesca a sfera o a coltello.
3. Requisiti di arresto non critici
Se la valvola non deve fornire chiusura a tenuta di bolle , una certa usura può essere tollerata. Ad esempio:
- Valvole di isolamento nelle linee dei liquami a bassa pressione
- Deviazione del flusso dove sono accettabili perdite minori
- Applicazioni con ridondanza integrata nel sistema
In questi casi, anche se la sede subisce una certa erosione, la valvola può comunque funzionare adeguatamente.
4. Utilizzo di valvole a farfalla ad alte prestazioni o specifiche per liquami
Alcune valvole a farfalla sono progettate specificatamente per fluidi più tenaci. I miglioramenti possono includere:
- Dischi con rivestimento duro (ad esempio, carburo di tungsteno, carburo di cromo)
- Valvole a farfalla ad alte prestazioni con sede metallica
- Design a capocorda o a doppio offset che riducono il contatto e l'usura del sedile
- Sedili sostituibili progettato per applicazioni abrasive
- Porte a filo per eliminare i solidi durante il funzionamento
Queste caratteristiche di progettazione possono migliorare notevolmente la durata nel servizio con liquami, rendendo le valvole a farfalla un'opzione praticabile in ambienti moderatamente abrasivi.
5. Condizioni di bassa velocità o velocità controllata
L'erosione aumenta drammaticamente con la velocità. Se il processo lo consente:
- velocità del flusso inferiore,
- transizioni di flusso fluide e
- turbolenza minima,
una valvola a farfalla potrebbe subire un'usura notevolmente inferiore.
Quando valvole a farfalla Are No Consigliato per liquami o mezzi abrasivi
Anche se le valvole a farfalla possono funzionare in alcune situazioni di liquame, ci sono molti casi in cui non sono ideali e potrebbero addirittura guastarsi prematuramente.
1. Liquami altamente abrasivi
Le applicazioni con particelle grandi, taglienti o dense sono tra le più impegnative:
- Liquame di sabbia
- Residui minerari
- Cenere volante
- Cemento o malta
- Liquami ricchi di minerali
L'impatto continuo di particelle abrasive sul disco e sulla sede spesso porta a una rapida erosione, perdite e ad una breve durata della valvola. In questi ambienti, i tipi di valvole più robusti (come le valvole a ghigliottina o a pinza) tendono a funzionare meglio.
2. Sistemi ad alta velocità o ad alta turbolenza
L'elevata velocità del flusso spinge le particelle contro le superfici della valvola con maggiore forza, accelerando l'erosione. La turbolenza intensifica il problema, soprattutto attorno al bordo anteriore del disco. Se le velocità superano i limiti consigliati per il servizio con liquame, le valvole a farfalla solitamente non sono la scelta migliore.
3. Applicazioni che richiedono un'ottima chiusura durante lunghi intervalli di manutenzione
Se il sistema lo richiede zero perdite or affidabilità di tenuta a lungo termine , le valvole a farfalla in servizio abrasivo possono essere problematiche:
- L'usura delle sedi in elastomero può impedire la chiusura completa
- I dischi rigati o danneggiati interferiscono con la tenuta
- Le particelle incastonate possono compromettere l'integrità del sedile
In questi scenari, le valvole a sfera con sede metallica o le valvole a saracinesca per liquami spesso forniscono una migliore affidabilità.
4. Applicazioni abrasive ad alta pressione
Anche le valvole a farfalla ad alte prestazioni devono affrontare sfide nel servizio abrasivo ad alta pressione. La combinazione di stress meccanico e attacco abrasivo può causare gravi danni. I tipi di valvole alternativi generalmente superano le prestazioni delle valvole a farfalla nelle operazioni con liquami ad alta pressione.
Considerazioni sulla progettazione e sui materiali per le applicazioni con liquami
La scelta della valvola a farfalla giusta per i fluidi abrasivi richiede un'attenzione particolare ai materiali e alla costruzione.
Materiali del disco
- Acciaio inossidabile – Buona resistenza alla corrosione, moderata resistenza all’erosione
- Ferro duttile – Economico ma meno resistente all’usura
- Superfici con rivestimento duro – Il carburo di tungsteno o il carburo di cromo migliorano notevolmente la durata
- Hastelloy o leghe simili – Utilizzato per ambienti con liquami corrosivi
Un disco con rivestimento duro è generalmente consigliato per applicazioni abrasive.
Materiali dei sedili
- EPDM ed elastomeri nitrilici – Buono per ambienti a bassa abrasione
- Sedi in PTFE – Migliore resistenza chimica, moderata tolleranza all’abrasione
- Sedili in metallo – Ideale per servizi ad alta temperatura o abrasivi, ma non a tenuta di bolle
Il sedile è solitamente il componente che si usura più velocemente, quindi la selezione del materiale è fondamentale.
Progettazione della valvola
- Valvole a farfalla a doppio offset (ad alte prestazioni). ridurre l'attrito e l'usura del sedile.
- Valvole a triplo offset forniscono una tenuta metallo-metallo, ma vengono generalmente utilizzati quando è necessaria una chiusura ermetica in un servizio gravoso.
- Design corposi o con alette complete offrono una migliore resistenza strutturale per i processi con liquami impegnativi.
Rivestimenti e fodere
Alcuni servizi di liquame beneficiano di:
- Dischi rivestiti in ceramica
- Corpi rivestiti in gomma
- Anelli del sedile temprati
