Detetar Fugas em Válvulas com Ultrassons de Contacto

As válvulas são os "componentes de controlo centrais" dos sistemas de tubagens. Desempenham quatro funções principais - abertura/fecho, regulação, isolamento e direcionamento - permitindo um controlo preciso do escoamento de fluidos. Quando a integridade da vedação falha, os casos ligeiros podem provocar perturbações de processo e perdas de energia, enquanto os casos graves podem resultar em incêndios ou explosões, exposição a substâncias tóxicas ou poluição ambiental.

Criámos uma aplicação para deteção de fugas em válvulas centrada nos três aspetos que mais preocupam os clientes no terreno - menos falhas de deteção e falsos alarmes, melhor localização e uma estimativa de caudal de fuga mais fiável - condensando-os num fluxo de trabalho normalizado, executável e rastreável e fechando o ciclo na aplicação para uma implementação de ponta a ponta.

Causas Comuns de Fugas Internas em Válvulas

O que provoca fugas em válvulas? Resumimos a situação nas seguintes quatro causas principais:

• Desgaste normal: A abertura e o fecho frequentes desgastam gradualmente as superfícies de vedação; a ação prolongada de lavagem e erosão do fluido em escoamento também pode degradar o encaixe da vedação.
• Fatores do fluido de processo: Compostos de enxofre e componentes semelhantes presentes no fluido podem causar corrosão eletroquímica; contaminantes de construção residuais - como areia, partículas e detritos - podem acelerar o desgaste e riscar as superfícies de vedação, conduzindo a uma vedação deficiente.
• Operação e manutenção inadequadas: Utilizar uma válvula de abertura/fecho para estrangulamento, falta de limpeza periódica e manutenção preventiva, assistência inadequada ou operação imprópria/insegura podem danificar as superfícies de vedação ou impedir o fecho completo.
• Problemas de instalação e gestão: Armazenamento no exterior exposto à chuva, entrada de lama e areia e condições de jato de areia/campo que introduzem partículas ou detritos na cavidade da válvula podem contaminar e riscar as superfícies de vedação, acabando por causar fugas internas.

Quando uma válvula está fechada mas as superfícies de vedação não se encaixam totalmente, o diferencial de pressão faz com que o fluido passe através de pequenas folgas do lado de alta pressão para o lado de baixa pressão, formando microjatos de alta velocidade e escoamento turbulento. Esta fuga origina tipicamente vários sinais observáveis, incluindo som/ultrassons, vibração, comportamento anómalo da pressão e anomalias de temperatura ou formação de gelo.

Porque é que os Ultrassons de Contacto Funcionam

Quando a vedação de uma válvula falha, o fluido de alta pressão que passa por pequenas folgas nas superfícies de vedação gera escoamento turbulento, produzindo sinais ultrassónicos de alta frequência na gama dos 20-100 kHz. A intensidade do sinal está geralmente correlacionada positivamente com o caudal de fuga - quanto maior a fuga, maior a amplitude.

No terreno, pode captar sinais ultrassónicos em pontos de medição a montante da válvula, no corpo da válvula e a jusante e, em seguida, aplicar algoritmos para extrair e analisar as características do sinal, de modo a detetar e localizar fugas internas.

Em comparação com os métodos tradicionais, as abordagens baseadas em temperatura são facilmente afetadas pela condução de calor e são difíceis de quantificar; os ensaios de estanquidade por pressão são demorados e pouco eficazes a localizar exatamente o ponto de fuga; e a auscultação manual é ineficiente, propensa a falhas de deteção e falsos alarmes e fortemente dependente da experiência individual. É precisamente por isso que lançámos esta aplicação - transformando uma tarefa baseada na experiência num fluxo de trabalho normalizado e orientado por processos, suportado por acústica e análise de dados.

