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Eficiência em emissões fugitivas

Reduzir emissões tem sido uma forte tendência global por um bom tempo. As emissões estão sendo monitoradas para praticamente todos os produtos disponíveis no mercado atual, enquanto que os regulamentos de medições de emissão continuam se desenvolvendo sob pressão da sociedade.

  • Destaques
  • Fornecedores de válvulas no mundo inteiro enfrentam o desafio de projetar válvulas em conformidade com as normas globais de emissões.
  • Desenvolver válvulas com certificação ISO 15848, a norma mais abrangente de emissões fugitivas atualmente, garante sua conformidade também com muitas outras normas de emissões e cumprem os requisitos globais mais restritos.
  • A certificação ISO 15848 verifica o alto desempenho em termos de emissões fugitivas de uma válvula, consequentemente melhorando as questões de Saúde, Segurança e Meio Ambiente e economizando uma quantia considerável de capital.

Partindo da indústria de processo, reduzir emissões tem sido uma forte tendência global por um bom tempo. As emissões estão sendo monitoradas para praticamente todos os produtos disponíveis no mercado atual. Seja comprando um produto, dirigindo nosso veículo ou mesmo fazendo uma pesquisa na Internet todos os dias, podemos encontrar estudos sobre seus efeitos ambientais e muito, muito mais. Esta tendência enfatiza porque a regulamentação de medidas de emissão tem sido forçada a se desenvolver e continua se desenvolvendo sob pressão da sociedade. Na verdade, em muitas regiões, a medição de emissões tem aumentado na mesma proporção que aumenta a conscientização do impacto ambiental. Com relação a válvulas, essa tendência tem sido um dos grandes motivos pelos quais existem muitas normas diferentes para avaliar o nível de emissão. A base das normas ainda está nas válvulas em si. Estudos mostram que, em média, as válvulas antigas são as mais problemáticas, pois foram projetadas sem o moderno conhecimento que considera as possíveis reduções de emissões. Aproximadamente 2% das válvulas mais problemáticas são responsáveis por 98% das emissões relacionadas. Portanto, é interessante questionar o problema da emissão. Qual é o modo mais fácil de se evitar essas emissões desnecessárias e, ao mesmo tempo, os custos que estão por trás das emissões fugitivas?

Compreendendo as diferenças nas normas de emissões

Já que as principais normas têm sido desenvolvidas a partir de diferentes perspectivas, é preciso ter um conhecimento considerável para compreender as diferenças nas normas de emissões fugitivas. Ademais, aplicar este conhecimento aos projetos construtivos atuais de válvulas é ainda mais complicado, pois as exigências do processo para o qual foram originalmente projetadas devem ser combinadas com as boas práticas de projeto e estar em conformidade com estas normas regulamentadoras.

Estas são as normas globais de emissões fugitivas mais comumente aplicadas:

• EPA 40 Partes 60/63 (EPA Método 21)
• TA-Luft (VDI 2440)
• ISO 15848
• Spec Shell Oil Company (MESC SPE 77/312)

Acima de tudo, vale observar a dificuldade que envolve a comparação direta dessas normas, já que todas dependem de seus procedimentos de teste. As variáveis mais importantes são os fluidos de teste, os métodos de detecção de fuga e os limites de fuga.
Basicamente, o fluido de teste pode ser hélio ou metano. O hélio é um gás muito permeável e seguro de se usar, enquanto o metano não possui nenhuma dessas qualidades. Devido a essas diferenças e precauções ao usar o metano, os resultados de teste de fuga não são estritamente comparáveis.

Com relação à detecção de vazamento por fuga, são usados dois tipos básicos de métodos na detecção de emissões. O método local, também chamado de Sniffing, mede uma concentração e normalmente está associado a testes baseados em metano. Como o método Sniffing pode ser usado apenas como estimativa da fuga real, aplica-se um fator de correlação à fuga medida para calcular a fuga real a partir da haste da válvula. Os métodos globais, a segunda possibilidade para detecção de vazamento por fuga, incluem basicamente duas opções: testes a vácuo e encapsulamento (muito provavelmente serão incluídos na próxima edição da ISO 15848). Estes métodos captam e medem precisamente a fuga real da atmosfera ao redor da válvula. Para resumir as diferenças, os testes de detecção de vazamento por fuga locais e globais não são diretamente comparáveis.

