{"id":1517,"date":"2023-07-31T16:28:21","date_gmt":"2023-07-31T20:28:21","guid":{"rendered":"https:\/\/rpmcontrol.cl\/Inicio\/?p=1517"},"modified":"2023-07-31T17:31:35","modified_gmt":"2023-07-31T21:31:35","slug":"control-valves-for-hydrogen-applications","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/rpmcontrol.cl\/Inicio\/control-valves-for-hydrogen-applications\/","title":{"rendered":"V\u00e1lvulas de Control para Aplicaciones de Hidr\u00f3geno"},"content":{"rendered":"\n
\"Valve<\/figure>\n\n\n\n

<\/a><\/p>\n\n\n\n

El dimensionamiento adecuado, la selecci\u00f3n de materiales y el control son m\u00e1s importantes que nunca.<\/p>\n\n\n\n

KEVIN JACKSON, NEW ENERGY SPECIALIST, BAKER HUGHES<\/strong><\/p>\n\n\n

\n
\"\"<\/figure>\n<\/div>\n\n\n

El hidr\u00f3geno tiene una larga historia en el mercado de la energ\u00eda, desde que propuls\u00f3 los primeros motores de combusti\u00f3n interna hace m\u00e1s de 200 a\u00f1os hasta convertirse en una parte integral de la industria de refinaci\u00f3n moderna. Cuando pensamos en las aplicaciones del hidr\u00f3geno, la mayor\u00eda de la gente piensa en el hidr\u00f3geno que se usa en las refiner\u00edas para eliminar el azufre de la gasolina, el combustible di\u00e9sel y otros productos refinados, como catalizador para estimular la reacci\u00f3n qu\u00edmica o como combustible para hornos que generan vapor para varios procesos de refinaci\u00f3n. . Es importante tener en cuenta que el hidr\u00f3geno es un gas que debe tratarse con respeto, especialmente cuando se trata de la selecci\u00f3n de materiales. De lo contrario, el riesgo de seguridad asociado con el uso de materiales inadecuados puede ser catastr\u00f3fico y representar un peligro para la seguridad a largo plazo.<\/p>\n\n\n\n

A medida que avanzamos hacia un mundo m\u00e1s verde, el hidr\u00f3geno se est\u00e1 convirtiendo en un combustible cada vez m\u00e1s com\u00fan y se espera que se utilice en diversas aplicaciones. Estas aplicaciones incluyen la mezcla, en diferentes porcentajes, de hidr\u00f3geno con gas natural, com\u00fanmente 20 %\/80 %, para producir un gas para la generaci\u00f3n de energ\u00eda a base de gas que reduce la emisi\u00f3n de CO2 en aproximadamente un 6-7 %, o en el transporte, ya sea como en combustibles, celdas de gas hidr\u00f3geno o en forma l\u00edquida para veh\u00edculos que requieren mayor autonom\u00eda.<\/p>\n\n\n\n

<\/p>\n\n\n

\n
\"\"<\/figure>\n<\/div>\n\n\n

El hidr\u00f3geno se puede producir de cuatro formas b\u00e1sicas. En la refiner\u00eda, el hidr\u00f3geno se produce tradicionalmente a partir de gas natural, petr\u00f3leo o carb\u00f3n mediante reformado de metano con vapor o mediante gasificaci\u00f3n, y aproximadamente el 96 % del hidr\u00f3geno actual se produce mediante este proceso. La electr\u00f3lisis es el cuarto m\u00e9todo y hoy representa alrededor del 4% del hidr\u00f3geno total producido a nivel mundial.<\/p>\n\n\n\n

Cuando se trata de dimensionar y configurar v\u00e1lvulas de control para aplicaciones de hidr\u00f3geno gaseoso y l\u00edquido, los ingenieros de v\u00e1lvulas de control deben tener cuidado. Esto es especialmente cierto ahora, ya que el hidr\u00f3geno se genera y transporta en grandes cantidades en todo el mundo en diversas formas, incluido el hidr\u00f3geno gaseoso, los l\u00edquidos puros de hidr\u00f3geno y los compuestos org\u00e1nicos que absorben hidr\u00f3geno o lo mezclan con nitr\u00f3geno para producir amon\u00edaco. Todas estas formas de hidr\u00f3geno requieren un control adecuado de la presi\u00f3n y la temperatura para que sean viables como hidr\u00f3geno puro o como veh\u00edculo para trasladarlo a \u00e1reas donde el hidr\u00f3geno no se puede fabricar localmente en cantidad suficiente para satisfacer la demanda local.<\/p>\n\n\n\n