Fluxo de Trabalho e Principais Capacidades

Fluxo de trabalho mais normalizado: transformar a operação em campo em ensaios orientados

Na aplicação de deteção de fugas em válvulas CRY8124, o software disponibiliza um fluxo de trabalho normalizado e visual. Os operadores seguem as instruções apresentadas no ecrã para colocar o sensor de ultrassons de contacto em cada ponto de medição, por sequência, e simplesmente tocar em "Test". Os resultados são apresentados na interface e o algoritmo determina automaticamente se existe fuga interna após o ensaio.

Ao mesmo tempo, o software disponibiliza entradas normalizadas para parâmetros-chave, como ID da válvula, tipo de válvula, dimensão da válvula, tipo de fluido e diferencial de pressão a montante/jusante. Isto significa que os resultados dos ensaios são mais fáceis de alinhar para a mesma unidade, diferentes turnos e diferentes operadores - tornando as repetições de ensaios e a gestão de tendências muito mais consistentes.

Mais inteligente: diagnóstico automático + estimativa do caudal de fuga

A nossa capacidade de deteção de fugas em válvulas centra-se em duas melhorias principais:

• Ao analisar o nível em dB em cada ponto de medição e as características do sinal ultrassónico, o sistema determina automaticamente o resultado de fuga interna com base em dados algorítmicos, reduzindo a dependência da interpretação manual.
• Algoritmos de IA incorporados estimam o caudal de fuga a partir das características ultrassónicas nos pontos de medição, fornecendo uma referência quantitativa para apoiar as decisões de manutenção das válvulas.

Esta é a lógica central por detrás da nossa ênfase numa "taxa de deteção mais elevada": quando os juízos dependem menos da experiência subjetiva, as falhas de deteção e os falsos alarmes tornam-se muito mais controláveis - especialmente em instalações complexas com muitas válvulas e múltiplos ramais em paralelo.

Cenários de Aplicação

Em diferentes indústrias, existe uma necessidade comum de deteção de fugas em válvulas:

Caso de Estudo em Campo

Caso: Uma Fábrica de Carvão para Químicos na Mongólia Interior (Sistema de Gás Combustível / Gás de Carvão)

Segue-se um caso real de ensaio em campo de fuga em válvula numa fábrica de produtos químicos a partir de carvão. Qualquer fuga interna em sistemas de gás combustível ou gás de carvão pode comprometer o isolamento. Se existir fuga, o lado a jusante pode manter-se carregado de gás e a área de trabalho pode continuar exposta ao risco de entrada de CO e gases ácidos contendo enxofre na zona - o que pode levar a perigos de intoxicação, incêndio ou mesmo explosão. Recorrendo a ultrassons de contacto, realizámos ensaios no local sobre as válvulas suspeitas, identificámos rapidamente os pontos de fuga e estimámos o caudal de fuga. Isto ajudou o cliente a transformar "isolamento confirmado" de um juízo baseado na experiência numa verificação suportada por dados, a priorizar ações corretivas, a reduzir os riscos de trabalho causados por julgamentos incorretos de isolamento e a garantir uma manutenção mais segura e uma operação estável.

• Tipo de válvula: Válvula de bypass da sala de compressores de gás combustível (válvula borboleta).
• Resultado do ensaio: 19,8 L/min.
• Fluido / pressão: Gás combustível (H₂, CO, CH₄), 3 MPa.

• Tipo de válvula: Válvula de macho da sala de compressores de gás combustível
• Resultado do ensaio: 1,7 L/min.
• Fluido / pressão: Gás de carvão (principalmente CO), 2,5 MPa.

Método de Ensaio em Campo: Mediões Repetíveis em 5 Pontos

Confirmar as Condições de Funcionamento

Certifique-se de que existe um diferencial de pressão e isole o máximo possível os ramais interferentes.

Etapas principais

• Feche a válvula a ensaiar.
• Abra as válvulas a montante e a jusante da secção de ensaio.
• Confirme um diferencial de pressão entre os manómetros a montante e a jusante e verifique se ΔP > 0,1 MPa.

