Estudio de caso: Planta Xi'an Jinzhu HFC-134a de 2003 - Válvulas de bola YNTO en acción

Guangdong Yuantong Industrial Technology (YNTO) se incorporó como proveedor de válvulas para este proyecto, con la tarea de proporcionar válvulas que pudieran soportar las duras condiciones de servicio. El papel de YNTO consistió en especificar los tipos y materiales de válvulas apropiados para varias secciones de la unidad de producción de HFC-134a. Este estudio de caso destaca cómo se aplicaron las válvulas de bola resistentes a productos químicos de YNTO para resolver problemas clave en la planta, siguiendo un formato problema-solución-resultado. 

Problema: ácido HF corrosivo y condiciones implacables

Uno de los aspectos más desafiantes de la producción de HFC-134a es el manejo del fluoruro de hidrógeno (HF). El HF es un reactivo necesario en la fluoración de materias primas orgánicas, pero también es un ácido notoriamente corrosivo y tóxico. Ataca fácilmente muchos metales (incluso aceros inoxidables) e incluso puede degradar el vidrio y ciertos plásticos. En la planta de Xi'an Jinzhu, HF estaba presente en varias corrientes, desde líneas de alimentación de reactores hasta efluentes residuales. Las válvulas en estas secciones estarían expuestas a HF y necesitarían funcionar de manera confiable para que la planta funcione continuamente.

Los problemas específicos incluyeron:

 ·Corrosión severa de los materiales de las válvulas: Los materiales de las válvulas tradicionales (como el acero inoxidable estándar o el bronce) no eran adecuados porque el HF los corroería rápidamente, con el riesgo de fugas. La planta necesitaba válvulas construidas o protegidas con materiales que HF no pueda atacar fácilmente. La experiencia previa en la industria ha demostrado que las válvulas hechas de Hastelloy o revestidas con fluoropolímeros a menudo se requieren para el servicio de HF. El desafío era encontrar soluciones de válvulas rentables dado que algunas partes de la planta tenían docenas de válvulas expuestas a HF.

 ·Riesgo de fugas y emisiones fugitivas: El HF no solo es corrosivo, sino también peligroso para el personal y el medio ambiente. Cualquier problema de sellado de la válvula (a través del empaque del vástago, fuga del asiento, etc.) podría liberar vapor de HF. Los protocolos de seguridad de la planta exigían válvulas con cierre hermético y sellado robusto bajo servicio HF. Los empaques estándar de las válvulas pueden degradarse en HF. Se necesitaban materiales especiales para el asiento y el sello de la válvula (como PTFE, PCTFE u otros polímeros resistentes a los halógenos) para mantener los sellos herméticos. 

Demandas operativas: Muchas de las válvulas en el proceso estaban automatizadas en bucles de control o requerían una operación frecuente. Por ejemplo, las válvulas de control de flujo que regulan la alimentación de HF en los reactores tenían que estrangularse con precisión mientras resistían el ácido. Por otro lado, algunas válvulas eran para aislamiento de emergencia: rara vez funcionaban, pero debían funcionar bajo demanda. Los diversos requisitos operativos significaban que las válvulas elegidas tenían que combinar la resistencia a la corrosión con un alto rendimiento (por ejemplo, mantener la integridad del par y el sello a lo largo del tiempo, a pesar de la exposición a HF).

Espacio de instalación limitado y modernizaciones: Al igual que con muchas plantas químicas, el espacio era limitado y el diseño de las tuberías era complejo. El proyecto favoreció las válvulas de bola para muchas aplicaciones debido a su tamaño compacto y operación rápida de un cuarto de vuelta. Las válvulas de bola también proporcionan un flujo directo (importante para minimizar la caída de presión en las líneas de refrigerante) y un cierre confiable. Sin embargo, las válvulas de bola convencionales no tenían la resistencia a la corrosión necesaria para este escenario, por lo que se necesitaba una solución para obtener una "válvula de bola química" que se ajustara a los requisitos.

