Válvula de Isolamento de Vapor Principal

Introdução

A principal função de uma válvula de isolamento de entrada de vapor principal (válvula de parada de emergência (ESV)) é permitir ou interromper o fornecimento de vapor para uma turbina a vapor de alta pressão (HP); também atua como uma válvula de segurança para interromper rapidamente o fornecimento principal de vapor para a turbina em situações de emergência. O vapor gerado no superaquecedor final de uma caldeira aquatubular é geralmente conduzido para a turbina através de quatro tubos de alta pressão; esse vapor é frequentemente chamado de ‘vapor principal’. Na entrada da turbina de alta pressão, cada linha é equipada com uma ESV e uma válvula de controle conectadas em série, todas alojadas em caixas de válvulas (como ilustrado no diagrama abaixo).

Vista Seccional de uma Combinação de Válvula de Parada de Emergência de Turbina e Válvula de Controle

Operação da Válvula de Parada de Emergência

A ESV é uma válvula de operação binária, o que significa que deve estar totalmente fechada ou totalmente aberta. Cada ESV é equipada com um atuador hidráulico responsável por abrir a válvula contra a força de uma mola. A mesma força da mola fechará a válvula em caso de emergência, ou seja, quando não houver mais pressão hidráulica atuando sobre a mola. O fechamento da válvula é muito rápido, por isso é fornecido um amortecedor para reduzir a velocidade da válvula no final de seu movimento de fechamento, para que ela se assente suavemente; a redução na velocidade também diminui a probabilidade de danos ao disco da válvula e à área do assento.

ESV Aberta (Esquerda) e ESV Fechada (Direita)

Em sua configuração básica, o atuador é composto por um pistão de potência dentro de um cilindro de posicionamento. O pistão de potência está conectado ao eixo da ESV, e quando o óleo é bombeado para dentro do cilindro, o pistão se move linearmente e abre a válvula pressionando contra a mola e comprimindo-a. Esse movimento permite que o vapor seja admitido na câmara de vapor e flua em direção à entrada de vapor da turbina, onde será admitido através da válvula de controle associada.

Seção Transversal do Atuador da ESV

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Construção

A ESV consiste em:

• Peça intermediária
• Conjunto de válvula
• Difusor
• Atuador (servo motor)

A função da peça intermediária é posicionar o conjunto de válvula dentro de sua carcaça, e suportar o atuador que aciona a válvula.

A ESV é frequentemente uma válvula de assento único balanceada que incorpora uma válvula piloto e um filtro de vapor. 

Válvula Piloto

A válvula piloto é usinada no eixo da válvula e é responsável por iniciar a operação da ESV. 

Filtro de Vapor

A função principal do filtro de vapor é proteger tanto as partes internas da válvula quanto as lâminas da turbina a jusante de danos por partículas sólidas e líquidas, além de prevenir turbulências causadas pelo movimento do vapor.

Vedação e Carcaça

O trava da válvula posiciona o conjunto de válvula dentro da carcaça da válvula. O vazamento de vapor é evitado usando uma combinação de grampos e arranjos de vedação. O espaço entre o eixo e a carcaça é vedado usando um arranjo de vedação em várias partes. Uma abertura de inspeção é fornecida para permitir a inspeção endoscópica dos componentes internos da válvula.

Sequência de Abertura da Válvula

A cabeça da válvula só abrirá quando as pressões a jusante e a montante forem iguais. A sequência de abertura da válvula começa quando o atuador abre a válvula piloto, permitindo que o vapor passe pelos furos na cabeça da válvula até que as pressões em ambos os lados da cabeça da válvula estejam equilibradas. Uma vez em equilíbrio, o atuador levanta a cabeça da válvula contra a mola.

Designs de Válvulas de Isolamento de Entrada de Vapor Principal

Existem dois principais tipos de sistema de controle de fluido hidráulico usados para turbinas a vapor, que são o sistema de controle hidráulico mecânico (MHC) e o sistema de controle eletro-hidráulico (EHC). Em ambos os sistemas, os atuadores utilizam fluido hidráulico para mover as válvulas, mas diferem em termos de pressão do fluido e fonte do fluido. Ambos os sistemas também usam um sistema de descarte de emergência para evacuação rápida do fluido hidráulico em situações de emergência, para que a mola possa fechar rapidamente a válvula.

Operação da ESV

Para operar a ESV, os sistemas MHC geralmente usam o mesmo sistema de lubrificação a óleo da turbina principal. A pressão do óleo para abrir as válvulas é obtida do sistema de óleo principal da turbina e é controlada por uma válvula de descarte de relé. Todos os dispositivos de controle em sistemas MHC são mecânicos. Na ESV, o óleo hidráulico é redirecionado por uma válvula de descarte de pressão de óleo da parte inferior do pistão para o topo; isso equaliza a pressão em ambos os lados do pistão e permite que a mola feche rapidamente a válvula, se necessário. Os sistemas MHC são geralmente muito confiáveis e podem operar por vários anos sem exigir inspeções internas.

Em contraste, os sistemas EHC têm um fornecimento separado de óleo hidráulico, e dispositivos eletrônicos são usados para realizar várias funções de controle. Consequentemente, os sistemas EHC proporcionam respostas mais rápidas, controle mais preciso, e a necessidade de menos componentes mecânicos. Devido aos numerosos orifícios nos dispositivos de controle, a limpeza do fluido é muito importante e deve ser monitorada de perto. 

É importante notar que os atuadores MHC e EHC variam em termos de tamanho, pressão e método de controle.
 

Manutenção

A manutenção típica realizada em uma ESV envolve desmontar a válvula e verificar a condição dos componentes internos. As tarefas de manutenção associadas aos sistemas MHC geralmente envolvem a remoção do conjunto do atuador da peça intermediária, seguido de desmontagem, inspeção e remontagem. Testes adicionais nas válvulas e instrumentação de controle também podem ser necessários.

Recursos Adicionais

http://irtgmbh.de/wp-content/uploads/2016/03/MainSteamIsolationValves.pdf