Debe elegir las válvulas adecuadas para trabajos de petróleo y gas. API 6D y ASME B16.34 establecen las reglas de diseño. API 607 prueba la seguridad contra incendios. API 6FA realiza pruebas de fuego. ASME B16.34 cubre las clasificaciones de presión. Los estándares API y ASME guían la elección de materiales. API y ASME trabajan juntos. API 6D sigue siendo importante. ASME B16.34 también sigue siendo importante. API y ASME detienen fallas. Las directrices ASME protegen su trabajo.
Las válvulas deben cumplir con los estándares API y ASME. API y ASME detienen las fugas. Las buenas válvulas de bola API y ASME reducen el tiempo de inactividad de la producción y reducen las fugas de gas fugitivo. Debe evaluar válvulas de bola para la industria del petróleo y el gas.
Tabla de contenido
Palanca
Conclusiones clave
Elija válvulas de bola flotante para tamaños pequeños y elija válvulas de muñón para tuberías de alta presión.
Utilice API 6D cuando diseñe tuberías y utilice ASME B16.34 para clasificaciones de presión.
Elija materiales que cumplan con las normas NACE MR0175 para trabajos con gases ácidos.
Configure y revise las válvulas de bola con frecuencia para reducir el tiempo de inactividad y detener las fugas.
Válvula de bola para la industria del petróleo y el gas: principios de funcionamiento
Operación de cuarto de vuelta y componentes clave
Una válvula de bola utiliza una bola con un orificio para controlar el flujo. Gira la manija 90 grados para abrir o cerrar la línea. Este diseño de cuarto de vuelta le brinda un cierre rápido y un sello hermético. Esa velocidad es importante en los oleoductos y gasoductos de alta presión, donde cada segundo es importante.
Las reglas de seguridad de la industria dicen que las válvulas de aislamiento de emergencia deben cerrarse en cinco segundos para contener incendios en piscinas o fugas de gas después de una ruptura de una tubería.
Las partes principales son el cuerpo, la bola, los asientos y el vástago. Los asientos presionan contra la pelota para formar un sello. Los asientos blandos le brindan un cierre hermético. Los asientos de metal soportan fluidos fuertes y temperaturas más altas. Estas piezas trabajan juntas para detener las fugas y proteger su proceso.
Las válvulas de bola de gas se diferencian de las válvulas estándar. Utilizan materiales más resistentes, tienen certificaciones API y ASME e incluyen características de seguridad como dispositivos antiestáticos y asientos a prueba de incendios. API 6D y ASME B16.34 establecen sus reglas de diseño. API 607 y API 6FA cubren pruebas de incendio. Estas reglas API y ASME separan las válvulas de bola para tuberías de las válvulas de uso general.
Ventajas en condiciones de alta presión y alta temperatura
Las válvulas de bola funcionan bien en sistemas de alta presión. El diseño flotante se adapta a tamaños más pequeños y presiones medias. El diseño de muñón sostiene la bola en ambos extremos, por lo que soporta una presión mucho mayor.
Las válvulas de bola montadas en muñón son las mejores para tuberías submarinas con presiones nominales de hasta 10,000 psi.
Las válvulas de bola con asiento blando sellan mejor que las válvulas de compuerta con asiento metálico según API 598.
Tipo de válvula
Material del asiento
Fugas permitidas API 598
Válvula de bola
Asiento blando
Fuga cero (hermético): 0 gotas de líquido / 0 burbujas de gas
Válvula de compuerta
Con asiento de metal
Fugas permitidas según NPS (p. ej., válvula de 6 pulgadas: hasta 12 gotas de agua/min o 24 burbujas de gas/min)
Esa calificación de cero fugas reduce las emisiones fugitivas de hidrocarburos y reduce el tiempo de inactividad de la producción. También obtiene un par de operación bajo y una longitud de cara a cara pequeña. Estas características mejoran el rendimiento de las válvulas en toda la industria del petróleo y el gas. Las pruebas API y ASME confirman los números antes de que se envíe la válvula.
Tipos clave de válvulas de bola utilizadas en operaciones de petróleo y gas
La elección de válvulas de bola para trabajos de petróleo y gas comienza con el conocimiento de los tipos principales. API 6D establece las reglas para el diseño de tuberías. ASME B16.34 establece clasificaciones de presión. Los trabajadores del petróleo y el gas dependen de estas reglas API y ASME para su seguridad.
