Valvole UPVC e CPVC: migliore controllo del flusso nelle linee di lavorazione chimica

Il primo segno che una linea chimica sta perdendo il controllo è raramente la rottura di un tubo. È una valvola che gira ancora ma non chiude più, o una maniglia che ora ha bisogno di due mani per muoversi.

Su una linea di trasferimento di acido cloridrico a 55 °C, una valvola a sfera in acciaio al carbonio può forarsi in pochi mesi e il rivestimento in acciaio inossidabile 316L inizia a perdere la geometria della sede poiché i cloruri attaccano il corpo e l'area dello stelo. Ognuna di queste modifiche interrompe il collegamento tra la posizione della maniglia e il flusso effettivo. Questa è la definizione operativa di perdita di controllo del flusso.

I corpi delle valvole PVC (polivinilcloruro non plastificato) e CPVC (polivinilcloruro clorurato) rimuovono completamente il percorso di corrosione. Entrambi sono materiali termoplastici senza meccanismo di corrosione elettrochimica, quindi un corpo correttamente dimensionato per il fluido mantiene il suo alesaggio, la sua sede e la sua coppia operativa. Ciò che non eliminano è la necessità di adattare il materiale, la temperatura, la pressione e il tipo di valvola al compito da svolgere.

Dove i corpi valvola in metallo perdono il controllo del flusso

Una valvola metallica smette di controllare il flusso molto prima che si verifichi una perdita, perché la corrosione altera la sede, la coppia dello stelo e il foro effettivo mentre il corpo è ancora strutturalmente intatto.

Gli acciai inossidabili austenitici come il 316L dipendono da uno strato passivo di ossido di cromo. Gli ioni cloruro rompono lo strato localmente, producendo vaiolatura e, in una gamma di combinazioni di servizio superiori a circa 60 °C, fessurazioni da tensocorrosione da cloruro. I casi classici sono l'acido cloridrico, le linee di dosaggio dell'ipoclorito e la salamoia ricca di cloruro. Il declino non è lineare: una valvola può superare il test di tenuta al momento della messa in servizio e non riuscire a mantenere la pressione statica diciotto mesi dopo.

La risposta ingegneristica standard è una lega superiore, spesso a base di nichel o titanio. Ciò risolve il problema della corrosione e ne crea tre nuovi: multipli del costo di capitale dell’alternativa termoplastica, lunghi tempi di consegna per le fusioni e una coppia galvanica ovunque il corpo in lega incontra le tubazioni in acciaio al carbonio.

I corpi termoplastici cambiano il quadro in tre modi importanti per il controllo:

• Nessuna corrosione elettrochimica, quindi il diametro del foro e la geometria della sede rimangono quelli prodotti.
• Nessuna coppia galvanica con tubazioni in acciaio, quindi nessun attacco accelerato sulla faccia della flangia.
• Un foro liscio, tipicamente valutato a circa 0,0015 mm di rugosità assoluta per il PVC, che resiste all'accumulo di incrostazioni e biofilm che restringe il percorso del flusso.

UPVC o CPVC: decide la linea della temperatura

L'UPVC è adatto al servizio continuo fino a circa 60 °C, mentre il CPVC estende tale limite fino a circa 93 °C con una pressione nominale ridotta.

Entrambi i materiali sono a base di PVC. Il CPVC viene prodotto mediante post-clorazione della resina PVC, che aumenta il contenuto di cloro da circa il 57% in peso a circa il 67%. Il cloro aggiuntivo aumenta le temperature di transizione vetrosa e di deflessione del calore, motivo per cui un corpo in CPVC mantiene la sua forma e il carico sulla sede a temperature alle quali un corpo in UPVC inizierebbe ad ammorbidirsi e a strisciare.

I due materiali si sovrappongono fortemente in termini di resistenza chimica. Entrambi i sistemi gestiscono concentrazioni diluite e moderate di acido solforico, cloridrico e fosforico. Il CPVC estende l'intervallo accettabile a temperature elevate e offre un margine maggiore contro i mezzi ossidanti come l'ipoclorito di sodio. Laddove il processo rimane al di sotto dei 60°C e ci sono regole di budget, l’UPVC rimane l’organismo più economico.

La profondità del confronto è importante nella fase di selezione; un dettagliato confronto dei materiali delle valvole UPVC e CPVC vale la pena leggerlo prima che le specifiche vengano congelate.

Quale tipo di valvola offre il controllo di cui hai bisogno

Adatta il tipo di valvola al compito: valvole a sfera per una chiusura ermetica, valvole a farfalla per un isolamento di grande diametro, valvole a membrana per servizi sporchi o di strozzamento e valvole di ritegno per la protezione dal riflusso.

