Com a introdução de novos materiais e a evolução do projeto de válvulas ao longo dos anos, os dias em que os operadores de manuseio de fluidos eram limitados pelo número de tipos de válvulas disponíveis para controlar o processo já não existem mais. Esses avanços, além de padrões mais rigorosos de emissões fugitivas, uma preocupação reforçada com a saúde e a segurança do pessoal da fábrica e o desejo das operadoras de obter um custo total de propriedade mais baixo fizeram da seleção de válvulas uma ciência. Uma das aplicações em que essa ciência deve ser colocada em prática são as fábricas de cloro e álcalis.
As características das válvulas disponíveis para usinas de cloro e álcalis foram personalizadas para solucionar alguns dos problemas mais difíceis que a indústria enfrenta. Os operadores de hoje devem entender os pontos fortes de cada tipo de válvula para selecionar a certa para diferentes partes do processo.
Em uma planta de cloro e álcalis, ocorrem quatro fases principais: preparação de salmoura, processamento de cloro, soda cáustica e produção de hidrogênio. Cada um deles apresenta seus próprios desafios, assim como outras considerações a jusante com o cloro e álcalis, incluindo o tratamento com ácido clorídrico e com a síntese de hipoclorito de sódio.
Cada uma das quatro fases requer válvulas e materiais específicos.
A gama de tipos de válvulas criados para uso em fábricas de cloro e álcalis é ampla: válvulas de diafragma, válvulas de encaixe, válvulas revestidas (borboleta, esfera, retenção e bujão) e válvulas globo com vedação de fole, para citar apenas algumas.
Todas essas válvulas enfrentam problemas com emissões fugitivas, que podem ser causadas por sistemas de vedação insuficientes, ciclagem térmica e corrosão de componentes de válvulas molhadas, especialmente no caso de combinações de mídia / revestimento inadequadas. O vazamento a jusante, outro problema comum, pode resultar de corrosão interna, danos por abrasão de assentos, descamação e desgaste da sede ao longo do tempo. As válvulas usadas no cloro-álcali devem ter características e benefícios que possam lidar com esses problemas.
DESAFIOS NAS FASES
Figura 1. Válvulas borboleta de alto desempenho no campo Apreparação de salmoura é afetada por meios corrosivos e erosivos. Abrasão ocorre a partir de partículas sólidas e acúmulo de sal, e a escala pode ocorrer. A salmoura em si, uma mistura de água e sal cru, é muito corrosiva e tem uma alta concentração de íons.
Devido à alta sensibilidade das membranas e diafragmas nas células eletrolíticas usadas neste processo, a solução de salmoura para essas células deve ser purificada, um processo que envolve várias etapas, incluindo tratamento, filtração e troca iônica. Em partes do processo em que os sólidos estão presentes, a abrasão é um problema. As válvulas de diafragma com diafragma perfluoroalcoxi (PFA) com um diafragma de politetrafluoroetileno (PTFE) são frequentemente utilizadas. As válvulas borboleta revestidas com PFA também são uma escolha popular no processo de preparação de salmoura, e válvulas esféricas e de encaixe revestidas com PFA são algumas vezes usadas, particularmente após a filtragem quando os sólidos são removidos da mídia.
O cloro é o principal produto de uma planta de cloro e álcalis. Este cloro deve ser resfriado, seco, comprimido e liquefeito para armazenamento ou transporte, ou enviado para processos posteriores. A seção de processamento de cloro da operação ocorre depois que o gás cloro é gerado no eletrolisador. Os problemas mais comuns encontrados no processamento de cloro são as emissões fugitivas e os meios corrosivos. O cloro úmido que vem diretamente do eletrolisador é altamente corrosivo e tóxico. Uma escolha freqüente de válvulas aqui é uma válvula borboleta de alto desempenho (Figuras 1 e 4), uma válvula macho de serviço severo em um material como o Monel (Figura 3) ou uma válvula de emissão zero, como uma válvula globo fole-selada. O cloro úmido é seco usando ácido sulfúrico concentrado (H 2 SO 4). Válvulas de esfera ou plugue revestidas são freqüentemente usadas para lidar com a natureza altamente corrosiva do H 2 SO 4 .
