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Fano 6 Ottobre 2015 Massimo Benedetto - ESAFA

VALVOLE DI REGOLAZIONE

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INDICE DEL CORSO

Generalità sulle valvole di regolazione Dimensionamento e selezione Curve caratteristiche Ruolo della valvola di regolazione nell’anello di controllo Tipologia delle valvole di regolazione Attuatori Posizionatori Accessori Materiali Normative e Standard Applicazioni tipiche delle valvole di regolazione nelle

installazioni offshore

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Schema tipico di un anello di controllo del livello mediante valvola di regolazione pneumatica

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Definizione di valvola di regolazione

Control valve*: A power operated device which modifies the fluid flow rate in a process control system. It consists of a valve connected to an actuator mechanism that is capable of changing the position of a flow controlling element in the valve in response to a signal from the controlling system. ISA 75-05

*The following types of valves are excluded from this standard: 1) Regulator — A regulator, whether for flow, level, pressure or temperature is a valve with a positioning actuator using a self-generated power signal for moving the closure member relative to the valve port or ports in response and in proportion to the changes in energy of the controlled variable. The force to position the closure member is derived from the same fluid. 2) Relief Valve — A generic term applying to relief valves, safety valves or safety relief valves. Source: ANSI B95.1 or API RP520. 3) Hand Valve — A generic term applying to valves used in process piping to provide shut off or isolation.

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Componenti fondamentali di una valvola di regolazione

The ISA definition implies that a control valve is actually an assembly that includes, at minimum, a valve body assembly and an actuator, as shown in figure.

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Classica configurazione del corpo valvola

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Classica configurazione attuatore pneumatico

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Definizioni basilari secondo ISA 75-05

Valve: A valve is a device used for the control of fluid flow. It consists of a fluid retaining assembly, one or more ports between end openings and a movable closure member which opens, restricts or closes the port(s). Actuator: An actuator is a fluid powered or electrically

powered device which supplies force and motion to a valve closure member. Motion conversion mechanism: A mechanism between the

valve and the power unit of the actuator to convert between linear and rotary motion. The conversion can be from linear actuator action to rotary valve operation or from rotary actuator action to linear valve operation.

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Classificazione delle valvole di regolazione trattate nel corso

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Classificazione degli attuatori trattati nel corso

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Tipico posizionatore elettro-pneumatico

The purpose of a valve positioner is to ensure the mechanical valve’s position matches the command signal at all times.

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Caratteristiche generali della valvola di regolazione a globo

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Tabella comparativa

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Riassumendo

Feature On-Off Valve Control Valve

Ruggedly built for high cycle service Yes Yes

Always provides tight shutoff Yes

No

Valve bore approximates line size Yes No

Always provide system effect with travel change

No Yes

Used to alter flow in response to control signal

No Yes

“Absorbs” large amount of energy No Yes

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Codici di riferimento e standard ASME

Fondata nel 1880, la American Society of Mechanical Engineers (Associazione americana degli ingegneri meccanici, più nota come ASME) oltre ad essere una associazione professionale, ha sviluppato una serie di norme di calcolo - principalmente per il dimensionamento dei recipienti a pressione per impieghi comuni e speciali - che vengono considerate come norme di riferimento dalle altre autorità di controllo. Queste sono riunite nel ASME Boiler and Pressure Vessels Code, periodicamente aggiornato. Le normative ASME contengono anche una delle poche normative esistenti attualmente per il dimensionamento dei componenti dei reattori nucleari (un'altra è per esempio quella francese RCC-MRx).

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Codici di riferimento e standard ISA

Founded in 1945, the International Society of Automation is a leading, global, nonprofit organization with more than 30,000 members worldwide. ISA develops standards, certifies industry professionals, provides education and training, publishes books and technical articles, and hosts conferences and exhibitions for automation professionals.

