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Eficiência de emissões fugitivas

A redução das emissões tem sido uma mega tendência global por muito tempo. Emissões estão sendo monitoradas para praticamente qualquer produto disponível no mercado hoje, considerando que os regulamentos das medidas de emissão continuam a se desenvolver sob a pressão da sociedade.

  • Destaques
  • Os fornecedores globais de válvulas estão enfrentando o desafio de projetar suas válvulas para serem compatíveis com padrões de emissão globais.
  • Projetar as válvulas certificadas de acordo com ISO 15848, atualmente o padrão de emissão fugitiva mais abrangente, garante que eles também sejam compatíveis com muitos outros padrões de emissão e cumpram os mais exigentes requisitos globais.
  • A certificação ISO 15848 verifica o alto desempenho de emissão fugitiva de uma válvula, consequentemente, melhorando os problemas de HSE e economizando uma quantidade considerável.

Originária da indústria de processo, a redução das emissões tem sido uma mega tendência global por muito tempo. Emissões estão sendo monitoradas para praticamente qualquer produto disponível no mercado hoje. Se alguém estiver comprando um produto de consumo diário, dirigindo um carro ou mesmo realizando de uma pesquisa na Internet, é possível encontrar estudos sobre os efeitos ambientais que isso tem e muito, muito mais. Esta tendência destaca porquê a regulamentação da medição das emissões foi forçada a se desenvolver, e continua a ser desenvolvida, sob a pressão da sociedade. De fato, em muitas áreas no mundo, a medição das emissões vem aumentando no mesmo ritmo que a crescente consciência de impacto ambiental. Quando o assunto é válvulas, esta tendência de redução de emissões é uma das maiores razões pelas quais existem hoje muitos padrões diferentes para avaliar o nível de emissão. Ainda assim, a base dos padrões está nas próprias válvulas. Estudos mostram que, em média, as válvulas mais problemáticas são válvulas antigas, projetadas sem o conhecimento moderno das possibilidades de redução de emissões. Aproximadamente 2% das válvulas mais problemáticas representam 98% das emissões relacionadas. Portanto, faz sentido pensar um pouco sobre a questão das emissões: qual é a maneira mais fácil de evitar essas emissões desnecessárias e, ao mesmo tempo, os custos que estão por trás das emissões fugitivas?

Compreender as diferenças nos padrões de emissão

À medida que os principais padrões são desenvolvidos a partir de perspectivas um tanto diferentes, é necessária uma experiência considerável para entender as diferenças nos padrões de emissão fugitiva (FE). Além disso, a aplicação desse conhecimento aos projetos atuais de válvulas é ainda mais exigente, já que os requisitos reais do processo para os quais as válvulas se destinam originalmente devem ser combinados com as boas práticas de design, e também devem estar de acordo com esses padrões regulatórios.

Entre os padrões de emissões fugitivas globais mais comumente usadas, estão os seguintes:

  • EPA 40 Partes 60/63 (EPA Método 21).
    • TA-Luft (VDI 2440).
    • ISO 15848.
    • Especificação de usuário final da Shell Oil Company (MESC SPE 77/312).

Em primeiro lugar, é bom notar que a comparação direta desses padrões é um desafio, pois todos dependem de seus próprios procedimentos de teste. As variáveis mais importantes são os fluidos de teste, métodos de detecção de vazamento e limites de vazamento.
O fluido de teste, basicamente, podem ser o hélio ou o metano. O hélio é um gás muito permeável e seguro para uso, enquanto que o metano não tem nenhuma dessas qualidades. Devido a essas diferenças e às precauções ao usar metano, os resultados do teste de vazamento não são estritamente comparáveis.

Quando se trata de detecção de vazamento, são usados dois tipos básicos de métodos para a detecção de emissões. O método local, também chamado sniffing, mede uma concentração e geralmente está associado a testes à base de metano. Como o sniffing só pode ser usado como uma estimativa do vazamento real, um fator de correlação é aplicado ao vazamento medido para estimar o vazamento real de uma haste de válvula. Os métodos globais,  segunda possibilidade de detecção de vazamento, incluem basicamente duas opções: teste no vácuo e ensacamento (provavelmente incluído na próxima edição do ISO 15848). Esses métodos capturam e medem com precisão o vazamento real da atmosfera que envolve a válvula. Para resumir as diferenças, os testes locais e globais de detecção de vazamento não são diretamente comparáveis.

Existem outras diferenças nos procedimentos entre os padrões. Estes incluem diferentes temperaturas de teste, ciclos de temperatura e o número de ciclos operacionais antes da coleta dos dados do teste. Além disso, alguns padrões permitem uma maior interpretação dos resultados dos testes, e outros permitem menos. Para completar, os limites de emissão estabelecidos pelos diferentes padrões também variam e usam unidades diferentes. Sabendo disso, pode ser complicado encontrar o melhor padrão para emissões fugitivas. Para facilitar essa decisão, vamos observar de forma mais detalhada a compreensão das intenções por trás dos padrões e os reais benefícios do uso de um determinado padrão para avaliar o desempenho FE.