Existem outras diferenças nos procedimentos entre as normas. Estão incluídas as diferentes temperaturas de teste, ciclos de temperatura e o número de ciclos operacionais antes da coleta de dados de teste. Ademais, algumas normas permitem uma interpretação maior dos resultados do teste e outras, menos. Acima de tudo, os limites de emissões definidos pelas diferentes normas também variam e usam diferentes unidades. Sabendo disso, pode ser complicado encontrar a melhor norma para as emissões fugitivas. Para facilitar esta decisão, é preciso ter um olhar mais detalhado e compreender as intenções por trás das normas e os benefícios reais de se adotar uma norma particular para avaliar o desempenho em termos de emissões fugitivas.

A norma de emissão ISO considera sua versatilidade

A EPA 40 Partes 60/63 ou EPA Método 21, usada principalmente na América do Norte, determina um critério de fuga de apenas 100/500 ppm, que deve ser atendido em condições reais de operação, durante toda a vida útil da válvula. O fluido usado na detecção de vazamento por fuga é um hidrocarboneto retirado diretamente da tubulação, aplicando-se o método Sniffing. Trata-se de um método muito prático e inteligente por vincular as plantas individuais de processo diretamente à legislação. Outra vantagem é que os níveis de emissões fugitivas são medidos por todo o ciclo de vida das válvulas. No entanto, o lado negativo é o fluido. À medida que os hidrocarbonetos apresentam diferentes comportamentos de fuga, dependendo se está na forma gasosa ou líquida, ocorre uma diferença muito grande nos resultados. Na prática, é difícil comparar o desempenho de emissões fugitivas de diferentes válvulas. Como comentário final, estes limites de fuga não são muitos restritos e são mais fáceis de serem atendidos. A norma TA-Luft, aplicada em nível mais global, fora da América do Norte, e originada na Alemanha, exige válvulas com projetos compatíveis com determinados requisitos. Fundamentalmente, a TA-Luft determina a taxa de fuga máxima igual à de uma válvula linear com fole na haste. O fluido para detecção de vazamento por fuga é o hélio, sendo permitidos apenas métodos de detecção globais. Dois diferentes limites de fuga de emissões fugitivas são definidos com base na temperatura da aplicação. Como mostra a Figura 1, o limite de fuga abaixo de 250 °C pode ser considerado rigoroso, enquanto o limite acima de 250 °C é menos problemático.

 

Figura 1. Comparação das normas de emissão, haste de 25 mm de diâmetro

O foco da TA-Luft revela que nenhum número exato de ciclos operacionais foi definido para o teste. Outra desvantagem é que não há um procedimento de ciclo de temperatura predefinido. Definitivamente esta é uma desvantagem quando se avalia o desempenho das emissões fugitivas em condições reais de serviço.

A ISO 15848, a norma mais recente, e visando a necessidade global de uma única norma de emissão, não regulamenta o projeto de construçâo de válvulas, porém define os testes de aprovação com os quais o projeto da válvula deve cumprir. Incluindo partes separadas para testes de protótipo e produção, normalmente o fluido para detecção de vazamento por fuga é o hélio, embora permita o uso do metano. Na edição atual da ISO 15848 Parte 1, há uma categorização de três classes de fugas, que vai de extremamente restrito, Classe A, até não restrito, Classe C. De acordo com a norma ISO, o método global de detecção de vazamento por fuga a vácuo é o único permitido. Os testes de classes de temperatura estão na faixa de -196 °C a 400 °C.
Atualmente, a ISO Classe A é o critério mais exigente no campo de todas as normas de emissões fugitivas. Assim como ocorre com a TA-Luft, este nível também simula a vedação de válvula linear com fole na hastee. O interessante é que as válvulas rotativas também atendem à ISO Classe A com gaxeta de grafite. Com os testes ISO para shut-off em baixa temperatura, as válvulas esferas Neles® D1F possuem essa difícil certificação com gaxeta de grafite. Definitivamente notório, isso significa que o desempenho das emissões de gaxetas de grafite pode realmente superar as gaxetas em V (tipo Chevron) à base de PTFE (politetrafluoretileno), solução tradicionalmente usada contra emissões fugitivas. 

A fuga de Classe B da ISO pode ser considerada um nível padrão para válvulas rotativas. Esse nível pode ser alcançado com gaxetas de grafite também em testes com válvulas de controle de longa duração, inclusive testes em alta temperatura (400 °C).

