Desafios da válvula de derivação da turbina

May 14, 2023

As válvulas de derivação da turbina são uma das aplicações mais difíceis em uma usina de energia. Manter essas válvulas operando com eficiência e evitar falhas inesperadas é fundamental para a operação da planta.

Quando os engenheiros são solicitados a listar as aplicações de válvula de controle mais difíceis, as válvulas de derivação de turbina são invariavelmente mencionadas. Ciclos térmicos frequentes, altas quedas de pressão e a necessidade de fechamento hermético levam essas válvulas ao limite. Infelizmente, muitas fábricas tendem a ignorar essas válvulas até que elas falhem, criando interrupções não planejadas, perda de produção e altos custos de manutenção reativa. Este artigo fornece métodos sugeridos de inspeção para antecipar e mitigar problemas de antemão e oferece alternativas de atualização caso uma válvula precise ser reparada ou substituída.

As válvulas de controle de serviços severos são usadas nas instalações mais difíceis dentro das plantas de processo. Essas instalações geralmente incluem meios cavitantes, erosivos, corrosivos, ruidosos, de alta pressão, de alta temperatura, de alta queda de pressão ou de alta velocidade. As válvulas de derivação da turbina estão expostas a muitas dessas condições de processo; no entanto, eles devem responder perfeitamente e permanecer livres de vazamentos quando fechados.

Como o próprio nome sugere, as válvulas de derivação de turbina são usadas para contornar turbinas a vapor durante a partida e o desligamento da planta, bem como quando uma turbina fica off-line (Figura 1). Em operação normal as válvulas ficam completamente fechadas, forçando todo o vapor através de uma turbina. Durante a partida, as válvulas de derivação desviam o vapor da turbina até que as propriedades e condições do vapor sejam apropriadas para enviá-lo para a turbina. Este processo acontece ao contrário no desligamento. O uso de válvulas de derivação na inicialização e no desligamento ajuda a proteger a turbina, desviando o vapor potencialmente úmido e garantindo que apenas condições e fluxos de vapor apropriados cheguem à própria turbina.

1. Dependendo do projeto da usina, várias válvulas de derivação da turbina podem ser empregadas para desviar instantaneamente o vapor em torno de uma turbina, caso ela desligue. Cortesia: Emerson

Em caso de desarme da turbina, o vapor deve continuar fluindo para evitar danos ao equipamento devido a sobrepressão e alta temperatura, de modo que a válvula de derivação da turbina se abre imediatamente para manter o fluxo no sistema.

À medida que opera, uma turbina usa vapor para realizar trabalho, reduzindo a temperatura e a pressão do vapor de saída. Quando uma válvula de derivação da turbina se abre, ela diminui a pressão, mas o vapor de saída permanece bastante superaquecido, destruindo potencialmente o equipamento a jusante. Para evitar essa situação, as válvulas de derivação da turbina incorporam um sistema de injeção de água no corpo da válvula ou empregam um dessuperaquecedor de injeção de água separado logo a jusante, em ambos os casos para diminuir a temperatura do vapor de saída.

Como resultado, as válvulas de derivação da turbina enfrentam uma tempestade perfeita de condições severas de serviço. Enquanto a usina estiver em operação, essas válvulas devem permanecer bem fechadas para evitar o desperdício de energia. Quando ocorre um desarme da turbina, as válvulas de derivação devem responder imediatamente, expondo-as a rápidas mudanças de temperatura e exigindo que passem por fluxos muito altos em altas quedas de pressão, criando alto ruído e vibração potencialmente extrema.

Dado o serviço exigente, a realidade é que praticamente todas as válvulas de derivação da turbina acabarão falhando de alguma forma. Infelizmente, muitas dessas válvulas são instaladas em locais de difícil acesso, geralmente são soldadas no local e tendem a ser fortemente isoladas. Como resultado, eles são frequentemente ignorados até que os problemas comecem a surgir. Vazamento de vapor pela válvula geralmente é o primeiro sintoma notado, mas danos muito mais significativos e potencialmente perigosos podem ocorrer.

As quedas extremas de pressão geram invariavelmente alto ruído e alta vibração. Com o tempo, essas vibrações, juntamente com as frequentes mudanças de temperatura, desgastam o metal na válvula, as conexões de água e a própria tubulação (Figura 2). Tal fadiga de metal pode resultar em falha catastrófica sob pressão.

2. Com o tempo, as altas vibrações e choques térmicos experimentados pelas válvulas de derivação da turbina desgastarão o metal e criarão rachaduras na própria válvula e na tubulação ao redor. Cortesia: Emerson