Como mostrado na figura abaixo

• Ao ensaiar a Válvula A para fugas na válvula: abra as Válvulas B e C e feche as Válvulas A e D.
• Ao ensaiar a Válvula B para fugas na válvula: abra as Válvulas A e C e feche as Válvulas B e D.

Colocar os Pontos de Medição (MP1-MP5)

Cobrir montante → núcleo da válvula → jusante.

• MP3: Localizado no núcleo da válvula.
• MP2: Localizado 1-2 diâmetros de tubo (D) a montante da válvula (coloque o ponto na parede do tubo, afastado da válvula).
• MP1: Localizado a montante da válvula, 2-3D afastado do MP2. Se o espaço for limitado, a distância MP1-MP2 pode ser reduzida para 0,5D.
• MP4: Localizado 1D a jusante da válvula (coloque o ponto na parede do tubo, afastado da válvula).
• MP5: Localizado a jusante da válvula, 1-2D afastado do MP4 (recomendado na parede do tubo imediatamente após a flange da válvula). Se o espaço for limitado, a distância MP5-MP4 pode ser reduzida para 0,5D.

D = diâmetro do tubo

Nota
Para válvulas roscadas pequenas sem flange, o espaçamento entre pontos de medição deve ser de pelo menos três diâmetros de tubo (3D).

Perguntas frequentes

Listámos algumas perguntas comuns baseadas em cenários sobre fugas internas em válvulas para o ajudar a compreender mais rapidamente a aplicação e a escolher de forma mais eficiente a solução correta.

P1. Como escolho um Sensor de Ultrassons de Contacto para tubagens a diferentes temperaturas?

R1. Recomendamos a seguinte seleção de sensores com base na temperatura da superfície do tubo:

• Para tubos de baixa temperatura (abaixo de -20°C) ou tubos de alta temperatura (acima de 50°C), utilize um Sensor de Ultrassons de Contacto do tipo agulha.
• Para temperaturas entre -20°C e 50°C, utilize um Sensor de Ultrassons de Contacto cerâmico para captação do sinal.

P2. Que válvulas podem ser ensaiadas quanto a fugas na válvula?

R2. Este método é adequado para a deteção de fugas em válvulas numa vasta gama de tipos de válvulas, incluindo:

• Válvulas de gaveta
• Válvulas de macho
• Válvulas de esfera
• Válvulas de esfera de passagem total
• Válvulas de retenção
• Válvulas borboleta
• Válvulas de agulha
• Válvulas de alívio de pressão
• Válvulas de pinça

Se o tipo de válvula que utiliza não estiver listado acima, não hesite em contactar-nos.

P3. Ainda podemos efetuar ensaios se a válvula e a tubagem estiverem isoladas?

R3. Se o isolamento cobrir totalmente a válvula e a tubagem, poderá não ser possível efetuar o ensaio. Terá de remover o isolamento na área de medição ou deixar uma abertura com cerca de 7 cm de diâmetro para que o Sensor de Ultrassons de Contacto possa contactar diretamente com a parede do tubo e captar o sinal.

P4. A que devemos estar atentos relativamente à superfície do tubo durante a recolha de dados?

R4. O Sensor de Ultrassons de Contacto deve ter um bom contacto com uma superfície sólida para captar de forma fiável os sinais ultrassónicos que se propagam através do tubo. Partículas grandes ou detritos entre o sensor e a superfície do tubo podem conduzir a resultados imprecisos. Se a parede do tubo estiver enferrujada, limpe o pó mais grosso ou partículas soltas da superfície antes do ensaio.

Contacte-nos

Se desejar saber mais sobre como as soluções acústicas da CRYSOUND podem ser aplicadas à deteção de fugas em válvulas, ou se pretende uma solução de inspeção mais adequada com base nas suas condições de processo em campo e critérios de aceitação, contacte-nos através do formulário abaixo. Os nossos engenheiros entrarão em contacto consigo.