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Aug 29, 2023

Las válvulas de alivio de presión (PRV) son una línea de defensa fundamental para la protección de recipientes a presión en la industria energética. Las instalaciones de generación en todo el mundo dependen de estos dispositivos para detectar y aliviar rápidamente las condiciones de sobrepresión para evitar daños catastróficos durante las alteraciones del proceso. Para garantizar que estas válvulas funcionen como se espera, los organismos reguladores de ingeniería mecánica exigen que las válvulas se prueben de forma rutinaria.

Algunas instalaciones dificultan mucho la opción de tirar de la válvula para realizar tareas de mantenimiento y pruebas. Esto es particularmente cierto para válvulas de gran tamaño y en la industria de la energía nuclear, donde las válvulas pueden estar ubicadas dentro de áreas de contención, lo que hace que el acceso a las válvulas sea particularmente problemático. Afortunadamente, existe otro método aprobado para probar válvulas de alivio para esta situación, y esta solución alternativa es el tema de este artículo.

Los PRV son dispositivos relativamente simples, aunque engañosamente. Consisten en una boquilla de entrada unida al proceso, que está bloqueada por un disco sujeto firmemente al asiento de la boquilla (Figura 1). El disco se mantiene cerrado mediante un resorte, con ajustes cuidadosamente realizados para marcar el punto de ajuste de la válvula.

1. Una válvula de alivio de presión (PRV) protege el equipo abriéndose automáticamente para ventilar el medio del proceso cuando la presión en la boquilla de entrada supera la fuerza descendente del resorte. Cortesía: Emerson

Cuando el proceso alcanza la presión establecida, la fuerza ascendente del medio del proceso compensa la fuerza descendente del resorte y el disco se levanta del asiento. El medio del proceso se alivia a través de la salida de la válvula hasta que la presión cae por debajo del punto de ajuste. En este punto, la fuerza descendente del resorte supera la fuerza ascendente del medio de proceso y la válvula se cierra.

Para garantizar que la PRV funcione cuando entre en acción, la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME) exige que las válvulas de alivio se verifiquen funcionalmente de forma rutinaria. Por lo general, una planta extraerá válvulas más pequeñas de su posición instalada durante las interrupciones del proceso y luego las inspeccionará y probará en un entorno de taller para confirmar que funcionarán según lo deseado y se abrirán al punto de ajuste de presión adecuado. Sin embargo, este método de prueba no es tan fácil de lograr en ciertos casos.

Algunas válvulas de alivio son muy grandes y/o están ubicadas en áreas de difícil acceso. Otros están soldados en su lugar y no se eliminan fácilmente del proceso. Las válvulas dentro de las áreas de contención nuclear son particularmente problemáticas ya que el acceso a estas áreas suele estar restringido y se requiere un estricto cumplimiento de extensos protocolos para la entrada.

Para manejar estas situaciones desafiantes, ASME proporciona medios alternativos para probar válvulas de alivio, como se documenta en el Código de prueba de rendimiento (PTC) 25 de ASME, Dispositivos de alivio de presión. Estos métodos de prueba incluyen pruebas en servicio, que permiten a la planta probar funcionalmente la válvula de alivio sin retirarla del proceso. Este método de prueba in situ puede ser bastante preciso y eficaz, pero sólo si se realiza correctamente con el equipo adecuado.

El servicio y las pruebas de las PRV generalmente se realizan durante interrupciones de mantenimiento regulares según lo definen las pautas de ASME. Las presiones y temperaturas de funcionamiento se reducen a niveles propicios para el servicio y los técnicos de mantenimiento prueban las PRV. Para este tipo de prueba en servicio o in situ, se utilizan dispositivos de asistencia de elevación junto con estas presiones más bajas del sistema para verificar que la PRV funcionará en el punto de ajuste, dentro de las tolerancias permitidas.

Las pruebas en servicio aprobadas por ASME permiten el uso de dispositivos de asistencia de elevación conectados al eje de la válvula con adaptadores, junto con otros aparatos de prueba para realizar pruebas de verificación de presión establecida. El equipo que se muestra en la Figura 2 permite aplicar una fuerza de elevación cuidadosamente monitoreada al eje de una PRV hasta que el disco se despegue del asiento. Se conocen la presión del proceso y la fuerza de elevación, lo que permite a este tipo de sistema controlado por computadora determinar el punto de ajuste de la PRV y confirmar que se encuentra dentro de la tolerancia. Este tipo específico de equipo de asistencia de elevación se conoce como dispositivo de verificación de presión establecida (SPVD).

2. Una asistencia de elevación portátil, o dispositivo de elevación auxiliar, permite probar el funcionamiento de una PRV sin retirar la válvula del proceso. Cortesía: Emerson

Hay varios otros tipos de dispositivos de asistencia de elevación disponibles para realizar pruebas de verificación de presión establecida en servicio, con distintos grados de efectividad. Para la mayoría de las aplicaciones, un SPVD es el método preferido de prueba en servicio.

Las características específicas de la construcción del SPVD tienen un gran impacto en la precisión y operatividad del dispositivo. Las unidades SPVD de alto rendimiento emplean una variedad de características de diseño para garantizar una ejecución de pruebas consistente y resultados precisos.

Los SPVD utilizan sensores de presión de alta precisión para medir la presión del proceso y determinar la fuerza de elevación que se aplica. Estos sensores incluyen calibración y diagnóstico automáticos mediante el controlador por computadora SPVD para confirmar que los sensores estén funcionando correctamente antes de cada prueba.

