La válvula de control es uno de los componentes de control terminal de un sistema de control automático.

Debido a la existencia de muchas condiciones de trabajo de alta temperatura y alta presión en las plantas químicas, algunos medios tienen una fuerte corrosividad y toxicidad, y son inflamables y explosivos. Cuando las empaquetaduras de las válvulas tienen fugas, no solo causan desperdicio de materias primas, sino que también provocan una grave contaminación del medio ambiente e incluso provocan accidentes de seguridad que ponen en peligro vidas, como incendios, explosiones y envenenamientos.

Por lo tanto, se debe prestar suficiente atención al tema de las fugas en el empaque de la válvula de control, y es muy importante elegir el empaque de sellado de manera razonable en el diseño y selección.

Con respecto al sello de empaque de las válvulas de control, combinado con información relevante, este artículo analiza la forma estructural de la caja de empaque de la válvula de control para presentar las características y escenarios de aplicación del empaque de politetrafluoroetileno y grafito flexible, y presenta brevemente la selección razonable de empaque para válvulas de control. .


01 Función y clasificación del empaque de la válvula de control

La válvula de control está compuesta por los componentes internos y el cuerpo de la válvula. Los componentes internos de la válvula incluyen el núcleo de la válvula, el vástago de la válvula, la caja de empaque y la tapa superior de la válvula. El componente de la caja de empaque se utiliza para sellar el vástago de la válvula, que utiliza métodos elásticos para evitar que el medio del proceso se escape a la superficie del vástago de la válvula mediante un movimiento alternativo o rotacional. Es una parte integral del cuerpo de la válvula. El sellado del vástago de las válvulas casi siempre se consigue mediante cajas de embalaje. La empaquetadura de la válvula de control es un material de relleno para sellado dinámico, generalmente instalado en la caja de empaque de la tapa superior de la válvula. Su función es evitar fugas del medio controlado provocadas por el movimiento del vástago de la válvula.

Los rellenos comúnmente utilizados se dividen principalmente en dos categorías según sus materiales: politetrafluoroetileno y grafito flexible.
Politetrafluoroetileno (PTFE):
El politetrafluoroetileno (PTFE) es un compuesto polimérico polimerizado a partir de tetrafluoroetileno, que tiene una excelente estabilidad química, resistencia a la corrosión, sellado, alta lubricación, falta de viscosidad, aislamiento eléctrico y buena capacidad antienvejecimiento. Su resistencia a la corrosión supera incluso a la del vidrio y la cerámica, y tiene buena resistencia a la corrosión incluso ante ácidos, bases y oxidantes fuertes, lo que lo convierte en un material de sellado ideal. Sin embargo, su resistencia a la temperatura es pobre y el politetrafluoroetileno comienza a sufrir un agrietamiento mínimo a temperaturas superiores a 200 ° C. Sufre compresión, calentamiento y fluencia, lo que afecta su rendimiento de sellado y no es adecuado para aplicaciones de fluoruro o álcali fundido. Los rellenos de PTFE comúnmente utilizados incluyen

El material de embalaje tejido para moldeo de politetrafluoroetileno está hecho de politetrafluoroetileno prensado y tejido suelto, que es un material abierto con buena flexibilidad, durabilidad, buen efecto de sellado y fácil reemplazo. Es el material más utilizado.

El relleno de politetrafluoroetileno en forma de V se fabrica generalmente girando material de varilla de politetrafluoroetileno, y la estructura del relleno tiene forma de V. Cuando se presiona en ambos extremos, debido al bajo coeficiente de fricción del politetrafluoroetileno, tiene lubricación y buen rendimiento de sellado. La característica del anillo de empaque en forma de V es que bajo la presión del medio dentro de la válvula, el borde del labio del anillo exterior del empaque siempre se adhiere firmemente a la pared interna de la caja de empaque cuando se abre, logrando un sellado estático. Bajo la misma presión, cuando se abre el labio del anillo interior de la empaquetadura, éste siempre se adhiere firmemente al vástago de la válvula para asegurar un sellado dinámico. De esta manera, incluso si el vástago de la válvula se mueve hacia arriba y hacia abajo, aún puede garantizar el rendimiento del sellado.

El relleno de grafito de PTFE mejora la resistencia a la fluencia y la conductividad térmica del politetrafluoroetileno al agregar algunas fibras de vidrio, grafito y disulfuro de molibdeno. Sin embargo, la dureza aumenta, la resistencia a la corrosión disminuye y el rendimiento de sellado disminuye.