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Codici di riferimento e standard API

L'American Petroleum Institute (Istituto Americano per il Petrolio, più noto come API) è la principale organizzazione professionale statunitense nel campo dell'ingegneria petrolchimica e chimica, e distribuisce annualmente oltre 200,000 pubblicazioni. Le pubblicazioni, le norme tecniche e i prodotti elettronici ed online sono concepiti per migliorare l'efficienza e l'economia degli impianti, soddisfare le esigenze legali e normative, e proteggere la salute e l'ambiente. Le pubblicazioni sono gestite da comitati delle principali associazioni professionali. L'API è stimata e rispettata anche perché viene gestita da ingegneri membri della stessa, invece che da impiegati indipendenti. Come esempio di pubblicazione, la norma API 610 determina le caratteristiche delle pompe centrifughe, la API 682 le tenute meccaniche, la API 677 della normalizzazione di riduttori di velocità e la API 5L le caratteristiche delle tubazioni in acciaio (con o senza saldatura) per il trasporto di acqua, gas e petrolio (tubo API). L'API definisce anche gli standard industriali per la conservazione dell'energia degli oli per motori: SL è la specifica in vigore, che gli oli devono rispettare a partire dal 2001. Compito di API è anche il lobbismo per conto delle industrie americane del petrolio, della chimica e del gas naturale. Sostiene le posizioni di queste in argomenti fiscali, commerciali, ambientali, e relativamente a sanzioni, sicurezza industriale e cambiamenti climatici.

550 Control Valve and Accessories 553 Refinery Control Valves

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Classificazione delle valvole di regolazione – Stem Guided

Single Port Double Port

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Opposizione delle spinte idrostatiche sugli otturatori

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Sezione di una tipica valvola double-ported

Plug Bushing (Lower)

Plug & Stem (Assembly)

Body

Packing Ring (S)

Bottom Flange

Seat Ring (Lower)

Packing Follower

Seat Ring (Upper)

Plug Bushing (Upper)

Stem

Bonnet

Spacer (Packing)

PROBLEMA A causa delle differenti tolleranze di lavorazione e dei diversi coefficienti di dilatazione termica dei materiali, le valvole con doppio seggio non possono garantire una buona tenuta in condizioni di chiusura.

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Classificazione delle valvole di regolazione - Post Guided

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Limiti delle valvole stem guided

Il ΔP operativo massimo è spesso inferiore a quello di rating della valvola

Flessione dello stelo

Vibrazione dell’otturatore e dello stelo

Usura delle sedi

Peggioramento del livello di tenuta del trim

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Classificazione delle valvole di regolazione - Cage Guided

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Dettaglio di una valvola cage-guided

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Otturatore sbilanciato e bilanciato

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Otturatore sbilanciato

Otturatore sbilanciato

PRO • Garantisce un superiore livello di

tenuta • Adatto per alte temperature per le

quali è richiesto il contatto metallo su metallo tra otturatore e sede

CONTRO • Attuatori più potenti • Sollecitazioni assiali elevate sullo

stelo (instabilità elastica) • Instabilità fluidodinamica in fase di

apertura/chiusura (slamming, battimenti)

LIMITAZIONI • Tipicamente applicabile per valvole di

size fino a 10’’ saipem

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Otturatore bilanciato

Otturatore sbilanciato

CONTRO • Inferiore livello di tenuta a parità di

spinta attuatore • Maggiore complessità costruttiva PRO • Attuatori meno potenti • Nessuna sollecitazione idrodinamica

sullo stelo • Riduzione dell’ instabilità

fluidodinamica in fase di chiusura/apertura (slamming, battimenti)

LIMITAZIONI • Non idoneo per temperature molto

elevate (limite anello di tenuta).

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Classe di tenuta della valvola di regolazione (Seat Leakage) Suddivisione delle classi di tenuta secondo la norma ANSI/FCI 70-2

Standard ANSI/FCI 70-2 in not applicable for On-Off valve. saipem

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Classe di tenuta della valvola di regolazione (Seat Leakage)

Seat Leakage. The quantity of test fluid passing through an assembled valve in the closed position under the test conditions as defined.

La classe V è solitamente richiesta per applicazioni critiche nelle quali, ad esempio, la valvola di regolazione deve rimanere chiusa per un lungo periodo di tempo sotto un elevato DP e non è presente una valvola di blocco. La classe VI è richiesta in casi eccezionali, e può essere ottenuta solo mediante l’utilizzo di sedi resilienti (soft-seat).

