Ciencia popular de instrumentos automotrices: Sistema de sellado de nitrógeno para tanques: principio de funcionamiento y puesta en marcha.

Ciencia popular de instrumentos automotrices: Sistema de sellado de nitrógeno para tanques: principio de funcionamiento y puesta en marcha.

 Introducción

Combinado con casos de operación y mantenimiento in situ de tanques de almacenamiento,Auto Este instrumento analiza el funcionamiento real y los métodos de puesta en marcha de los sistemas de sellado con nitrógeno de los tanques, así como las causas fundamentales de la entrada de aire, incluso en tanques equipados con transmisores de nivel de presión diferencial, transmisores de presión de nivel de tanque, transmisores de presión manométrica y transmisores de presión diferencial. En combinación con los requisitos de gestión de la calibración de los transmisores de presión, ayuda a los ingenieros a comprender que el sellado con nitrógeno va mucho más allá del simple llenado con nitrógeno. Permite dominar aspectos clave como el gradiente de presión, la selección del tipo de válvula y la evaluación del contenido de oxígeno para evitar riesgos como la recirculación de aire, las fluctuaciones de presión y la pérdida de material por oxidación.

 I. Dato del sector: Todavía es posible que entre aire en los tanques equipados con sistemas de sellado de nitrógeno.

Muchos operarios de campo consideran que el sellado con nitrógeno de los tanques consiste simplemente en «llenar el tanque con nitrógeno», lo cual es una visión parcial. Incluso con un sistema de sellado con nitrógeno en funcionamiento, aún puede entrar aire en los tanques de almacenamiento.

Lo que controla el sellado con nitrógeno no es simplemente "si hay nitrógeno dentro del tanque", sino tres elementos fundamentales del espacio de la fase gaseosa en la parte superior del tanque: el contenido de oxígeno, la micropresión del tanque y las vías de entrada y salida del gas.

El espacio de fase gaseosa en la parte superior de los tanques de almacenamiento no es estático. Las fluctuaciones del nivel de líquido y los cambios de temperatura ambiente alteran el volumen y la presión del gas dentro de los tanques. La esencia del sellado con nitrógeno radica en mantener un estado operativo con bajo contenido de oxígeno, una ligera presión positiva, que permita la descarga y sea monitorizable, en medio de diversas fluctuaciones de las condiciones de trabajo. Los datos de nivel de líquido recopilados por el transmisor de presión diferencial y el transmisor de presión de nivel de tanque sirven como referencias importantes para la regulación del sellado con nitrógeno. Se debe realizar una calibración periódica del transmisor de presión para garantizar la adquisición precisa del nivel de líquido y la presión, de modo que se puedan obtener datos de presión reales y válidos del transmisor de presión manométrica y del transmisor de presión diferencial para una comprensión completa del sellado con nitrógeno del tanque.

 II. Aspectos clave: Principios fundamentales y principales malentendidos sobre el sellado con nitrógeno de los tanques

1. Sellado con nitrógeno ≠ Purga y desplazamiento con nitrógeno

La purga de aire de los tanques con nitrógeno antes de la puesta en marcha se denomina desplazamiento de inertización, un tratamiento inicial único para resolver la composición de la fase gaseosa durante el arranque.

Una vez que los tanques entran formalmente en funcionamiento, las fluctuaciones del nivel del líquido, la diferencia de temperatura entre el día y la noche, la entrada y salida de material y las pequeñas fugas de los accesorios del equipo modificarán continuamente la presión y la composición de la fase gaseosa en la parte superior del tanque. En esta etapa, se deberá lograr una regulación continua mediante sistemas de sellado con nitrógeno.

shhh El desplazamiento es una acción única; el sellado con nitrógeno es un control dinámico continuo.

Confundir ambos procesos y realizar únicamente la purga con nitrógeno antes de la puesta en marcha dará como resultado un contenido de oxígeno adecuado durante la puesta en servicio, pero un aumento gradual del contenido de oxígeno tras varios días de funcionamiento. Las lecturas de presión del transmisor de presión manométrica pueden parecer normales, mientras que la composición de la fase gaseosa en la parte superior del tanque se encuentra fuera de las especificaciones.

Una lectura de presión normal no equivale a un sellado de nitrógeno eficaz. Para determinar si el sellado de nitrógeno funciona, se deben verificar simultáneamente cuatro indicadores: presión del tanque, contenido de oxígeno, consumo de nitrógeno y estado de la salida de aire respirable.