Grafito flexible
Los materiales de grafito flexible pertenecen a materiales no fibrosos, que eliminan las impurezas del grafito en escamas naturales y luego se someten a un tratamiento de oxidación fuerte con ácidos mixtos para formar grafito oxidado. El grafito oxidado libera dióxido de carbono tras la descomposición térmica, expandiéndose rápidamente en volumen y convirtiéndose en un grafito flexible suelto, suave y resistente. Es un material con una larga vida útil y buen rendimiento de sellado.

Las características del grafito flexible
Tiene una excelente resistencia al calor y al frío.
El grafito flexible casi no muestra cambios en sus propiedades físicas desde temperaturas ultrabajas de -250 ° C hasta temperaturas altas de +600 ° C.

Excelente resistencia a la corrosión química
El grafito flexible se corroe en medios oxidantes fuertes como el ácido nítrico y el ácido sulfúrico concentrado, pero Casi no tiene corrosión en otros ácidos, bases y solventes.

• Tiene buenas propiedades autolubricantes
El grafito flexible, al igual que el grafito natural, es propenso a deslizarse cuando se lo somete a fuerzas externas, por lo que posee propiedades autolubricantes y un buen rendimiento de sellado.

Debido a su naturaleza porosa y rizada, tiene buena resiliencia y flexibilidad.
Cuando el eje o el manguito del eje experimentan un descentramiento circular radial debido a la excentricidad durante la fabricación, instalación, etc., tiene un rendimiento de flotación suficiente. Incluso si el grafito se agrieta, aún puede encajar bien, asegurando un ajuste perfecto y evitando fugas.

Tipos de rellenos de grafito
• Filamentosos o tejidos
Este tipo de empaquetadura tiene mejor elasticidad y puede envolver mejor el vástago de la válvula y purificar la superficie del vástago de la válvula. Las cargas de grafito trenzado pueden superar las fugas causadas por el desgaste de otros tipos de cargas de grafito, pero las cargas de grafito tejido son propensas a la penetración debido a su estructura filamentosa que causa huecos.

• Grafito en escamas
El anillo de empaquetadura hecho presionando varias placas de grafito tiene una textura perpendicular a la superficie del vástago de la válvula, formando una sección transversal cuadrada. Por lo tanto, el fluido no es fácil de penetrar, pero también reduce la relación entre la presión axial y la presión radial, lo que requiere una mayor fuerza de sujeción para sellar.

Grafito curvado
Su textura es paralela a la dirección axial del vástago de la válvula y está procesada con varias láminas de grafito. La presión del grafito doblado durante el prensado es mucho mayor que su presión de trabajo, por lo que no se encogerá nuevamente en la caja de empaque. Se sabe por su principio que es fácil de penetrar a altas temperaturas. Pero debido a su fácil procesamiento y bajo precio, actualmente es muy utilizado.



Las principales causas de fugas en el empaque en 02
Hay varias razones para las fugas en el empaque en el uso real de válvulas de control en el sitio. En el mantenimiento in situ, se deben realizar análisis y juicios específicos en función del uso real de la válvula, para eliminar fundamentalmente las causas de las fugas y resolver los riesgos de seguridad.
Según el patrón de fuga, las razones principales se pueden resumir de la siguiente manera:

01
Selección inadecuada de material y tipo de relleno: si se usa relleno de PTFE en condiciones de trabajo de 150 ℃ -200 ℃, el relleno experimentará una ligera fluencia cuando se trabaja para durante mucho tiempo en condiciones críticas y el rendimiento de sellado del relleno disminuirá bajo la acción del medio de alta presión; Por ejemplo, en medios con fuerte permeabilidad como amoníaco líquido, alquitrán y combustible, se utilizan rellenos tejidos, que son susceptibles a fugas debido a la influencia de medios de alta temperatura y alta presión.

02
Método inadecuado de instalación del empaque: después de instalar el empaque en la caja del empaque, se le aplica presión axial a través del casquillo. Debido a la plasticidad de la empaquetadura, se genera una fuerza radial y está en estrecho contacto con el vástago de la válvula. Si el empaque se aprieta y se afloja durante la instalación, la fuerza es desigual, lo que hace que este contacto sea muy desigual. Algunas partes del contacto están sueltas o incluso no están en contacto, lo que provoca fugas en el empaque.

03
Durante el uso de una válvula de control, hay un movimiento relativo entre el vástago de la válvula y la empaquetadura, que se llama movimiento axial. Durante el uso, debido a la influencia de altas temperaturas, altas presiones y medios fluidos altamente permeables, la caja de empaque de la válvula de control también es un lugar donde se producen fugas con mayor frecuencia. La causa principal de las fugas de relleno son las fugas en la interfaz y, en el caso de los rellenos textiles, también pueden producirse fugas (el medio a presión se escapa hacia afuera a lo largo de los pequeños espacios entre las fibras de relleno). La fuga en la interfaz entre el vástago de la válvula y la empaquetadura es causada por la atenuación gradual de la presión de contacto de la empaquetadura, el envejecimiento y la pérdida de elasticidad de la empaquetadura misma. En este momento, el medio de presión se escapará hacia afuera a lo largo del espacio de contacto entre la empaquetadura y el vástago de la válvula.