A norma de emissão ISO inclui ainda juntas do corpo de válvulas. Esta norma aplica o método Sniffing e inclui três classes de resistência para as válvulas shut-off e de controle. A classificação de temperatura é a mesma usada para gaxetas, na faixa de -196 °C a 400 °C. Adicionalmente, inclui um procedimento de ciclos térmicos.

Acelerando a aceitação da certificação ISO 15848

O maior desafio para da certificação ISO até o momento tem sido a grande variedade de normas para métodos de teste e limites de aceitação. O comitê da norma ISO está revisando a ISO 15848 de modo a incluir novos recursos para permitir a aceitação simultânea de outras normas locais.

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

Muito provavelmente, a nova edição deverá incluir qualificação EPA, o que pode aumentar a aceitação da ISO 15848, também na América do Norte, e fazer com que essa norma seja aceita mundialmente. Já considerada a ferramenta mais completa para medir e entender os objetivos de desempenho em termos de emissões fugitivas, este será um incentivo ainda maior para os fornecedores globais de válvulas, como a Metso, para buscar ativamente uma ampla gama de conhecimento teórico e técnico, juntamente com os recursos de testes e relatórios, necessários para cumprir com as classificações das normas ISO 15848 atuais.

Conclusões da Metso sobre a ISO 15848

 A Metso chegou às seguintes conclusões em relação à norma 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 emissões da ISO sendo preparado no novo laboratório de fluidos da Metso para a válvula esfera série X.

• Certificações por terceiros altamente conceituados são frequentemente obtidas para verificar as condições de teste e o desempenho real em termos de emissões fugitivas das válvulas na Metso. Assim, os usuários finais podem garantir o alto desempenho em termos de emissões fugitivas com suas válvulas.

• Aumento do número de projetos de válvulas testados: em 2012, implantou-se na Metso uma iniciativa corporativa visando o aumento do número de válvulas certificadas em conformidade com a ISO 15848. Dando sequência em 2013, diversas válvulas de sede metálica Neles® e de sede macia Jamesbury® foram certificadas, atendendo aos requisitos da norma de emissão ISO e, ao mesmo tempo, cumprindo muitas outras normas de emissão obrigatórias em regiões específicas, inclusive a TA-Luft e EPA.

 

Benefícios ao cliente com a redução nas emissões fugitivas

Além da evidente conformidade com as rigorosas normas ambientais, também existem outros benefícios advindos do uso de válvulas com um projeto construtivo favorável a baixos níveis de emissões fugitivas. Primeiramente, as válvulas certificadas para emissões melhoram a segurança e são, portanto, um benefício também para a Saúde, Segurança e Meio Ambiente. No pior dos casos, por exemplo, uma fuga de hidrogênio pela gaxeta da válvula pode provocar a autoignição e chamas difíceis de serem detectadas, causando um enorme problema para a saúde, segurança e meio ambiente em uma planta de processo. Vale repetir que o uso de válvulas com controle de emissão devidamente projetas pode minimizar esses problemas. Além disso, um ambiente mais saudável protege as pessoas e potencialmente as torna mais produtivas. Exemplificando, a redução no teor de H2S no ar permite que o pessoal trabalhe períodos mais longos em áreas com alto teor de H2S na atmosfera.

""O emprego de válvulas em conformidade com a ISO 15848 permite que os usuários obtenham significativa economia em custos operacionais e ainda se beneficiem com a melhoria das questões de saúde e segurança, além de reduzir o impacto ambiental".
Em segundo lugar, um projeto de baixo nível de emissões fugitivas minimiza os custos resultantes da perda de gases causada por vazamento em válvulas. Mesmo que fosse possível medir o custo de vazamentos em centenas de Euros por ano, o fluido perdido resultaria em custos secundários; por exemplo, rendimentos menores do produto final. A perda de fluido também significa perda de energia, já que as bombas ou compressores necessários trabalham mais para compensar o vazamento. Consequentemente, minimizar emissões fugitivas usando projetos construtivos de válvulas apropriados e manutenção adequada pode levar à economia de uma quantia considerável de capital.

Para concluir, o emprego de válvulas em conformidade com a ISO 15848, a norma mais abrangente de emissões fugitivas atualmente, permite que os usuários de válvulas obtenham significativa economia em custos operacionais e ainda se beneficiem com a melhoria das questões de saúde e segurança, além de reduzir o impacto ambiental.

Publicado em abril de 2014, Engenharia de hidrocarboneto
Texto de Mikko Vuolanto

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