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Banco per prova di tenuta

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Metodi di seating and shutoff – Metal Seats

La selezione di un particolare tipo di seggio dipende dalla classe di tenuta richiesta, dalla natura e dalla temperatura del fluido di processo. In generale all’ incremento della classe di tenuta corrisponde una diminuzione della temperatura di rating.

• Shutoff classe IV o V

• Idoneo per temperature superiori a 230 °C

• Con l’otturatore bilanciato la max classe di shutoff ottenibile è la IV

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Metodi di seating and shutoff – Soft Seats – Bassa Temperatura

• Shutoff fino a classe VI

• Idoneo per temperature non superiori a 200 °C – 230°C (limite di utilizzo del PTFE)

• Con l’otturatore bilanciato la max classe di shutoff ottenibile è la V

• L’anello di tenuta in PTFE non è consigliabile. Classe tenuta max II

• La soluzione anello di tenuta in PTFE + anello di backup assicura una classe di tenuta fino a V

• Il costruttore della valvola deve selezionare il materiale compatibile con il fluido di processo.

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Metodi di seating and shutoff – Soft Seats – Bassa Temperatura

• Richiesto quando esistono particolari esigenze di tenuta alta.

• Oppure quando non è disponibile un anello di back-up di materiale compatibile con il fluido di processo

• Idoneo per temperature non superiori a 200 °C – 230°C (limite di utilizzo del PTFE)

• In combinazione con seggio soffice la max classe di shutoff ottenibile è la V

PTFE

MOLLA saipem

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Metodi di seating and shutoff – Soft Seats – Alta Temperatura

• Adoperato solo nel caso di otturatore bilanciato

• Idoneo per temperature superiori a 200 °C – 230°C (limite di utilizzo del PTFE)

• Con anello singolo la max classe di shutoff ottenibile è la II

• Con anello multiplo la classe di tenuta può arrivare a III

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Riassunto delle capacità di shutoff

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Designazione della taglia delle valvole

• DN (Diamentro Nominale) è un numero che quantifica le dimensioni della valvola.

• DN approssimativamente esprime la misura in mm il diametro interno della valvola.

• L’NPS (Nominal Pipe Size) è analogo al DN ed esprime approssimativamente in pollici la misura del diametro nominale della valvola.

• Gli standard internazionali usano il DN per definire le dimensioni della valvola.

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Rating delle valvole di regolazione secondo ASME B16.34

– 150 Class – 300 Class – 600 Class – 900 Class – 1500 Class – 2500 Class – 4500 Class – Special Class

Pression nominal (PN) is the rating designator followed by a designation number, which indicates the approximate pressure rating in bars. The bar is the unit of pressure, and 1 bar is equal to 14.5 psi or 100 kilopascals (kPa).

Class, followed by a dimensionless number, is the designation for pressure-temperature ratings. Standardized designations are as follows:

Threaded or welding-end valves that conform to all the requirements of para. 2.1.2, and in addition have successfully passed the examinations required by Section 8. Pressure-temperature ratings shall not exceed the values that are listed in Table 2 with an identifying table number suffix “B.” Special Class ratings shall not be used for flanged-end valves.

Class 4500 applies only to welding-end valves

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Classificazione dei materiali secondo ASTM

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Determinazione della temperatura - pressione operativa

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Attuatore pneumatico a diaframma

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Varying area elastomer diaphragm Air is supplied to one side of

the diaphragm which opposes a spring on the opposite side Different Spring Ranges are

available Spring is adjustable Low thrust

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Attuatore pneumatico a pistone

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Piston or Cylinder Actuators are typically used: Where high delta-p shut-off are

required Long strokes are required Heavy Cycling Leakage across piston is prevented by

a seal on the piston.

Advantages Capable of High Thrust Stable at high delta-p Thrust potentially unlimited

Disadvantages Higher frictional loads than spring

diaphragm actuators

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Configurazioni valvola-attuatore

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Configurazioni valvola-attuatore

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Configurazioni valvola-attuatore (due vie)

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Configurazioni valvola-attuatore (tre vie)

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Modi di failure di una valvola di regolazione

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Le perdite di carico nella valvola

Quando la valvola è aperta, ci aspettiamo che questa offra la minima resistenza al passaggio del fluido: • minimizzando l’attrito delle superfici

interne • evitando di causare turbolenze del

fluido.

