Válvula de segurança

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Válvula de segurança e Alívio ou mais comumente chamada de PSV (do inglês Pressure Safety and Relief Valve) é um dispositivo automático de alívio de pressão que pode ser usado como uma válvula de alívio ou de segurança, dependendo da aplicação. Uma válvula de segurança é usada para proteger o pessoal e equipamentos, impedindo o acúmulo excessivo.

Os vasos possuem uma pressão máxima, dita PMTP ou PMTA (pressão máxima de trabalho admissível) acima da qual se rompem. Para evitar o rompimento por uma variação eventual de processo ou desvio, a PSV é instalada para aliviar a pressão do sistema antes de seu rompimento.

Tipos de Válvulas[editar | editar código-fonte]

Os termos "alívio", "segurança", e "alívio e segurança" se aplicam a válvulas que têm a finalidade de aliviar a pressão de um sistema. Nas indústrias de processo químico em geral, costuma-se chamar todas essas de válvulas de segurança, porém existem diferenças, principalmente no tipo de fluido e, consequentemente, no processo construtivo de cada uma.

As válvulas de segurança são aplicadas em serviços com fluidos compressíveis, como gases e vapores, aliviando o excesso de pressão de forma rápida e instantânea (ação "pop").

Válvulas de alívio têm abertura proporcional ao aumento de pressão ao qual ela está instalada e após ser atingida a pressão de ajuste. São aplicadas principalmente em serviços com fluidos incompressíveis, ou seja, fluidos no estado líquido. Nessas válvulas o curso de abertura é sempre proporcional à sobre-pressão do sistema.

Já as válvulas de alívio e segurança podem operar tanto com gases e vapores como com líquidos, dependendo da aplicação.

Terminologia de Válvula[editar | editar código-fonte]

Pressão de Operação

Pressão em libras por polegada quadrada (psi) à qual o vaso está normalmente submetido em serviço. Deve ser prevista uma margem adequada entre a pressão de operação e a máxima pressão de trabalho permissível (PMTP).

Pressão Máxima de Trabalho Permissível

É a pressão máxima de trabalho calibrada permissível em um vaso, à temperatura designada. Um vaso não pode ser operado acima desta pressão ou seu equivalente a qualquer temperatura do metal, que não seja a utilizada em seu projeto; logo, para aquela temperatura do metal, é a pressão mais elevada na qual a válvula de segurança da pressão primária é ajustada para abrir.

Pressão de Abertura

Expressa em libras por polegada quadrada no manômetro, a pressão de abertura é a pressão de entrada na qual a válvula foi ajustada para abrir sob condições de serviço. Em serviço com líquido, a pressão de abertura é determinada pela pressão de entrada na qual a válvula começa a descarregar um fluxo contínuo de líquido. Em serviço com gás ou vapor, a pressão de abertura é determinada pela pressão de entrada na qual a válvula irá "subir" sob condições de serviço.

Vazamento (Simmer)

Caracterizado pela passagem audível ou visual de um fluido através das superfícies de assentamento imediatamente antes da abertura. A diferença entre este início de abertura e a pressão de abertura é o vazamento. Para gás ou vapor, "simmer" é o vazamento imediatamente antes da abertura (pop). Para válvulas de serviço de líquido, o vazamento é o fluxo não-contínuo (descargas)imediatamente antes de se tornar contínuo.

Levantamento

Levantamento é a elevação do disco nas válvulas de alívio de pressão.

Capacidade Nominal

Porcentagem do fluxo medido em uma porcentagem autorizada de sobrepressão permitida pelo código aplicável. A capacidade nominal geralmente é expressa em libras por hora (libras/hora) ou pé cúbico padrão por minuto (SCFM) para vapores e gases e em galões por minuto (GPM) para líquidos.

Blowdown

O diferencial entre a pressão de abertura e a pressão de fechamento de uma válvula de alívio de pressão, expresso como porcentagem da pressão de abertura, ou libras por polegada quadrada manométrica.

Acúmulo

Aumento de pressão sobre a máxima pressão de trabalho permissível do vaso durante a descarga através da válvula de alíviode pressão, expressa como uma porcentagem daquela pressão, ou libras por polegada quadrada.

Sobrepressão

Aumento de pressão sobre a pressão de abertura no dispositivo de alívio primário. A sobrepressão é similar à acumulação quando o dispositivo de alívio é ajustado na máxima pressão de trabalho permissível do vaso. Normalmente, a sobrepressão é expressa como uma porcentagem da pressão de abertura.