04
La acción frecuente de la válvula de control, la flexión del vástago de la válvula, el desgaste, la corrosión y la disminución de la suavidad provocan desgaste y fugas en la empaquetadura.

05
La válvula de control sufre cambios en las condiciones de funcionamiento, como durante el proceso de arranque y calentamiento del dispositivo, cuando la válvula de control sufre una transición del estado frío al caliente, el cambio en el medio caliente es significativo y el vástago de la válvula se afectado por la expansión térmica, lo que resulta en un espacio de empaque más grande y fugas severas en el empaque.

06
El prensaestopas suelto o torcido, o la instalación horizontal de la válvula de control, pueden provocar un contacto deficiente entre el vástago de la válvula y la empaquetadura, y un espacio libre excesivo o insuficiente.


03 Medidas para evitar fugas en el empaque

Para facilitar el empaque, bisele la parte superior de la caja del empaque y coloque un anillo protector de metal resistente a la corrosión con el espacio adecuado en la parte inferior de la caja del empaque (la superficie de contacto con el empaque no debe estar inclinada) para evitar que la empaquetadura sea expulsada por la presión media.

02 Mejorar la precisión de la superficie y la suavidad del vástago de la válvula y la caja de empaque. Si la suma de los coeficientes de fricción entre varios componentes móviles es cero, la fuerza que actúa sobre el prensaestopas se puede transmitir uniformemente a todo el embalaje sin ninguna atenuación. La fuerza de fricción total real existe y no puede ser cero. La fuerza radial que actúa sobre la empaquetadura disminuye a medida que aumenta o disminuye la distancia desde el casquillo. Cuanto mayor es la fuerza de fricción, mayor es la atenuación de la presión. Una vez que la presión sellada excede la fuerza sobre la empaquetadura, comienza a tener fugas. Por lo tanto, durante el mantenimiento, no debe haber rayones, picaduras ni desgaste en el vástago de la válvula ni en la caja de empaque, y la suavidad debe ser buena.

La selección de materiales apropiados debe tener la capacidad de resistir cambios de temperatura, resistencia a la fluencia, resistencia a la relajación y resistencia a la oxidación. En general, si se cumplen las condiciones se prefiere el PTFE, y en caso contrario se opta por el grafito. También se pueden utilizar cargas mixtas: en primer lugar, se pueden mezclar cargas de grafito y cargas de PTFE para su uso; El segundo método consiste en mezclar una junta tórica y una empaquetadura en forma de V. Las cargas de grafito se pueden utilizar para medios con fuerte permeabilidad.

Al instalar el material de relleno, se debe agregar uno por uno y comprimir uno por uno con una prensa para asegurar una fuerza uniforme sobre el material de relleno. El relleno de la abertura debe colocarse en forma escalonada de 90° o 120°, y el número de círculos de relleno debe ser apropiado para garantizar que no haya fugas. Agregar menos prensaestopas puede ingresar a la caja de empaque y causar fugas fácilmente.

Para empaquetaduras de PTFE con acción de resorte, los tornillos del prensaestopas deben apretarse simétricamente y no torcidos. No es necesario apretar demasiado otros tipos de rellenos para evitar fugas.

Después de poner en uso la válvula nueva o la válvula de control recién reparada, se debe revisar la empaquetadura para detectar fugas. Si hay alguna fuga, se debe solucionar de manera oportuna para evitar que aumente la fuga del empaque.



05 Precauciones durante el uso

Al cortar el relleno perfilado 01, utilice un corte de 45°, y durante la instalación, cada corte debe ser escalonado 90° o 120°.

Cuando se utiliza politetrafluoroetileno para formar rellenos a alta presión, se debe prestar atención a las características de flujo en frío.

03 El anillo de grafito flexible utilizado solo tiene un efecto de sellado deficiente y debe combinarse con relleno trenzado de grafito.

04 Las cargas de grafito no se pueden utilizar para agentes oxidantes fuertes, como ácido sulfúrico concentrado, ácido nítrico concentrado y otros medios.

La precisión dimensional y la rugosidad de la superficie de la caja de empaque 05, así como la precisión dimensional y la rugosidad de la superficie del vástago de la válvula, son los factores clave que afectan el rendimiento de sellado de la empaquetadura formada.