Válvula compacta de doble bloqueo y purga para una despresurización segura en aplicaciones del sector del petróleo y el gas
La fabricación aditiva permite una solución DB&B preparada para la modernización, que reduce el volumen de los componentes en más de un 70 % al tiempo que integra todas las funciones en un espacio de 35 mm, y que ya se ha implantado en una de las instalaciones marítimas de Vår Energi.
Garantizar una despresurización segura y controlada de las cavidades de las válvulas sigue siendo un reto operativo fundamental en los entornos del sector del petróleo y el gas. En el caso de los sistemas ya instalados, especialmente en el sector del gas, las soluciones de adaptación deben cumplir estrictas restricciones de espacio, peso y seguridad, sin que sea necesario sustituir la infraestructura existente, lo que supondría un coste elevado.
Valland S.p.A., un fabricante italiano de válvulas a medida, abordó este reto con el desarrollo de la válvula PVT: una válvula accesoria compacta de doble bloqueo y purga (DB&B), fabricada mediante impresión 3D, diseñada para su instalación en válvulas principales ya existentes.
Este componente, fabricado por Valland3D, la división de fabricación aditiva de Valland, aprovecha la tecnología de « FA » (impresión por deposición de polvo) en un sistema «EOS M 290 », lo que permite alcanzar un nivel de integración funcional y compacidad imposible de lograr con los métodos de fabricación convencionales.
Desafío
En las válvulas de compuerta de doble expansión, la despresurización segura de la cavidad de la válvula planteaba dificultades tanto operativas como de seguridad.
La instalación existente carecía de una configuración de DB&B, lo que hacía que la despresurización resultara laboriosa, difícil de supervisar y supusiera un riesgo potencial para la salud, la seguridad y el medio ambiente, debido a la exposición a hidrocarburos.
Surgieron complicaciones adicionales en las aplicaciones con gas, en las que la despresurización a través de los orificios de purga estándar podía provocar la formación de hidratos, lo que detenía el proceso por completo.
Desde el punto de vista mecánico, las limitaciones eran igualmente restrictivas:
- Las unidades DB&B estándar resultaban demasiado pesadas para las conexiones roscadas NPT de ½" existentes,
- lo que aumenta el riesgo de que la rosca se dañe o falle,
- y hacen que no sean aptos para su implantación a posteriori.
Es importante destacar que los métodos de fabricación convencionales —mecanizado, fundición o forja— no permitían obtener un diseño que combinara la funcionalidad completa de DB&B, unas dimensiones compactas y un peso reducido dentro del espacio de instalación requerido.
Como consecuencia, a los operadores a menudo solo les quedaba una alternativa: sustituir toda la válvula principal, lo que conllevaba un coste y un tiempo de inactividad considerables.
Solución
Para superar estas limitaciones, Valland desarrolló una solución nativa de « FA »: la válvula PVT, diseñada desde cero para la fabricación aditiva.
Mediante el sinterizado por láser de metales con el material « EOS M 290 » y el «superdúplex F55», Valland3D ha diseñado una válvula accesoria compacta capaz de ofrecer todas las funciones de DB&B en un espacio de diseño extremadamente limitado. El diseño integra una primera barrera de presión, un canal de drenaje, una segunda barrera y una salida, todo ello en una longitud total de tan solo 35 mm.
Una ventaja clave del diseño fabricado mediante impresión 3D es la distribución optimizada de la masa, que desplaza el centro de gravedad más cerca del cuerpo principal de la válvula. Esto reduce la tensión mecánica en la conexión roscada y minimiza el riesgo de fallo.
El proceso de fabricación, incluidos los parámetros de impresión y tratamiento térmico, fue desarrollado internamente por Valland3D y homologado conforme a la norma DNV-ST-B203, lo que garantiza que el componente cumple los estrictos requisitos del sector para condiciones de servicio extremas. El componente obtuvo la homologación de nivel 2 de AMC según el marco de DNV, lo que demuestra que tanto el proceso de fabricación como el enfoque de garantía de calidad cumplen los requisitos asociados a aplicaciones críticas en materia de seguridad y rendimiento.
En este contexto, el diseño funcional de la válvula PVT desempeña un papel fundamental. El componente se basa en una configuración de doble bloqueo y purga, lo que permite un aislamiento seguro y una despresurización controlada, al tiempo que se mantiene la compatibilidad con los sistemas existentes.
«La fabricación aditiva nos ha permitido reducir el volumen del componente en más de un 70 % en comparación con el diseño más pequeño que podíamos conseguir con métodos sustractivos. En tan solo 35 mm de longitud, hemos integrado cuatro canales internos independientes: primera barrera, drenaje, segunda barrera y salida. Eso es sencillamente inviable con cualquier proceso tradicional».
Gianluca Acquistapace, director de FA , Valland3D
Resultados
El impacto de la válvula PVT se hace más evidente en su rendimiento en condiciones reales de funcionamiento. Al ofrecer una funcionalidad completa de doble bloqueo y purga (DB&B) en un diseño extremadamente compacto, la solución resuelve un reto de larga data en el sector que no se había podido resolver con los enfoques convencionales.
Desde el punto de vista operativo y de seguridad, las ventajas son significativas. La válvula PVT permite una despresurización segura y controlada de la cavidad, lo que reduce considerablemente la exposición de los operarios a los hidrocarburos. Al mismo tiempo, elimina problemas como la formación de hidratos durante la despresurización, que pueden interrumpir o retrasar el proceso. Como resultado, los operarios señalan una reducción sustancial del tiempo necesario para cada intervención, lo que se traduce en operaciones de campo más eficientes y predecibles.
Más allá de estas mejoras operativas, la solución demuestra estar totalmente preparada para su uso industrial. El proceso de fabricación ha sido certificado según la norma DNV-ST-B203, y ya se han fabricado, probado y puesto en servicio más de 100 unidades. Una exhaustiva validación, que incluye pruebas de presión, de emisiones fugitivas y de seguridad contra incendios, confirma la idoneidad del componente para aplicaciones exigentes del sector del petróleo y el gas. Su implantación en una de las instalaciones marítimas de Vår Energi corrobora aún más el rendimiento de la solución en condiciones de funcionamiento reales.
La importancia económica de esta solución radica principalmente en su capacidad de adaptación a instalaciones ya existentes. Al permitir su instalación en válvulas que ya están en servicio, la válvula PVT evita la necesidad de sustituir, con el consiguiente coste que ello supone, válvulas principales completas. Esto no solo reduce los gastos de capital, sino que también minimiza el tiempo de inactividad y las interrupciones operativas.
«La válvula PVT utiliza una configuración de doble bloqueo y purga, con barreras primaria y secundaria formadas por válvulas de aguja y un tapón de purga entre ellas. Se puede diseñar con la misma interfaz de entrada que la válvula en la que se instala, por lo que permite su adaptación a equipos que ya están en servicio». Daniele Brambilla, director de ingeniería de Valland
Conclusión
Con la válvula PVT, Valland demuestra cómo la fabricación aditiva permite crear soluciones que no son meras mejoras incrementales, sino productos que antes resultaban inviables.
Al combinar la libertad de diseño, el rendimiento de los materiales y la homologación de los procesos, Valland3D ha desarrollado una válvula DB&B compacta y apta para la adaptación a instalaciones existentes que aborda directamente los retos reales en materia de salud, seguridad y medio ambiente (HSE), así como los retos operativos del sector del petróleo y el gas.
El proyecto pone de relieve el papel de la metal FA a como motor de innovación para aplicaciones con fuertes limitaciones, en las que la fabricación convencional alcanza sus límites.