En resumen, la planta Xi'an Jinzhu HFC-134a requería válvulas que pudieran sobrevivir al HF y otros productos químicos corrosivos, garantizar un rendimiento sin fugas para la seguridad y cumplir con los requisitos de control operativo. El término "válvulas de bola químicas" en este contexto se refiere a las válvulas de bola diseñadas específicamente para el servicio químico, lo que generalmente implica materiales o revestimientos especiales para manejar fluidos agresivos. Pocos proveedores nacionales a principios de la década de 2000 en China tenían un historial con tales válvulas, por lo que se buscó la experiencia de YNTO.

Solución: Válvulas de bola químicas resistentes a la corrosión de YNTO

YNTO abordó el problema en múltiples frentes (selección de materiales, diseño de válvulas y personalización de accesorios de válvulas) para crear una solución adaptada a la planta HFC-134a. El núcleo de la solución fue implementar las válvulas de bola resistentes a productos químicos de YNTO en todas las ubicaciones críticas de servicio de HF, complementadas con válvulas compatibles para otras tareas corrosivas o peligrosas en la planta.  Las características clave de la solución incluyeron:

 ·Construcción de aleación con alto contenido de níquel: Para las líneas más severas que contienen HF, YNTO proporcionó válvulas de bola hechas de Hastelloy C276 (una aleación de níquel-molibdeno-cromo) para sus cuerpos y molduras. Hastelloy C276 es conocido por su excelente resistencia a la química de HF y flúor. El uso de Hastelloy sólido (o, a veces, un acero inoxidable dúplex con molduras internas de Hastelloy) aseguró que los componentes metálicos de la válvula no fueran devorados por el ácido. Estas válvulas eran de diseño bridado, válvulas de bola de paso total para simplificar el mantenimiento y permitir el alambrado si se acumulaban sólidos. Estaban equipados con asientos de PTFE ENC (encapsulados): el PTFE, que es inerte a HF, proporcionaba un sello hermético, mientras que el anillo de asiento de metal detrás de él proporcionaba resistencia mecánica.

 ·Válvulas de bola revestidas de PTFE/FEP: En partes del proceso donde las presiones eran moderadas, YNTO implementó válvulas de bola revestidas de fluoropolímero. Estas válvulas tenían un cuerpo de acero al carbono para mayor resistencia, pero presentaban un revestimiento grueso de PFA en todas las superficies internas y una bola encapsulada en PFA. Esencialmente, el HF solo entraría en contacto con el revestimiento de fluoropolímero, no con el metal. Las válvulas revestidas son una excelente opción para servicios ácidos y ofrecen una solución más económica que las aleaciones exóticas para algunas partes de la planta. YNTO suministró válvulas de bola revestidas DN50-DN200 para varias líneas de transferencia de ácido y aislamiento de tanques de almacenamiento, donde la presión y la temperatura de funcionamiento lo permitieron. Cada válvula fue probada en fábrica para garantizar que el revestimiento estuviera libre de defectos. El uso de válvulas de bola revestidas de PFA le dio a la planta la confianza de que incluso si había una pequeña cantidad de ácido en una línea, no corroería la válvula durante los períodos de inactividad.

 ·Válvulas termoplásticas para sistemas auxiliares: El proceso HFC-134a también involucra corrientes de servicios públicos como enfriamiento por agua o neutralización de desechos donde los ácidos pueden diluirse. YNTO proporcionó válvulas de bola de plástico UPVC y PVDF en algunos de estos sistemas auxiliares, por ejemplo, en la unidad de depuración de HF y los patines de neutralización de ácidos residuales.  Las válvulas de bola neumáticas de UPVC (incluidos algunos diseños de tres vías) se eligieron por su alta resistencia a la corrosión a HF y fluoruros de baja concentración. Estas válvulas de plástico eran más livianas y fáciles de instalar en tuberías de pequeño diámetro. Fueron accionados por actuadores neumáticos de YNTO con partes internas recubiertas de PTFE para evitar daños corrosivos en el actuador en caso de humos leves. Aunque de plástico, estas válvulas eran robustas: el diseño de la válvula de bola neumática de plástico presenta una trayectoria de flujo en forma de L o en forma de T para desviar el servicio y está construida para facilitar el mantenimiento (como lo demuestra su actuador compacto y fácilmente extraíble y sus pocas piezas metálicas). 

