Detección de fugas en válvulas con ultrasonidos de contacto

Las válvulas son los "componentes de control centrales" de los sistemas de tuberías. Cumplen cuatro funciones clave: apertura/cierre, regulación, aislamiento y direccionamiento, lo que permite un control preciso del flujo de fluido. Una vez que falla la integridad del sellado, los casos leves pueden provocar perturbaciones del proceso y pérdidas de energía, mientras que los casos graves pueden ocasionar incendios o explosiones, exposición a sustancias tóxicas o contaminación ambiental.

Hemos desarrollado una aplicación para detección de fugas en válvulas basada en las tres cosas que más preocupan a los clientes en campo: menos fugas no detectadas y menos falsas alarmas, mejor localización y una estimación de la tasa de fuga más fiable; todo ello destilado en un flujo de trabajo estandarizado, ejecutable y trazable, cerrando el ciclo de la aplicación para un despliegue de extremo a extremo.

Causas comunes de fugas internas en válvulas

¿Qué provoca fugas en las válvulas? Lo resumimos en las siguientes cuatro causas principales:

• Desgaste normal: Las aperturas y cierres frecuentes desgastan gradualmente las superficies de sellado; el arrastre y la erosión a largo plazo del medio en circulación también pueden degradar el ajuste del sello.
• Factores del medio de proceso: Los compuestos de azufre y componentes similares presentes en el medio pueden causar corrosión electroquímica; los contaminantes residuales de la construcción -como arena, grava y partículas- pueden acelerar el desgaste y rayar las superficies de sellado, lo que conduce a un mal sellado.
• Operación y mantenimiento inadecuados: Usar una válvula de apertura/cierre para estrangulación, la falta de limpieza rutinaria y mantenimiento preventivo, un servicio insuficiente o una operación incorrecta/insegura pueden dañar las superficies de sellado o impedir el cierre completo.
• Problemas de instalación y gestión: El almacenamiento en exteriores expuesto a la lluvia, la entrada de barro y arena, y las condiciones de granallado/campo que introducen partículas o residuos en la cavidad de la válvula pueden contaminar y rayar las superficies de sellado, provocando finalmente fugas internas.

Cuando una válvula está cerrada pero las superficies de sellado no acoplan completamente, la diferencia de presión hace que el medio pase a través de pequeños huecos desde el lado de alta presión hacia el de baja presión, formando microchorros de alta velocidad y flujo turbulento. Esta fuga suele dar lugar a varios signos observables, como sonido/ultrasonido, vibración, comportamiento anómalo de la presión y anomalías de temperatura o escarchado.

Por qué funciona el ultrasonido de contacto

Cuando falla el sello de una válvula, el fluido a alta presión que pasa por los pequeños huecos de las superficies de sellado genera un flujo turbulento, produciendo señales ultrasónicas de alta frecuencia en el rango de 20-100 kHz. La intensidad de la señal generalmente se correlaciona positivamente con la tasa de fuga: cuanto mayor es la fuga, mayor es la amplitud.

En campo, puede capturar señales ultrasónicas en puntos de medición aguas arriba de la válvula, sobre el cuerpo de la válvula y aguas abajo, y luego aplicar algoritmos para extraer y analizar las características de la señal con el fin de detectar y localizar fugas internas.

En comparación con los métodos tradicionales, los enfoques basados en temperatura se ven fácilmente afectados por la conducción de calor y son difíciles de cuantificar; las pruebas de retención de presión consumen mucho tiempo y son poco eficaces para localizar el punto de fuga; y escuchar a oído es ineficiente, propenso a omitir fugas y a falsas alarmas, y depende en gran medida de la experiencia individual. Por eso hemos lanzado esta aplicación: para convertir una tarea basada en la experiencia en un flujo de trabajo estandarizado y orientado al proceso, respaldado por la acústica y el análisis de datos.

