Las válvulas, como componentes centrales de los sistemas de control de fluidos, su rendimiento de sellado afecta directamente la seguridad, la economía y el respeto al medio ambiente del sistema.
El nivel de fuga, como indicador cuantitativo para medir el rendimiento del sellado, está estrictamente regulado por varias normas y los requisitos varían significativamente en diferentes escenarios. Proporcionaremos una explicación más detallada-de aspectos como detalles estándar, métodos de prueba y características del tipo de válvula.
I. Subdivisión de niveles de fuga para estándares básicos
1. Norma API 598 (Inspección y prueba de válvulas)
API 598 es uno de los estándares más utilizados en la industria del petróleo y el gas, aplicable a varios tipos de válvulas, como válvulas de compuerta, válvulas de globo y válvulas de retención. Los niveles de fuga están estrechamente relacionados con el tipo de válvula, el medio de prueba y el diámetro nominal (DN).
- El propósito de la prueba de carcasa es detectar el rendimiento de sellado de los componentes-que soportan presión, como el cuerpo de la válvula, la tapa de la válvula y el prensaestopas. La presión de prueba es 1,5 veces la presión nominal (PN) para líquidos o 1,1 veces para gases. No se requieren fugas visibles (incluyendo sudoración, goteo).
Por ejemplo, la presión de prueba de carcasa para una válvula PN16 es de 24 bar (para líquidos), con una duración de al menos 60 segundos (DN menor o igual a 50) o 300 segundos (DN mayor o igual a 600). No se permiten fugas de líquido durante este período.
- La prueba de sellado (medio líquido) se realiza para el sellado entre las partes de apertura y cierre (como placas de compuerta, discos de válvula) y el asiento de la válvula. La presión de prueba es 1,1 veces la PN (líquido), y la fuga permitida se clasifica según DN:
- Para DN menor o igual a 50:La fuga permitida será inferior o igual a 0,15 ml/min (para DN25, es 0,05 ml/min).
- Para DN 65 a 100:La fuga permitida será inferior o igual a 0,30 ml/min (para DN80, es 0,20 ml/min).
- Para DN mayor o igual a 125:Por cada aumento de DN25, la fuga permitida aumentará en 0,15 ml/min (para DN150, es 0,45 ml/min).
Nota:Los requisitos de fuga para las válvulas de cierre suelen ser más estrictos que los de las válvulas de compuerta de la misma especificación, ya que las válvulas de cierre deben abrirse y cerrarse con frecuencia y las superficies de sellado se desgastan más rápido.
- La presión de prueba de sellado (medio gaseoso) es de 0,6 MPa (aire o nitrógeno), determinada por el "método de conteo de burbujas": - Para válvulas de sellado-suave: requiere 0 burbujas por minuto (como una válvula de bola de sellado-suave con DN 100).
- Para válvulas de sellado-metálicas:DN menor o igual a 50 se permite 1 burbuja por minuto, DN 65 - 100 se permite 2 burbujas por minuto y DN mayor o igual a 125 se permite 3 burbujas por minuto
2. Estándar ANSI/FCI 70-2 (Nivel de fuga de la válvula de control)
Esta norma está diseñada específicamente para válvulas de control, con niveles de fuga que van del I al VI. Cuanto mayor sea el nivel, mejor será el rendimiento del sellado. Distingue claramente entre "sellado de metal-con-metal" y "sellado blando".
- Nivel I:No se especifica ninguna cantidad de fuga específica. Sólo el requisito es "no exceder el 0,5% del caudal nominal", adecuado para aplicaciones menos críticas (como válvulas de drenaje).
- Nivel II:Sellado metálico, la fuga permitida es del 0,1 % del caudal nominal (por ejemplo, para una válvula de control DN100 con un caudal nominal de 100 m³/h, la fuga permitida es de 0,1 m³/h).
- Nivel III:Sellado metálico, la fuga es del 0,01% del caudal nominal, adecuado para el control industrial general (como el tratamiento de agua).
- Nivel IV:Sellado de metal, la fuga se calcula en función del DN (líquido): DN25 es 0,01 L/h, DN50 es 0,03 L/h, DN100 es 0,1 L/h, comúnmente utilizado en sistemas de vapor.