 ·Sellado y empaque personalizados: Para todas las válvulas suministradas, YNTO prestó especial atención a los sellos del vástago y las juntas del cuerpo. Utilizaron empaques de PTFE sin grafito en las válvulas de bola de aleación para evitar el grafito (que no es adecuado para oxidantes fuertes como el flúor).  Algunas válvulas tenían arandelas de resorte cargadas en vivo en el prensaestopas para mantener la tensión de empaque, ya que el PTFE podría arrastrarse con el tiempo.  Las juntas del cuerpo estaban hechas de PTFE modificado que podía manejar el HF sin flujo frío. Además, cuando fue necesario, YNTO agregó puertos de purga de seguridad y bonetes de extensión en las válvulas para mantener el área de empaque más alejada del fluido del proceso (este es un enfoque común en el servicio de ácido severo: un bonete de extensión puede diluir y enfriar cualquier vapor, protegiendo el empaque).

 ·Integración de control y automatización de válvulas: El proyecto requería que muchas válvulas estuvieran conectadas al DCS (Sistema de Control Distribuido) de la planta. YNTO suministró actuadores neumáticos (tanto de doble efecto como de retorno por resorte) para las válvulas de bola, junto con filtros de aire, posicionadores y cajas de interruptores de límite adecuados para áreas peligrosas. Los actuadores elegidos fueron de aluminio anodizado con un revestimiento exterior epoxi grueso, suficiente para el entorno exterior, y todos los componentes internos eran compatibles con trazas de HF (sujetadores de acero inoxidable, juntas tóricas de viton, etc.). Para las válvulas de control (como el control de alimentación HF), YNTO proporcionó un posicionador de alta resolución para garantizar que la válvula pudiera estrangularse con precisión. Estos posicionadores inteligentes también tenían retroalimentación para alertar si el par de la válvula aumentaba (lo que podría indicar ensuciamiento o corrosión temprana, actuando así como una herramienta de mantenimiento predictivo). Al integrar estas válvulas en el sistema de control, los operadores de la planta podrían operar de forma remota las válvulas de aislamiento críticas y monitorear continuamente las posiciones de las válvulas, lo cual es esencial en una operación peligrosa para una respuesta rápida.

Ejemplo de enlace interno: Muchos de los principios utilizados en este proyecto son ahora una práctica estándar en las ofertas de productos de YNTO. Por ejemplo, la misma serie de válvulas de bola neumáticas de plástico de tres vías utilizadas en el sistema de depuración HF está disponible para otros clientes que necesitan un desvío de flujo a prueba de corrosión. Del mismo modo, las válvulas de aleación con diseño de pared delgada (similares a las válvulas de bola neumáticas de acero inoxidable de YNTO) demuestran cómo se puede construir una válvula liviana pero de alta resistencia para trabajos químicos.

Resultado: Operación confiable y éxito de la planta a largo plazo

Gracias a la solución implementada, la planta Xi'an Jinzhu HFC-134a logró varios resultados positivos:

 ·Fiabilidad: Las válvulas de bola químicas YNTO han funcionado desde la puesta en marcha de 2003 con un excelente historial de fiabilidad. En los primeros tres años de operación, la planta no experimentó una sola fuga o falla de válvula relacionada con HF en las áreas donde se instalaron las válvulas YNTO. Este es un logro notable dada la naturaleza agresiva de HF. Las inspecciones periódicas no mostraron adelgazamiento o picaduras significativas en las válvulas Hastelloy, y los revestimientos de PTFE en las válvulas revestidas permanecieron intactos y libres de ampollas. El tiempo medio entre mantenimientos (MTBM) de estas válvulas superó con creces el de algunas válvulas anteriores que el cliente había utilizado en servicios menos agresivos.

 ·Seguridad: La planta mantuvo un historial de seguridad estelar con respecto a la contención de HF. Los operadores informaron que las revisiones rutinarias de las glándulas de las válvulas y el monitoreo del área nunca detectaron humos de HF alrededor de las válvulas YNTO. El sellado hermético proporcionado por los asientos y empaques de PTFE evitó las emisiones fugitivas. Este nivel de contención fue crucial para proteger a los trabajadores; también mantuvo la planta en cumplimiento con las regulaciones ambientales (HF es un contaminante regulado). En 2005, cuando la planta duplicó su capacidad (agregando otra línea de 5.000 t/a), el rendimiento comprobado de las válvulas de YNTO facilitó que la planta eligiera a YNTO como proveedor de válvulas para la expansión también. En efecto, el proyecto inicial se convirtió en un caso de referencia que validó la tecnología de válvulas químicas de YNTO para el servicio de HF. 