Válvulas de bola flotantes versus válvulas de bola de muñón
Las válvulas de bola flotante funcionan bien para tamaños más pequeños y presiones medias. La pelota flota entre los asientos. La presión de la línea empuja la bola hacia el asiento aguas abajo. Las reglas API y ASME controlan su diseño. ASME B16.34 cubre clasificaciones de Clase 150 a 600. Las reglas ASME garantizan que la calidad sea la misma en todo momento.
Las válvulas de bola de muñón manejan demandas mucho más altas. Un muñón sostiene la bola en ambos extremos. Los asientos con resorte presionan contra la pelota. API 6D cubre estas válvulas para uso en tuberías. ASME B16.34 establece sus clasificaciones de presión de Clase 150 a 2500. API 607 y API 6FA cubren pruebas de seguridad contra incendios.
La mayoría de los fabricantes limitan las válvulas de bola flotante a 6 pulgadas y clasificaciones de Clase 600. Pasado este punto, la fuerza que empuja la bola hacia el asiento es demasiada para los materiales de asiento normales. Los trabajos más grandes deberían utilizar diseños montados en muñones.
Elija válvulas de bola flotante para tamaños más pequeños y presiones medias. Elija válvulas de bola de muñón para tuberías de alta presión y tamaños grandes. Ambos diseños cumplen con API 6D. Las reglas API y ASME confirman lo bien que funcionan.
Configuraciones de paso total, paso reducido y de tres vías
Las válvulas de bola de paso total tienen un diámetro interior igual al de la tubería. Las válvulas de paso reducido tienen un diámetro interior más pequeño. Una válvula de paso total tiene un valor Cv de 3 a 4 veces mayor que una válvula de paso reducido. Reducir el diámetro un 25 por ciento puede reducir la capacidad de flujo entre un 40 y un 50 por ciento. Las reglas API 6D y ASME cubren ambos tipos.
Los diseños de tres vías le permiten cambiar la dirección del flujo en sistemas múltiples. Utilizan un diseño de cuarto de vuelta para cambiar las rutas de flujo. Una válvula en forma de L gira la manija 90 grados para enviar flujo de un puerto a otro. Estas válvulas siguen ASME B16.34. Las válvulas en forma de T mezclan o dividen el flujo. Los topes del mango limitan la rotación para establecer posiciones. Puede enviar flujo entre tanques de almacenamiento o cambiar las fuentes de bombeo. Estas configuraciones ayudan a que el trabajo de petróleo y gas funcione bien. Las reglas ASME se aplican a diseños de tres vías.
Criterios de selección de válvulas para aplicaciones de petróleo y gas
Una buena selección de válvulas comienza con los datos del proceso. Necesita presión, temperatura, medios y caudal antes de hablar con cualquier proveedor. Estos cuatro insumos impulsan todas las demás decisiones. También determinan qué reglas API y ASME se aplican a su pedido.
Compatibilidad de materiales y clasificaciones de presión/temperatura
El servicio amargo lo cambia todo. Debe verificar la presión parcial de H2S antes de elegir un material para el cuerpo. El acero al carbono funciona hasta 0,003 MPa, el acero inoxidable dúplex alcanza 0,1 MPa y las aleaciones de níquel soportan 10 MPa y más. La temperatura también cambia el riesgo de corrosión. El agrietamiento bajo tensión por sulfuro, el agrietamiento por corrosión bajo tensión y la fragilización por hidrógeno amenazan la aleación equivocada. NACE MR0175 establece límites de dureza para cada parte mojada.
Factor clave
Lo que debes comprobar
Concentración y presión de H2S.
Límites de presión parcial por familia de materiales
Temperatura y corrosión
SSC, SCC y riesgo de fragilización por hidrógeno
Componentes internos
La bola, el vástago, los asientos y la empaquetadura deben cumplir con NACE MR0175
Tratamientos superficiales
Los revestimientos de cromo duro, cerámica y PTFE reducen el desgaste
Cumplimiento
Informes de pruebas de materiales, pruebas de dureza, tracción y SSC.
La elección del material corporal sigue la misma lógica. El acero al carbono ASTM A105 y A216 WCB se adapta a un servicio de H2S bajo a medio a un máximo de 22 HRC. Los aceros aleados AISI 4130 y 4140 recubren cuerpos forjados a alta presión con la misma capa de dureza. El acero inoxidable tipo 316 resiste el agrietamiento por tensión de sulfuro y se adapta a válvulas de ajuste y de pequeño diámetro. Duplex 2205 y Super Duplex 2507 sirven para trabajos en alta mar y con alto contenido de cloro. Inconel 625 y Hastelloy C-276 manejan el gas amargo más agresivo. AISI 440C no está permitido en válvulas amargas.
