Seguridad de la válvula de oxígeno: Minimizar los riesgos potenciales

Ciertos materiales reaccionan con el oxígeno líquido y gaseoso a temperaturas y presiones específicas, provocando incendios o explosiones. Debido a estos peligros inherentes, es crucial diseñar y seleccionar cuidadosamente los materiales de las válvulas de control cuando se trabaja con oxígeno. Este artículo es una guía completa sobre los peligros potenciales del oxígeno en las válvulas de control y las directrices para minimizarlos.

Índice de contenidos

• Fuentes comunes de alta temperatura localizada
• Ignición de materiales comunes
• Directrices generales
• PREGUNTAS FRECUENTES

Fuentes comunes de alta temperatura localizada

Las válvulas de control están fabricadas con materiales que suelen tener altas temperaturas de ignición, lo que significa que no se incendian fácilmente ni se inflaman a temperaturas normales de funcionamiento. El verdadero peligro reside en las situaciones en las que la válvula o su entorno experimentan temperaturas anormalmente altas y localizadas, es decir, la temperatura en una zona específica puede aumentar significativamente por encima de la temperatura normal de funcionamiento.

• Velocidad de flujo: Los materiales utilizados para las válvulas en el servicio de oxígeno deben cumplir los criterios de velocidad indicados en el folleto G-4.4 de la Compressed Gas Association. Si la velocidad a través del orificio de la válvula supera los 61 m/s (200 pies/s), utilice únicamente materiales de aleación a base de cobre para el cuerpo de la válvula y las piezas embellecedoras que entran en contacto directo con la corriente de flujo.
• Impacto de partículas extrañas: Cuando la corriente de flujo transporta partículas extrañas, como salpicaduras de soldadura, y golpea el embellecedor de la válvula o la pared del cuerpo de la válvula, su energía cinética se transforma en calor, elevando potencialmente la partícula que impacta o el material con el que choca hasta su temperatura de ignición.
• Ignición por material ya quemado: Si un disco de válvula orgánico se ha incendiado debido al impacto de partículas extrañas, puede liberar suficiente calor para inflamar los materiales metálicos cercanos, provocando un incendio importante.
• Vibración: La vibración, normalmente causada por la velocidad del fluido, genera calor a través de la fricción interna, elevando potencialmente la temperatura de un componente hasta su punto de ignición.
• Compresión adiabática o rápida del gas: Cuando se abre una válvula para presurizar el sistema aguas abajo, la rápida compresión del gas dentro del sistema puede dar lugar a temperaturas del gas anormalmente altas. Esta alta temperatura puede inflamar los materiales dentro de la válvula y el sistema de tuberías.
• Descarga de electricidad estática: El gas que fluye a través del embellecedor de la válvula de bola o de mariposa crea una carga eléctrica en el embellecedor. Estas válvulas no suelen tener una conexión a tierra fiable desde el embellecedor hasta el cuerpo de la válvula o desde el cuerpo de la válvula hasta la tubería; es fundamental tomar las precauciones necesarias para garantizar una conexión a tierra adecuada. De lo contrario, pueden saltar chispas entre el embellecedor y el cuerpo de la válvula, o entre el cuerpo de la válvula y las tuberías cercanas, lo que podría provocar la ignición de los materiales circundantes.

Ignición de materiales comunes

La norma ASTM G175 evalúa la sensibilidad a la ignición y la tolerancia a fallos de los reguladores de oxígeno. En esta sección se analizan las características de ignición de los metales y los materiales orgánicos e inorgánicos.

Materiales orgánicos

Los materiales orgánicos tienen temperaturas de ignición más bajas que los metales. Por lo tanto, evite utilizar materiales orgánicos en contacto directo con el oxígeno, especialmente en la corriente de flujo. Cuando se necesiten materiales orgánicos para componentes como asientos de válvulas, empaquetaduras o diafragmas, elija un material con la temperatura de ignición más alta, las propiedades mecánicas requeridas y el calor específico más bajo. La Tabla 1 muestra las temperaturas de ignición aproximadas para materiales orgánicos seleccionados a 138 bar (2001 psi) de oxígeno.

Tabla 1: Temperaturas típicas de ignición de materiales orgánicos comunes

Material	Temperatura típica de ignición a 138 bar (2001 psi) de oxígeno
	Grado Celsius	Degree Fahrenheit
PTFE y PCTFE	468	875
70% PTFE bronceado	468	875
Fluoroelastomer	316	600
Nylon	210	410
Polietileno	182	360
Cloropreno y nitrilo	149	300

Metales

Elija materiales de aleación que no se quemen o puedan extinguir la llama rápidamente. El resultado es una combustión mínima tras la exposición a los eventos de ignición. Seleccione el material en función de su resistencia a la ignición y su velocidad de reacción. La resistencia a la ignición de los materiales oxigenados se enumera a continuación por orden (de más difícil a más fácil ignición):

• Cobre
• Aleaciones de cobre
• Acero inoxidable (serie 300)
• Aleaciones de níquel y cobre
• Acero al carbono
• Aluminio

La velocidad de combustión varía según los materiales. A continuación se enumeran por orden de menor a mayor velocidad de combustión:

• Cobre, aleaciones de cobre y aleaciones de níquel-cobre: Estos materiales no suelen iniciar la combustión.
• Acero al carbono: El acero al carbono tiene una velocidad de combustión moderada.
• Acero inoxidable (serie 300): El acero inoxidable, una vez encendido, arde más rápidamente que el acero al carbono; aun así, el acero inoxidable de la serie 300 se considera superior al acero al carbono debido a su alta resistencia a la ignición.
• Aluminio: El aluminio tiene una velocidad de combustión muy rápida.