 ·Rendimiento: El uso de válvulas de control de flujo de alta calidad contribuyó a un control estable del proceso. Por ejemplo, la válvula de control de alimentación de HF (una válvula de bola Hastelloy C con un posicionador inteligente) permitió a la planta mantener las concentraciones de HF del reactor dentro de una banda estrecha, optimizando la eficiencia de la reacción. El control mejorado redujo la formación de subproductos y ayudó a la planta a alcanzar su pureza de producción objetivo en la primera pasada. Esto tuvo un beneficio económico: menos reprocesamiento de material fuera de especificación y menor consumo de materias primas. Los gerentes de la planta señalaron que invertir en válvulas confiables evitó los "pequeños goteos" que pueden convertirse en grandes pérdidas en procesos químicos continuos. Cada válvula que no tenía fugas ni requería apagado para reparación se traducía en más tiempo de actividad y productividad para la instalación.

 ·Mantenimiento y soporte: La participación de YNTO no terminó con la puesta en marcha. Brindaron capacitación al equipo de mantenimiento de la planta sobre cómo reparar las válvulas de manera segura (por ejemplo, cómo volver a empacar un vástago en las válvulas Hastelloy si alguna vez es necesario, y cómo inspeccionar el revestimiento de una válvula revestida). A lo largo de los años, se realizó un mantenimiento preventivo: se cambiaron algunos sellos blandos durante un cambio programado después de 5 años, como medida de precaución. La disponibilidad de piezas de repuesto de YNTO y la rápida respuesta de servicio (tenían un representante local en China) garantizaron que cualquier mantenimiento se pudiera realizar rápidamente, sin un largo tiempo de inactividad esperando piezas. La intercambiabilidad de ciertos componentes (como los kits de actuadores) también facilitó el mantenimiento: YNTO utilizó un montaje de actuador estandarizado, por lo que cambiar un actuador fue un trabajo plug-and-play.

En general, el caso demuestra cómo la selección adecuada de válvulas es clave para superar los desafíos de corrosión en la fabricación de productos químicos. Al utilizar las válvulas de bola químicas especializadas de YNTO, la planta Xi'an Jinzhu HFC-134a no solo resolvió sus problemas inmediatos de corrosión, sino que también se preparó para una operación sostenible a largo plazo. El proyecto se convirtió en un escaparate para YNTO en la industria química de China, demostrando que la tecnología de válvulas doméstica podría cumplir con los estándares de clase mundial para aplicaciones difíciles.

Conclusión

El estudio de caso de Xi'an Jinzhu Modern Chemical subraya la importancia de asociarse con proveedores de válvulas experimentados para aplicaciones críticas contra la corrosión. Al elegir las válvulas de bola químicas de YNTO, la planta se benefició de materiales y diseños adaptados a las necesidades del proceso, lo que permitió una producción segura y continua de refrigerante HFC-134a. Los problemas que podrían haber provocado frecuentes interrupciones o incidentes de seguridad se evitaron mediante la previsión de ingeniería y la calidad de los equipos. Para los ingenieros industriales y los equipos de compras, esta historia de éxito refuerza una lección clave: en los servicios corrosivos, el verdadero valor de una válvula no radica solo en su precio de compra, sino en su rendimiento a lo largo del tiempo. Invertir en las válvulas adecuadas, como las soluciones de YNTO, ofrece dividendos en confiabilidad, seguridad y eficiencia del proceso.

Para obtener más información sobre las válvulas de servicio químico de YNTO, los lectores pueden consultar las páginas de productos vinculadas anteriormente o comunicarse con YNTO para obtener estudios de casos detallados y referencias. La planta HFC-134a es solo un ejemplo: soluciones similares de válvulas YNTO están impulsando el manejo de fluidos corrosivos en industrias que van desde la petroquímica hasta la farmacéutica.