Padrões de limpeza sem óleo para medidores de fluxo de oxigênio

Normas de limpeza sem óleo para medidores de vazão de oxigênio: CGA G-4.1 e ASTM G93 explicadas

Resposta rápida

Os medidores de fluxo de oxigênio precisam de limpeza isenta de óleo, pois resíduos de hidrocarbonetos, graxa e partículas soltas podem inflamar dentro de um sistema enriquecido com oxigênio, mesmo sem uma faísca externa.

Este assunto é abrangido por duas normas: a CGA G-4.1 para equipamentos de produção, armazenamento e distribuição de gás, e a ASTM G93 para uma gama mais ampla de ambientes enriquecidos com oxigênio, incluindo os setores aeroespacial e de semicondutores.

A Silver Automation Instruments desengordura e inspeciona as partes em contato com o fluido em todos os medidores de vazão para serviço de oxigênio, visando um nível de resíduos não voláteis de 220 mg/m² ou inferior, em conformidade com a norma CGA G-4.1.

Por que o oxigênio requer um padrão de limpeza diferente do ar ou do nitrogênio?

O oxigênio com concentração acima de 23,5% em volume é classificado como oxidante segundo ambas as normas. Esse número é importante porque o ar comum contém cerca de 21% de oxigênio, e mesmo uma pequena concentração acima desse valor altera a forma como os materiais queimam. Graxa e óleo que permanecem em contato com uma superfície de aço, expostos ao ar ambiente, inflamam-se facilmente quando o oxigênio puro passa por eles sob pressão.

Existem dois mecanismos de ignição importantes que você deve conhecer antes de especificar um medidor de vazão para uso com oxigênio. A compressão adiabática ocorre quando um fluxo de oxigênio é comprimido rapidamente contra uma barreira ou a sede de uma válvula, e o calor da compressão por si só é suficiente para inflamar os resíduos ali presentes. A ignição por impacto de partículas ocorre quando um fragmento solto de carepa de solda ou cavaco de usinagem se desloca em alta velocidade e atinge a superfície do sensor, gerando uma faísca por atrito. Nenhum dos dois requer uma fonte de ignição externa.

Assim, um medidor de vazão que funciona bem com ar comprimido pode se tornar um problema com oxigênio se nunca tiver sido desengordurado. Este não é um risco teórico. É por isso que fornecedores de gás, hospitais e siderúrgicas especificam padrões de limpeza em seus pedidos de compra, em vez de deixar isso ao acaso.

CGA G-4.1 e ASTM G93, e suas diferenças

CGA G-4.1, Limpeza de Equipamentos para Serviço de Oxigênio

A norma CGA G-4.1, publicada pela Compressed Gas Association, é a referência da maioria dos fornecedores de gases, operadores de usinas de oxigênio e distribuidores de gases medicinais. Ela abrange tanques de armazenamento, caminhões-tanque, compressores, bombas e instrumentação, essencialmente qualquer equipamento que entre em contato com oxigênio em concentração superior a 23,5%. A norma é prescritiva: define métodos específicos de limpeza (solvente, aquosa, ultrassônica), etapas de inspeção e requisitos de embalagem. Ela também estabelece um nível básico de limpeza, de modo que um comprador que simplesmente escreva "limpo conforme CGA G-4.1" em um pedido de compra ainda terá uma especificação clara.

ASTM G93, Métodos de limpeza e níveis de limpeza para ambientes enriquecidos com oxigênio

A norma ASTM G93 adota uma abordagem mais abrangente, baseada em riscos. Em vez de um padrão único, ela define níveis de limpeza de A a D, sendo o Nível A o mais rigoroso (utilizado em sistemas de propulsão aeroespacial e oxigênio de alta pressão) e o Nível D o menos rigoroso. Diferentemente da CGA G-4.1, não há um padrão automático, portanto, o comprador precisa especificar qual nível se aplica. Essa norma é mais comum nos setores aeroespacial, de semicondutores e de gases especiais, embora as duas normas se sobreponham e a própria CGA G-4.1 faça referência à ASTM G93 para métodos de teste detalhados.

Para um cliente típico de gases industriais, como uma usina de geração de oxigênio, um sistema central de fornecimento de oxigênio hospitalar ou uma linha de oxicombustão de uma siderúrgica, a norma CGA G-4.1 geralmente é suficiente. Clientes dos setores aeroespacial, de propulsão a oxigênio líquido e alguns da indústria de semicondutores precisam especificar explicitamente o nível ASTM G93 no pedido.

A tecnologia dos medidores também afeta a segurança do oxigênio, não apenas a limpeza.

Um certificado de limpeza não resolve um problema de projeto por si só. Medidores de vazão tipo turbina e de deslocamento positivo dependem de peças rotativas que se movem sobre mancais, e muitos projetos de mancais precisam de uma película lubrificante para funcionar corretamente. Lubrificantes comuns à base de hidrocarbonetos são exatamente o que a norma CGA G-4.1 visa remover, portanto, esses medidores geralmente precisam de graxa compatível com oxigênio, intervalos de inspeção mais curtos ou ambos.

