La differenza tra valvole criogeniche e valvole non-criogeniche deriva principalmente dalla variazione della temperatura ambientale applicabile. Le valvole criogeniche vengono generalmente utilizzate a temperature di -40 gradi e inferiori, mentre le valvole non-criogeniche vengono impiegate in scenari di temperatura-normale o da media-a-alta (superiore a -10 gradi). Possono essere distinti in modo specifico in termini di materiali, struttura, prestazioni di tenuta, funzionamento e applicazione:
1. Temperatura applicabile e requisiti principali
Valvole criogeniche: Progettato per temperature estremamente basse che vanno da -40 gradi a -270 gradi (ad esempio, azoto liquido a -196 gradi, gas naturale liquefatto a -162 gradi). Il loro requisito principale è mantenere la stabilità strutturale e una tenuta affidabile in condizioni di bassa temperatura, evitando al tempo stesso l'impatto delle basse temperature sulla sicurezza operativa.
Valvole non-criogeniche: Adatto a temperature normali (da -10 gradi a 120 gradi) o da medie-a temperature elevate (oltre 120 gradi), come nei sistemi a vapore e ad olio caldo. Non è necessario considerare problemi come la fragilità del materiale o il ritiro dei componenti causato dalle basse temperature; l'attenzione è invece rivolta a soddisfare i requisiti di resistenza e di tenuta di base alle temperature corrispondenti.
2. Selezione del materiale: la resistenza alla fragilità-alle basse temperature è fondamentale
Le basse temperature possono rendere "fragili" la maggior parte dei materiali (un fenomeno noto come fragilità a bassa-temperatura) e i materiali non-metallici potrebbero indurirsi o rompersi. Pertanto, la selezione del materiale è la differenza fondamentale tra i due tipi di valvole:
Valvole criogeniche:
Corpo/coperchio valvola: sono obbligatori materiali con eccellente tenacità alle basse-temperature. Gli acciai inossidabili austenitici (ad esempio 304, 316) sono preferiti perché mantengono la tenacità anche a -196 gradi senza mostrare fragilità alle basse-temperature. Per temperature estremamente basse (ad esempio, elio liquido a -269 gradi), possono essere utilizzate leghe di titanio o leghe a base di nichel.
Elementi di tenuta: Le guarnizioni non-metalliche devono utilizzare materiali resistenti alle basse-temperature-(ad es. politetrafluoroetilene modificato, O-ring in perfluoroetere) per evitare perdite causate dall'indurimento a bassa-temperatura. Le guarnizioni metalliche, come quelle realizzate in leghe di rame o acciaio inossidabile, compensano il ritiro attraverso il "pre-serraggio a bassa-temperatura-.
Stelo della valvola: L'acciaio inossidabile o l'acciaio inossidabile temprato per precipitazione- viene utilizzato per prevenire deformazioni o fratture alle basse temperature.
Valvole non-criogeniche:
Corpo/coperchio valvola: È possibile utilizzare materiali come ghisa, acciaio fuso (ad esempio WCB) e acciaio al carbonio. Questi materiali sono convenienti-e hanno una resistenza sufficiente a temperature normali o da medie-a-alte, ma diventeranno fragili e si spezzeranno alle basse temperature, rendendoli inadatti per applicazioni a basse-temperature.
Elementi di tenuta: La gomma ordinaria (ad es. gomma nitrilica, EPDM) o il politetrafluoroetilene convenzionale è sufficiente, poiché soddisfano l'elasticità e le prestazioni di tenuta richieste a temperature normali.
Stelo della valvola: Vengono utilizzati acciaio al carbonio, acciaio al cromo-molibdeno, ecc. Negli scenari con temperature da medie-a-alte-, l'enfasi è posta sulla resistenza alle alte-temperature del materiale.
3. Progettazione strutturale: soluzioni mirate per le sfide legate alle basse-temperature
I mezzi a bassa-temperatura possono causare il restringimento dei componenti e la "perdita di freddo" (la vaporizzazione dei mezzi a bassa-temperatura dovuta all'assorbimento di calore) deve essere evitata. Pertanto, la struttura delle valvole criogeniche è più complessa:
Disegni speciali per valvole criogeniche:
Struttura a collo lungo-: Il coperchio è progettato con un collo lungo (100–300 mm di lunghezza) per separare i componenti operativi come volantini e premistoppa dalla zona a bassa-temperatura. Ciò non solo impedisce agli operatori di congelarsi quando entrano in contatto con parti a bassa-temperatura, ma riduce anche il trasferimento di freddo verso l'esterno attraverso lo stelo della valvola (evitando formazione di ghiaccio o formazione di ghiaccio esterna che potrebbe influire sul funzionamento).
