Pontos-chave dos testes em meio criogênico para válvulas de segurança criogênicas API

Válvulas de segurança criogênicas API são amplamente utilizadas em áreas de alto risco, como terminais de GNL e usinas de separação do ar, e seu desempenho em condições de temperaturas ultra-baixas está diretamente relacionado à segurança de todo o sistema. Os ensaios com meio criogênico, como principal método para verificação do desempenho das válvulas de segurança criogênicas API, impõem requisitos rigorosos quanto às normas, aos equipamentos e aos processos de ensaio. Este blog aborda os pontos-chave dos ensaios com meio criogênico para válvulas de segurança criogênicas API, auxiliando profissionais do setor a compreenderem os aspectos essenciais desses ensaios e a evitarem erros comuns.

1. Normas de ensaio para válvulas de segurança criogênicas API

Os ensaios em meio criogênico de válvulas de segurança criogênicas API devem cumprir rigorosamente as normas API 527 (Padrões de Desempenho de Vedação para Válvulas de Alívio de Pressão) e API 526 (Padrões Dimensionais para Válvulas de Alívio de Pressão), além de atender aos requisitos das normas nacionais chinesas GB/T 29026-2012 e JB/T 7248, bem como à GB/T 24925-2019 (Condições Técnicas para Válvulas Criogênicas). Nesse contexto, a API 527 estipula claramente o padrão de taxa de vazamento para válvulas de segurança criogênicas: para válvulas com DN ≤ 16 mm, a taxa máxima admissível de vazamento é de ≤ 12 cm³/min; para válvulas com DN > 16 mm, a taxa máxima admissível de vazamento é de ≤ 36 cm³/min. Além disso, a temperatura do ensaio deve abranger a temperatura real de operação da válvula, geralmente entre −196 °C (meio de nitrogênio líquido) e −50 °C (meio de hidrocarbonetos de baixa temperatura). Para válvulas de segurança de terminais de GNL, a temperatura do ensaio deve ser ajustada para −162 °C, compatível com a temperatura real de operação do GNL.

2. Itens Principais de Ensaio e Requisitos

Os ensaios criogênicos de válvulas de segurança criogênicas API incluem principalmente quatro itens de ensaio-chave, cada um com requisitos técnicos bem definidos:

2.1 Ensaio de Tenacidade de Materiais em Baixa Temperatura

O corpo da válvula, o disco da válvula, o haste e outros componentes principais de Válvulas de segurança criogênicas API devem utilizar materiais resistentes à criogenia, como aço inoxidável austenítico (CF3/CF3M) ou aço-liga para baixas temperaturas (LC3/LCB). O ensaio exige que os componentes passem no ensaio de tenacidade ao impacto Charpy com entalhe em V a −196 °C, sendo obrigatório que o valor de tenacidade ao impacto seja ≥27 J/cm², a fim de evitar fratura frágil sob condições de temperaturas ultra-baixas. Esse ensaio constitui a base para garantir a integridade estrutural da válvula. A taxa de aprovação do ensaio de tenacidade dos materiais em válvulas de segurança criogênicas API qualificadas é de 100%.

2.2 Ensaio de Desempenho de Vedação Criogênica

O desempenho de vedação é o indicador de desempenho principal das válvulas de segurança criogênicas API. O ensaio é realizado nas condições ultra-baixas de temperatura estabelecidas. A válvula é pressurizada até 90% da pressão de ajuste, e a taxa de vazamento é detectada por um sistema de detecção de vazamentos por espectrometria de massa de hélio de alta precisão. Exige-se que a taxa de vazamento não ultrapasse o padrão especificado pela norma API 527. Ao mesmo tempo, o desempenho de vedação do selo do haste da válvula e da conexão entre o corpo da válvula e o selo também deve ser ensaiado, a fim de evitar vazamentos causados pela contração térmica do selo em baixas temperaturas. A taxa de aprovação no ensaio de desempenho de vedação criogênica para válvulas de segurança criogênicas API deve ser ≥99%.

2.3 Ensaio de Confiabilidade Operacional Criogênica

Este ensaio verifica a confiabilidade das funções de abertura, alívio de pressão e reasentamento automático da válvula em condições criogênicas. A temperatura do ensaio é ajustada à temperatura real de operação da válvula, e a pressão é aumentada gradualmente até a pressão ajustada, até que o disco da válvula se levante e libere a pressão. São registradas a pressão de abertura e o tempo de alívio de pressão, e o ciclo de abertura e fechamento é repetido no mínimo três vezes. Exige-se que o erro na pressão de abertura esteja dentro de ±3% da pressão ajustada, que o alívio de pressão seja suave e que o reasentamento automático seja confiável, sem vazamentos. O tempo médio de alívio de pressão das válvulas aprovadas é ≤5 segundos, e a taxa de vazamento no reasentamento é ≤5 cm³/min.

2.4 Ensaio de Uniformidade de Temperatura

Durante o teste criogênico, a distribuição de temperatura da válvula deve ser uniforme para evitar resfriamento local excessivo ou insuficiente, o que poderia afetar os resultados do teste. O teste utiliza uma matriz de termopares de alta precisão, com 8 a 12 termopares posicionados no corpo da válvula, no assento da válvula e no haste, para monitorar a temperatura em tempo real. Exige-se que a diferença de temperatura entre a entrada da válvula e a janela de teste não ultrapasse 30 °C, garantindo que toda a válvula esteja submetida a um ambiente ultrafrio uniforme. O erro de uniformidade de temperatura do ambiente de teste é ≤ ±2 °C.

3. Erros Comuns nos Testes com Meio Criogênico e Métodos de Prevenção

No processo real de teste, muitas empresas apresentam desvios devido a operações inadequadas, o que compromete a precisão dos resultados. De acordo com pesquisas setoriais, 68 % dos erros de teste são causados pelos três erros comuns a seguir:

● Erro 1: Desengorduragem e secagem insuficientes da válvula, resultando na formação de gelo durante o ensaio, o que provoca travamento dos componentes da válvula. Método de prevenção: Utilizar agentes desengordurantes profissionais e estufas de secagem de alta temperatura para remover completamente a graxa e a umidade, verificando o efeito da secagem antes do ensaio, a fim de garantir que o teor de umidade seja ≤ 0,05%.
● Erro 2: O meio de ensaio não corresponde ao meio de trabalho real, resultando em resultados de ensaio inconsistentes com a utilização real. Método de prevenção: De acordo com o meio de trabalho real da válvula, selecionar o meio de ensaio correspondente (por exemplo, nitrogênio líquido para válvulas de GNL, hélio para válvulas de hidrocarbonetos de baixa temperatura).
● Erro 3: O equipamento de ensaio não está calibrado, resultando em medições imprecisas de pressão e temperatura. Método de prevenção: Calibrar todo o equipamento de ensaio antes do ensaio e emitir um certificado de calibração para garantir a exatidão dos dados de medição. O ciclo de calibração dos equipamentos de pressão e temperatura não deve exceder 6 meses.

4. Conclusão

O ensaio em meio criogênico de Válvulas de segurança criogênicas API é um trabalho rigoroso e profissional, que exige estrita conformidade com as normas API, equipamentos avançados de ensaio e procedimentos operacionais padronizados. Apenas ao dominar os pontos-chave do ensaio e evitar erros comuns é possível garantir a precisão dos resultados do ensaio, verificar o desempenho da válvula e fornecer uma garantia confiável para a operação segura do sistema criogênico. As válvulas de segurança criogênicas API que passaram por ensaios criogênicos rigorosos podem reduzir a taxa de falhas em 92% durante a operação real, e sua vida útil pode atingir mais de 8000 horas.