Tutto ciò che offre resistenza al passaggio del fluido all’interno della tubazione provoca una perdita di carico (pressure drop = caduta di pressione) : valvole, curve, strozzature, dislivelli, turbolenze, superfici interne rugose, etc.

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Le perdite di carico nella valvola

Il progettista di un impianto deve calcolare le perdite di carico totali delle tubazioni, per verificare il corretto dimensionamento della pompa o del compressore e accertarsi che la potenza dei motori sia sufficiente.

Ogni valvola rappresenta una ‘perdita localizzata’, la quale sarà tanto più bassa quanto più l’interno della valvola è liscio e quanto più la forma interna della valvola è simile ad un tratto rettilineo di tubo.

La perdita di carico causata da una valvola può essere calcolata mediante varie formule.

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Le perdite di carico nella valvola

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Per le perdite di carico concentrate Hv nelle valvole vale la formula:

k = coefficiente di perdita di carico

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Le perdite di carico nella valvola

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Il Teorema di Bernoulli

P1- Inlet pressure

P2- Outlet pressure

Pvc Pressure on vena contracta

La Vena Contracta è la sezione del flusso nella quale il diametro assume il valore minimo come nel caso del flusso attraverso un orifizio (Evangelista Torricelli, 1643).

TEOREMA DI BERNOULLI

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La tensione di vapore

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La tensione di vapore di una sostanza, ad una certa temperatura, è la pressione della fase gassosa in equilibrio con la sua fase liquida.

Ambient pressure Ambient pressure

No evaporation: ambient pressure greater than vapour pressure

Evaporation: vapour pressure greater than ambient pressure

Vapour pressure Vapour pressure

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La tensione di vapore

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Flusso normale

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Pressure across the valve is always greater than Pv so there is no vapour in inside valve.

P1

Pv P2

Pvc

Path across the valve

P1 P2

Pvc

Liquid

Vapour

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Cavitazione

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Pressure became smaller than vapour pressure only in vena contracta or in a interval (max velocity).

Vapour creates and implode

P1

Pv P2

Pvc

Pressure

Path across the valve

P1 P2

Pvc

Liquid

Vapour

Vapour implosion

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Effetti della cavitazione

REMEMBER THIS RULE!

The amount of cavitation damage is related to the sixth power of flow velocity or to the third power of pressure drop.

This is the reason why reducing Δp by a factor of two, for example, will result in an eightfold reduction in cavitation destruction.

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Trim anticavitazione

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Trim anticavitazione

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Opzioni disponibili per ridurre o eliminare la cavitazione

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Proprietà dei materiali in relazione alla cavitazione

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Stellite 6B (28% chromium, 4% tungsten, 1% carbon, 67% cobalt). This is a wrought material and can be welded to form valve trims in sizes up to 3 in. (75 mm). Stellite 6 is used for hard-facing of trims and has the same chemical composition but less impact resistance. Correspondingly, its cost is lower.

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Flashing Pressure became smaller than vapour pressure and not recover: vapour creates outlet valve

P1

Pv

P2 Pvc

Pressure

Path across the valve

P1 P2

Pvc

Liquid

Vapour

When a liquid flashes into vapor, there is a large increase in volume. In this circumstance, the piping downstream of a valve needs to be much larger than the inlet piping in order to keep the velocity of the two-phase stream low enough to prevent erosion. The ideal valve to use for such applications is an angle valve with an oversized outlet connection.

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Flashing

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Danni da flashing

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Standard per il dimensionamento delle valvole di regolazione

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Standardization activities for control valve sizing can be traced back to the early 1960's when an American trade association, the Fluids Control Institute (FCI), published sizing equations for use with both compressible and incompressible fluids. The range of service conditions that could be accommodated accurately by these equations was quite narrow, and the standard did not achieve a high degree of acceptance. In 1967, the Instrument Society of America (ISA) established a committee to develop and publish standard equations. The efforts of this committee culminated in a valve sizing procedure that has been recognized as standard by American National Standard Institute (ANSI). Later, a committee of the International Electrotechnical Commission (IEC) used the ISA works as a basis to formulate international standards for sizing control valves. Except for some slight differences in nomenclature and procedures, the ISA and IEC standards have been harmonized. ANSI/ISA Standard S75.01 is harmonized with IEC Standards 534‐2‐1 and 534‐2‐2 (for incompressible and compressible fluids, respectively).