Figura 3 (esquerda). Válvula macho de sede macia; Figura 4 (direita). Válvulas borboleta de alto desempenho
Outro subproduto importante do processo de cloro e álcalis é a soda cáustica, tipicamente o hidróxido de sódio. Dependendo da tecnologia em uso na célula eletrolítica, a soda cáustica produzida está em diferentes concentrações com diferentes níveis de contaminação por sal. Isso coloca desafios na seleção da válvula porque a mídia é corrosiva, mas também pode conter sólidos, especialmente após a evaporação para concentrar o produto. À medida que a concentração aumenta, o sal pode sair da solução (precipitado) e ter efeitos de escala. Por esta razão, uma válvula de encaixe em liga de níquel é muitas vezes uma escolha (Figura 3). A ausência de cavidades do corpo neste tipo de válvula impede o acúmulo de fluidos, o que pode resultar em danos à superfície de vedação. Válvulas com lábios de 360 ​​graus protegerão a luva de qualquer abrasão também. Em aplicações cáusticas com baixo teor de sal,
O gás hidrogênio é outro subproduto produzido no processo de cloro e álcalis. Por causa de razões estequiométricas desfavoráveis ​​(a relação exata entre ar e gás ou vapor inflamável no qual a combustão completa ocorre) e um baixo peso molecular, o hidrogênio não é produzido em quantidades que tipicamente o tornam um derivado comercialmente atrativo. Ainda assim, o hidrogênio produzido pode ser queimado como combustível ou é freqüentemente queimado com cloro para produzir ácido clorídrico para uso na planta.
As dificuldades apresentadas pela produção de hidrogênio incluem lidar com as altas pressões necessárias para o armazenamento e a necessidade de selecionar um material que possa evitar a fragilização por hidrogênio. As válvulas borboleta de alto desempenho (HPBVs) são uma escolha freqüente para uso na produção de hidrogênio.
A VÁLVULA DIRETA
As válvulas de diafragma (Figura 2) são frequentemente usadas em aplicações de cloro e álcalis, porque apenas duas partes da válvula entram em contato com o meio da linha, permitindo que ele resista à corrosão e à abrasão. O diafragma isola as partes de trabalho da válvula dos meios nocivos, prevenindo ainda mais a corrosão de qualquer componente metálico. A operação linear da válvula garante a vedação, mesmo se o diafragma indicar sinais de desgaste por abrasão. Também evita o torque de entrada ou parada. Por causa disso, a rosca laminada não deve se agarrar ou bater, e os fusos são protegidos do ambiente por meio do deslocamento, evitando congestionamentos de válvulas. As válvulas de diafragma também permitem um fluxo sem bolsão, o que evita o acúmulo nas superfícies de vedação, facilitando o fechamento completo.
Figura 2. Válvulas de diafragma industriais típicas do que é usado em cloro-álcalis Asválvulas de bujão com manga são outra válvula predominante nas aplicações de cloro-álcalis. O uso de uma válvula de encaixe com luva com um projeto completo de vedação em linha circunferencial pode fornecer vedação a montante e a jusante (bidirecional) (Figura 5). As válvulas de encaixe com manga também podem minimizar o desgaste da sede, pois os retentores da porta protegem a superfície de assentamento na posição aberta ou fechada. Os projetos modernos de válvulas apresentam dois ou até três sistemas de vedação independentes e, portanto, proporcionam maior proteção contra vazamentos atmosféricos.
Figura 5. Válvulas macho desede macia As HPBVs são uma excelente escolha quando se trata de garantir a vedação bidirecional, que é especialmente crítica em qualquer linha de cloro seco, onde o vazamento pode introduzir umidade e levar à corrosão rápida dos componentes do sistema de tubulação. Com o HPBV, a proteção contra vazamento é fornecida independentemente da direção do fluxo.
Válvulas de bola, bujão e borboleta totalmente alinhadas oferecem resistência à corrosão incomparável a todos os produtos químicos encontrados no processo de cloro e álcalis.
Quando são necessárias válvulas globo com vedante de fole, são utilizadas válvulas com componentes internos feitos de aço inoxidável ou Hastelloy para fornecer proteção suficiente contra corrosão. Isso também pode ajudar a evitar a abrasão com o fole de aço inoxidável com várias paredes e totalmente liberado, atuando como uma vedação primária. Este sistema lavado também pode manter os foles limpos e livres de quaisquer partículas que se instalem nas aletas do fole.
Outra característica favorável prevalente nas válvulas globo seladas com fole é a vedação apertada entre o corpo e a tampa, que tem a capacidade de estender ainda mais a vida útil da válvula. Um sistema de vedação de segurança superior em uma válvula globo de vedação em fole possui várias paredes, gaxeta, um banco traseiro de metal e uma junta de cobertura para proteção contra emissões fugitivas. A válvula globo fole-selada também é útil na prevenção de ciclos térmicos através do sistema de vedação de lingueta e ranhura.
O cloro e álcalis é uma das aplicações de manipulação de fluidos mais exigentes. Uma maior compreensão dos desafios enfrentados pelos operadores permite que aqueles que selecionam as válvulas avaliem os benefícios e os recursos de cada tipo de válvula para ajustá-los às necessidades exatas. Cabe ao operador garantir que eles sejam parceiros de um fabricante de válvulas que tenha a experiência e o conhecimento necessários para fornecer a válvula mais apropriada para que o equipamento possa fazer o trabalho necessário para uma operação tranquila (garantindo assim o melhor custo total de propriedade). mantenha pessoal e o meio ambiente seguros.