Punti chiave del collaudo in ambiente criogenico per valvole di sicurezza criogeniche API

Valvole di sicurezza criogeniche API sono ampiamente utilizzate in settori ad alto rischio, come i terminali GNL e gli impianti di separazione dell’aria; le loro prestazioni in condizioni di temperatura ultra-bassa sono direttamente correlate alla sicurezza dell’intero sistema. La prova con mezzo criogenico, quale metodo fondamentale per verificare le prestazioni delle valvole di sicurezza criogeniche API, impone requisiti rigorosi in termini di norme di prova, attrezzature e procedure. Questo articolo si concentra sui punti chiave della prova con mezzo criogenico per le valvole di sicurezza criogeniche API, aiutando i colleghi del settore a comprendere gli aspetti essenziali della prova ed evitare errori comuni.

1. Norme di prova per le valvole di sicurezza criogeniche API

La prova in ambiente criogenico delle valvole di sicurezza criogeniche API deve conformarsi rigorosamente agli standard API 527 (Norme sulle prestazioni di tenuta delle valvole di sfogo di pressione) e API 526 (Norme dimensionali per le valvole di sfogo di pressione), nonché soddisfare i requisiti delle norme nazionali cinesi GB/T 29026-2012 e JB/T 7248, oltre a GB/T 24925-2019 (Condizioni tecniche per le valvole criogeniche). In particolare, l’API 527 stabilisce chiaramente lo standard di portata di perdita per le valvole di sicurezza criogeniche: per le valvole con DN ≤ 16 mm, la portata massima ammissibile di perdita è ≤ 12 cm³/min; per le valvole con DN > 16 mm, la portata massima ammissibile di perdita è ≤ 36 cm³/min. Inoltre, la temperatura di prova deve coprire la temperatura di esercizio effettiva della valvola, generalmente da −196 °C (mezzo azoto liquido) a −50 °C (mezzo idrocarburico a bassa temperatura). Per le valvole di sicurezza destinate ai terminali LNG, la temperatura di prova deve essere impostata a −162 °C, coerentemente con la temperatura di esercizio effettiva dell’LNG.

2. Principali prove e requisiti

La prova in ambiente criogenico delle valvole di sicurezza criogeniche API comprende principalmente quattro prove chiave, ciascuna delle quali presenta requisiti tecnici ben definiti:

2.1 Prova di tenacità dei materiali a bassa temperatura

Il corpo valvola, il disco valvola, lo stelo e altri componenti fondamentali di Valvole di sicurezza criogeniche API devono essere realizzati con materiali resistenti alle basse temperature, quali acciaio inossidabile austenitico (CF3/CF3M) o acciaio legato per basse temperature (LC3/LCB). La prova richiede che i componenti superino la prova di resilienza con intaglio a V di Charpy a -196 °C, e il valore di resilienza deve essere ≥27 J/cm², al fine di evitare fratture fragili in condizioni di temperatura ultra-bassa. Questa prova costituisce la base per garantire l’integrità strutturale della valvola. Il tasso di conformità della prova di tenacità dei materiali per le valvole di sicurezza criogeniche API conformi è pari al 100%.

2.2 Prova di tenuta criogenica

Le prestazioni di tenuta costituiscono l'indicatore di prestazione fondamentale delle valvole di sicurezza criogeniche API. La prova viene eseguita nelle stabilite condizioni di temperatura ultra-bassa. La valvola viene sottoposta a pressione pari al 90% della pressione di taratura e la portata di perdita viene rilevata mediante un sistema ad alta precisione di rilevamento delle perdite basato sulla spettrometria di massa dell’elio. È richiesto che la portata di perdita non superi lo standard specificato dalla norma API 527. Contestualmente, devono essere verificate anche le prestazioni di tenuta del giunto tra il fusto della valvola e la guarnizione nonché del collegamento tra il corpo valvola e il resto dell’impianto, al fine di evitare perdite causate dal restringimento termico della guarnizione a basse temperature. Il tasso di conformità del test di tenuta criogenica per le valvole di sicurezza criogeniche API deve essere ≥99%.