Se utiliza un transformador diferencial lineal variable (LVDT) para detectar el primer signo de movimiento del vástago de la válvula, en el rango de 0,020 pulgadas, muy por debajo del punto donde la válvula alcanzará su máxima elevación. En este momento, se obtienen los valores de fuerza y ​​presión y se concluye la prueba para evitar la descarga inútil del medio del proceso y minimizar el daño al asiento.

Quizás la característica más importante de un SPVD es un sistema de ejecución de pruebas totalmente automatizado (Figura 3). Este sistema incorpora una computadora portátil industrialmente reforzada que ejecuta protocolos de prueba automatizados, que incluyen calibración y diagnóstico. La computadora puede imprimir resultados de pruebas certificados y conectarse a hasta cinco válvulas de alivio, lo que simplifica y acelera la ejecución de las pruebas.

3. Un técnico realiza una prueba del dispositivo de verificación de presión establecida (SPVD) totalmente automatizada. Las funciones de calibración, diagnóstico y prueba están integradas en el sistema, lo que permite al personal de la planta ejecutar pruebas PRV consistentes y precisas. Cortesía: Emerson

Algunos otros tipos de dispositivos de elevación son más manuales y sólo pueden ser operados por personal capacitado, generalmente proporcionado por el proveedor del dispositivo de elevación a un costo considerable. Sin embargo, un SPVD totalmente automatizado permite a la mayoría de los técnicos de planta realizar pruebas de verificación de la presión establecida de PRV según sea necesario. Los dispositivos de asistencia de elevación más útiles se pueden instalar en una amplia variedad de PRV, en lugar de solo en aquellas de fabricantes específicos. Idealmente, el dispositivo de elevación debería ser liviano y fácilmente adaptable para adaptarse a una amplia gama de válvulas de alivio.

Se pueden obtener beneficios de costos y programación a partir de la ejecución de autopruebas, y las pruebas de presión de ajuste de PRV totalmente automatizadas también ayudan a garantizar resultados de pruebas consistentes y precisos, independientemente de la experiencia del personal. Los SPVD generalmente proporcionan resultados de pruebas certificados por ASME con una precisión de prueba comprobada de menos de +/–1% de error, significativamente por debajo del umbral de precisión de prueba típico de ASME de +/–3%.

SPVD es a menudo la opción preferida para abordar una serie de problemas desafiantes de las pruebas PRV. Algunas válvulas son muy grandes o no se pueden quitar fácilmente, por lo que una prueba en servicio es claramente la opción menos costosa (Figura 4). Esto puede ser especialmente cierto para válvulas de alivio grandes que están soldadas a las tuberías de proceso.

4. Se está utilizando el Crosby SPVD de Emerson para realizar una prueba en servicio en esta válvula de seguridad Sección III Clase 2 de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME). La instalación y prueba del SPVD no restringe el funcionamiento de la PRV si las condiciones del proceso requieren que la válvula se abra en servicio. Cortesía: Emerson

Dentro de las centrales nucleares, muchas PRV grandes están ubicadas dentro de edificios de contención, donde el acceso es extremadamente limitado. Para PRV críticas en estas áreas, los cabezales y adaptadores de asistencia de elevación SPVD se pueden instalar permanentemente en las válvulas, con cables de prueba encaminados fuera de la zona restringida y conectados a un controlador de computadora.

Dado que este tipo de dispositivo de elevación no afecta el rendimiento de la válvula durante el funcionamiento normal o en condiciones de sobrepresión, la PRV aún puede funcionar según sea necesario. Las pruebas se pueden realizar de forma remota desde fuera del edificio de contención simplemente conectando los cables a un sistema de prueba y ejecutando la prueba. Una instalación de este tipo permite que una planta funcione de forma segura en condiciones normales y pruebe sus PRV críticos según sea necesario, evitando al mismo tiempo cualquier posible exposición a la radiación.

Un dispositivo de asistencia de elevación bien diseñado es una valiosa adición al conjunto de herramientas de mantenimiento de PRV de una planta. Cada PRV debe someterse a requisitos de pruebas periódicas en servicio según lo definido por el código ASME de Operación y Mantenimiento de Plantas de Energía Nuclear. El código permite el uso de dispositivos de asistencia de elevación para realizar pruebas de verificación de presión de ajuste, lo cual es particularmente útil en situaciones donde no es práctico retirar la válvula de su posición instalada. El dispositivo de asistencia de elevación adecuado permite al personal de la planta ejecutar de forma segura el mantenimiento programado durante interrupciones o durante la operación en otros casos, garantizando que las PRV críticas funcionen según el diseño con puntos de ajuste correctamente ajustados.

Un SPVD totalmente automatizado permite al personal de la planta realizar estas pruebas de manera consistente y precisa, liberando a los usuarios para programar y ejecutar pruebas PRV, sin la necesidad de la participación de proveedores externos. Esto ahorra tiempo y costos y elimina la dependencia de un único proveedor como proveedor de servicios. SPVD también proporciona un medio para que las plantas de energía nuclear prueben de forma remota sus válvulas de alivio críticas, evitando al mismo tiempo la exposición en áreas de contención.

Si se enfrenta a un desafío de prueba de PRV, el personal de la planta debería considerar los dispositivos de asistencia de elevación, como un SPVD, como una posible solución. Cumplen con los requisitos de ASME para pruebas de verificación de presión establecida, y el funcionamiento totalmente automatizado de SPVD garantiza resultados de prueba confiables, al tiempo que proporciona muchos otros beneficios mencionados en este artículo.

—June DelGrosso es directora de ventas para la Marina y la Energía Nuclear de Norteamérica en Emerson para sus productos de control de flujo. Ha trabajado para una variedad de empresas, desempeñando funciones como ingeniera de diseño de válvulas e instrumentos, gerente de ingeniería de productos y líder técnica global de productos.

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