Hay cinco \u00e1reas clave a tener en cuenta al determinar el tama\u00f1o y la configuraci\u00f3n de una v\u00e1lvula de control para uso en hidr\u00f3geno, as\u00ed como al configurar v\u00e1lvulas de aislamiento y seguridad.<\/p>\n\n\n\n

Selecci\u00f3n de Materiales<\/h2>\n\n\n\n

La fragilizaci\u00f3n por hidr\u00f3geno (HE), tambi\u00e9n conocida como craqueo asistido por hidr\u00f3geno o craqueo inducido por hidr\u00f3geno (HIC), es un proceso complejo que involucra varios micromecanismos contribuyentes distintos, familiar para cualquiera que haya trabajado en el sector upstream. Sin embargo, en a\u00f1os m\u00e1s recientes, se ha aceptado ampliamente que HE es un problema complejo que puede ser el resultado de una selecci\u00f3n de materiales y condiciones ambientales inadecuadas, la formaci\u00f3n de hidruros met\u00e1licos, las transformaciones de fase del hidr\u00f3geno y una variedad de otros factores sin que siempre sea posible. identificar una sola causa. El resultado de HE es una reducci\u00f3n de la ductilidad debido a la absorci\u00f3n de los \u00e1tomos de hidr\u00f3geno muy peque\u00f1os.<\/p>\n\n\n\n

Los aceros con una resistencia a la tracci\u00f3n de menos de aproximadamente 145 ksi (1000 MPa), o con una dureza Rockwell de menos de HRC 32, son las aleaciones que generalmente no son susceptibles a la fragilizaci\u00f3n por hidr\u00f3geno. Tambi\u00e9n se debe considerar la temperatura porque HE se maximiza alrededor de la temperatura ambiente en los aceros, pero la mayor\u00eda de los metales son relativamente inmunes a la fragilizaci\u00f3n por hidr\u00f3geno a temperaturas superiores a 150 \u00b0C (302 \u00b0F). Tambi\u00e9n se debe considerar la presi\u00f3n, ya que se estima que la presi\u00f3n parcial de hidr\u00f3geno a la que se produce la fragilizaci\u00f3n m\u00e1xima est\u00e1 entre 300 y 1500 psi (20 y 100 bar).<\/p>\n\n\n\n

Cabe se\u00f1alar que la fragilizaci\u00f3n por hidr\u00f3geno ocurre en aceros y metales similares a concentraciones de hidr\u00f3geno relativamente bajas, dependiendo de la temperatura y las presiones. Los materiales generalmente aceptables para el servicio de hidr\u00f3geno incluyen aceros inoxidables austen\u00edticos, aleaciones de aluminio, cobre y aleaciones de cobre. El n\u00edquel y la mayor\u00eda de las aleaciones de n\u00edquel no deben usarse ya que est\u00e1n sujetos a una severa fragilizaci\u00f3n por hidr\u00f3geno. Los hierros fundidos grises, d\u00factiles y maleables tampoco deben usarse para el servicio de hidr\u00f3geno.<\/p>\n\n\n\n

Se pueden usar pruebas como la ASTM F1624 para clasificar las aleaciones y los recubrimientos durante la selecci\u00f3n de materiales para garantizar que el umbral de agrietamiento est\u00e9 por debajo del umbral para el agrietamiento por corrosi\u00f3n bajo tensi\u00f3n asistido por hidr\u00f3geno. Se deben realizar pruebas durante el control de calidad para calificar los materiales que se producen de manera r\u00e1pida y comparable. Los est\u00e1ndares como NACE MR-0175 para exploraci\u00f3n y producci\u00f3n aguas arriba y NACE MR-0103 para entornos de refiner\u00eda pueden ayudar a definir y especificar los requisitos de las v\u00e1lvulas de control para los gases de hidr\u00f3geno.<\/p>\n\n\n\n