Valvole a sfera: intercettazione e portata

Una valvola a sfera a un quarto di giro offre una chiusura a tenuta di bolle con la caduta di pressione più bassa di qualsiasi tipo di isolamento, poiché il foro a passaggio completo corrisponde al diametro interno del tubo. Poiché l'area del flusso è proporzionale al quadrato del foro, un corpo a passaggio completo lascia passare circa il doppio del flusso di un corpo a passaggio standard della stessa dimensione nominale con la stessa caduta di pressione. Questa capacità è un vantaggio di chiusura, non di strozzamento: una sfera parzialmente aperta deposita le particelle abrasive contro la guarnizione e favorisce danni da cavitazione.

Valvola a sfera industriale SCH80/DIN UPVC/CPVC Tipo I Valvola a sfera a un quarto di giro con bassa resistenza ai fluidi e tenuta senza perdite, disponibile in DN15–DN100 per tubazioni chimiche, di trattamento dell'acqua e HVAC. Visualizza il prodotto →

Valvole a farfalla: diametro ampio e ingombro ridotto

Al di sopra di circa DN100, una valvola a farfalla è la scelta economica di isolamento. Il disco si trova sempre nel percorso del flusso, quindi è prevista una caduta di pressione permanente e il bordo del disco diventa un punto di erosione nel servizio con liquame. I corpi wafer e aletta risparmiano spazio; gli operatori ad ingranaggi offrono un vantaggio meccanico che una leva non può avere su un disco da 10 pollici.

Valvola a farfalla a ingranaggi UPVC/CPVC per condotte di grandi dimensioni Valvola a farfalla UPVC/CPVC con azionamento a ingranaggi in DN160–DN400, adatta al trattamento dell'acqua, alla lavorazione chimica e alle linee HVAC in cui valvole di isolamento più grandi necessitano di una tenuta affidabile. Visualizza il prodotto →

Valvole a membrana: il meccanismo rimane asciutto

Una valvola a diaframma del tipo a stramazzo mantiene le parti operative fuori dal fluido, il che la rende la scelta predefinita per fanghi, soluzioni cristallizzanti e linee di dosaggio che necessitano di un'apertura parziale. Il diaframma è una parte soggetta ad usura con un intervallo di sostituzione definito e il profilo dello stramazzo limita la capacità rispetto a una valvola a sfera della stessa dimensione.

Valvola a membrana flangiata SCH80/DIN UPVC/CPVC Valvola a membrana flangiata UPVC/CPVC per liquidi e gas corrosivi, disponibile DN25–DN125 con funzionamento manuale o pneumatico e opzioni flangia DIN/ANSI/JIS. Visualizza il prodotto →

Valvole di ritegno: proteggono il resto del circuito

Un controllo della palla si adatta alle corse verticali e alle linee a basso flusso dove un controllo dello swing vibrerebbe; un controllo a battente offre una caduta di pressione inferiore su linee orizzontali più grandi. Posizionarlo a valle dello scarico della pompa e a monte di qualsiasi punto di iniezione di dosaggio, in modo che il riflusso non possa contaminare lo skid di dosaggio.

Il declassamento trasforma una valutazione principale in un limite operativo

Una valvola termoplastica con valore nominale di 150 psi a 23 °C può mantenerne ben meno della metà a 80 °C, quindi il grafico pressione-temperatura, non il numero principale, definisce il limite di funzionamento reale.

I materiali termoplastici strisciano sotto carico sostenuto e lo stress ammissibile diminuisce con l'aumentare della temperatura. La norma ISO 15493 stabilisce in che modo i componenti delle tubazioni in PVC-U, PVC-C e ABS vengono declassati in base alla temperatura nelle applicazioni industriali e i produttori pubblicano grafici pressione-temperatura basati su tale logica. Il valore di pressione stampato più grande su una scheda tecnica è il valore di 23 °C.

I fattori di cui sopra sono stime tecniche indicative per il confronto, non una valutazione del produttore. Aggiungere un margine di sovratensione oltre al valore declassato: la prevalenza di arresto della pompa più l'aumento transitorio dovuto alla chiusura rapida della valvola è il numero rispetto al quale progettare, e una valvola a sfera azionata da solenoide che si chiude in meno di un secondo genera un picco maggiore rispetto a una farfalla azionata da ingranaggi.

Dettagli sulle dimensioni e sull'interfaccia che determinano se la valvola si adatta

Una valvola che soddisfa il valore nominale di pressione ma non la foratura della flangia o la dimensione faccia a faccia non verrà installata, quindi i dettagli DIN e ANSI appartengono alla richiesta piuttosto che al sito.

Le flange ANSI B16.5 Classe 150 e DIN PN10 o PN16 condividono il numero di bulloni su alcune dimensioni e differiscono su altre, e il cerchio del bullone e il diametro del foro raramente corrispondono esattamente. Le valvole termoplastiche vengono offerte forate secondo entrambi i modelli, quindi il disegno deve indicare quale. Lo stesso vale per lo spessore della parete: un'estremità della valvola ASTM Schedula 80 non corrisponde a un'estremità del tubo della serie metrica DIN, anche quando il diametro nominale concorda.