Compensazione anti-restringimento: I bulloni di collegamento tra il corpo valvola e il coperchio sono precaricati per evitare allentamenti e perdite della superficie di tenuta causati dal ritiro dei componenti alle basse temperature. Alcune superfici di tenuta sono progettate con "strutture di compensazione elastica" (ad esempio, guarnizioni a soffietto) per compensare gli effetti del ritiro.
Anti-cavitazione e guida al flusso: i liquidi a bassa-temperatura (ad es. GNL) tendono a vaporizzare (evaporazione istantanea) durante la regolazione. Il canale di flusso interno della valvola deve essere liscio per evitare danni da cavitazione alla superficie di tenuta causati dalla turbolenza.
Design anti-statico: L'elettricità statica viene condotta attraverso componenti metallici (ad esempio, molle conduttive tra lo stelo della valvola e il corpo della valvola) per prevenire i rischi causati dall'accumulo statico in mezzi infiammabili ed esplosivi a bassa-temperatura (ad esempio, GNL).
Progetti per valvole non-criogeniche:
Non è necessaria alcuna struttura a collo lungo- e il corpo della valvola può essere collegato direttamente ai componenti operativi.
La sigillatura si basa sul precarico convenzionale dei bulloni, senza necessità di compensazione del ritiro a bassa-temperatura.
Le valvole a temperatura da media-a-alta-possono concentrarsi sulla "tenuta resistente alle alte-temperature-" (ad esempio, utilizzando guarnizioni in grafite metallica) ma non richiedono considerazioni di progettazione per la "perdita di freddo".
4. Prestazioni di tenuta: requisiti più severi per le basse temperature
Valvole criogeniche: La maggior parte dei mezzi criogenici (ad es. GNL, ossigeno liquido) sono infiammabili, esplosivi o tossici. La perdita può causare una rapida espansione del volume a causa della vaporizzazione (ad esempio, il GNL può espandersi 600 volte in volume dopo la perdita), quindi è necessario raggiungere una "perdita zero". Alcune valvole utilizzano "tenute a soffietto" (soffietti metallici tra lo stelo della valvola e il corpo della valvola) per evitare guasti alle tenute a baderna convenzionali alle basse temperature.
Valvole non-criogeniche: I requisiti di tenuta dipendono dal mezzo. Ad esempio, le valvole dell'acqua del rubinetto consentono perdite minime e le valvole del vapore devono ridurre le perdite ma non richiedono "perdite zero". Solitamente utilizzano guarnizioni (ad esempio amianto, grafite) o O-ring ordinari per soddisfare i requisiti.
5. Funzionamento e manutenzione: adattamento agli ambienti-a bassa temperatura
Valvole criogeniche:
I componenti operativi (ad es. volantini, attuatori) sono tenuti lontani dalla zona a bassa-temperatura tramite la struttura a collo lungo-per evitare congelamento e inceppamenti.
È richiesto un regolare "serraggio a freddo": dopo il funzionamento a bassa-temperatura, il restringimento dei componenti può causare l'allentamento dei bulloni, che richiedono un nuovo-serraggio.
È necessario utilizzare lubrificanti per basse-temperature (ad esempio grasso a base di silicone-), poiché l'olio lubrificante normale si solidificherà e si guasterà alle basse temperature.
Valvole non-criogeniche:
Non sono previste limitazioni di funzionamento a bassa-temperatura e per la lubrificazione è possibile utilizzare normale olio o grasso per motori.
La manutenzione si concentra sulla corrosione media-indotta (ad esempio in ambienti acidi-alcalini) o sull'invecchiamento ad alta-temperatura (ad esempio, sostituzione delle guarnizioni in gomma), senza la necessità di affrontare problemi relativi alle basse-temperature-.
6. Scenari applicativi
Valvole criogeniche: utilizzato esclusivamente in sistemi a bassa-temperatura media, come serbatoi e condotte di stoccaggio di GNL, trasporto di azoto liquido/ossigeno liquido e apparecchiature sperimentali aerospaziali a bassa-temperatura.
Valvole non-criogeniche: Copre la maggior parte degli scenari convenzionali, tra cui condutture dell'acqua di rubinetto, sistemi di vapore industriali, trasporto di olio caldo e gasdotti ordinari.
Mercato delle valvole NSV:
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E-email:info@nsvvalve.com
Puyi Road, zona industriale di Sanqiao, Oubei Street, contea di Yongjia, Zhejiang, Cina