Las clasificaciones de presión y temperatura deciden la clase. ASME B16.34 le brinda la presión de trabajo sin impacto permitida en cada temperatura. En condiciones ambientales, el acero al carbono A216 WCB tiene una ligera ventaja sobre SS304 CF8 y SS316 CF8M. A 300°C y más, ambos grados de acero inoxidable superan al acero al carbono. Una válvula WCB Clase 300 con capacidad nominal de 740 psi en ambiente cae a 365 psi a 300 °C, mientras que la CF8M mantiene 445 psi a la misma temperatura. Debe hacer coincidir la clasificación con su punto de operación en el peor de los casos, no con su punto de diseño.
Conexiones finales, tamaño de puerto y ajuste del proyecto
Las conexiones finales siguen el servicio. Los extremos roscados se adaptan a sistemas pequeños donde el mantenimiento es poco frecuente. Los extremos con bridas se adaptan a sistemas grandes que necesitan mantenimiento frecuente y se encuentran entre las conexiones más comunes en operaciones de petróleo y gas. Los extremos para soldar a encaje sirven para trabajos de pequeño diámetro peligrosos, tóxicos o de alta presión. Las uniones con bridas se instalan y desinstalan fácilmente y necesitan menos torque de apriete que los extremos roscados.
El tamaño del puerto afecta el flujo y el costo. Las válvulas de bola de paso total pasan los raspadores y coinciden con el diámetro interno de la tubería. Las válvulas de bola de diámetro reducido cuestan menos y ahorran espacio, pero reducen la capacidad de flujo. Las configuraciones de tres vías desvían el flujo en sistemas múltiples.
La selección de válvulas también significa selección de proveedores. Solicite informes de pruebas de materiales, certificados NACE MR0175 y documentación API 6D antes de emitir una orden de compra. Un proveedor que responda rápidamente a estas solicitudes lo apoyará durante todo el proyecto. Ese hábito mantiene sus válvulas de bola para proyectos de la industria del petróleo y el gas dentro del cronograma.
Estándares industriales para válvulas de bola en petróleo y gas
El estándar que elija depende de su sector industrial. Los oleoductos y las partes upstream de la industria del petróleo y el gas necesitan un conjunto de reglas más estrictas. El trabajo general y de procesos sigue los estándares ASME. Los estándares ASME se aplican cuando su proyecto está fuera de la jurisdicción del oleoducto. La mayoría de las válvulas de bola en este servicio están montadas sobre muñón. Los estándares API agregan pruebas específicas de la canalización. Las normas ASME definen las clasificaciones de presión y temperatura. Los estándares ASME establecen la base de ingeniería para las clasificaciones de bridas. Los estándares API también cubren la documentación.
API 6D y ASME B16.34 para Diseño y Pruebas
Las dos reglas funcionan juntas pero tienen funciones diferentes. ASME B16.34 establece los valores de presión y temperatura permitidos para válvulas bridadas, roscadas y de extremo soldado. El estándar de tuberías agrega pruebas e inspecciones requeridas para las válvulas de bola de tuberías. Un diseño que cumpla con un solo documento puede no aprobar una licitación para el oleoducto.
La brecha de prueba entre los documentos es grande. Los estándares API requieren tiempos de retención hidrostática más prolongados, una prueba de asiento de gas a baja presión y una prueba de deriva cuando corresponda. Los estándares ASME brindan tiempos de espera más cortos y pautas generales. Compare las pruebas clave de aceptación en fábrica:
Aspecto de prueba
API 6D
ASME B16.34
Prueba de carcasa hidrostática
Obligatorio y más específico
Pautas generales proporcionadas
Prueba de asiento hidrostático
Obligatorio y más específico
Pautas generales proporcionadas
Prueba del asiento trasero
Requerido cuando corresponda
No enfatizado específicamente
prueba de deriva
Requerido para válvulas de compuerta y de tapón.
No especificado
Prueba de par/empuje
Requerido para válvulas operadas
No especificado
Pruebas de fuego
Requerido para ciertos tipos de válvulas; Se aplica la certificación a prueba de incendios.