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Dimensionamento secondo ISA S75.01

CV The number of U.S. gallons per minute of

water at 60° F which will pass through a given flow restriction with a pressure drop of 1 psi .

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Calcolo del Cv

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k = coefficiente di perdita di carico (turbulent energy dissipation

factor)

R = Fluid “resistance” P1 = Upstream fluid pressure P2 = Downstream fluid pressure Q = Volumetric fluid flow rate k = Turbulent energy dissipation factor ρ = Mass density of fluid A = Cross-sectional area of restriction

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Calcolo del Cv

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Relazione portata-pressione per fluido incomprimibile

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Relazione portata-pressione per fluido comprimibile

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La densità diminuisce a causa della caduta di pressione del fluido dall’ingresso alla vena contracta. Ciò comporta che, a parità di portata, il fluido incomprimibile deve essere accelerato fino ad una velocità superiore di quella di un corrispondente fluido comprimibile. Pertanto a parità di Dp la portata massica di un fluido comprimibile è inferiore a quella di un fluido incomprimibile. Di tale effetto si tiene conto mediante l’introduzione del coefficiente di espansione Y che può assumere valori tra 0.667 e 1.

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Suddivisione per categoria delle equazioni di dimensionamento

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INCOMPRESSIBLE FLUID

COMPRESSIBLE FLUID

NON-VAPORIZING

VAPORIZING CHOKED FLOW

TURBULENT FLOW

NON TURBULENT FLOW

VALVE IN STRAIGHT PIPE SAME SIZE

VALVE WITH ATTACHED FITTINGS

A

B

A.1

A.2

A.1.1

A.1.2

A.2.1

A.2.2

NON TURBULENT FLOW

TURBULENT FLOW

B.1

B.2

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A.1.1 - Fluido incomprimibile – non evaporante – moto turbolento

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• Cv - Valve flow coefficient • q - Volumetric flow rate • N1, N2, etc. - Numerical constants for units of

measurement used • Gf - Relative density at upstream conditions

[ratio of density of liquid at flowing temperature to density of water at 60°F (15.6°C)] dimensionless

• Fp - Piping geometry factor, dimensionless • w - Weight or mass flow rate • γ1 (gamma) - Specific weight, upstream

conditions

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La costante N

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Il fattore geometrico della tubazione Fp

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The piping geometry factor Fp accounts for fittings attached to either the valve inlet or the outlet that disturb the flow to the extent that valve capacity is affected. Fp is actually the ratio of the flow coefficient of a valve with attached fittings to the flow coefficient (Cv) of a valve installed in a straight pipe of the same size as the valve.

For maximum accuracy, Fp must be determined by the test procedures specified in ANSI/ISA S75.02 - Control Valve Capacity Test Procedure.

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Il fattore geometrico della tubazione Fp

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A.1.2 - Fluido incomprimibile – non evaporante – moto non turbolento

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Non-turbulent flow occurs at high fluid viscosities and/or low velocities. In these circumstances, the flow rate through a valve is less than for turbulent flow, and the Reynolds number factor FR must be introduced.

•Cv - Valve flow coefficient •q - Volumetric flow rate •FR - Reynolds number factor, dimensionless •N1, N2, etc. - Numerical constants for units of measurement used •Gf - Relative density at upstream conditions [ratio of density of liquid at flowing temperature to density of water at 60°F (15.6°C)], dimensionless •w - Weight or mass flow rate •γ1 (gamma) - Specific weight, upstream conditions

FR is the ratio of non-turbulent flow rate to the turbulent flow rate predicted by Equations for turbulent flow. For laminar flow FR < 1. When Reynolds Number is ≥ 10^4 (Turbulent Flow) then FR = 1.

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Il fattore FR e il numero di Reynolds

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• FR is the ratio of non-turbulent flow rate to the turbulent flow rate predicted by equations for turbulent flow.

