NIVEL DE FUGA DEL EMPAQUETADURA DEL VÁSTAGO DE LA VÁLVULA

La fuga en válvulas industriales se divide generalmente en dos categorías: fuga interna y fuga externa. La fuga interna se refiere al paso de fluidos a través de las superficies de sellado después de que la válvula se ha cerrado, lo que afecta la función de cierre del sistema. La fuga externa se refiere a la fuga de fluidos al ambiente externo a través de uniones como empaques del vástago de la válvula y juntas de brida, y es la principal fuente de emisiones fugitivas.

Se debe aclarar una distinción importante en la detección de fugas en válvulas. La evaluación convencional de fugas externas se basa en la observación visual a simple vista, es decir, si hay alguna exudación de medio, goteo o formación de burbujas en las conexiones del vástago o de la brida bajo inspección visual. Este es el estándar que se utiliza típicamente para determinar "cero fugas" durante las pruebas hidrostáticas o neumáticas.

Por otro lado, la fuga fugitiva se refiere a una fuga de微量 (traza), invisible. Dicha fuga no puede ser detectada a simple vista y solo se descubre utilizando instrumentos de alta sensibilidad. Ocurre principalmente en el área de sellado dinámico del empaque del vástago y en el área de sellado estático de las juntas. Debido a que la junta de la empaquetadura en el cuerpo de la válvula es un sello estático, es relativamente fácil cumplir con los estándares de baja fuga. Sin embargo, el empaque del vástago de la válvula es un sello dinámico: el vástago roza continuamente contra el empaque durante el movimiento, lo que puede provocar fácilmente el arrastre de partículas y fluctuaciones en la fuerza de sellado. Por lo tanto, el área del empaque es la dificultad central en el control de las emisiones fugitivas de las válvulas.

En respuesta al estricto control de las emisiones fugitivas de compuestos orgánicos volátiles (COV), se ha establecido un sistema de normas internacionales relativamente completo.

El Método 21 de la EPA es un método de detección estándar establecido por la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU. (EPA) para detectar fugas de COV de válvulas, bombas, bridas y otros equipos y componentes de tuberías utilizando instrumentos portátiles. Es importante tener en cuenta que el Método 21 de la EPA no es un estándar de límite de emisiones, sino un estándar de método de detección. Especifica los requisitos técnicos para los instrumentos de detección, los procedimientos de escaneo de la sonda, los procedimientos de calibración y los métodos de registro de datos. Se utiliza ampliamente en programas de Detección y Reparación de Fugas (LDAR) y también sirve como base del método de detección para estándares de prueba de tipo de válvulas como API 624 y API 641. La Ley de Aire Limpio (CAA) de EE. UU., basándose en los resultados de las pruebas del Método 21 de la EPA combinados con el tipo de medio del proceso, especifica los límites de fuga y los plazos de reparación correspondientes, con requisitos específicos que dependen del tipo de medio que sirve la válvula.

Las directrices alemanas TA-Luft (Instrucciones Técnicas para el Control de la Calidad del Aire) y VDI 2440 juntas forman importantes regulaciones técnicas para el control de emisiones fugitivas en la Unión Europea. Según TA-Luft y VDI 2440, la tasa de fuga para las conexiones de brida bajo una presión de prueba de 1 bar no debe exceder 10⁻⁴ mbar·L/(s·m). Además, los límites se refinan según la temperatura: 10⁻⁴ mbar·L/(s·m) para temperaturas inferiores a 250°C y 10⁻² mbar·L/(s·m) para temperaturas superiores a 250°C. VDI 2200 especifica los procedimientos de selección, cálculo, diseño, instalación y prueba para las conexiones de brida atornilladas. Las pruebas emplean típicamente un espectrómetro de masas de helio con un medio de prueba de helio al 97%, y la tasa de fuga se lee directamente del detector de fugas, lo que difiere del sistema de EE. UU. que utiliza metano como medio y límites de concentración (ppmv) como indicador.

API 622 es un estándar de prueba para el rendimiento de emisiones fugitivas del propio material de empaque. Antes de solicitar la certificación API 624 o API 641, primero se debe obtener un certificado de empaque API 622. Sus condiciones de prueba cubren factores integrales como la temperatura, la presión, el ciclo térmico y el ciclo mecánico, con una tasa de fuga de empaque que no excede las 100 ppm bajo las condiciones de prueba especificadas.

API 624 es un estándar de prueba de tipo de emisiones fugitivas para válvulas de vástago ascendente (por ejemplo, válvulas de compuerta, válvulas de globo) equipadas con empaque de grafito. Este estándar especifica el uso de metano con una pureza no inferior al 97% como medio de prueba. Durante la prueba, la válvula debe someterse a 310 ciclos mecánicos y 3 ciclos térmicos (punto de alta temperatura 260°C ± 14°C), manteniendo una presión de prueba de 41,4 barg (600 psig) en el punto de alta temperatura.

API 641 es un estándar de prueba de tipo de emisiones fugitivas para válvulas de cuarto de vuelta (por ejemplo, válvulas de bola, válvulas de tapón). También utiliza metano con una pureza no inferior al 97% como medio, y la válvula bajo prueba debe completar 610 ciclos mecánicos y 3 ciclos térmicos.

Los criterios de aceptación para API 624 y API 641 son los mismos: el valor de fuga no debe exceder las 100 ppmv durante toda la prueba, y no se permite ningún ajuste en el sistema de empaquetadura durante la prueba. Este límite de 100 ppmv proporciona una definición clara de la tasa de fuga permitida del sello dinámico de empaquetadura del vástago bajo condiciones de diseño, sirviendo como valor de referencia para el diseño de ingeniería.

ISO 15848 es una norma internacionalmente aplicable para válvulas industriales para los procedimientos de medición, prueba y cualificación de emisiones fugitivas. Consta de dos partes: ISO 15848-1 especifica los sistemas de prueba de tipo y clasificación para válvulas, y ISO 15848-2 especifica las pruebas de aceptación de producción para válvulas.

ISO 15848-1 clasifica los sellos de vástago en tres clases de fugas basadas en la tasa de fuga medida (mg/(s·m)): Clase A ≤ 10⁻⁶ mg/(s·m), Clase B ≤ 10⁻⁴ mg/(s·m) y Clase C ≤ 10⁻² mg/(s·m). Típicamente, las válvulas selladas con fuelles o ciertas válvulas de cuarto de vuelta especialmente diseñadas pueden alcanzar la Clase A; los vástagos con sellos de PTFE o caucho elastomérico pueden alcanzar la Clase B; mientras que los vástagos empaquetados con grafito flexible generalmente corresponden a la Clase C.

Dado que la unidad de tasa de fuga de ISO 15848 (mg/(s·m)) y la unidad de concentración de los estándares API (ppmv) tienen significados físicos diferentes, no existe una relación de conversión simple entre ellas. ISO 15848 caracteriza la fuga por la masa de medio que se fuga por segundo por unidad de longitud del vástago, mientras que los estándares API la caracterizan por la concentración volumétrica de gas que se fuga en el aire, lo que refleja diferentes dimensiones de evaluación.

API 624 y API 641 han incorporado los principios del método de detección de la EPA Método 21 en sus marcos de pruebas de tipo. Sin embargo, los requisitos de límite de API 624 y API 641 se basan principalmente en pruebas de metano. Su aplicabilidad a gases de moléculas pequeñas como el hidrógeno y el helio debe evaluarse por separado, ya que los gases de moléculas pequeñas son más permeables y pueden resultar en tasas de fuga reales más altas que el metano bajo las mismas condiciones de sellado.