Os medidores de vazão mássica térmica e os medidores de vazão por vórtice evitam esse problema de uma forma mais estrutural. Nenhum deles possui partes móveis no caminho do fluxo, portanto, não há rolamento para lubrificar nem superfície de desgaste que libere partículas metálicas ao longo dos anos de serviço. Essa é uma das razões pelas quais os medidores de vazão mássica térmica SRK-100 e os medidores de vórtice STLU-G são frequentemente mencionados nas consultas sobre oxigênio e nitrogênio que recebemos do Sudeste Asiático e do Oriente Médio. O sensor ainda precisa ser desengordurado e inspecionado antes do envio. A diferença é que não há risco contínuo de lubrificação após a instalação do medidor.

Escolhas de materiais e componentes que vale a pena verificar antes de fazer o pedido.

Alguns pontos surgem em quase todas as consultas sobre medidores de fluxo de oxigênio que recebemos, por isso vale a pena enunciá-los diretamente em vez de esperar que a pergunta seja feita.

• As vedações em contato com o fluido devem evitar nitrilo ou neoprene comuns. PTFE e Viton são as opções mais comuns compatíveis com oxigênio, e ambas ainda precisam de verificação de pressão e temperatura em relação às suas condições reais de operação.
• Latão e aço inoxidável são os materiais mais comuns para o corpo de equipamentos em serviço com oxigênio em baixa e média pressão. Alumínio e titânio precisam de avaliação técnica antes do uso em oxigênio de alta pressão, devido ao risco de ignição por impacto de partículas no próprio metal, e não apenas por contaminação superficial.
• Conexões roscadas nunca devem ser montadas com selante de rosca padrão à base de hidrocarbonetos. Existem lubrificantes de montagem seguros para oxigênio, que devem ser especificados no pedido de compra, e não presumidos pelo instalador.
• Se uma tubulação anteriormente transportava outro gás antes de ser utilizada para o fornecimento de oxigênio, o medidor precisa de uma limpeza completa de requalificação, e não apenas de uma limpeza superficial.

Como preparamos os medidores de fluxo para serviço de oxigênio

Medidor de fluxo de massa térmica para oxigênio

Quando recebemos um pedido para serviço de oxigênio, separamos os componentes umedecidos e os desengorduramos individualmente do restante da montagem, seguindo os passos de limpeza com solvente descritos na norma CGA G-4.1. Após a desengorduragem, as peças passam por uma inspeção com luz ultravioleta e, em pedidos mais restritos, por um teste de limpeza para confirmar se o resíduo não volátil está dentro do nível exigido. Assim que uma peça é aprovada, ela é embalada, etiquetada com a data da limpeza e o padrão aplicado, e mantida lacrada até a montagem final.

Esta é a prática padrão para medidores de massa térmica SRK-100 e medidores de vazão por vórtice STLU-G encomendados para serviço com O2. Podemos realizar a limpeza com um nível mais rigoroso do que o padrão CGA G-4.1, mediante solicitação, embora isso aumente o prazo de entrega. Não possuímos certificação de fábrica de acordo com as normas CGA G-4.1 ou ASTM G93. O que confirmamos por escrito é o nível específico de limpeza, o método de inspeção e a documentação enviada com cada unidade, e recomendamos que os clientes com requisitos internos de controle de qualidade rigorosos especifiquem o nível e o formato da documentação exigidos diretamente no pedido de compra.

Aplicação das normas CGA G-4.1 e ASTM G93 em diversos setores.

No Sudeste Asiático, pequenas usinas de geração de oxigênio PSA e VPSA são uma fonte recorrente dessas consultas. Integradores de usinas no Vietnã, Indonésia e Filipinas frequentemente especificam um medidor de massa térmica ou de vórtice na linha de saída do produto justamente porque isso evita a questão da lubrificação dos mancais que surge com os medidores de turbina.

Clientes do Oriente Médio perguntam sobre isso principalmente em relação à combustão enriquecida com oxigênio no processamento de vidro e metal, onde o enriquecimento permanece abaixo do limite de 23,5% em algumas linhas, mas o ultrapassa em outras dentro da mesma planta, portanto, cada linha precisa de sua própria análise, em vez de uma resposta genérica.

Na Austrália e na Nova Zelândia, os hospitais dimensionam o monitoramento do fluxo de suprimento central de oxigênio em torno da linha de base CGA G-4.1 como prática padrão, visto que a NFPA 99 e normas regionais similares para gases medicinais exigem isso, embora o engenheiro de sistemas de gás da própria instituição, e não o fornecedor do medidor, defina os requisitos finais de documentação.

As siderúrgicas sul-americanas que operam linhas de corte ou perfuração com oxicombustível geralmente são o grupo mais sensível a custos nesta lista, e tendem a perguntar especificamente se um medidor de turbina de menor custo pode ser requalificado para oxigênio em vez de encomendar uma unidade térmica ou de vórtice com limpeza específica.

Estudo de Caso

Um integrador de equipamentos de gás no Vietnã, fornecedor de pequenos geradores de oxigênio PSA, solicitou um orçamento para medidores de massa térmica SRK-100 limpos de acordo com a norma CGA G-4.1 para a linha de saída de uma planta de 50 Nm³/h. O engenheiro responsável pela especificação havia herdado uma instalação de medidor tipo turbina que foi reprovada em uma auditoria interna porque a graxa dos rolamentos não era adequada para contato com oxigênio. Ouvimos falar com bastante frequência de reprovações semelhantes em auditorias de medidores lubrificados, geralmente após uma mudança no operador da planta ou após um incidente em outro local da região, o que explica, em parte, por que os projetos térmicos e de vórtice continuam aparecendo nessas solicitações.