Flujo de trabajo y capacidades clave

Flujo de trabajo más estandarizado: convertir la operación en campo en ensayos guiados

En la aplicación de detección de fugas en válvulas CRY8124, el software incorpora un flujo de trabajo estandarizado y visualizado. Los operadores siguen las indicaciones en pantalla para colocar el sensor de ultrasonidos de contacto en cada punto de medición en secuencia y simplemente tocan "Test". Los resultados se muestran en la interfaz y, tras la prueba, el algoritmo determina automáticamente si existe fuga interna.

Al mismo tiempo, el software proporciona campos de entrada estandarizados para parámetros clave como el ID de la válvula, tipo de válvula, tamaño de la válvula, tipo de medio y la diferencia de presión entre la entrada y la salida. Esto significa que los resultados de las pruebas son más fáciles de alinear en la misma unidad, entre diferentes turnos y entre distintos operadores, lo que hace que las repeticiones de prueba y la gestión de tendencias sean mucho más coherentes.

Más inteligente: diagnóstico automático + estimación de la tasa de fuga

Nuestra capacidad de detección de fugas en válvulas se centra en dos mejoras clave:

• Analizando el nivel de dB en cada punto de medición y las características de la señal ultrasónica, el sistema determina automáticamente el resultado de la fuga interna basándose en datos algorítmicos, reduciendo la dependencia de la interpretación manual.
• Los algoritmos de IA integrados estiman la tasa de fuga a partir de las características ultrasónicas en los puntos de medición, proporcionando una referencia cuantitativa para respaldar las decisiones de mantenimiento de las válvulas.

Esta es la lógica central detrás de nuestro énfasis en una "mayor tasa de detección": cuando los juicios dependen menos de la experiencia subjetiva, las fugas no detectadas y las falsas alarmas se vuelven mucho más controlables, especialmente en instalaciones complejas con muchas válvulas y múltiples ramas en paralelo.

Escenarios de aplicación

En diferentes sectores existe una necesidad común de detección de fugas en válvulas:

Caso práctico de campo

Caso: planta de carbón a productos químicos en Mongolia Interior (sistema de gas combustible / gas de carbón)

A continuación se muestra un caso real de prueba de campo de fuga en válvulas en una planta de carbón-química. Cualquier fuga interna en sistemas de gas combustible o gas de carbón puede comprometer el aislamiento. Si existe fuga, el lado aguas abajo puede permanecer cargado de gas y el área de trabajo puede seguir expuesta a riesgos de entrada de CO y gases ácidos que contienen azufre en la zona, lo que podría provocar intoxicación, incendio o incluso riesgo de explosión. Mediante ultrasonidos de contacto realizamos pruebas in situ en las válvulas sospechosas, identificamos rápidamente los puntos de fuga y estimamos la tasa de fuga. Esto ayudó al cliente a convertir el "aislamiento confirmado" de un juicio basado en la experiencia a una verificación respaldada por datos, priorizar las acciones correctivas, reducir los riesgos laborales causados por un aislamiento mal evaluado y garantizar un mantenimiento más seguro y una operación estable.

• Tipo de válvula: Válvula de derivación (válvula de mariposa) de la sala de compresores de gas combustible.
• Resultado de la prueba: 19,8 L/min.
• Medio / presión: Gas combustible (H₂, CO, CH₄), 3 MPa.

• Tipo de válvula: válvula de macho de la sala de compresores de gas combustible
• Resultado de la prueba: 1,7 L/min.
• Medio / presión: gas de carbón (principalmente CO), 2,5 MPa.

Método de prueba in situ: mediciones repetibles en 5 puntos

Confirmar las condiciones de operación

Asegúrese de que exista una diferencia de presión y aísle las ramas que interfieran tanto como sea posible.

Pasos clave

• Cierre la válvula que se va a probar.
• Abra las válvulas aguas arriba y aguas abajo de la sección de prueba.
• Confirme una diferencia de presión entre los manómetros de entrada y salida, y verifique que ΔP > 0,1 MPa.