Opcional y no abordado específicamente
Pruebas de emisiones fugitivas
Requerido; referencias ISO 15848-1
No abordado específicamente
Los estándares API también exigen pruebas de emisiones fugitivas que hagan referencia a ISO 15848-1. Las normas ASME no cubren este requisito. Su orden de compra debe nombrar ambos documentos. Solicite al proveedor la hoja de datos de la válvula de tubería y la tabla de clasificación ASME B16.34.
Estándares de seguridad contra incendios (API 607/6FA) y servicio amargo (NACE MR0175)
La certificación a prueba de incendios protege a las personas y los bienes. API 607 se aplica a válvulas de asiento blando de un cuarto de vuelta, que incluyen la mayoría de las válvulas de bola en servicio de refinería. API 6FA cubre válvulas de aislamiento críticas y de tuberías, generalmente válvulas de bola montadas en muñón . Las válvulas de bola de asiento blando dominan las tareas de aislamiento de las refinerías. Las válvulas de cuarto de vuelta con asiento blando apuntan al primer estándar. Las válvulas de aislamiento de las tuberías apuntan al segundo.
La prueba de fuego comprueba que un sello secundario de metal con metal funcione después de que los asientos blandos se rompan. Los asientos blandos de PTFE pueden quemarse. Luego, la pelota empuja contra una superficie de asiento de metal. Las empaquetaduras y empaquetaduras de grafito detienen las fugas externas del vástago y del cuerpo. Una válvula presurizada se coloca en una llama a entre 750 °C y 1000 °C durante 30 minutos. Después de la combustión, la válvula se enfría naturalmente a 100°C. Luego, una prueba de baja presión confirma que la válvula aún sella dentro de los límites permitidos.
El servicio amargo añade otra capa. NACE MR0175/ISO 15156 previene el agrietamiento por tensión de sulfuro y el agrietamiento inducido por hidrógeno en entornos de H₂S. Las piezas de acero al carbono que contienen presión deben tener una dureza máxima de 22 HRC, verificada mediante pruebas de dureza al 100%. El ajuste dúplex se mantiene en 28 HRC o menos. Los resortes Inconel 718 permanecen en 35 HRC o menos. Los resortes y los pernos pueden fallar primero si los pasa por alto, así que aplique los límites a cada componente mojado.
Elegir válvulas de bola para el servicio de la industria del petróleo y el gas significa verificar ambos documentos. Haga coincidir los materiales de moldura con su presión parcial de H₂S. La selección correcta del estándar reduce el tiempo de inactividad de la producción y las emisiones fugitivas de hidrocarburos. Revise toda la documentación de los estándares API y ASME antes de aprobar a un proveedor.
Instalación y Mantenimiento de Válvulas de Bola en Petróleo y Gas
Instalación adecuada y especificaciones de torsión
Debe alinear la válvula con la tubería antes de apretar los pernos. Los extremos con bridas necesitan un torque de perno uniforme en forma de estrella. Este paso detiene la tensión de la junta y la distorsión del cuerpo. API 6D y ASME B16.34 establecen la base de diseño para estas juntas. API 6D cubre válvulas de tuberías. ASME B16.34 cubre las clasificaciones de presión. Debes seguir la tabla de torsión del fabricante para cada tamaño y clase.
Apoye la tubería a ambos lados de la válvula. Las válvulas de bola pesadas pueden hundirse y ejercer carga sobre las bridas. Esa carga perjudica el rendimiento de la válvula con el tiempo. Verifique también la dirección del vástago. Quieres que el tallo apunte hacia arriba o hacia los lados, nunca hacia abajo. Esta posición mantiene los asientos limpios y le permite realizar el mantenimiento de la válvula más tarde. Las reglas API y ASME no reemplazan las buenas prácticas de campo.
Inspección de rutina, lubricación y resolución de problemas
Debe revisar las válvulas de bola según un cronograma establecido. Busque fugas en el vástago, la junta del cuerpo y las bridas. Escuche ruidos extraños durante la operación. Anote cada hallazgo en su registro de mantenimiento. Este hábito protege las operaciones de petróleo y gas y reduce el tiempo de inactividad de la producción.
Los intervalos de servicio para las válvulas de bola cambian según las condiciones de funcionamiento y pueden variar de diario a mensual. Cuando sea necesario realizar mantenimiento, tanto el cuerpo de la válvula como el vástago deben purgarse con grasa nueva. Las válvulas de bola deben colocarse en la posición completamente abierta durante el servicio para garantizar una distribución adecuada de la grasa.