- Nivel V:Sello de metal-de metal-a-metal de alta-precisión, con una cantidad de fuga de solo 1/10 del Grado IV (por ejemplo, para DN100, es 0,01 L/h). Adecuado para gasoductos de alta-presión.
- Nivel VI:Junta blanda (PTFE o caucho), el nivel más alto. No se permiten burbujas en las pruebas de gas y la cantidad de fuga de líquido es inferior o igual a 0,5 ml/h (para DN inferior o igual a 50). Adecuado para medios tóxicos e inflamables (como válvulas reguladoras de cloro).
3. Norma ISO 5208 (Prueba de presión de válvulas industriales)
La norma ISO 5208 clasifica los niveles de fuga en "Grado A" (para líquidos) y "Grado B" (para gases), y los divide en "Niveles 1 a 6", siendo el Nivel 6 el más alto.
- Fuga de líquido (Grado A):
- Nivel 1:Se permite que DN100 tenga fugas de 50 ml/min (aplicable a válvulas de drenaje de baja-presión)
- Nivel 3:Se permite que DN100 tenga fugas de 5 ml/min (válvulas de compuerta ordinarias)
- Nivel 6:Se permite que DN100 tenga fugas de 0,05 ml/min (válvulas de bola de alta-precisión)
- Fuga de gas (Grado B):
- Nivel 1:Se permite que DN100 pierda 1000 ml/h (aire)
-Nivel 4:Se permite que DN100 pierda 50 ml/h.
- Nivel 6:Se permite que DN100 tenga una fuga de 0,1 ml/h (próximamente a cero fugas)
II. Niveles de fuga de diferentes tipos de válvulas
1. Válvula de bola
-Válvula de bola de sellado-suave:Utiliza asientos de válvula de PTFE o caucho, con las superficies de sellado estrechamente ajustadas. Puede alcanzar fácilmente el nivel VI de ANSI/FCI o el nivel 6 de ISO. Las pruebas de gas no muestran burbujas y la fuga de líquido es casi nula. Es apto para la industria alimentaria y farmacéutica.
-Válvula de bola de sellado-metálica:Los asientos de las válvulas están hechos de acero inoxidable o aleación dura. Es adecuado para escenarios de alta-temperatura (menor o igual a 450 grados) y alta-presión. Por lo general, alcanza el nivel "Estricto" de API 598 o ISO Nivel 5. La fuga de gas es menor o igual a 1 burbuja/minuto (DN100).
2. Válvula de cierre
El disco de la válvula y el asiento de la válvula de cierre están en un sello lineal, que tiene un mejor rendimiento de sellado que la válvula de compuerta. El nivel de fuga es el siguiente:
- Válvula de cierre ordinaria de hierro fundido:Cumple con la prueba de sellado API 598, con fuga de líquido menor o igual a 0,15 mL/min (DN50)
- Válvula de cierre forjada de alta-presión (como API 602):La superficie metálica de sellado está rectificada, con fuga de gas menor o igual a 1 burbuja/minuto (DN25), alcanzando el nivel ISO 4.
3. Válvula de retención
Una válvula de retención se cierra automáticamente según la presión del medio y su rendimiento de sellado es relativamente débil con un nivel de fuga más bajo:
- Válvula de retención oscilante:Fuga de líquido Menor o igual a 5 mL/min (DN100), cumpliendo con el "nivel básico" de API 598
- Levante la válvula de retención (sello metálico):Fuga de líquido Inferior o igual a 1 mL/min (DN100), apto para tuberías de salida de bombas, y debe evitar el reflujo del medio.
4. Válvula de mariposa
-Válvula de mariposa con sello blando- de línea central:El anillo de sellado de goma está en pleno contacto con la placa de mariposa, logrando el nivel VI de ANSI/FCI, con cero burbujas en la prueba de gas. Se utiliza comúnmente en el suministro de agua municipal.
-Válvula de mariposa con sello metálico-excéntrico:Adecuado para tuberías de gases de combustión de alta-temperatura, con un nivel de fuga de ISO 3. La fuga de gas es inferior o igual a 10 burbujas por minuto (DN200).
III. Detalles clave de las pruebas de fugas
1. Precauciones en las pruebas de líquidos
- El medio de prueba debe estar limpio (libre de partículas impurezas) para evitar dañar la superficie de sellado.