Al considerar los materiales, considere tambi\u00e9n los materiales utilizados para los diafragmas y el sellado. Si bien la investigaci\u00f3n y las pruebas contin\u00faan, el conocimiento de la compatibilidad del hidr\u00f3geno con los pol\u00edmeros contin\u00faa someti\u00e9ndose a extensas pruebas de campo. Los usuarios entienden los principios de la descompresi\u00f3n explosiva de los gases, pero el hidr\u00f3geno agrega otra capa de complejidad, especialmente para los diafragmas. Los materiales de empaquetadura para las v\u00e1lvulas de control pueden parecer sencillos en t\u00e9rminos de selecci\u00f3n, enrollado en espiral, PTFE o grafito, pero se debe prestar especial atenci\u00f3n a la temperatura y la presi\u00f3n para las aplicaciones de hidr\u00f3geno.<\/p>\n\n\n\n

Una emisi\u00f3n fugitiva se define como la emisi\u00f3n, fuga o descarga no intencional y\/o no deseada de gases o vapores de equipos que contienen presi\u00f3n, como v\u00e1lvulas defectuosas o aplicadas incorrectamente.<\/p>\n\n\n\n

Hay dos tipos principales de emisiones que afectan el medio ambiente, la calidad del aire y la salud humana: las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) y las emisiones de contaminantes atmosf\u00e9ricos. Para las v\u00e1lvulas, nos preocupan las emisiones de gases de efecto invernadero.<\/p>\n\n\n\n

La prueba de emisiones fugitivas es un t\u00e9rmino gen\u00e9rico para una amplia variedad de diferentes procedimientos y m\u00e9todos de prueba utilizados para probar y evaluar la integridad de la fuga externa de los sellos\/empaquetaduras del v\u00e1stago de la v\u00e1lvula y las juntas del cuerpo de las v\u00e1lvulas de control: de globo, rotativas y reguladoras.<\/p>\n\n\n\n

La prueba debe ser un reflejo directo de las condiciones de servicio reales, desde criog\u00e9nicas hasta ambientales y temperaturas y presiones extremadamente altas. Los est\u00e1ndares de prueba m\u00e1s comunes utilizados para las v\u00e1lvulas de control son ISO-15848-1 y 2, ANSI\/ISA S93.00.01, ANSI\/FCI 91-1, TA-Luft\/VDI 2440, API-622, API-624 y API-641 . Algunas empresas tienen sus propios procedimientos de prueba, por ejemplo, Shell SPE 77\/300 y Shell SPE 77\/312. Al especificar, configurar o comprar v\u00e1lvulas de control, se debe usar el est\u00e1ndar apropiado con prueba de certificados de testigos de terceros que cubran los di\u00e1metros de v\u00e1stago, materiales y gas de prueba correctos. Cabe se\u00f1alar que cualquier prueba presenciada no solo debe incluir el empaque de vapor, sino tambi\u00e9n todas las juntas del cuerpo a trav\u00e9s del ciclo y las variaciones de temperatura.<\/p>\n\n\n

\n
\"\"<\/figure>\n<\/div>\n\n\n

Aproximadamente el 60 % de las emisiones fugitivas provienen de las v\u00e1lvulas, y hasta el 80 % de las fugas por v\u00e1lvula se originan en el empaque del v\u00e1stago. Otras fuentes de la v\u00e1lvula son los puertos de purga o escape de las v\u00e1lvulas solenoides, posicionadores y otros accesorios de control. Para evitar el desarrollo de fugas, las pruebas y el mantenimiento regulares contribuyen en gran medida a prevenir las emisiones fugitivas. Para las emisiones fugitivas gaseosas, el uso regular de dispositivos de detecci\u00f3n de gases es \u00fatil ya que ayuda a detectar la fuente de dichas emisiones.<\/p>\n\n\n\n

