Tecnologia e Padrão de Válvulas Criogênicas

Aços inoxidáveis austeníticos (por exemplo, 304, 316L) são amplamente utilizados para válvulas criogênicas devido à sua excelente tenacidade a baixas temperaturas. No entanto, eles são metaestáveis à temperatura ambiente. Quando a temperatura cai abaixo do ponto de início da transformação martensítica (ponto Ms, tipicamente entre -50°C e -100°C), parte da austenita se transforma irreversivelmente em martensita. Essa transformação de fase apresenta dois riscos principais: Expansão volumétrica – a martensita tem um volume específico maior que a austenita, levando à expansão volumétrica localizada; e estresse microestrutural – a transformação de fase não uniforme e as diferenças de temperatura em diferentes componentes da válvula geram tensões térmicas e microestruturais complexas. Quando essas tensões excedem o limite de escoamento do material, ocorre deformação plástica permanente nas partes que contêm pressão (especialmente nas superfícies de vedação do assento com acabamento de precisão), destruindo a precisão geométrica necessária para a vedação e resultando em vazamento interno.

Para eliminar este risco, um tratamento criogênico envolvendo imersão em nitrogênio líquido a -196°C deve ser realizado antes e após o desbaste:

Induz a transformação da maioria da austenita instável em martensita. Medições mostram que nesta fase, a deformação média da superfície de vedação do assento da válvula pode atingir 2,25 μm.

As superfícies de vedação já deformadas são retificadas para a precisão de projeto.

Estimula a transformação dos vestígios restantes de austenita instável. Como a vasta maioria da transformação de fase foi concluída durante o primeiro tratamento, a deformação após o segundo tratamento é extremamente pequena, com médias medidas de apenas 0,37 μm, atendendo plenamente aos altos requisitos de vedação. A análise metalográfica confirma que, após o segundo tratamento, a microestrutura está virtualmente estável, garantindo fundamentalmente a estabilidade dimensional da válvula em condições reais de operação a baixas temperaturas.

Para padronizar os requisitos técnicos para válvulas criogênicas, os principais países e regiões industriais do mundo estabeleceram padrões rigorosos. Os três padrões mais influentes são:

 Temperaturas de mídia de -196°C a -29°C, pressões nominais PN16~PN400 / Classe150~Classe2500.

A versão de 2019 da norma exige explicitamente o tratamento criogênico para válvulas de aço inoxidável austenítico usadas em condições de serviço abaixo de -100°C.

Disposições detalhadas sobre os princípios de seleção para aços fundidos para baixas temperaturas (por exemplo, LC3, LC9) e aços inoxidáveis austeníticos.

Proporciona um controle mais refinado sobre as taxas de vazamento.

Impõe requisitos rigorosos sobre emissões fugitivas da haste da válvula e da junta corpo-tampa (por exemplo, vazamento da haste ≤ 100 ppmv).

Válvulas gaveta, globo, esfera, borboleta, retenção, etc. A versão de 2019 adicionou válvulas de retenção de fluxo axial, válvulas de esfera com entrada superior e válvulas borboleta com entrada superior.

Como uma das primeiras normas dedicadas a válvulas criogênicas, a BS 6364 é amplamente adotada na indústria global de GNL e serve como uma especificação internacional de fato.

 Determina um design de capô estendido para garantir que a caixa de gaxetas permaneça em temperatura ambiente, evitando falha da gaxeta e congelamento da haste devido a baixas temperaturas.

 Especifica um procedimento completo, desde o teste de pressão em temperatura ambiente até o teste de desempenho criogênico.

 Fornece regulamentações sistemáticas sobre tenacidade ao impacto de materiais em baixas temperaturas, procedimentos de soldagem, exames não destrutivos, etc.

Foca nos requisitos específicos para válvulas de bloqueio (por exemplo, gaveta, globo, esfera) em aplicações a baixas temperaturas.

Projetada para ser usada em conjunto com normas básicas como a ISO 5208 (Válvulas industriais – Ensaios de pressão).

Fornece aparato de teste criogênico padronizado, procedimentos e critérios de aceitação.

Enfatiza elementos de projeto chave como furos de alívio de pressão, hastes à prova de sopro e segurança contra incêndio.

A confiabilidade das válvulas criogênicas é a linha de vida da engenharia criogênica. Através do processo científico de tratamento criogênico em dois estágios, a questão da deformação por transformação de fase em baixas temperaturas no aço inoxidável austenítico pode ser fundamentalmente resolvida. As três principais normas – GB/T 24925, BS 6364 e ISO 28921 – formam coletivamente um sistema regulatório técnico que abrange toda a cadeia de materiais, projeto, fabricação e testes. Na engenharia prática, a(s) norma(s) apropriada(s) deve(m) ser selecionada(s) e seguida(s) com base na localização do projeto, especificações do proprietário e características da mídia para garantir a operação a longo prazo, segura e sem vazamentos das válvulas em ambientes de temperatura extremamente baixa.