Normas de limpieza sin aceite para caudalímetros de oxígeno

Normas de limpieza sin aceite para caudalímetros de oxígeno: Explicación de las normas CGA G-4.1 y ASTM G93

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Los caudalímetros de oxígeno necesitan una limpieza sin aceite, ya que los residuos de hidrocarburos, la grasa y las partículas sueltas pueden incendiarse dentro de un sistema enriquecido con oxígeno, incluso sin una chispa externa.

Existen dos normas que abarcan este tema: la CGA G-4.1 para equipos de producción, almacenamiento y distribución de gas, y la ASTM G93 para una gama más amplia de entornos enriquecidos con oxígeno, incluidos los sectores aeroespacial y de semiconductores.

Silver Automation Instruments desengrasa e inspecciona las piezas en contacto con el fluido en cada caudalímetro para servicio de oxígeno, con el objetivo de lograr un nivel de residuos no volátiles de 220 mg/m² o inferior, en consonancia con la norma CGA G-4.1.

¿Por qué el oxígeno necesita un estándar de limpieza diferente al del aire o el nitrógeno?

En ambas normas, el oxígeno con una concentración superior al 23,5 % en volumen se clasifica como oxidante. Este valor es importante porque el aire común contiene aproximadamente un 21 % de oxígeno, e incluso un ligero aumento por encima de este porcentaje modifica la combustión de los materiales. La grasa y el aceite que permanecen sobre una superficie de acero en el aire ambiente se inflaman fácilmente al pasar oxígeno puro a presión.

Hay dos mecanismos de ignición que conviene conocer antes de especificar un caudalímetro para servicio de oxígeno. La compresión adiabática se produce cuando una gota de oxígeno se comprime rápidamente contra un extremo cerrado o un asiento de válvula, y el calor de la compresión por sí solo es suficiente para encender los residuos allí presentes. La ignición por impacto de partículas se produce cuando un fragmento suelto de cascarilla de soldadura o viruta de mecanizado viaja a alta velocidad y golpea la superficie de un sensor, generando una chispa por fricción. Ninguno de estos mecanismos requiere una fuente de ignición externa.

Por lo tanto, un cuerpo de caudalímetro que funciona correctamente con aire comprimido puede convertirse en un problema con oxígeno si nunca se ha desengrasado. Este no es un riesgo teórico. Es la razón por la que los proveedores de gas, los hospitales y las acerías especifican los estándares de limpieza en sus órdenes de compra, en lugar de darlo por sentado.

CGA G-4.1 y ASTM G93, y en qué se diferencian

CGA G-4.1, Limpieza de equipos para servicio de oxígeno

La norma CGA G-4.1, publicada por la Asociación de Gases Comprimidos, es la referencia para la mayoría de los proveedores de gas, operadores de plantas de oxígeno y distribuidores de gases medicinales. Abarca tanques de almacenamiento, camiones cisterna, compresores, bombas e instrumentación; en esencia, cualquier equipo que entre en contacto con oxígeno a una concentración superior al 23,5 %. Esta norma es prescriptiva: establece métodos de limpieza específicos (con disolventes, acuosa y ultrasónica), pasos de inspección y requisitos de embalaje. Además, proporciona un nivel de limpieza de referencia, por lo que un comprador que simplemente escriba "limpiar según CGA G-4.1" en una orden de compra recibe un producto con una especificación definida.

ASTM G93, Métodos de limpieza y niveles de limpieza para ambientes enriquecidos con oxígeno

La norma ASTM G93 adopta un enfoque más amplio, basado en el riesgo. En lugar de una única línea base, define niveles de limpieza de la A a la D, siendo el Nivel A el más estricto (utilizado en sistemas de propulsión aeroespacial y de oxígeno a alta presión) y el Nivel D el menos estricto. A diferencia de la norma CGA G-4.1, no existe una configuración predeterminada automática, por lo que el comprador debe especificar el nivel aplicable. Esta norma se utiliza con mayor frecuencia en los sectores aeroespacial, de semiconductores y de gases especiales, si bien ambas normas se superponen y la propia CGA G-4.1 hace referencia a la ASTM G93 para obtener información detallada sobre los métodos de ensayo.

Para un cliente típico de gases industriales, una planta de generación de oxígeno, un sistema central de suministro hospitalario o una línea de oxicorte de una acería, la norma CGA G-4.1 suele ser suficiente. Los clientes de los sectores aeroespacial, de propulsión con oxígeno líquido y algunos clientes de semiconductores deben especificar explícitamente el nivel ASTM G93 en el pedido.

La tecnología de los medidores también afecta la seguridad del oxígeno, no solo la limpieza.

Un certificado de limpieza no soluciona por sí solo un problema de diseño. Los caudalímetros de turbina y de desplazamiento positivo dependen de piezas giratorias que se deslizan sobre cojinetes, y muchos diseños de cojinetes requieren una película lubricante para su correcto funcionamiento. La norma CGA G-4.1 se encarga precisamente de eliminar los lubricantes estándar a base de hidrocarburos, por lo que estos caudalímetros suelen necesitar grasa compatible con el oxígeno, intervalos de inspección más estrictos o ambas cosas.

