Test sulle emissioni fuggitive delle guarnizioni delle flange

Con la pubblicazione degli emendamenti al Clean Air Act nel 1990, i test sulle emissioni fuggitive su valvole e altre apparecchiature di processo iniziarono tempestivamente. Le tenute dinamiche, come le guarnizioni degli steli delle valvole, erano una fonte primaria di emissioni e una priorità da esaminare per gli utenti finali.

Fu solo all’inizio degli anni 2000 che le guarnizioni statiche guadagnarono attenzione. Nelle raffinerie e in altri impianti petrolchimici venivano osservate perdite elevate sulle guarnizioni delle flange e su altre tenute statiche, soprattutto quando erano soggette a cicli termici. Alcuni dei primi test sono stati condotti dai produttori di guarnizioni utilizzando i loro protocolli. In genere, il test è stato eseguito a temperatura ambiente utilizzando gas metano e misurando le perdite come parti per milione di volume (ppmv) utilizzando rilevatori di perdite.

Nel 2004, David Reeves di ChevronTexaco contattò un servizio di test sulle valvole in merito a perdite di guarnizione riscontrate nel suo stabilimento di El Segundo, in California. I due gruppi hanno scritto il primo standard di test sulle emissioni fuggitive per le guarnizioni delle flange, intitolato: "Protocollo di test per le guarnizioni delle flange dei tubi".

Questo standard, simile allo standard di test scritto per le valvole, imposta parametri che sono ancora utilizzati oggi in altri standard di test API (Immagine 1). Sebbene 1.000 ppmv siano stati indicati come perdita consentita, questa non è mai stata considerata accettabile. Lo standard è stato scritto come base per iniziare alcuni test comparativi e 1.000 ppmv era il limite al quale sarebbe terminato un test. La maggior parte delle perdite erano inferiori a 100 ppmv.

Nel 2010, Reeves aveva bisogno di far testare le guarnizioni a una temperatura più elevata, quindi è stata scritta la "Procedura di test delle guarnizioni ad altissima temperatura Chevron". Comprendeva un tempo di immersione di 100 ore a 1.000 F o 800 F, a seconda del tipo di guarnizione. Nel 2011, lo standard di prova delle guarnizioni è stato modificato e ribattezzato "Protocollo Chevron Fugitive Emissions Test (CFET) per guarnizioni di flange di tubi" e sono state apportate un paio di importanti modifiche. È stato notato nei test precedenti e sul campo che spesso il diametro esterno della faccia sollevata entrava in stretto contatto con l'anello metallico esterno di una guarnizione a spirale. Poiché questi anelli sono spesso verniciati, i test hanno dimostrato che in corrispondenza di tale interfaccia potrebbe verificarsi la sigillatura. Per eliminare questa variabile dai risultati dei test, questa versione delle scanalature standard richieste deve essere tagliata nell'anello esterno in quattro posizioni su entrambi i lati della guarnizione.

Anche in questa edizione, la coppia del bullone è stata aumentata da 200 a 260 piedi-libbre (ft-lb). Per simulare il riscaldamento irregolare in uno scambiatore di calore, solo una flangia è stata riscaldata a 500 F. Il riscaldamento irregolare è stato progettato per creare un taglio radiale sulla guarnizione. L'ultima modifica risale al 2013, quando la coppia del dado è stata ridotta a 190 piedi-libbre.

Shell Oil ha una lunga tradizione nella stesura dei propri standard di prova per i test di accettazione del tipo di valvole e guarnizioni. Sebbene il Material and Equipment Standards Code (MESC) Society of Petroleum Engineers (SPE) 85/300 comprenda numerosi test per le emissioni fuggitive, specifica i test secondo l'Organizzazione internazionale per la standardizzazione (ISO) 15848-1. Lo standard ISO è uno standard di test sulle emissioni fuggitive per le valvole. Comprende criteri per i cicli meccanici e termici. Poiché i cicli meccanici non sono possibili, vengono eseguiti solo i cicli termici. Sebbene non specificato, in genere vengono completati quattro cicli termici alla pressione nominale completa delle flange dell'American National Standards Institute (ANSI). I quattro cicli termici simulerebbero una classe di resistenza alla CO3 per lo standard ISO, che rappresenta la maggior parte delle applicazioni.

Nel 2017, l'American Society of Mechanical Engineers (ASME) ha pubblicato una nuova edizione di B16.20, "Guarnizioni metalliche per flange di tubi". Sebbene la maggior parte dello standard sia uno standard di progettazione, sono presenti due importanti parti di test per le guarnizioni a spirale. La sezione "Costruzione SW-2.2" indica uno spessore minimo dopo essere stato compresso a un livello di sollecitazione stabilito. La "Sezione SW-2.6 Test delle prestazioni" è un test delle emissioni fuggitive a temperatura ambiente eseguito con metano dopo un periodo di attesa di quattro ore. Poiché i livelli di sollecitazione di compressione specificati sono inferiori per la prova di tenuta eseguita per prima, la sollecitazione viene quindi aumentata per la prova di spessore.