O padrão ISO de emissão se destaca pela sua versatilidade

EPA 40 Partes 60/63 ou Método EPA 21, usado principalmente na América do Norte, define apenas critérios de vazamento de 100/500 ppm, que devem ser observados durante as condições reais de operação, durante toda a vida útil da válvula. O meio do fluxo usado na detecção de vazamento é um hidrocarboneto diretamente da tubulação, sendo o método de detecção o sniffing. Esta é uma abordagem muito prática e inteligente, uma vez que as unidades de processo individuais são dessa forma vinculadas diretamente à legislação. Outra vantagem é que os níveis FE são medidos ao longo do ciclo de vida das válvulas. A desvantagem, no entanto, está no meio de fluxo. Como diferentes hidrocarbonetos têm comportamentos de vazamento diferentes, dependendo se a forma do meio de fluxo é gás ou líquido, os resultados podem variar muito. Na prática, é difícil comparar o desempenho das emissões fugitivas de diferentes válvulas. Como um comentário final, esses limites de vazamento não são muito rigorosos e são mais fáceis de se cumprir. TA-Luft, aplicado mais amplamente fora da América do Norte e originário da Alemanha, é um padrão que exige que os design das válvulas cumpram certas exigências. Fundamentalmente, o TA-Luft define a taxa de vazamento máxima como sendo igual a uma válvula com haste selada por sistema de fole. O meio do fluxo para detecção de vazamento é o hélio, sendo permitidos apenas métodos de detecção de vazamento globais. Dois limites de vazamento FE diferentes são definidos com base na temperatura da aplicação. Como visto na Figura 1, o limite de vazamento abaixo de 250 °C pode ser considerado como rigoroso, enquanto que o limite acima de 250 °C é menos exigente.

 

Figura 1. Comparação de padrões de emissão, haste de ø 25 mm.

No centro do TA-Luft, é revelador que não haja um número exato de ciclos operacionais definido para o teste. Uma desvantagem adicional é o fato de que não existe um procedimento predefinido de ciclo de temperatura. Esta é definitivamente uma desvantagem quando se avalia o desempenho FE sob condições reais de serviço.

O ISO 15848, o padrão mais novo e um destinado a atender a necessidade global de um único padrão de emissão, não regula o design da válvula, mas sim define os testes de homologação que o design das válvulas deve cumprir. O meio de fluxo de escoamento para detecção de vazamento, que consiste em peças separadas para testes de protótipo e produção, é tipicamente o hélio, embora o metano também possa ser usado. A edição atual do ISO 15848 Parte 1 tem uma categorização de três fases para detecção de vazamentos, que varia de uma extremamente rigorosa, Classe A, para uma não rigorosa, Classe C. De acordo com o padrão ISO, o método global de detecção de vazamento no vácuo é o único método permitido. As classes de temperatura de teste variam de -196 °C até 400 °C.

Hoje, a Classe A do ISO é o critério de vazamento mais exigente no campo de todos os padrões FE. Como o TA-Luft, esse nível também emula a vedação da haste por sistema de fole. Bastante interessante, as válvulas de quarto de volta também podem obter o ISO Classe A com gaxeta de grafite. Com o teste ISO de fechamento em baixa temperatura, as válvulas de esfera Neles® D1F têm esta rara certificação com gaxeta de grafite. Definitivamente digno de nota, isso significa que o desempenho das emissões de gaxetas de grafite pode até mesmo exceder as gaxetas em V à base de politetrafluoroetileno (PTFE), que tradicionalmente têm sido a solução de emissões fugitivas.

Vazamento ISO Classe B pode ser considerado como um nível padrão de desempenho válvula de um quarto de volta. Este nível pode ser alcançado com a gaxeta de grafite também em testes de válvulas de controle de longa duração, incluindo testes de alta temperatura (400 °C).

O padrão de emissão ISO também tem as juntas estáticas do corpo da válvula em seu escopo. Lá, o método de sniffing é aplicado e inclui três classes de resistência para ambos os tipos de válvula de controle e on/off. A classificação de temperatura é a mesma para gaxeta da haste, variando de -196 °C até 400 °C. Além disso, inclui um procedimento obrigatório de ciclo de temperatura.

Acelerando a aceitação da certificação ISO 15848

O maior desafio para a adoção da certificação ISO até agora tem sido na grande variedade de padrões em métodos de teste e os limites de aceitação. O presidente da comissão do padrão ISO atualmente está revisando o ISO 15848 para incluir novos recursos, permitindo a aceitação simultânea de outros padrões locais

Figura 2. Teste de aprovação de emissão da ISO 15848 para válvula esfera série X Neles.