Los caudalímetros térmicos de masa y los de vórtice evitan este problema de forma más estructural. Ninguno tiene piezas móviles en el recorrido del flujo, por lo que no hay cojinetes que lubricar ni superficies de desgaste que desprendan partículas metálicas con el paso del tiempo. Por eso, los caudalímetros térmicos de masa SRK-100 y los de vórtice STLU-G son una de las razones por las que se mencionan con frecuencia en las consultas sobre oxígeno y nitrógeno que recibimos del sudeste asiático y Oriente Medio. El sensor aún requiere desengrasado e inspección antes del envío. Una vez instalado el medidor, no existe ningún riesgo de lubricación continua.

Opciones de materiales y componentes que conviene revisar antes de realizar el pedido.

En casi todas las consultas que recibimos sobre medidores de flujo de oxígeno, surgen algunos puntos clave, por lo que conviene mencionarlos directamente en lugar de esperar a que se formule la pregunta.

• Para las juntas en contacto con el fluido, evite el nitrilo o el neopreno estándar. El PTFE y el Viton son las opciones más comunes compatibles con el oxígeno, y ambas requieren una comprobación de presión y temperatura según las condiciones de funcionamiento reales.
• El latón y el acero inoxidable son los materiales habituales para las carcasas de equipos que utilizan oxígeno a baja y media presión. El aluminio y el titanio requieren una revisión de ingeniería antes de su uso en oxígeno a alta presión, debido al riesgo de ignición por impacto de partículas en el propio metal, no solo por contaminación superficial.
• Nunca se deben ensamblar accesorios roscados con selladores de roscas estándar a base de hidrocarburos. Existen lubricantes de montaje seguros para el oxígeno y deben especificarse en la orden de compra, en lugar de que el instalador los dé por sentado.
• Si una tubería transportaba previamente otro gas antes de cambiar al servicio de oxígeno, el medidor necesita una limpieza completa para su recalificación, no solo una limpieza superficial.

Cómo preparamos los caudalímetros para el servicio de oxígeno

Medidor de flujo másico térmico para oxígeno

Cuando se recibe un pedido de servicio de oxígeno, retiramos los componentes humedecidos y los desengrasamos por separado del resto del conjunto, siguiendo los pasos de limpieza con solventes descritos en CGA G-4.1. Tras el desengrasado, las piezas se inspeccionan con luz ultravioleta y, en pedidos más exigentes, se realiza una prueba de limpieza para confirmar que los residuos no volátiles se encuentran dentro del nivel requerido. Una vez que una pieza supera la prueba, se embolsa, se etiqueta con la fecha de limpieza y la norma aplicada, y se mantiene sellada hasta el ensamblaje final.

Esta es la práctica habitual en los medidores de masa térmica SRK-100 y los medidores de flujo de vórtice STLU-G solicitados para servicio de O2. Podemos realizar una limpieza más rigurosa que la norma CGA G-4.1 si se solicita, aunque esto aumenta el plazo de entrega. No ofrecemos certificación de taller según las normas CGA G-4.1 ni ASTM G93. Lo que confirmamos por escrito es el nivel de limpieza específico, el método de inspección y la documentación que se envía con cada unidad. Recomendamos a los clientes con estrictos requisitos internos de control de calidad que indiquen el nivel y el formato de documentación requeridos directamente en la orden de compra.

Aplicación de las normas CGA G-4.1 y ASTM G93 en diversos sectores.

En el sudeste asiático, las pequeñas plantas de generación de oxígeno PSA y VPSA son una fuente recurrente de estas consultas. Los integradores de plantas en Vietnam, Indonesia y Filipinas suelen especificar un medidor de masa térmica o de vórtice en la línea de salida del producto precisamente porque evita el problema de los cojinetes lubricados que presentan los medidores de turbina.

Los clientes de Oriente Medio preguntan sobre esto principalmente en relación con la combustión enriquecida con oxígeno en el procesamiento de vidrio y metales, donde el enriquecimiento se mantiene por debajo del umbral del 23,5 % en algunas líneas, pero lo supera en otras dentro de la misma planta, por lo que cada línea necesita su propia revisión en lugar de una respuesta general.

En Australia y Nueva Zelanda, los hospitales dimensionan la monitorización del flujo del suministro central de oxígeno en torno a la línea base CGA G-4.1 como algo habitual, ya que la norma NFPA 99 y otros códigos regionales similares de gases medicinales lo exigen, aunque el ingeniero del sistema de gas del propio centro es quien establece el requisito de documentación final, no el proveedor del contador.

Las acerías sudamericanas que utilizan líneas de corte o punzonado con oxicorte suelen ser el grupo más sensible a los costes de esta lista, y tienden a preguntar específicamente si se puede volver a calibrar un medidor de turbina de menor coste para su uso con oxígeno, en lugar de pedir una unidad térmica o de vórtice especialmente preparada.

Estudio de caso

Un integrador de equipos de gas en Vietnam, proveedor de pequeños generadores de oxígeno PSA, nos solicitó un presupuesto para medidores de masa térmica SRK-100, limpios según la norma CGA G-4.1, para la línea de salida de una planta de 50 Nm³/h. El ingeniero responsable había heredado una instalación de medidor de turbina que no superó una auditoría interna debido a que la grasa de los cojinetes no era apta para oxígeno. Con frecuencia, nos encontramos con fallos similares en auditorías de medidores lubricados, generalmente tras un cambio de operador de planta o después de un incidente en otra parte de la región, lo que explica en parte por qué los diseños térmicos y de vórtice siguen apareciendo en estas consultas.