2. Los tanques están siempre "respirando"; el sellado con nitrógeno requiere una respuesta dinámica a las condiciones de trabajo.

Durante la descarga, el nivel del líquido desciende y el volumen de la fase gaseosa en la parte superior del tanque se expande. Cada descarga de 1 m³ de líquido aumenta el espacio de la fase gaseosa en casi 1 m³. Sin un aporte oportuno de nitrógeno, el aire exterior retrocederá y aumentará el contenido de oxígeno, lo que dañará la protección del gas inerte.

Durante la alimentación, el nivel del líquido sube y el espacio de la fase gaseosa se comprime para expulsar el gas de la parte superior del tanque. En el caso de fluidos volátiles, el gas expulsado transporta grandes cantidades de vapor del material.

La temperatura también provoca un efecto de respiración: el gas dentro de los tanques se contrae y la presión del tanque disminuye por la noche debido al enfriamiento; el gas se expande y la presión del tanque aumenta durante el día debido al calentamiento. En el caso de tanques oscuros exteriores que almacenan materiales con alta presión de vapor, la fluctuación del volumen de gas causada por la respiración térmica diurna y nocturna es bastante evidente.

Por lo tanto, el sellado con nitrógeno no consiste simplemente en añadir una pequeña cantidad de nitrógeno. Debe regular dinámicamente el suministro y la salida de nitrógeno en función de las señales de nivel de líquido (transmisor de nivel de presión diferencial/transmisor de presión de nivel del tanque) y las señales de presión del tanque.

3. Lógica subyacente del sellado con nitrógeno: doble protección contra ligera presión positiva y bajo nivel de oxígeno.

El nitrógeno no es combustible y apenas reacciona con la mayoría de los materiales químicos. La inyección de nitrógeno en el espacio superior del tanque tiene como objetivo reducir la presión parcial de oxígeno en la fase gaseosa y minimizar el contacto entre los materiales y el oxígeno/la humedad.

- Para materiales sensibles al oxígeno: frenar la oxidación, la decoloración, la degradación, el aumento del índice de acidez y otros deterioros de la calidad;

- Para materiales absorbentes de humedad: reducir la entrada de humedad;

- Para materiales peligrosos volátiles: mantenga la fase gaseosa en la parte superior del tanque dentro del rango seguro a prueba de explosiones.

Reducir únicamente el contenido de oxígeno es insuficiente. Cuando la presión interna del tanque es inferior a la presión atmosférica, el aire retrocede hacia el interior del tanque a través de válvulas de ventilación, bridas, bocas de inspección, puertos de instrumentación y fugas de sellado débiles. El sellado con nitrógeno mantiene una ligera presión positiva para generar una tendencia de gas hacia el exterior y bloquear la succión inversa del aire exterior.

Puntos clave para una ligera presión positiva: mayor presión no significa mejor. Los tanques de almacenamiento a presión atmosférica nunca deben usarse como equipos que soporten presión.

- Presión demasiado baja: no puede resistir la succión inversa del aire;

- Presión excesiva: apertura frecuente de las válvulas de ventilación, aumento brusco del consumo de nitrógeno y carga adicional sobre el cuerpo del tanque y sus accesorios.

Un sistema de sellado con nitrógeno que funciona correctamente se evalúa por una presión estable, más que por un valor de presión elevado.

4. Los gradientes de ajuste de presión no deben entrar en conflicto entre sí.

Muchos fallos en los sistemas de sellado de nitrógeno se deben a valores de ajuste desordenados de los componentes de protección, en lugar de a la falta de válvulas. Debe establecerse un gradiente de presión claro entre la válvula de sellado de nitrógeno, la válvula de respiración de exhalación, la protección de presión negativa por vacío y la válvula de alivio de seguridad.

1. La válvula de sellado de nitrógeno se abre para el suministro de nitrógeno cuando la presión del tanque cae al valor de presión positiva preestablecido y se cierra cuando la presión del tanque aumenta hasta el punto de ajuste de cierre;

2. Presión de apertura para la exhalación de la válvula de respiración > presión de cierre de la válvula de sellado de nitrógeno;

3. La protección de vacío por presión negativa se ajusta dentro del rango de presión negativa, solo para protección de emergencia cuando el suministro de nitrógeno es insuficiente o la entrada de aire instantánea excede la capacidad;

4. La válvula de alivio de seguridad está configurada a una presión más alta para la protección de la etapa final contra sobrepresión.