- Antes de la prueba, se debe drenar completamente el aire dentro de la válvula; de lo contrario, las burbujas pueden identificarse erróneamente como fugas.
- Para válvulas de gran-diámetro (DN mayor o igual a 300), el tiempo de prueba se puede extender (por ejemplo, 10 minutos) y se puede calcular la cantidad promedio de fuga.
2. Precauciones en las pruebas de gas
- Para el método de burbujas, la temperatura del agua debe controlarse dentro del rango de 20 a 25 grados Celsius. Una temperatura excesiva del agua provocará una disminución de la solubilidad del gas, lo que dará lugar a falsas burbujas.
- El método de caída de presión es aplicable a válvulas con un diámetro de 600 o más. La cantidad de fuga se puede calcular usando la fórmula: Cantidad de fuga (L/h)=(Presión inicial - Presión final) × Volumen ÷ Tiempo
- Para medios con gases tóxicos (como el amoníaco), es necesario detectarlos con agua y jabón. Está prohibida la inmersión directa en agua (para evitar la contaminación del medio).
IV. Factores principales que afectan el nivel de fuga
1. Precisión de procesamiento de superficies de sellado
El acabado superficial de las superficies de sellado debe alcanzar Ra 0,8
- 1.6 μm (acabado espejo), con un error de planitud Menor o igual a 0,01 mm/m. De lo contrario, se producirán "microespacios" que provocarán fugas. Por ejemplo, si la placa de compuerta de la válvula de compuerta tiene una protuberancia de 0,02 mm, el volumen de fuga aumentará en un 50%.
2. Características medias
- La temperatura alta (mayor o igual a 300 grados) causa una expansión térmica desigual de la superficie de sellado de metal, lo que resulta en una disminución en el nivel de fuga (p. ej., del nivel VI al nivel IV)
- Los medios espesos y viscosos (como el petróleo crudo) pueden adherirse a la superficie de sellado, formando un "falso sello". Durante la prueba, es necesario enjuagar con queroseno antes de realizar la inspección.
3. Instalación y Mantenimiento
- Si la fuerza de apriete de los pernos de la válvula conectada -con brida es desigual (con una desviación mayor o igual al 20%), hará que el asiento de la válvula se incline y el volumen de fuga aumente de 2 a 3 veces.
- Después de un uso prolongado-, el desgaste de la superficie de sellado (con una reducción de espesor de 0,1 mm) reducirá el nivel de fuga de 1 a 2 grados. Se requiere pulido y reparación regulares.
V. Principios de adaptación de escenarios para grados de fuga
- Abastecimiento Municipal de Agua:Seleccione válvulas de compuerta o válvulas de mariposa de tipo sellado API 598 (fugas de líquido inferiores o iguales a 1 ml/min), que sean rentables-y cumplan con los requisitos.
- Gasoducto de GNL:Debe utilizar válvulas de bola-selladas de metal, que alcancen el nivel 6 de ISO 5208 (fuga de gas inferior o igual a 0,1 ml/h), para evitar fugas de medios criogénicos (-162 grados).
- Industria farmacéutica:Válvulas de diafragma-con sellado blando (ANSI/FCI nivel VI), que garantizan que no haya medios residuales ni fugas.de conformidad con las normas GMP.
- Medios químicos altamente tóxicos (como el fosgeno):Sellado doble obligatorio (sello primario + sello secundario), con el sello primario alcanzando el nivel VI, y el sello secundario debe estar equipado con un dispositivo de monitoreo de fugas (como un sensor de gas)
Conclusión
El nivel de fuga de la válvula es un indicador integral que está influenciado por múltiples factores, como estándares y especificaciones, tipo de válvula, tecnología de procesamiento y condiciones de operación.
En aplicaciones prácticas, es necesario seleccionar el nivel de fuga adecuado en función de las características del medio (temperatura, presión, toxicidad) y las regulaciones de la industria. Al mismo tiempo, mediante pruebas precisas y un mantenimiento regular, la válvula debe mantener el rendimiento de sellado diseñado durante todo su ciclo de vida para evitar accidentes de seguridad o pérdidas económicas causadas por fugas.