Las fugas tienen dos causas comunes. La siguiente tabla muestra cada causa y los pasos que debe seguir.
Causa de fuga
Pasos para solucionar problemas
Fugas desde el vástago o el área del empaque debido a empaquetaduras aplastadas o pernos prensaestopas sueltos (común en válvulas de ciclo térmico o de operación frecuente)
Apriete uniformemente los pernos del prensaestopas en ambos lados sin que el funcionamiento del vástago sea demasiado rígido; si el apriete no detiene la fuga, sustituir la empaquetadura por material compatible con el fluido y la temperatura; Inspeccione el vástago en busca de rayones o daños en la superficie que podrían impedir un sellado efectivo.
Fugas aguas abajo incluso cuando la válvula está completamente cerrada, causadas por fallas en el sellado interno entre la bola y el asiento (anillos de asiento desgastados, partículas rígidas atrapadas entre la bola y el asiento o rayones en la bola debido a medios abrasivos)
No apriete demasiado el mango; abra y cierre la válvula varias veces para eliminar partículas menores; si la fuga persiste, retire y desmonte la válvula, inspeccione el asiento en busca de cortes, desgaste desigual y deformación, y revise la superficie de la bola en busca de rayones; reemplace el asiento y la bola si el daño es irreversible.
Un buen mantenimiento reduce las emisiones fugitivas de hidrocarburos y mantiene sus válvulas de bola en servicio por más tiempo. Las clasificaciones de seguridad contra incendios API 607 y API 6FA solo se mantienen cuando la válvula se mantiene en buenas condiciones. Los estándares API y ASME definen el diseño. Su rutina de inspección define la vida.
Ahora ya sabe cómo elegir válvulas de bola para trabajos de petróleo y gas. Haga coincidir el diseño con su trabajo: flotante o de muñón, puerto completo o reducido. Siga API 6D para válvulas de tuberías. Utilice API 607 y API 6FA para seguridad contra incendios. Cumple con ASME B16.34 para clasificaciones de presión. Aplique API 598 para pruebas de asientos. Consulte los documentos API 6D y los certificados API 6FA. Revise NACE MR0175 para conocer el servicio amargo. Instale y mantenga cada válvula de la manera correcta. Estos pasos mantienen sus operaciones seguras y confiables. Consulte las hojas de datos de API, los informes de prueba y los certificados API 6D antes de comprar. Hable con un proveedor calificado sobre sus válvulas de bola.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es el primer paso para elegir válvulas de bola para servicios de petróleo y gas?
Comience con los datos de su proceso. Necesita presión, temperatura, medios y caudal antes de contactar a cualquier proveedor. Estos cuatro insumos impulsan todas las demás decisiones. También determinan qué reglas API y ASME se aplican a su pedido.
¿Qué estándares debería nombrar en una orden de compra?
Nombre API 6D para válvulas de tubería y ASME B16.34 para clasificaciones de presión. Agregue API 607 o API 6FA para seguridad contra incendios. Incluir NACE MR0175 para servicio amargo. API 598 cubre las pruebas de asientos. Su pedido debe enumerar todos los documentos que correspondan.
¿Cómo saber si una válvula de bola es a prueba de incendios?
Una válvula a prueba de incendios mantiene un sello secundario de metal con metal después de que los asientos blandos se queman. API 607 prueba válvulas de asiento blando de un cuarto de vuelta. API 6FA cubre válvulas de aislamiento de tuberías. La válvula permanece en una llama a entre 750 °C y 1000 °C durante 30 minutos. Aún debe sellar después de enfriarse.
¿Qué cambia cuando su servicio contiene H2S?
El servicio amargo exige el cumplimiento de NACE MR0175. Las piezas de presión de acero al carbono deben permanecer a 22 HRC como máximo. El ajuste dúplex se mantiene en 28 HRC o menos. Debe verificar la presión parcial de H2S antes de elegir un material para el cuerpo. La documentación API 6D ayuda a confirmar el diseño.
¿Con qué frecuencia se deben inspeccionar las válvulas de bola en el campo?
Los intervalos de servicio varían de diario a mensual. Verifique si hay fugas en el vástago, la junta del cuerpo y las bridas. Registre cada hallazgo. API 6D y ASME B16.34 establecen la base del diseño. Las clasificaciones API 607 solo se mantienen cuando la válvula se mantiene en buenas condiciones. Esto reduce el tiempo de inactividad de la producción y reduce las emisiones fugitivas de hidrocarburos.
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