Un intervalo demasiado pequeño entre los puntos de ajuste provoca el fenómeno de "suministro y escape de nitrógeno simultáneos". La válvula de sellado de nitrógeno se abre y la válvula de ventilación se abre inmediatamente. Los síntomas incluyen un alto consumo de nitrógeno, fluctuaciones de presión y aperturas y cierres frecuentes de las válvulas, lo cual se debe a una configuración desordenada del gradiente de presión.

El primer paso para la puesta en marcha del sistema de sellado con nitrógeno es definir toda la lógica de ajuste de presión.

5. La selección del tipo de válvula con sello de nitrógeno no debe basarse únicamente en el diámetro nominal de la tubería.

En las adaptaciones realizadas sobre el terreno, a menudo se seleccionan las válvulas de sellado de nitrógeno basándose únicamente en el diámetro nominal de la tubería de nitrógeno, lo cual no es riguroso.

El criterio fundamental para la selección del tipo es la capacidad máxima de suministro de nitrógeno. Esta capacidad debe abarcar tres escenarios de funcionamiento: expansión de la fase gaseosa provocada por descargas de gran volumen, contracción térmica del gas debido al enfriamiento y la posibilidad de cambio de condiciones de funcionamiento y regulación de los instrumentos.

- Válvula de tamaño insuficiente: la presión del tanque cae rápidamente bajo descargas de gran volumen; la protección de vacío se activa con anticipación y el aire es aspirado hacia atrás dentro del tanque;

- Válvula sobredimensionada: escasa estabilidad de regulación en condiciones de bajo caudal, oscilación de presión, apertura y cierre frecuentes de la válvula y rápido desgaste del diafragma y los elementos de sellado.

En las válvulas de sellado de nitrógeno autoaccionadas, se debe prestar especial atención al tubo de impulsión. La obstrucción causada por la acumulación de líquido o la cristalización en el tubo de impulsión provocará que las válvulas reciban señales de presión erróneas. Muchos casos de "fallo de válvula de sellado de nitrógeno" en campo se deben, en realidad, a la obstrucción del tubo de impulsión por condensado o cristales de material.

Las válvulas de sellado de nitrógeno homologadas deberán funcionar de forma estable en condiciones de pequeña diferencia de presión, pequeña apertura y bajo caudal, en lugar de ser "más seguras con un diámetro de tubería mayor".

6. Se garantizará tanto el conducto de entrada como el de salida.

Un defecto de diseño frecuente consiste en centrarse únicamente en el circuito de suministro de nitrógeno e ignorar la vía de escape.

La alimentación, el aumento de temperatura y la volatilización del material incrementarán la presión del tanque. El exceso de gas deberá descargarse oportunamente a través de válvulas de ventilación, tuberías de gases residuales o sistemas de recuperación y tratamiento.

Un conducto de escape obstruido aumentará la presión de funcionamiento real de las válvulas de ventilación; un parallamas obstruido debilitará considerablemente la capacidad de escape.

Para materiales volátiles: una presión de ajuste del sello de nitrógeno excesivamente alta o una fuga interna de la válvula del sello de nitrógeno aumentará el volumen total de escape, agravará la pérdida de material y aumentará la carga del equipo de tratamiento de gases de cola posterior.

La evaluación del sellado con nitrógeno deberá integrar el circuito de entrada, el espacio de fase gaseosa en la parte superior del tanque y el circuito de escape.

7. El contenido de oxígeno es un indicador fiable del efecto de sellado con nitrógeno.

Los transmisores de presión (transmisor de presión manométrica/transmisor de presión diferencial) solo proporcionan información sobre la presión del tanque y no pueden reflejar el contenido real de oxígeno en el tanque.

El reinicio de la alcantarilla después del mantenimiento, el oxígeno residual en rincones muertos locales, la succión inversa de aire causada por un sellado deficiente de la válvula de ventilación y la fluctuación de la contrapresión del sistema de gases de cola son fallas que no pueden reflejarse en las lecturas del manómetro.

La detección del contenido de oxígeno es indispensable para materiales sensibles al oxígeno, absorbentes de humedad y altamente volátiles. Se debe prestar atención a la posición del punto de muestreo, el volumen muerto del tubo de muestreo, el tiempo de respuesta del analizador y la calibración periódica del transmisor de presión, además de la calibración del analizador. El muestreo en un solo punto en la parte superior del tanque no puede abarcar todos los rincones; las lecturas obtenidas inmediatamente después de abrir la válvula de muestreo no representan la composición real de la fase gaseosa dentro del tanque.

