Pruebas de emisiones fugitivas de juntas de brida

Jun 13, 2023

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

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. Algunas de las primeras pruebas fueron realizadas por fabricantes de juntas utilizando sus protocolos. Por lo general, las pruebas se realizaron 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 las juntas que estaba experimentando en sus instalaciones de El Segundo, California. Los dos grupos redactaron la primera norma de prueba de emisiones fugitivas para juntas de bridas, titulada: "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, nunca se consideró aceptable. El estándar fue escrito como base para comenzar algunas pruebas de comparación y 1000 ppmv era el límite donde terminaría una prueba. La mayoría de las fugas fueron inferiores a 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 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 le cambió el nombre a “Protocolo de prueba de emisiones fugitivas (CFET) de Chevron para juntas de bridas de tuberías” y se realizaron un par de cambios importantes. Se observó en pruebas anteriores y en el campo que a menudo el diámetro exterior de la cara elevada hacía contacto duro con el anillo metálico exterior de una junta enrollada en espiral. Dado que estos anillos suelen estar pintados, las pruebas demostraron que se podría producir sellado 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 torque del perno se incrementó de 200 a 260 libras-pie (pie-lb). Para simular el calentamiento desigual en un intercambiador de calor, solo se calentó una brida a 500 F. El calentamiento desigual fue diseñado para crear un corte radial en la junta. La última edición fue en 2013, cuando el torque de la tuerca se redujo a 190 ft-lb.

Shell Oil tiene un historial en la redacción de sus estándares de prueba para pruebas de aceptación de tipos de válvulas y juntas. Si bien el Código de Normas de Materiales y Equipos (MESC) de la Sociedad de Ingenieros Petroleros (SPE) 85/300 consta de muchas pruebas para emisiones fugitivas, especifica pruebas según la Organización Internacional de Normalización (ISO) 15848-1. La norma ISO es una norma de prueba de emisiones fugitivas para válvulas. Se compone de criterios para ciclos mecánicos y térmicos. Como los ciclos mecánicos no son posibles, sólo se realizan los ciclos térmicos. Aunque no se especifica, normalmente se completan cuatro ciclos térmicos a la presión nominal total de las bridas del Instituto Nacional Estadounidense de Estándares (ANSI). Los cuatro ciclos térmicos simularían una clase de resistencia al CO3 para la norma ISO, que es la mayoría de las aplicaciones.

En 2017, la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME) publicó una nueva edición de B16.20, “Juntas metálicas para bridas de tuberías”. Si bien la mayor parte de la norma es una norma de diseño, contiene dos partes de prueba importantes para juntas en espiral. La sección “Construcción SW-2.2” establece un espesor mínimo después de ser comprimido a un nivel de tensión establecido. La “Sección SW-2.6 Prueba de rendimiento” 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 fuga que se realiza primero, la tensión se incrementa luego para la prueba de espesor.

En 2017, la Fluid Sealing Association (FSA) comenzó a crear un estándar de prueba de emisiones fugitivas para juntas. El estándar utilizó el estándar 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 las fugas alrededor de la circunferencia y pasarlas a través del detector de fugas. Con este método se debería lograr una lectura de fuga precisa y estable. El detector de fugas de metano está calibrado de acuerdo con el último estándar 622 del American Petroleum Institute, que proporciona lecturas repetibles de ppmv de una fuga independientemente de la frecuencia de muestreo del detector de fugas que se esté utilizando.

Con los acontecimientos de 2020, ha habido cierto retraso en la publicación del estándar. Actualmente, está en revisión y se espera su lanzamiento 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.