NÍVEL DE VAZAMENTO DA HASTE DA VÁLVULA

O vazamento em válvulas industriais é geralmente dividido em duas categorias: vazamento interno e vazamento externo. Vazamento interno refere-se à passagem de fluidos através das superfícies de vedação após o fechamento da válvula, afetando a função de estanqueidade do sistema. Vazamento externo refere-se à fuga de fluidos para o ambiente externo através de juntas como gaxetas de haste de válvula e juntas de flange, e é a principal fonte de emissões fugitivas.

Uma distinção importante deve ser esclarecida na detecção de vazamentos em válvulas. A avaliação convencional de vazamento externo baseia-se na observação visual em condições a olho nu — ou seja, se há alguma exsudação de fluido, gotejamento ou formação de bolhas na haste ou nas conexões de flange sob inspeção visual. Este é o padrão tipicamente usado para determinar "vazamento zero" durante testes hidrostáticos ou pneumáticos.

Fugitive leakage, por outro lado, refere-se a vazamentos微量 (traço), invisíveis. Tais vazamentos não podem ser detectados a olho nu e só são descobertos usando instrumentos de alta sensibilidade. Ocorrem principalmente na área de vedação dinâmica da gaxeta da haste e na área de vedação estática das juntas. Como a junta da gaxeta no corpo da válvula é uma vedação estática, é relativamente fácil atender aos padrões de baixo vazamento. No entanto, a gaxeta da haste da válvula é uma vedação dinâmica — a haste atrita continuamente contra a gaxeta durante o movimento, o que pode facilmente levar ao arrasto de partículas e flutuações na força de vedação. Portanto, a área da gaxeta é a principal dificuldade no controle de emissões fugitivas de válvulas.

Em resposta ao rigoroso controle de emissões fugitivas de compostos orgânicos voláteis (COVs), um sistema de padrões internacionais relativamente abrangente foi estabelecido.

O Método 21 da EPA é um método de detecção padrão estabelecido pela Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA) para detectar vazamentos de VOC de válvulas, bombas, flanges e outros equipamentos e componentes de tubulação usando instrumentos portáteis. É importante notar que o Método 21 da EPA não é um padrão de limite de emissão, mas um padrão de método de detecção. Ele especifica os requisitos técnicos para instrumentos de detecção, procedimentos de varredura de sonda, procedimentos de calibração e métodos de registro de dados. É amplamente utilizado em programas de Detecção e Reparo de Vazamentos (LDAR) e também serve como base de método de detecção para padrões de teste de tipo de válvula, como API 624 e API 641. O Clean Air Act (CAA) dos EUA, com base nos resultados dos testes do Método 21 da EPA combinados com o tipo de meio de processo, especifica limites de vazamento e prazos de reparo correspondentes, com requisitos específicos dependendo do tipo de meio que a válvula atende.

As diretrizes alemãs TA-Luft (Instruções Técnicas para Controle da Qualidade do Ar) e VDI 2440 juntas formam importantes regulamentos técnicos para o controle de emissões fugitivas na União Europeia. De acordo com a TA-Luft e a VDI 2440, a taxa de vazamento para conexões de flange sob uma pressão de teste de 1 bar não deve exceder 10⁻⁴ mbar·L/(s·m). Além disso, os limites são refinados com base na temperatura: 10⁻⁴ mbar·L/(s·m) para temperaturas abaixo de 250°C e 10⁻² mbar·L/(s·m) para temperaturas acima de 250°C. A VDI 2200 especifica os procedimentos de seleção, cálculo, projeto, instalação e teste para conexões de flange aparafusadas. O teste geralmente emprega um espectrômetro de massa de hélio com um meio de teste de 97% de hélio, e a taxa de vazamento é lida diretamente do detector de vazamento — o que difere do sistema dos EUA que usa metano como meio e limites de concentração (ppmv) como indicador.

API 622 é um padrão de teste para o desempenho de emissões fugitivas do próprio material de gaxeta. Antes de solicitar a certificação API 624 ou API 641, um certificado de gaxeta API 622 deve ser obtido primeiro. Suas condições de teste cobrem fatores abrangentes como temperatura, pressão, ciclos térmicos e ciclos mecânicos, com uma taxa de vazamento da gaxeta não excedendo 100 ppm sob as condições de teste especificadas.

API 624 é um padrão de teste de tipo para emissões fugitivas para válvulas de haste ascendente (por exemplo, válvulas gaveta, válvulas globo) equipadas com gaxeta de grafite. Este padrão especifica o uso de metano com pureza não inferior a 97% como meio de teste. Durante o teste, a válvula deve passar por 310 ciclos mecânicos e 3 ciclos térmicos (ponto de alta temperatura 260°C ± 14°C), mantendo uma pressão de teste de 41,4 barg (600 psig) no ponto de alta temperatura.

A API 641 é um padrão de teste de emissões fugitivas para válvulas de quarto de volta (por exemplo, válvulas de esfera, válvulas de plugue). Ela também utiliza metano com pureza não inferior a 97% como meio, e a válvula sob teste deve completar 610 ciclos mecânicos e 3 ciclos térmicos.

Os critérios de aceitação para API 624 e API 641 são os mesmos: o valor de vazamento não deve exceder 100 ppmv durante todo o teste, e nenhum ajuste no sistema de gaxetas é permitido durante o teste. Este limite de 100 ppmv fornece uma definição clara da taxa de vazamento permitida da gaxeta dinâmica da haste sob condições de projeto — servindo como um valor de referência para o projeto de engenharia.

A ISO 15848 é uma norma industrial internacionalmente aplicável para válvulas, destinada à medição, teste e procedimentos de qualificação para emissões fugitivas. Ela consiste em duas partes: a ISO 15848-1 especifica testes de tipo e sistemas de classificação para válvulas, e a ISO 15848-2 especifica testes de aceitação de produção para válvulas.

A ISO 15848-1 classifica as vedações de haste em três classes de vazamento com base na taxa de vazamento medida (mg/(s·m)): Classe A ≤ 10⁻⁶ mg/(s·m), Classe B ≤ 10⁻⁴ mg/(s·m) e Classe C ≤ 10⁻² mg/(s·m). Tipicamente, válvulas com vedação de foles ou certas válvulas de quarto de volta especialmente projetadas podem atingir a Classe A; hastes com vedações de PTFE ou borracha elastomérica podem atingir a Classe B; enquanto hastes com gaxetas de grafite flexível geralmente correspondem à Classe C.

Como a unidade de taxa de vazamento da ISO 15848 (mg/(s·m)) e a unidade de concentração dos padrões API (ppmv) têm significados físicos diferentes, não há uma relação de conversão simples entre elas. A ISO 15848 caracteriza o vazamento pela massa de meio vazando por segundo por unidade de comprimento da haste, enquanto os padrões API o caracterizam pela concentração volumétrica de gás vazando no ar — refletindo diferentes dimensões de avaliação.

API 624 e API 641 incorporaram os princípios do método de detecção da EPA Method 21 em suas estruturas de teste de tipo. No entanto, os requisitos de limite da API 624 e API 641 são baseados principalmente em testes de metano. Sua aplicabilidade a gases de moléculas pequenas, como hidrogênio e hélio, deve ser avaliada separadamente — porque gases de moléculas pequenas são mais permeáveis e podem resultar em taxas de vazamento reais mais altas do que o metano sob as mesmas condições de vedação.