• When Reynolds Number is = 10^4 the flow is laminar, then FR < 1

• When Reynolds Number is ≥ 10^4 the flow is Turbulent, then FR = 1

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Significato del numero di Reynolds Il numero di Reynolds (Re) è un gruppo adimensionale usato in fluidodinamica, proporzionale al rapporto tra le forze d'inerzia e le forze viscose. Permette di valutare se il flusso di un fluido è in regime laminare o turbolento. I valori del numero di Reynolds sono da considerarsi "bassi" o "elevati" relativamente a uno specifico sistema, in cui siano fissate: • la geometria del corpo investito dal flusso; • la natura del fluido; • le condizioni operative (temperatura e pressione) alle quali avviene

l'esperienza.

Viene definito numero di Reynolds critico il valore del numero di Reynolds in corrispondenza del quale si ha il passaggio da regime laminare a regime turbolento.

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Significato del numero di Reynolds

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• Cv - Valve flow coefficient • Fd - Valve style modifier • q - Volumetric flow rate • N1, N2, etc. - Numerical constants for units of

measurement used • FL - Liquid pressure recovery factor of a valve

without attached fittings, dimensionless • d - Valve inlet diameter • ν (nu) Kinematic viscosity, centistokes

The bracketed term accounts for the velocity of approach. Except for wide-open ball or butterfly valves, this term has only a slight effect on the Rev calculation and can generally be omitted.

The valve style modifier Fd correlates data from tests of several valve styles with different hydraulic radii, so that a single curve represents all the styles tested (see ISA S.75.01 - Annex D) Fd is a dimensionless value within 0.7 and 1

The FL factor accounts for the influence of the internal geometry of the valve on its capacity at choked flow.

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Tabella dei fattori di portata

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A.2 - Fluido incomprimibile – evaporante – flusso strozzato

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• Choked flow is a limiting, or maximum, flow rate. • With fixed inlet (upstream) conditions, it is manifested by the failure of decreasing

downstream pressure to increase the flow rate. • With liquid streams, choking occurs as a result of vaporization of the liquid when the

pressure within the valve falls below the vapor pressure of the liquid. • Choked flow will be accompanied by either cavitation or flashing. • If the downstream pressure is greater than the vapor pressure of the liquid, cavitation

occurs. • If the downstream pressure is equal to or less than the vapor pressure of the liquid,

flashing occurs.

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A.2.1 - Fluido incomprimibile – evaporante – flusso strozzato – valvola collocata su tubazione diritta

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• Cv - Valve flow coefficient • Pvc – Pressure in vena contracta • FF - Piping geometry factor, dimensionless • qmax - maximum flow rate of a liquid under

choked conditions • N1, N2, etc. - Numerical constants for units of

measurement used • Gf - Liquid specific gravity at upstream

conditions [ratio of density of liquid at flowing temperature to density of water at 60°F (15.6°C)], dimensionless

• FL - Liquid pressure recovery factor of a valve without attached fittings, dimensionless

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A.2.1 - Fluido incomprimibile – evaporante – flusso strozzato – valvola collocata in prossimità di riduzioni e/o fitting

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• Cv - Valve flow coefficient • Pvc – Pressure in vena contracta • FF - Piping geometry factor, dimensionless • qmax - maximum flow rate of a liquid under

choked conditions • N1, N2, etc. - Numerical constants for units of

measurement used • Gf - relative density at upstream conditions

[ratio of density of liquid at flowing temperature to density of water at 60°F (15.6°C)], dimensionless

• FLP - combined liquid pressure recovery factor

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Il pressure recovery factor

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The liquid pressure recovery factor FL applies to valves without attached fittings. This factor accounts for the influence of the internal geometry of the valve on its capacity at choked flow. Under non-vaporizing flow conditions, it is defined by the equation:

When a valve is installed with reducers or other attached fittings, the liquid pressure recovery of the valve-fitting combination is not the same as that for the valve alone. For calculations involving choked flow, it is convenient to treat the piping geometry factor (Fp) and the FL factor for the valve-fitting combination as a single factor, FLP - combined liquid pressure recovery factor. The value of FL for the combination is then FLP /Fp , where:

FLP must be determined by using the test procedures specified in ANSI/ISA S75.02 - Annex J

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Valori empirici del fattore di recupero della pressione

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When estimated values are permissible, reasonable accuracy may be obtained by using the

following equation to determine FLP:

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B – Dimensionamento nel caso di fluido comprimibile

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The flow rate of a compressible fluid varies as a function of the ratio of the pressure differential to the absolute inlet pressure (Δp/p1), designated by the symbol x.