Per il servizio di strozzamento, una regola operativa è quella di dimensionare in modo che il flusso normale sia compreso tra il 20 e l'80% della capacità della valvola, mantenendo l'otturatore o il diaframma lontano da entrambe le estremità della sua corsa. Per il servizio di isolamento, dimensionare in base alla velocità della linea e controllare la caduta di pressione risultante al flusso di progetto.

Infine, la cura congiunta. I giunti cementati con solvente sono regolati dalla norma ASTM D2855 e i tempi di polimerizzazione variano in base al diametro del tubo e alla temperatura ambiente. Un giunto da 2 pollici richiede ore, non minuti, prima del test di pressione; testare un giunto verde è la causa più comune di una flangia piangente che viene attribuita alla valvola.

Cosa verificare prima di rilasciare un ordine di acquisto di Valve

Sei documenti e dettagli determinano se un ordine di valvole termoplastiche procede senza sorprese.

• Grafico pressione-temperatura per l'esatto composto del corpo, sede e elastomero della membrana.
• Classe di celle composte secondo ASTM D1784, come 23447 per PVC clorurato e 12454 per PVC non plastificato, citata sul certificato.
• Standard di foratura della flangia e dimensione faccia a faccia dichiarata nel disegno, non implicita.
• La coppia dell'attuatore è indicata con un margine alla massima temperatura operativa, poiché la richiesta di coppia aumenta man mano che le guarnizioni si irrigidiscono.
• Registrazioni dei test su guscio e sede, oltre all'elenco NSF/ANSI 61 in cui la linea trasporta acqua potabile o di processo.
• Membrane, sedi e O-ring di ricambio specificati in base al materiale, con un intervallo di sostituzione dichiarato.

Le classificazioni delle valvole per componenti speciali ingegnerizzati nei sistemi in PVC e CPVC sono coperte da ASTM F1970, che è la specifica da citare quando un acquirente ha bisogno di una base di classificazione oltre una pagina di catalogo. ZHEYI Pipeline (Wuhan) Co., Ltd. dichiara una produzione certificata ISO 9001 in due centri di produzione e fornisce valvole UPVC e CPVC forate secondo modelli DIN o ANSI per progetti chimici, litio e di trattamento delle acque; la gamma di prodotti del produttore elenca corpi a sfera, a farfalla, a membrana e di ritegno con opzioni di attuazione pneumatica ed elettrica.

Pratiche di installazione e attuazione che mantengono il controllo

Cinque pratiche sul campo preservano le prestazioni di flusso per le quali è stata selezionata la valvola.

1. Supportare la valvola in modo indipendente. Un corpo termoplastico non è un supporto per tubi e si deformerà sotto carichi di campata non supportati.
2. Allineare le flange prima di serrarle, quindi serrare i bulloni secondo uno schema incrociato secondo la figura del produttore della guarnizione. Una coppia eccessiva schiaccia la faccia della guarnizione e distorce il corpo.
3. Polimerizzare completamente i giunti cementati con solvente secondo ASTM D2855 prima di qualsiasi test di pressione e non utilizzare mai la valvola per mettere in posizione un tubo disallineato.
4. Azionare gli attuatori pneumatici ed elettrici attraverso l'intera gamma alla temperatura di esercizio e impostare i limiti di apertura e chiusura sull'attuatore, non sulla leva.
5. Mantenere un filtro a Y o un filtro a cestello a monte davanti a ogni diaframma e valvola di ritegno e pulirlo a intervalli fissi anziché in caso di guasto.

Risposte dirette alle domande che decidono l'ordine

Le valvole UPVC e CPVC offrono la stessa capacità di flusso?

SÌ. A parità di dimensione nominale e stile di porta, una valvola UPVC e una valvola CPVC di identica geometria hanno lo stesso foro e lo stesso coefficiente di flusso. La differenza è la capacità di temperatura e la pressione consentita a quella temperatura, non la capacità a 23 °C.

A quale temperatura un processo dovrebbe passare da UPVC a CPVC?

Pianificare il passaggio a 60 °C. Al di sopra di tale linea, la pressione consentita dell'UPVC diminuisce drasticamente mentre il CPVC mantiene un margine utile fino a circa 93 °C, a condizione che la pressione venga ridotta secondo il grafico pressione-temperatura del produttore.

È possibile utilizzare una valvola a sfera CPVC per la strozzatura?

Solo brevemente e con una bassa pressione differenziale. Una sfera parzialmente aperta espone la sede ad un'usura accelerata e, in servizio di cavitazione, all'erosione della superficie della sfera. Per la strozzatura continua, utilizzare una valvola a membrana o una valvola di controllo caratterizzata, dimensionata in modo che il flusso normale sia compreso tra il 20 e l'80% della capacità.

Quale standard supporta la valutazione della pressione della valvola CPVC?

La norma ISO 15493 definisce il quadro di declassamento per i componenti di tubazioni industriali in PVC-C e la ASTM F1970 copre le valvole ingegnerizzate speciali nei sistemi in PVC e CPVC. Il documento vincolante per un acquisto specifico rimane la tabella pressione-temperatura del produttore per quella combinazione di carrozzeria e sedile.