Rendimiento y confiabilidad<\/strong><\/p>\n\n\n\n

El rendimiento de las caracter\u00edsticas de seguridad de una v\u00e1lvula se mide en t\u00e9rminos de probabilidad de falla a pedido (PFD). A trav\u00e9s de este c\u00e1lculo, obtiene un Nivel de integridad de seguridad (SIL) como una indicaci\u00f3n de la confiabilidad e integridad del sistema, y se mide en una escala de 1 a 4 (siendo 4 el m\u00e1s seguro y el que tiene menos probabilidades de fallar, pero rara vez se usa). Este no es un requisito para seleccionar un tipo de v\u00e1lvula o un fabricante; sin embargo, brinda un nivel de confianza de que el proveedor tiene buena reputaci\u00f3n y una medida de rendimiento y seguridad basada en los est\u00e1ndares internacionales de la industria.<\/p>\n\n\n\n

Sin embargo, si la falla de la v\u00e1lvula de control no genera una demanda en el Sistema instrumentado de seguridad (SIF), del cual forma parte, pero podr\u00eda generar una demanda en cualquier otro SIF asociado, se requerir\u00e1 un an\u00e1lisis adicional.<\/p>\n\n\n\n

Dimensionamiento de la V\u00e1lvula de Control<\/h2>\n\n\n\n

El proceso de dimensionamiento de la v\u00e1lvula de control es un procedimiento en el que la din\u00e1mica de fluidos del sistema se adapta a las caracter\u00edsticas de rendimiento de la v\u00e1lvula. Esto selecciona una v\u00e1lvula de control de un tama\u00f1o y tipo apropiado que mejor se adapte a las necesidades de gesti\u00f3n del flujo dentro del sistema de proceso. Cada fabricante de v\u00e1lvulas de control, junto con algunas empresas de software independientes, ha desarrollado sus propias plataformas para el dimensionamiento de v\u00e1lvulas basadas en las normas ANSI\/ISA-75.01.01 e IEC 60534-2-1.<\/p>\n\n\n\n

Obviamente, todas las v\u00e1lvulas de control son ligeramente diferentes entre s\u00ed en cuanto a sus caracter\u00edsticas de dise\u00f1o \u00fanicas. Aunque todos usan estos est\u00e1ndares de la industria, cada fabricante tiene ciertos matices debido al perfil de dise\u00f1o \u00fanico de ciertos componentes de la v\u00e1lvula que pueden afectar el resultado de la evaluaci\u00f3n del tama\u00f1o de la v\u00e1lvula. Cada tama\u00f1o debe ir acompa\u00f1ado de las hojas de datos de tama\u00f1o del fabricante. El software de dimensionamiento independiente puede proporcionar el tama\u00f1o ideal y los datos de rendimiento, pero es gen\u00e9rico.<\/p>\n\n\n\n

Los fabricantes de v\u00e1lvulas de control acreditados llevan a cabo pruebas de verificaci\u00f3n para garantizar que el rendimiento calculado establecido con sus v\u00e1lvulas coincida, dentro de una tolerancia m\u00ednima aceptable, con el rendimiento real de la v\u00e1lvula cuando se instala. A pedido, se pueden realizar pruebas adicionales para verificar caudales precisos, ruido generado, capacidad y ca\u00edda de presi\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n

Junto con lo anterior, al dimensionar y seleccionar v\u00e1lvulas de control para usar con hidr\u00f3geno, el dimensionamiento se ve afectado por varios factores:<\/p>\n\n\n\n

Mientras que el hidr\u00f3geno es un elemento puro (H2 ), el metano es un compuesto formado por carbono e hidr\u00f3geno (CH4). La ausencia de carbono en el hidr\u00f3geno es el principal factor detr\u00e1s de las diferencias en comparaci\u00f3n con el gas natural.<\/p>\n\n\n\n

