Teste de emissão fugitiva de juntas de flange

Jun 13, 2023

Com a publicação das Emendas à Lei do Ar Limpo em 1990, os testes de emissões fugitivas em válvulas e outros equipamentos de processo começaram imediatamente. As vedações dinâmicas, como as vedações da haste da válvula, eram uma fonte primária de emissões e uma prioridade para os usuários finais examinarem.

Foi somente no início dos anos 2000 que os selos estáticos ganharam atenção. Grandes vazamentos em refinarias e outras plantas petroquímicas estavam sendo observados em juntas de flange e outras vedações estáticas, especialmente quando passavam por ciclos térmicos. Alguns testes iniciais foram conduzidos por fabricantes de juntas usando seus protocolos. Normalmente, o teste foi realizado à temperatura ambiente usando gás metano e medindo o vazamento como partes por milhão de volume (ppmv) usando detectores de vazamento.

Em 2004, David Reeves, da ChevronTexaco, contatou um serviço de testes de válvulas sobre vazamentos nas juntas que estava ocorrendo em suas instalações em El Segundo, Califórnia. Os dois grupos escreveram o primeiro padrão de teste de emissões fugitivas para juntas de flange, intitulado: “Protocolo de teste para juntas de flange de tubo”.

Este padrão, semelhante ao padrão de teste escrito para válvulas, define parâmetros que ainda hoje são usados ​​em outros padrões de teste API (Imagem 1). Embora 1.000 ppmv tenha sido declarado como o vazamento permitido, isso nunca foi considerado aceitável. O padrão foi escrito como base para iniciar alguns testes de comparação e 1.000 ppmv era o limite onde um teste terminaria. A maioria dos vazamentos foi inferior a 100 ppmv.

Em 2010, Reeves precisava testar as juntas em uma temperatura mais alta, então o “Procedimento de teste de juntas de temperatura ultra-alta Chevron” foi escrito. Incluía um tempo de imersão de 100 horas a 1.000 F ou 800 F, dependendo do tipo de junta. Em 2011, o padrão de teste de juntas foi modificado e renomeado como “Protocolo de Teste de Emissões Fugitivas da Chevron (CFET) para Juntas de Flanges de Tubos” e algumas mudanças importantes foram feitas. Foi notado em testes anteriores e em campo que muitas vezes o diâmetro externo da face elevada fazia forte contato com o anel metálico externo de uma junta enrolada em espiral. Como esses anéis são frequentemente pintados, os testes mostraram que poderia ocorrer vedação nessa interface. Para remover essa variável dos resultados dos testes, esta edição da norma exigia que ranhuras fossem cortadas no anel externo em quatro posições em ambos os lados da gaxeta.

Também nesta edição, o torque do parafuso foi aumentado de 200 para 260 libras-pé (ft-lb). Para simular o aquecimento desigual em um trocador de calor, apenas um flange foi aquecido a 500 F. O aquecimento desigual foi projetado para criar um cisalhamento radial na junta. A última edição foi em 2013, quando o torque da porca foi reduzido para 190 ft-lb.

A Shell Oil tem um histórico de escrever seus padrões de teste para testes de aceitação de tipos de válvulas e juntas. Embora o Código de Padrões de Materiais e Equipamentos (MESC) da Sociedade de Engenheiros de Petróleo (SPE) 85/300 consista em muitos testes para emissões fugitivas, ele especifica os testes de acordo com a Organização Internacional de Padronização (ISO) 15848-1. O padrão ISO é um padrão de teste de emissões fugitivas para válvulas. É composto por critérios para ciclos mecânicos e térmicos. Como os ciclos mecânicos não são possíveis, apenas os ciclos térmicos são realizados. Embora não especificado, normalmente quatro ciclos térmicos são concluídos na pressão nominal total dos flanges do American National Standards Institute (ANSI). Os quatro ciclos térmicos simulariam uma classe de resistência ao CO3 para o padrão ISO, que é a maioria das aplicações.

Em 2017, a Sociedade Americana de Engenheiros Mecânicos (ASME) lançou uma nova edição do B16.20, “Juntas Metálicas para Flanges de Tubos”. Embora a maior parte do padrão seja um padrão de projeto, há duas partes de teste importantes para juntas enroladas em espiral. A seção “Construção SW-2.2” indica uma espessura mínima após ser compactada até um nível de tensão declarado. A “Seção SW-2.6 Teste de Desempenho” é um teste de emissão fugitiva à temperatura ambiente realizado com metano após um período de espera de quatro horas. Como os níveis de tensão de compressão especificados são mais baixos para o teste de vazamento realizado primeiro, a tensão é então aumentada para o teste de espessura.