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May 28, 2023

Prueba de emisiones fugitivas de juntas de brida

Con la publicación de las Enmiendas a la Ley de Aire Limpio en 1990, las emisiones fugitivas

Con el lanzamiento de las Enmiendas a la Ley de Aire Limpio en 1990, las pruebas de emisiones fugitivas en válvulas y otros equipos de proceso comenzaron rápidamente. Los sellos dinámicos, como los sellos de vástago de válvula, eran una fuente principal de emisiones y una prioridad para que los usuarios finales los examinaran.

No fue hasta principios de la década de 2000 que los sellos estáticos llamaron la atención. Se observaron altas fugas en refinerías y otras plantas petroquímicas en juntas de bridas y otros sellos estáticos, especialmente cuando experimentaban ciclos térmicos. Los fabricantes de juntas realizaron algunas de las primeras pruebas utilizando sus protocolos. Por lo general, la prueba se realizó a temperatura ambiente usando gas metano y midiendo las fugas como partes por millón de volumen (ppmv) usando detectores de fugas.

En 2004, David Reeves de ChevronTexaco se puso en contacto con un servicio de prueba de válvulas por una fuga en la junta que estaba experimentando en su planta en El Segundo, California. Los dos grupos escribieron el primer estándar de prueba de emisiones fugitivas para juntas de bridas, titulado: "Protocolo de prueba para juntas de bridas de tuberías".

Este estándar, similar al estándar de prueba escrito para válvulas, establece parámetros que todavía se usan hoy en otros estándares de prueba API (Imagen 1). Si bien se estableció que 1000 ppmv era la fuga permitida, eso nunca se consideró aceptable. El estándar se escribió como base para comenzar algunas pruebas de comparación y 1000 ppmv era el límite donde terminaría una prueba. La mayoría de las fugas estaban por debajo de 100 ppmv.

En 2010, Reeves necesitaba probar las juntas a una temperatura más alta, por lo que se redactó el "Procedimiento de prueba de juntas de temperatura ultraalta de Chevron". Incluía un tiempo de remojo de 100 horas a 1000 F o 800 F, según el tipo de junta. En 2011, el estándar de prueba de juntas se modificó y se renombró como "Protocolo de prueba de emisiones fugitivas de Chevron (CFET) para juntas de bridas de tuberías" y se realizaron un par de cambios importantes. Se notó en pruebas anteriores y en el campo que, a menudo, el diámetro exterior de la cara levantada hacía un fuerte contacto con el anillo de metal exterior de una junta enrollada en espiral. Dado que estos anillos a menudo están pintados, las pruebas demostraron que el sellado podría ocurrir en esa interfaz. Para eliminar esa variable de los resultados de las pruebas, esta edición de la norma requería que se cortaran ranuras en el anillo exterior en cuatro posiciones en ambos lados de la junta.

También en esta edición, el par de torsión del perno se incrementó de 200 a 260 libras-pie (pie-lb). Para simular el calentamiento desigual en un intercambiador de calor, solo una brida se calentó a 500 F. El calentamiento desigual se diseñó para crear un cortante radial en la junta. La última edición fue en 2013 cuando el par de torsión de la tuerca se redujo a 190 lb-pie.

Shell Oil tiene un historial de escribir sus estándares de prueba para pruebas de aceptación de tipo de válvula y junta. Si bien el Código de estándares de materiales y equipos (MESC) de la Sociedad de ingenieros petroleros (SPE) 85/300 consta de muchas pruebas de emisiones fugitivas, especifica las pruebas de la Organización internacional de estandarización (ISO) 15848-1. La norma ISO es una norma de prueba de emisiones fugitivas para válvulas. Comprende criterios para ciclos mecánicos y térmicos. Dado que los ciclos mecánicos no son posibles, solo se realizan los ciclos térmicos. Aunque no se especifica, por lo general se completan cuatro ciclos térmicos a la presión nominal completa de las bridas del Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI). Los cuatro ciclos térmicos simularían una clase de resistencia de CO3 para la norma ISO, que son la mayoría de las aplicaciones.

En 2017, la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME) lanzó una nueva edición de B16.20, "Juntas metálicas para bridas de tuberías". Si bien la mayor parte del estándar es un estándar de diseño, hay dos partes de prueba importantes para las juntas enrolladas en espiral. La sección "SW-2.2 Construcción" establece un espesor mínimo después de ser comprimido a un nivel de tensión establecido. La "Prueba de rendimiento de la sección SW-2.6" es una prueba de emisiones fugitivas a temperatura ambiente realizada con metano después de un período de espera de cuatro horas. Dado que los niveles de tensión de compresión especificados son más bajos para la prueba de fugas que se realiza primero, la tensión se incrementa luego para la prueba de espesor.

En 2017, la Asociación de Sellado de Fluidos (FSA) comenzó a crear un estándar de prueba de emisiones fugitivas para juntas. El estándar utilizó el estándar de Chevron como punto de partida, pero amplió los detalles del ensamblaje de la brida y las técnicas de medición de fugas para hacerlo repetible y preciso. Algunos fabricantes de juntas y laboratorios de pruebas realizaron pruebas de investigación y desarrollo.

Los parámetros básicos se muestran en la Imagen 2. Las principales variaciones de la especificación Chevron incluyen la reducción de los ciclos térmicos a tres y la reducción de las fugas permitidas con la opción de dos niveles. La imagen 3 muestra el perfil de temperatura/presión. El montaje de las piezas se da en el Apéndice C de la norma. Un manguito de contención de gas alrededor del diámetro exterior de la junta está diseñado para capturar fugas alrededor de la circunferencia y pasarlas a través del detector de fugas. Con este método se debe lograr una lectura de fuga precisa y estable. El detector de fugas de metano está calibrado de acuerdo con el último estándar 622 del Instituto Americano del Petróleo, lo que proporciona lecturas ppmv repetibles de una fuga, independientemente de la frecuencia de muestreo del detector de fugas que se utilice.

Con los acontecimientos de 2020, ha habido cierto retraso en la publicación de la norma. Actualmente, está fuera de revisión con un lanzamiento esperado a finales de este año.

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Matthew Wasielewski es presidente de Yarmouth Research and Technology, LLC. Para obtener más información, visite www.yarmouthresearch.com.