La tabla peri\u00f3dica de elementos est\u00e1 ordenada por peso molecular. El hidr\u00f3geno (H2), como primer elemento de la tabla peri\u00f3dica, es una mol\u00e9cula muy ligera. El metano (CH4) es un compuesto formado por carbono e hidr\u00f3geno y es mucho m\u00e1s pesado, con un peso molecular de ocho veces el peso del hidr\u00f3geno. Esto significa que el hidr\u00f3geno es una mol\u00e9cula m\u00e1s peque\u00f1a, lo que aumenta el potencial de fugas en empaquetaduras y juntas, as\u00ed como el tama\u00f1o de la v\u00e1lvula.<\/p>\n\n\n\n

La inflamabilidad es otra preocupaci\u00f3n que afecta la selecci\u00f3n de v\u00e1lvulas, especialmente las empaquetaduras y las juntas. El hidr\u00f3geno entrar\u00e1 en combusti\u00f3n con concentraciones de aire tanto m\u00e1s altas como m\u00e1s bajas, lo que har\u00e1 que la combusti\u00f3n sea m\u00e1s probable si hay fugas.<\/p>\n\n\n\n

Diagnostico de Valvulas en Hidr\u00f3geno<\/h2>\n\n\n\n

A medida que el mundo avanza en IIoT y sistemas inteligentes, el diagn\u00f3stico de v\u00e1lvulas de control ahora es una parte clave del monitoreo y la gesti\u00f3n de v\u00e1lvulas de control en la nueva era. Esto implica usar el posicionador para monitorear el estado de la v\u00e1lvula y recopilar datos sobre su posici\u00f3n, condiciones y rendimiento para mejorar la eficiencia de la planta y el tiempo de actividad del proceso.<\/p>\n\n\n\n

Comprender los cambios en las condiciones de funcionamiento y el rendimiento de las v\u00e1lvulas es fundamental para actuar antes de que se produzca una aver\u00eda. Si no est\u00e1 midiendo y rastreando un sistema, solo est\u00e1 adivinando y perdiendo su rendimiento \u00f3ptimo.<\/p>\n\n\n\n

Cualquier diagn\u00f3stico de v\u00e1lvula en l\u00ednea debe consistir en indicadores clave de rendimiento (KPI) que se monitorean continuamente mientras la v\u00e1lvula est\u00e1 en servicio, lo que brinda informaci\u00f3n real sobre el rendimiento operativo real del sistema de v\u00e1lvula sin la necesidad de desconectar un proceso.<\/p>\n\n\n\n

Para aprovechar al m\u00e1ximo su sistema y procesos, es ideal ser independiente de la marca y tener un sistema de gesti\u00f3n de activos de v\u00e1lvulas que pueda rastrear los activos de todos los fabricantes a lo largo de todo el ciclo de vida de todas las v\u00e1lvulas en la planta.<\/p>\n\n\n\n

Conclusi\u00f3n<\/h2>\n\n\n\n

El hidr\u00f3geno es ligero, almacenable, denso en energ\u00eda y no produce gases de efecto invernadero directos. Pero para que el hidr\u00f3geno haga una contribuci\u00f3n significativa a una transici\u00f3n de energ\u00eda limpia, todas las industrias deben adoptarlo como un combustible clave para reducir los gases de efecto invernadero. A medida que la industria contin\u00faa creciendo, como siempre, es imperativo que las v\u00e1lvulas utilizadas en aplicaciones de hidr\u00f3geno tengan el tama\u00f1o adecuado y est\u00e9n construidas con los materiales adecuados para las aplicaciones en las que se utilizar\u00e1n.<\/p>\n\n\n\n

Todav\u00eda hay muchos obst\u00e1culos que superar, incluidos la seguridad, la regulaci\u00f3n, la escalabilidad y la reducci\u00f3n de costos. Considere el hidr\u00f3geno en comparaci\u00f3n con el lugar donde estaba el GNL (gas natural licuado) hace 20 a\u00f1os y la transformaci\u00f3n que ha tenido lugar en la producci\u00f3n, el transporte y la descarga. Ciertamente, los desaf\u00edos son diferentes y actualmente no existen todos los procesos y equipos para aprovechar al m\u00e1ximo el hidr\u00f3geno y su nuevo papel en el mundo, pero el futuro del hidr\u00f3geno parece seguro como una fuente importante de combustible.<\/p>\n\n\n\n

RELATED CONTENT<\/h3>\n\n\n\n