Como se muestra en la figura siguiente

• Al probar la válvula A para fugas en la válvula: abra las válvulas B y C y cierre las válvulas A y D.
• Al probar la válvula B para fugas en la válvula: abra las válvulas A y C y cierre las válvulas B y D.

Colocación de los puntos de medición (MP1-MP5)

Cubra aguas arriba → núcleo de la válvula → aguas abajo.

• MP3: Ubicado en el núcleo de la válvula.
• MP2: Ubicado a 1-2 diámetros de tubería (D) aguas arriba de la válvula (sitúe el punto en la pared de la tubería alejado de la válvula).
• MP1: Ubicado aguas arriba de la válvula, a 2-3D de distancia de MP2. Si el espacio es limitado, la separación MP1-MP2 puede reducirse a 0,5D.
• MP4: Ubicado a 1D aguas abajo de la válvula (sitúe el punto en la pared de la tubería alejado de la válvula).
• MP5: Ubicado aguas abajo de la válvula, a 1-2D de distancia de MP4 (recomendado en la pared de la tubería justo después de la brida de la válvula). Si el espacio es limitado, la separación MP5-MP4 puede reducirse a 0,5D.

D = diámetro de la tubería

Nota
Para válvulas pequeñas roscadas sin brida, la separación entre los puntos de medición debe ser de al menos tres diámetros de tubería (3D).

Preguntas frecuentes (FAQ)

Hemos recopilado algunas preguntas habituales basadas en escenarios sobre fugas internas en válvulas para ayudarle a entender más rápido la aplicación y elegir la solución adecuada con mayor eficiencia.

P1. ¿Cómo elijo un sensor de ultrasonidos de contacto para tuberías a diferentes temperaturas?

R1. Recomendamos la siguiente selección de sensores en función de la temperatura de la superficie de la tubería:

• Para tuberías de baja temperatura (por debajo de -20°C) o tuberías de alta temperatura (por encima de 50°C), utilice un sensor de ultrasonidos de contacto tipo aguja.
• Para temperaturas entre -20°C y 50°C, utilice un sensor de ultrasonidos de contacto cerámico para la captura de la señal.

P2. ¿Qué válvulas se pueden probar para detectar fugas?

R2. Este método es adecuado para la detección de fugas en una amplia gama de tipos de válvulas, entre ellos:

• Válvulas de compuerta
• Válvulas de macho
• Válvulas de globo
• Válvulas de bola
• Válvulas de retención
• Válvulas de mariposa
• Válvulas de aguja
• Válvulas de alivio de presión
• Válvulas de manguito

Si el tipo de su válvula no aparece en la lista anterior, no dude en ponerse en contacto con nosotros.

P3. ¿Podemos seguir realizando pruebas si la válvula y la tubería están aisladas?

R3. Si el aislamiento cubre completamente la válvula y la tubería, es posible que no se puedan realizar las pruebas. Deberá retirar el aislamiento en el área de medición o dejar una abertura de aproximadamente 7 cm de diámetro para que el sensor de ultrasonidos de contacto pueda contactar directamente con la pared de la tubería y captar la señal.

P4. ¿A qué debemos prestar atención en la superficie de la tubería durante la toma de datos?

R4. El sensor de ultrasonidos de contacto debe estar en buen contacto con una superficie sólida para captar de forma fiable las señales ultrasónicas que se propagan a través de la tubería. Las partículas grandes o los residuos entre el sensor y la superficie de la tubería pueden dar lugar a resultados inexactos. Si la pared de la tubería está oxidada, limpie el polvo grueso o las partículas sueltas de la superficie antes de realizar la prueba.

Contáctenos

Si desea saber más sobre cómo se pueden aplicar las soluciones acústicas de CRYSOUND a la detección de fugas en válvulas, o si desea una solución de inspección más adecuada en función de las condiciones de su proceso in situ y de los criterios de aceptación, póngase en contacto con nosotros mediante el formulario siguiente. Nuestros ingenieros se pondrán en contacto con usted.