NO FLUID EXPANSION TROUGH THE VALVE

FLUID EXPANSION / COMPRESSION TROUGH THE

VALVE

BERNOULLI EQUATION FOR NEWTONIAN

INCOMPRESSIBLE FLUIDS.

USE OF APPROPRIATE CORRECTION FACTORS

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B.2 – Fluido comprimibile – regime turbolento – flusso non strozzato

• Cv - Valve flow coefficient • FP - Piping geometry factor, dimensionless • FK - Ratio of specific heats factor, dimensionless • q - Volumetric flow rate • N1, N2, etc. - Numerical constants for units of

measurement used • Gg - Gas relative density (ratio of density of flowing

gas to density of air with both at standard conditions, which is equal to the ratio of the molecular weight of gas to the molecular weight of air), dimensionless

• T1 -Absolute upstream temperature (in degrees K or R) • x - Ratio of pressure drop to absolute inlet pressure

(Δp/p1) dimensionless • xT - Pressure drop ratio factor, dimensionless • xTP - Pressure drop ratio factor with reducers or other

fittings dimensionless • Y - Expansion factor, ratio of flow coefficient for a gas

to that for a liquid at the same Reynolds number, dimensionless

• M - Molecular weight, atomic mass units • Z - Compressibility factor, dimensionless • w - Weight or mass flow rate • γ1 (gamma) - Specific weight, upstream conditions saipem

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Condizione di validità delle equazioni precedenti

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The value of x at the inception of choked flow conditions varies from valve to valve. It also varies with the piping geometry and with the thermodynamic properties of the flowing fluid. The factors involved are: • xT (Section 6.5 of ISA S75.01) • xTP (Section 6.6 of ISA S75.01) • Fk (Section 6.7 of ISA S75.01)

The expansion factor Y at choked flow is then at its minimum value of 2/3.

OR NO CHOKING

CHOKING

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In sintesi…

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• xT must be established by using the test procedures specified in ANSI/ISA S75.02

• Representative xT values for valves are tabulated in ISA S75.01 - Annex D

• These representative values are not to be taken as actual.

• Actual values must be obtained from the valve manufacturer.

• When a valve is installed with reducers or other fittings, the pressure drop ratio factor of the assembly (xTP ) is different from that of the valve alone (xT ).

• For maximum accuracy, xTP must be determined by test (as per ANSI/ISA S75.02).

• When estimated values are permissible, the following equation may be used to determine xTP

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Tabella dei valori empirici di XT

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Le costanti dimensionali N

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Il fattore di espansione Y

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Il fattore Fk

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Il fattore di comprimibilità del gas

Under some conditions, real gas behavior can deviate markedly from the ideal. In these cases, the compressibility factor Z shall be introduced to compensate for the discrepancy.

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Il coefficiente di efflusso Kv

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Relazione tra Cv e Kv

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Software per il dimensionamento delle valvole di regolazione

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Bibliografia

Emerson Process Management – «CONTROL VALVE HANDBOOK» - Last Edition Parcol – «VALVOLE DI REGOLAZIONE» P. Muroni – «VALVOLE DI REGOLAZIONE PER PROCESSI

INDUSTRIALI» Saudi Aramco – «ENGINEERING ENCYCLOPEDIA – CONTROL

VALVE SELECTION» D.Baumann – «CONTROL VALVE PRIMER» – ISA P. Smith, W. Zappe – «VALVE SELECTION HANDBOOK» –

Elsevier Spirax Sarco – «MANUALE DEL CONTROLLO E

DELL’AUTOMAZIONE INDUSTRIALE T. Kuphaldt – «LESSONS IN INDUSTRIAL INSTRUMENTATION Bela Liptak – «INSTRUMENT ENGINEER’S HANDBOOK – Vol.

2 – Process Control and Optimization»

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