Por PETER JESSEE 09 Agosto 2021 – Gas Processing News
Especificar adecuadamente las válvulas de seguridad en el mundo de la licuación de gas natural es un elemento crítico. No hacerlo de manera efectiva puede poner en riesgo la vida de los operadores y del personal de mantenimiento que trabajan cerca del equipo y, a veces, puede causar daños irreparables a las costosas turbomáquinas.
Descripción general del equipo de GNL. El proceso de licuefacción del gas natural existe desde el siglo XIX. Al convertir el gas natural de un estado gaseoso a un líquido, se puede transportar más fácilmente a áreas donde no llegan los gasoductos.
Según la Administración de Información de Energía de EE. UU., El volumen de gas natural en estado líquido es aproximadamente 600 veces menor que su volumen en estado gaseoso en un gasoducto. Algunas áreas geográficas de los EE. UU. Almacenan GNL en el lugar donde hay una gran demanda de electricidad en ciertos momentos. Esta demanda generalmente gira en torno a condiciones climáticas extremas o donde la entrega de tuberías es limitada. El gas natural también se puede utilizar en estado líquido como combustible de transporte.
Con un producto final tan esencial, es lógico que el proceso de elaboración se haya perfeccionado adecuadamente a lo largo de los años. La licuefacción del gas natural se logra bajando la temperatura del gas hasta que cambia de fase de vapor a líquido. El GNL resultante existe a una temperatura de aproximadamente –260 ° F. El proceso para llevar el gas natural a esta temperatura se lleva a cabo con mayor frecuencia en una serie de turbocompresores. Estos turbocompresores aumentan la presión y comprimen el gas, seguido de un paso de expansión adiabática que provoca una reducción drástica de la temperatura. El proceso es sencillo, pero si no se toman ciertas precauciones, puede producirse un desastre. Una de estas precauciones es la inclusión de una válvula de seguridad.
Válvulas de disparo de turbina. Debe haber una válvula de disparo de turbina (Figura 1) cerca de cada turbocompresor utilizado en el proceso de licuefacción de gas natural. Si la carga en el turbocompresor se detiene por cualquier número de razones, entonces la válvula de seguridad está diseñada para cortar completamente el flujo. Esto evita que la turbina acelere demasiado y dañe potencialmente el equipo.
Figura 1
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La válvula de disparo de la turbina es un dispositivo de seguridad esencial que no solo evita daños catastróficos a equipos de capital extremadamente costosos, sino que también protege la vida de quienes trabajan cerca de los turbocompresores. Una válvula de disparo de turbina es única entre las válvulas grandes debido a la combinación de las condiciones extremas de temperatura a las que se enfrenta y el poco tiempo que se permite para que una válvula de disparo de turbina se cierre en ciclo. De hecho, es común que se requiera que las válvulas de detención se cierren en ciclos de 0,3 segundos a 2 segundos, lo que puede ser difícil de lograr para válvulas grandes.
Para especificar correctamente estas válvulas de disparo, se deben considerar varios factores diferentes. El primer paso es comprender los requisitos de la aplicación. Estos incluyen la presión, temperatura, flujos y medios que se abren paso a través de la válvula.
Requisitos de especificación. Algunos de los pasos para especificar correctamente una válvula de disparo de turbina son similares a los que se toman para especificar cualquier tipo de válvula. La primera es determinar cuánto líquido fluirá a través de la válvula. El caudal real determinará el tamaño de la válvula requerida para el trabajo. En la mayoría de los casos, el tamaño requerido hará que una válvula de mariposa de alto rendimiento sea la mejor opción para esta aplicación.
A continuación, se deben tener en cuenta las temperaturas de proceso típicamente bajas. No es inusual que las válvulas de disparo de gas natural enfrenten condiciones de diseño por debajo de –100 ° C (–148 ° F). Estas temperaturas criogénicas requieren un aislamiento de tubería grueso y las válvulas necesitan extensiones de vástago largas para que los componentes críticos de sellado del vástago estén fuera de la zona fría.
El siguiente paso es determinar el par requerido, que es una función del tamaño de la válvula, los diseños de asiento y cojinete, así como las temperaturas y presiones del proceso. Un análisis del par y la velocidad del ciclo requeridos permitirá calcular la fuerza de rotación máxima que deberá soportar la extensión del vástago largo. También determinará la cantidad de “cuerda del eje” que resultará.
Una vez que se conoce la fuerza de rotación máxima, se debe seleccionar un actuador para proporcionar el par requerido. Se debe aplicar un factor de seguridad adecuado para adaptarse a las alteraciones del proceso, el envejecimiento de los equipos, etc. Los tiempos de ciclo requeridos extremadamente rápidos con frecuencia hacen que sean necesarios puertos de aire sobredimensionados.
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Una vez que se han seleccionado los componentes principales, la válvula y el actuador, se debe tener un cuidado similar para seleccionar los componentes de control. Similar al modelado por computadora utilizado para dimensionar y seleccionar una válvula de proceso, el sistema neumático también debe modelarse para permitir la selección de válvulas solenoides y dispositivos de escape rápido para ventilar el aire del actuador lo suficientemente rápido para cumplir con los requisitos de disparo. Deben tenerse en cuenta todas las fuentes de pérdida de presión, como boquillas de tubería, accesorios de compresión, codos, tes y rejillas de escape.
Otras Consideraciones. Algunas otras características importantes, si no se reconocen y abordan adecuadamente, pueden ser problemáticas. Por ejemplo, la combinación de la masa de los componentes móviles de la válvula y el actuador y las velocidades de ciclo rápido pueden dañar el actuador. En este caso, se deben especificar parachoques amortiguadores para los topes de carrera del actuador.
Debe tenerse en cuenta la localidad donde se instalará la válvula de retención. Todos los componentes deben cumplir con los códigos locales de tuberías y certificaciones eléctricas, y las condiciones ambientales pueden requerir parasoles, materiales o revestimientos resistentes a la corrosión, sistemas de aire “respiradores” o trazadores de calor.
Testing. Finally, each trip valve assembly must be tested to verify that it meets all the system requirements. Most customers require certified material test reports to confirm that the critical pressure-retaining components are made from the alloys specified by the manufacturer. Other forms of nondestructive examination (e.g., X-rays, liquid penetrant tests, positive material inspection, etc.) also may be required by the customer.
After the trip valve system has been completely assembled, it must be tested and timed to verify that it meets the trip speed requirement. This step cannot be skipped, as computer modeling alone is not sufficient for this critical piece of safety equipment. This testing is typically done using data loggers and sensors. The sensors detect valve position and air pressure, allowing the test system to graph the valve through the complete cycle.
Heavy engineering is required to ensure that a trip valve will work properly and do the job needed. Understanding all of the conditions and requirements will ensure that a critical element is not overlooked that may lead to damaged equipment, unplanned shutdowns and potential injuries or deaths.
PETER JESSEE, P.E., is a Process Control Application Engineer for Valin Corp., having joined the organization in 1990. He has many years of experience in both technical and sales positions for industrial and commercial control systems, control valves, flowmeters and industrial instrumentation.