No metales

Los componentes blandos tienen una alta probabilidad de inflamarse en una válvula debido a la compresión adiabática (comprimir o exprimir una sustancia sin intercambio de calor con su entorno) o al impacto mecánico. Reducir al mínimo el uso de materiales no metálicos en la válvula. Sin embargo, cuando no se puedan evitar los no metales, como juntas, empaquetaduras y lubricantes, tome las precauciones suficientes. Un método consiste en rodear las partes no metálicas con metales para que actúen como disipadores de calor. Esto evita la exposición directa de los componentes blandos a la corriente de flujo y evita el movimiento excesivo.

Directrices generales

Estas directrices son cruciales para garantizar la selección segura y adecuada de equipos de proceso para el servicio de oxígeno gaseoso.

• Materiales: Todos los metales en contacto con el oxígeno en la corriente de flujo principal deben ser adecuados para el servicio de oxígeno.
• Utilice acero al carbono, acero inoxidable o hierro fundido para muelles, carcasas de diafragma, placas de diafragma y otras piezas que no estén en la corriente de flujo principal.
• Utilice cobre, aleación de cobre o aleaciones de níquel-cobre para el cuerpo de la válvula y las piezas embellecedoras en contacto con la corriente de flujo.
• Los diafragmas en contacto con el gas oxígeno deben ser de fluoroelastómero.
• Las juntas tóricas en contacto con gas oxígeno deben ser de fluoroelastómero o de un elastómero de fluorocarbono similar.
• Evite utilizar materiales orgánicos para los asientos de las válvulas u otras piezas expuestas a la corriente de flujo.
• Para los productos blandos, seleccione materiales física y químicamente estables en las condiciones del proceso. Los materiales blandos preferidos son el teflón, el PTFE, el PCTFE, el Kalrez y el Viton. Sin embargo, las impurezas o las variaciones de composición pueden comprometer significativamente la resistencia al fuego de estos materiales.
• Problemas específicos de las válvulas:
  • Las válvulas de bola o de mariposa se abren rápidamente, lo que provoca una compresión adiabática. Además, tienen bordes de ataque afilados. La compresión rápida del oxígeno gaseoso puede provocar combustión; sin embargo, su uso es más aceptable con oxígeno líquido.
  • El cuerpo de la válvula en una válvula de mariposa en su estado abierto es un sitio de no impacto; sin embargo, el disco, el vapor y el asiento son áreas potenciales de impacto ya que entran en contacto directo con el flujo del fluido. Un cuerpo de acero inoxidable puede ser aceptable, pero para los componentes internos se necesitarían materiales más resistentes al fuego, como el Monel.
  • Filtros: Coloque filtros antes de todos los reguladores y válvulas para proteger los procesos posteriores. Utilizar elementos filtrantes inorgánicos, no ferrosos, para evitar riesgos de ignición. Mantenga y limpie regularmente los filtros.
  • Lubricantes y compuestos de sellado: Los lubricantes de petróleo ordinarios no son adecuados para el servicio con oxígeno y suponen un peligro importante debido a su elevado calor de combustión y rápida velocidad de reacción. Utilice lubricantes y compuestos de sellado adecuados para servicios con oxígeno, como grasas compatibles con oxígeno o lubricantes de perfluoropoliéter (PFPE). Además, utilízalos con moderación.
  • Instrumentos y actuadores neumáticos: Reduzca al mínimo el número de piezas en contacto con el oxígeno evitando utilizar oxígeno como presión de alimentación de instrumentos o actuadores neumáticos.
  • Piezas chapadas: No utilice piezas chapadas (añadiendo una fina capa de metal a la superficie del material base) en la corriente de flujo principal para evitar posibles contribuciones al impacto de partículas extrañas.
  • Montaje y limpieza de válvulas: El montaje de la válvula para el servicio de oxígeno debe realizarse en una sala limpia. Las distintas piezas y el montaje se manipulan con guantes o ropa que no suelte pelusa. Las herramientas utilizadas están libres de polvo y restos de hidrocarburos o aceites. La norma ASTM G93 prescribe cualquiera de los métodos de limpieza para válvulas en servicio de oxígeno:
• Limpieza acuosa: Utilizar soluciones de limpieza a base de agua o detergentes para eliminar los contaminantes de la superficie de las válvulas.
• Limpieza mecánica: Eliminar físicamente la suciedad, los residuos o los contaminantes de las superficies de las válvulas mediante técnicas como el cepillado, el fregado o la limpieza abrasiva.
• Limpieza con disolvente: Utilizar disolventes, como compuestos orgánicos o limpiadores químicos, para disolver o eliminar los contaminantes de las superficies de las válvulas.
• Desengrase por vapor: Se calienta un disolvente volátil para producir vapores que se condensan en la superficie de la válvula, disolviendo y eliminando eficazmente aceites, grasas u otros contaminantes.

PREGUNTAS FRECUENTES

¿Cómo puedo saber si una válvula es adecuada para el servicio de oxígeno?

Busque válvulas que estén explícitamente etiquetadas o certificadas para el servicio de oxígeno y que hayan sido sometidas a pruebas para garantizar que cumplen las normas de seguridad necesarias.