2.3 Prova di affidabilità operativa criogenica

Questo test verifica l'affidabilità delle funzioni di apertura, di sfogo della pressione e di richiusura automatica della valvola in condizioni criogeniche. La temperatura di prova è impostata alla temperatura di esercizio effettiva della valvola e la pressione viene aumentata gradualmente fino alla pressione di taratura, finché il disco della valvola non si solleva e non rilascia la pressione. Vengono registrate la pressione di apertura e il tempo di sfogo della pressione, e il ciclo di apertura e chiusura viene ripetuto almeno tre volte. È richiesto che l'errore sulla pressione di apertura sia entro ±3% rispetto alla pressione di taratura, che lo sfogo della pressione avvenga in modo regolare e che la richiusura automatica sia affidabile e priva di perdite. Il tempo medio di sfogo della pressione per le valvole conformi è ≤5 secondi e la portata di perdita in fase di richiusura è ≤5 cm³/min.

2.4 Test di uniformità termica

Durante la prova criogenica, la distribuzione della temperatura della valvola deve essere uniforme per evitare un raffreddamento eccessivo locale o un raffreddamento insufficiente che possano influenzare i risultati della prova. La prova utilizza un array di termocoppie ad alta precisione, posizionando da 8 a 12 termocoppie sul corpo della valvola, sulla sede della valvola e sullo stelo per monitorare in tempo reale la temperatura. È richiesto che la differenza di temperatura tra l’ingresso della valvola e la finestra di prova non superi i 30 °C, garantendo così che l’intera valvola sia immersa in un ambiente ultrafreddo uniforme. L’errore di uniformità della temperatura nell’ambiente di prova è ≤ ±2 °C.

3. Errori comuni nelle prove con mezzo criogenico e metodi per evitarli

Nel processo di prova effettivo, molte aziende riscontrano deviazioni a causa di operazioni non corrette, il che compromette l’accuratezza dei risultati delle prove. Secondo indagini settoriali, il 68% degli errori di prova è causato dai tre errori comuni seguenti:

● Errore 1: Sgrassatura e asciugatura insufficienti della valvola, con conseguente formazione di ghiaccio durante la prova, che blocca i componenti della valvola. Metodo di prevenzione: utilizzare agenti sgrassanti professionali e forni di asciugatura ad alta temperatura per rimuovere completamente grasso e umidità, e verificare l’efficacia dell’asciugatura prima della prova, assicurandosi che il contenuto di umidità sia ≤ 0,05%.
● Errore 2: Il mezzo di prova non corrisponde al mezzo di lavoro effettivo, con conseguenti risultati di prova non coerenti con l’uso reale. Metodo di prevenzione: in base al mezzo di lavoro effettivo della valvola, selezionare il corrispondente mezzo di prova (ad esempio azoto liquido per le valvole LNG, elio per le valvole a idrocarburi a bassa temperatura).
● Errore 3: Le apparecchiature di prova non sono tarate, con conseguente misurazione inaccurata della pressione e della temperatura. Metodo di prevenzione: eseguire la taratura di tutte le apparecchiature di prova prima dell’esecuzione del test e rilasciare un certificato di taratura per garantire l’accuratezza dei dati di misurazione. Il ciclo di taratura delle apparecchiature per la misura della pressione e della temperatura non deve superare i 6 mesi.

4. Conclusione

La prova in ambiente criogenico di Valvole di sicurezza criogeniche API è un’attività rigorosa e altamente specializzata, che richiede il rigoroso rispetto degli standard API, l’impiego di apparecchiature di prova avanzate e procedure operative standardizzate. Solo identificando accuratamente i punti critici della prova ed evitando gli errori più comuni è possibile garantire l’accuratezza dei risultati, verificare le prestazioni della valvola e assicurare una protezione affidabile per il funzionamento sicuro del sistema criogenico. Le valvole di sicurezza criogeniche API, sottoposte a prove criogeniche rigorose, possono ridurre del 92% il tasso di guasto durante il funzionamento reale e raggiungere una durata operativa superiore a 8000 ore.