Puntos clave de la prueba en medio criogénico para válvulas de seguridad criogénicas API

Válvulas de seguridad criogénicas API se utilizan ampliamente en campos de alto riesgo, como terminales de GNL y plantas de separación del aire, y su rendimiento en condiciones de temperaturas ultra bajas está directamente relacionado con la seguridad de todo el sistema. La prueba con medio criogénico, como medio fundamental para verificar el rendimiento de las válvulas de seguridad criogénicas API, impone requisitos estrictos en cuanto a normas, equipos y procedimientos de ensayo. Este blog se centra en los puntos clave de la prueba con medio criogénico para válvulas de seguridad criogénicas API, ayudando a los profesionales del sector a comprender los aspectos esenciales de las pruebas y a evitar errores comunes.

1. Normas de ensayo para válvulas de seguridad criogénicas API

Las pruebas en medio criogénico de las válvulas de seguridad criogénicas API deben cumplir estrictamente con las normas API 527 (Normas de rendimiento de estanqueidad para válvulas de alivio de presión) y API 526 (Normas dimensionales para válvulas de alivio de presión), y, al mismo tiempo, satisfacer los requisitos de las normas nacionales chinas GB/T 29026-2012 y JB/T 7248, así como la GB/T 24925-2019 (Condiciones técnicas para válvulas criogénicas). Entre ellas, la API 527 establece claramente el estándar de tasa de fugas para válvulas de seguridad criogénicas: para válvulas con DN ≤ 16 mm, la tasa máxima admisible de fuga es ≤ 12 cm³/min; para válvulas con DN > 16 mm, la tasa máxima admisible de fuga es ≤ 36 cm³/min. Además, la temperatura de ensayo debe abarcar la temperatura de trabajo real de la válvula, generalmente desde -196 °C (medio de nitrógeno líquido) hasta -50 °C (medio de hidrocarburos a baja temperatura). Para las válvulas de seguridad de terminales de GNL, la temperatura de ensayo debe fijarse en -162 °C, coincidiendo con la temperatura de trabajo real del GNL.

2. Principales ensayos y requisitos

Las pruebas criogénicas de los válvulas de seguridad criogénicas API incluyen principalmente cuatro ensayos clave, cada uno de los cuales tiene requisitos técnicos claros:

2.1 Ensayo de tenacidad de materiales a baja temperatura

El cuerpo de la válvula, el disco, el vástago y otros componentes fundamentales de Válvulas de seguridad criogénicas API deben fabricarse con materiales resistentes a bajas temperaturas, como acero inoxidable austenítico (CF3/CF3M) o acero aleado para bajas temperaturas (LC3/LCB). El ensayo exige que los componentes superen la prueba de tenacidad al impacto Charpy con entalla en forma de V a −196 °C, y el valor de tenacidad al impacto debe ser ≥27 J/cm² para evitar la fractura frágil en condiciones de ultra baja temperatura. Este ensayo constituye la base para garantizar la integridad estructural de la válvula. La tasa de aprobación del ensayo de tenacidad de materiales en válvulas de seguridad criogénicas API certificadas es del 100 %.

2.2 Ensayo de rendimiento de estanqueidad criogénica

El rendimiento de estanqueidad es el indicador de rendimiento principal de las válvulas de seguridad criogénicas API. La prueba se lleva a cabo en condiciones de temperatura ultra baja establecidas. La válvula se presuriza hasta el 90 % de la presión de ajuste, y la tasa de fuga se detecta mediante un sistema de detección de fugas por espectrometría de masas de helio de alta precisión. Se exige que la tasa de fuga no supere el estándar especificado en la norma API 527. Al mismo tiempo, también debe ensayarse el rendimiento de estanqueidad del empaque del vástago de la válvula y de la conexión entre el cuerpo de la válvula y el empaque, para evitar fugas causadas por la contracción térmica del empaque a bajas temperaturas. Se requiere que la tasa de aprobación del ensayo de estanqueidad criogénica para las válvulas de seguridad criogénicas API sea ≥99 %.