O lançamento da nova edição, provavelmente em 2015, deve incluir a qualificação da EPA, o que poderia aumentar a aceitação da ISO 15848, também na América do Norte, e tornar global o padrão aceito. Sendo já a ferramenta mais abrangente para medir e realizar os objetivos de desempenho da FE, será um incentivo ainda mais forte para os fornecedores globais de válvulas, como a Metso, buscarem ativamente uma ampla faixa de conhecimentos teóricos e técnicos, juntamente com os recursos de testes e relatórios necessários para cumprir as classificações dos padrões ISO 15848 atuais.

Conclusões da Metso sobre o padrão ISO 15848

A Metso fez as seguintes conclusões em relação ao padrão de emissão ISO atual:

O programa obrigatório de ciclos térmicos efetivamente simula os ciclos de um processo real. Sabe-se que um projeto de construção de válvula ineficiente pode perder seu desempenho em termos de emissões após um único ciclo térmico, definindo grandes desafios no projeto em questão. Portanto, a sequência rigorosa de ciclos térmicos incluída na ISO 15848, combinada com os rigorosos critérios de limite de emissões (na Metso, Classe A ou B) e garantida com um método de medição preciso, é uma forte indicação dos baixos níveis de emissões fugitivas que uma válvula poderá enfrentar durante seu ciclo de vida. Este extremo está faltando, por exemplo, na TA-Luft, pois não há um número definido de ciclos operacionais a ser cumprido pela válvula. Em relação às válvulas de controle, por exemplo, haverá uma diferença decisiva se forem 50 mil ciclos em vez de 500. Na TA-Luft, ambos são aceitos para a certificação.

Figura 3. Teste de emissão ISO sendo preparado no novo laboratório da Metso para a válvula esfera série X.

Certificações de terceiros. As certificações de terceiros altamente conhecidas são frequentemente obtidas para verificar as condições de teste e o desempenho FE real das válvulas na Metso. Dessa forma, os usuários finais podem ter certeza de que recebem alto desempenho de emissão fugitiva com suas válvulas.

Expansão do número de designs de válvulas testadas. Em 2012, uma iniciativa corporativa foi implementada na Metso, para aumentar o número de válvulas certificadas de acordo com o padrão ISO 15848. Continuando em 2013, numerosas válvulas de sede metálica da Neles® e de sede macia da Jamesbury® foram certificadas para atender aos requisitos do padrão de emissão ISO, fornecendo conformidade simultânea com muitos outros padrões de emissão impostas em regiões específicas, incluindo as peças 60/63 do TA-Luft e EPA.

 

Benefícios do cliente da redução de emissão fugitiva

Além da óbvia conformidade com os regulamentos ambientais cada vez mais rígidos, outros benefícios também promovem o uso de válvulas com um design de baixa emissão fugitiva. Em primeiro lugar, as válvulas certificadas de emissão melhoram a segurança e, portanto, são também uma questão de saúde, segurança e meio ambiente (HSE). No pior dos casos, por exemplo, um vazamento de hidrogênio da gaxeta da válvula pode inflamar-se automaticamente e causar chamas quase não detectáveis, infligindo uma enorme questão de saúde, segurança e meio ambiente em uma unidade de processo. Mais uma vez, empregar válvulas com controle de emissões devidamente projetadas pode minimizar esses problemas. Além disso, um ambiente mais saudável protege as pessoas e, potencialmente, também as torna mais produtivas. Por exemplo, reduzir o teor de H2S no ar permite que a equipe trabalhe por períodos mais longos em áreas com alto teor de H2S na atmosfera.

"Ao empregar válvulas que estão em conformidade com o padrão ISO 15848, os usuários de válvulas podem apresentar uma economia significativa de custos operacionais, e se beneficiando da melhoria das questões de saúde e segurança, bem como reduzir o impacto ambiental."

Em segundo lugar, um design de baixa emissão fugitiva minimiza os custos que ocorrem quando um produto é perdido por meio de vazamentos de válvulas. Mesmo que o custo do meio vazado pudesse ser medido em centenas de euros por ano, o meio de fluxo perdido resulta em custos secundários, como rendimentos de produtos finais menores. A perda de fluxo do meio também é perda de energia, uma vez que as bombas ou compressores precisam operar mais para compensar o vazamento. Consequentemente, a minimização de emissões fugitivas usando designs adequados de válvulas e manutenção adequada pode economizar uma quantidade considerável de capital.

Para concluir, empregando válvulas compatíveis com o ISO 15848, atualmente o padrão de emissão fugitiva mais abrangente, os usuários de válvulas podem introduzir economias de custos operacionais significativas e ao mesmo tempo se beneficiar da melhoria da saúde e a segurança e reduzir o impacto ambiental.

Publicado em abril de 2014 Engenharia de hidrocarbonetos
Texto por Mikko Vuolanto

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