Para realizar una evaluación exhaustiva del estado de funcionamiento del sello de nitrógeno, es necesario combinar cuatro conjuntos de datos: contenido de oxígeno, presión del tanque, caudal de nitrógeno y nivel de líquido del tanque (obtenido del transmisor de nivel de presión diferencial / transmisor de presión de nivel del tanque).

1. Descarga: el nivel del líquido baja, el consumo de nitrógeno aumenta sincrónicamente y la presión del tanque se mantiene estable → suplementación normal de nitrógeno;

2. Sin operación de recepción y descarga, pero con consumo continuo de nitrógeno → fuga interna de la válvula de retención, fuga de la válvula de ventilación, sellado de la parte superior del tanque y valores de ajuste contradictorios;

3. Aumento lento del contenido de oxígeno → comprobar la calidad del desplazamiento, los puntos de sellado y los registros de acción de la protección contra el vacío;

4. Oscilación de presión en el tanque en forma de diente de sierra → selección del tipo de válvula de retención, tubería de impulso y zona muerta de control.

Solo combinando la presión, el caudal de nitrógeno, el contenido de oxígeno, el estado de funcionamiento de las válvulas y las condiciones de recepción y descarga se puede evaluar completamente el estado del sello de nitrógeno del tanque.

 III. Valor del escenario: Características operativas e identificación de fallas en sistemas de sellado de nitrógeno que funcionan correctamente

Un sistema de sellado con nitrógeno que funcione correctamente no requiere ajustes manuales frecuentes por parte de los operadores, y presenta las siguientes características:

✅ Presión estable del tanque a largo plazo;

✅ Frecuencia de funcionamiento regular de la válvula de sellado de nitrógeno;

✅ No se produce ninguna apertura irregular y frecuente de la válvula de ventilación;

✅ El consumo de nitrógeno coincide con el ritmo de recepción y descarga;

✅ El contenido de oxígeno cumple de forma estable con los indicadores del proceso.

Los siguientes fenómenos indican defectos en la configuración del sello de nitrógeno y deben revisarse nuevamente:

❶ Oscilación frecuente de la presión del tanque hacia arriba y hacia abajo;

❷ Apertura y cierre frecuentes de la válvula de sellado de nitrógeno;

❸ Acción frecuente de la válvula respiratoria durante la descarga normal;

❹ Consumo continuo de nitrógeno pesado sin operación de recepción y descarga;

❺ El contenido de oxígeno no puede disminuir hasta los niveles requeridos por el proceso mucho después del reinicio por mantenimiento;

❻ La presión del tanque fluctúa de forma anormal junto con el cambio en las condiciones de funcionamiento del sistema de gases de escape.

Estos fenómenos causan daños limitados por separado, pero su superposición provocará el deterioro del material y posibles riesgos para la seguridad.

 IV. Conclusión complementaria

El sellado de tanques con nitrógeno es mucho más que simplemente llenarlos con nitrógeno; permite un control dinámico continuo del espacio de la fase gaseosa en la parte superior del tanque.

Deberá controlar el contenido de oxígeno para evitar la entrada de aire; mantener una ligera presión positiva razonable en lugar de aumentar ciegamente la presión de ajuste; garantizar tanto la capacidad de suplementación de nitrógeno como una trayectoria de escape fluida; no solo leer los datos de presión del transmisor de presión manométrica, el transmisor de presión diferencial y los datos de nivel de líquido del transmisor de nivel de presión diferencial, el transmisor de presión de nivel de tanque, sino también monitorear el contenido de oxígeno y el consumo de nitrógeno; configurar la protección respiratoria y aclarar el destino de descarga de los gases de escape.

Un sellado con nitrógeno fiable permite mantener la fase gaseosa en la parte superior del tanque dentro del rango admisible durante cada ciclo de alimentación, descarga, aumento y disminución de temperatura. Se debe realizar una calibración periódica de los transmisores de presión para los instrumentos auxiliares, a fin de garantizar datos fiables de presión y nivel de líquido para la regulación del sellado con nitrógeno.

Auto Instrument ofrece una gama completa de instrumentos de medición para tanques: transmisores de nivel de presión diferencial, transmisores de presión de nivel de tanque, transmisores de presión manométrica y transmisores de presión diferencial. De acuerdo con las especificaciones de calibración de los transmisores de presión, ofrecemos sugerencias para la selección, instalación y puesta en marcha de proyectos de sellado con nitrógeno para tanques, con el fin de evitar riesgos como la succión inversa de aire, la pérdida de control de presión y el deterioro del material.