Contrapressão

Pressão na saída de uma válvula de segurança, especificada como a seguir: a. Constante - Especifica contrapressão constante única (por exemplo, 10 psig). b. Variável - Especifica um intervalo de contrapressão variável usando os limites mínimo e máximo (por exemplo, 0 a 10 psig). c. Se ambas ocorrem, especificar se são adicionais.

Contrapressão Superimposta

A pressão no coletor de descarga antes da abertura da válvula de segurança.

Contrapressão Desenvolvida

Pressão que se desenvolve na saída da válvula como resultado do fluxo, após a abertura da válvula de segurança.

Diferencial entre a Pressão de Operação e a Pressão de Abertura

As válvulas em serviço de processo geralmente dão melhores resultados se a pressão de operação não excede 90% da pressão de abertura. Um diferencial mínimo de 25 psig é recomendado.

Nas linhas de descarga de bombas e compressores, contudo, o diferencial exigido entre as pressões de operação e de abertura pode ser maior em razão das pulsações de pressão vindas de um pistão alternativo. É recomendado que a válvula seja ajustada o mais acima da pressão de operação possível.

Internos da Válvula

Inclui o bocal, haste, guia, disco e fole.

Pressão de Teste Diferencial a Frio (CDS - Cold Differential Set)

Esta é a pressão na qual a válvula é ajustada para abrir na bancada de teste, indicada em libras por polegada quadrada. Esta pressão inclui as correções para contrapressão e/ou temperatura das condições de serviço.

As válvulas para altas temperaturas são normalmente ajustadas e testadas em temperaturas das condições atmosféricas. É costume serem feitos alguns ajustes na pressão de abertura sob condições atmosféricas para compensar o efeito das altas temperaturas de operação. As válvulas são então, testadas na Pressão de Teste de Diferencial a Frio.

Quando a pressão de abertura é aumentada para compensar a maior temperatura de operação, a seleção da mola é baseada na pressão de abertura real sem considerar a correção do diferencial a frio.

Cálculo (dimensionamento)[editar | editar código-fonte]

Para o cálculo de uma PSV deve-se prever:

  • 1. A pressão de início de abertura da válvula, ie, a pressão em que a PSV começa a abrir (não necessariamente a PMTP. Consulte a norma correspondente ao serviço), bem como a pressão de abertura total.
  • 2. A vazão prevista de produto.

O Cálculo de uma vazão de PSV deve levar em conta todos os cenários possíveis, como por exemplo:

  • 1. Fogo externo
  • 2. Rompimento de serpentina
  • 3. Insolação
  • 4. Saída obstruída
  • 5. Falha de válvula

Deve-se calcular a vazão requerida de produto em cada um dos cenários. Aquele que tiver maior vazão torna-se o cenário.

Por exemplo, um tanque de gás liquefeito pressurizado recebe bombeamento de um compressor. A máxima pressão do compressor é capaz de romper o tanque, mas sua vazão máxima é 2 t/h de produto. Em caso de fogo externo, a expansão de gás dentro do vaso é de 10 t/h, conseqüêntemente a PSV deve estar projetada para permitir a passagem de 10 t/h, o pior cenário. Em caso do cenário do compressor, a PSV será suficiente para proteger o tanque.

Dimensionamento da área do Orifício[editar | editar código-fonte]

Calcule a área (Ac) requerida do orifício apropriado da válvula, utilizando as seguintes informações:

• Pressão de operação

• Pressão de abertura

• Temperatura de operação

• Temperatura de alívio

• Temperatura de projeto

• Tipo de fluido

• Capacidade de alívio requerida

• Sobrepressão permissível (escolha uma)

- ASME Seção VIII, Uma Válvula (10% de Sobrepressão)

- ASME Seção VIII, Múltiplas Válvulas (16% de Sobrepressão)

- ASME Seção VIII, Dimensionamento contra Incêndio (21% de Sobrepressão)

• Contrapressão

- Constante

- Variável (desenvolvida ou superimposta)

• Gases e vapores

Compressibilidade

Peso Molecular

Densidade

Razão de Calor Específico

• Líquidos

Peso Específico

Viscosidade

Normas[editar | editar código-fonte]

Para dimensionamento e seleção de PSV são utiliadas as normas ASME I, ASME VIII ou API-520 dependendo da condição e localidade.

Ver também[editar | editar código-fonte]