2.3 Ensayo de fiabilidad operativa criogénica

Esta prueba verifica la fiabilidad de las funciones de apertura, alivio de presión y reasentamiento automático de la válvula en condiciones criogénicas. La temperatura de ensayo se establece a la temperatura real de funcionamiento de la válvula, y la presión se incrementa gradualmente hasta la presión de ajuste, hasta que el disco de la válvula se levanta y libera la presión. Se registran la presión de apertura y el tiempo de alivio de presión, y se repite el ciclo de apertura y cierre al menos tres veces. Se exige que el error de la presión de apertura esté dentro de ±3 % de la presión de ajuste, que el alivio de presión sea suave y que el reasentamiento automático sea fiable y sin fugas. El tiempo medio de alivio de presión de las válvulas aprobadas es ≤5 segundos y la tasa de fugas durante el reasentamiento es ≤5 cm³/min.

2.4 Prueba de uniformidad de temperatura

Durante la prueba criogénica, la distribución de temperatura de la válvula debe ser uniforme para evitar un enfriamiento excesivo local o un enfriamiento insuficiente que afecte los resultados de la prueba. La prueba utiliza una matriz de termopares de alta precisión para colocar de 8 a 12 termopares en el cuerpo de la válvula, el asiento de la válvula y el vástago, con el fin de supervisar la temperatura en tiempo real. Se requiere que la diferencia de temperatura entre la entrada de la válvula y la ventana de prueba no supere los 30 °C, garantizando así que toda la válvula se encuentre en un entorno ultrafrío uniforme. El error de uniformidad térmica del entorno de prueba es ≤ ±2 °C.

3. Errores comunes en las pruebas con medio criogénico y métodos para evitarlos

En el proceso real de ensayo, muchas empresas experimentan desviaciones debido a una operación inadecuada, lo que afecta la precisión de los resultados. Según encuestas del sector, el 68 % de los errores de ensayo se deben a los siguientes tres errores comunes:

● Error 1: Degrasado y secado insuficientes de la válvula, lo que provoca la formación de hielo durante la prueba y el bloqueo de los componentes de la válvula. Método de prevención: Utilizar agentes desengrasantes profesionales y hornos de secado de alta temperatura para eliminar por completo la grasa y la humedad, y verificar el efecto del secado antes de la prueba para asegurar que el contenido de humedad sea ≤ 0,05 %.
● Error 2: El medio de ensayo no coincide con el medio de trabajo real, lo que da lugar a resultados de prueba inconsistentes con el uso real. Método de prevención: Según el medio de trabajo real de la válvula, seleccionar el medio de ensayo correspondiente (por ejemplo, nitrógeno líquido para válvulas de GNL, helio para válvulas de hidrocarburos criogénicos).
● Error 3: El equipo de ensayo no está calibrado, lo que provoca mediciones inexactas de presión y temperatura. Método de prevención: Calibrar todo el equipo de ensayo antes del ensayo y emitir un certificado de calibración para garantizar la exactitud de los datos de medición. El ciclo de calibración del equipo de presión y temperatura no debe superar los 6 meses.

4. Conclusión

El ensayo con medio criogénico de Válvulas de seguridad criogénicas API es un trabajo riguroso y profesional que exige el cumplimiento estricto de las normas API, equipos de ensayo avanzados y procedimientos operativos estandarizados. Solo al dominar los puntos clave del ensayo y evitar los errores habituales podremos garantizar la exactitud de los resultados, verificar el rendimiento de la válvula y ofrecer una garantía fiable para el funcionamiento seguro del sistema criogénico. Las válvulas de seguridad criogénicas API que han superado ensayos criogénicos rigurosos pueden reducir la tasa de fallos en un 92 % durante su funcionamiento real, y su vida útil puede alcanzar más de 8000 horas.