Vi siete mai chiesti come le valvole di sicurezza proteggano le apparecchiature industriali da guasti catastrofici? Le valvole di sicurezza sono fondamentali per prevenire le esplosioni scaricando la pressione in eccesso da caldaie e recipienti a pressione. Questo articolo approfondisce i tipi, le caratteristiche e i criteri di selezione delle valvole di sicurezza, offrendo suggerimenti essenziali per una corretta installazione. Continuando a leggere, capirete come scegliere e mantenere questi componenti cruciali per garantire la sicurezza operativa e la conformità agli standard industriali.
La valvola di sicurezza è un componente di sicurezza fondamentale per caldaie, recipienti a pressione e altre apparecchiature a pressione, in quanto previene efficacemente gli incidenti di esplosione dovuti alla sovrappressione dei dispositivi di produzione.
Per questo motivo, le valvole di sicurezza svolgono un ruolo cruciale negli impianti chimici.
Per una comprensione completa delle valvole di sicurezza, è essenziale esaminarne la classificazione, le caratteristiche, i criteri di selezione e i requisiti di installazione.
Le valvole di sicurezza possono essere classificate in tre tipi in base alla loro struttura complessiva e al meccanismo di carico: tipo a leva con martello pesante, tipo a mollae il tipo di impulso.
Tra queste tre, la valvola di sicurezza a molla è la più utilizzata.
1. Valvola di sicurezza a leva per martello pesante
La valvola di sicurezza a leva con martello pesante funziona utilizzando un martello pesante e una leva per bilanciare la forza sul disco della valvola.
Sfruttando il principio della leva, una massa più piccola può generare una forza maggiore aumentando la lunghezza della leva e la pressione di apertura della valvola di sicurezza può essere regolata modificando la posizione o la massa del peso.
Vantaggi:
La valvola di sicurezza a leva per martelli pesanti ha una struttura semplice ed è facile da regolare con precisione. Il carico non aumenta significativamente con l'aumento del disco della valvola.
È adatto ad applicazioni ad alta temperatura ed è stato ampiamente utilizzato in passato, in particolare nelle caldaie e nei recipienti a pressione che richiedevano temperature elevate.
Svantaggi:
Tuttavia, la valvola di sicurezza a leva per martelli pesanti ha una struttura ingombrante e il meccanismo di caricamento è soggetto a vibrazioni e perdite.
Inoltre, ha una bassa pressione di richiusura, che rende difficile la chiusura ermetica dopo l'apertura.
2. Valvola di sicurezza a molla
La valvola di sicurezza a molla utilizza la forza di una molla di compressione per bilanciare la forza sul disco della valvola.
La compressione della molla può essere regolata ruotando il dado di regolazione, consentendo di modificare la pressione di apertura (taratura) della valvola di sicurezza secondo le necessità.
Vantaggi:
La valvola di sicurezza a molla ha una struttura leggera e compatta, è altamente sensibile, può essere installata in qualsiasi posizione ed è resistente alle vibrazioni. È ideale per l'uso su recipienti in pressione mobili.
Svantaggi:
Tuttavia, il carico sulla valvola di sicurezza cambia durante l'apertura della valvola, il che significa che quando il disco della valvola si alza, la compressione della molla aumenta e aumenta anche la forza sul disco della valvola. Ciò può influire sulla rapida apertura della valvola di sicurezza.
Inoltre, l'esposizione prolungata alle alte temperature può ridurre l'elasticità della molla, rendendo necessario considerare l'isolamento termico o la dissipazione del calore in caso di utilizzo su contenitori con temperature elevate. Questo rende la struttura più complessa.
3. Valvola di sicurezza a impulsi
La valvola di sicurezza a impulsi è composta da una valvola principale e da una valvola ausiliaria e funziona utilizzando l'azione a impulsi della valvola ausiliaria per pilotare la valvola principale.
La sua struttura è complessa e in genere è adatta solo a caldaie e recipienti a pressione che richiedono una grande capacità di scarico di sicurezza.
In base alla modalità di scarico del fluido, le valvole di sicurezza possono essere classificate in tre tipi: completamente chiuse, semichiuse e aperte.
1. Valvola di sicurezza completamente chiusa
La valvola di sicurezza completamente chiusa scarica tutto il gas attraverso il tubo di scarico, impedendo la fuoriuscita di qualsiasi fluido all'esterno durante il funzionamento.
Questo tipo di valvola di sicurezza è utilizzato principalmente nei contenitori che contengono gas tossici e infiammabili.
2. Valvola di sicurezza semichiusa
In una valvola di sicurezza semichiusa, una parte del gas scaricato passa attraverso il tubo di scarico, mentre la parte restante fuoriesce attraverso lo spazio tra il coperchio e lo stelo della valvola.
Questo tipo di valvola di sicurezza viene utilizzato soprattutto in contenitori che contengono gas che non danneggiano l'ambiente.
3. Aprire la valvola di sicurezza
La valvola di sicurezza aperta ha un coperchio aperto che collega la camera della molla all'atmosfera, facilitando la riduzione della temperatura della molla.
Questo tipo di valvola di sicurezza viene utilizzato principalmente in contenitori che contengono vapore come mezzo o gas ad alta temperatura che non danneggiano l'atmosfera.
Le valvole di sicurezza si dividono principalmente in valvole di sicurezza a microapertura e valvole di sicurezza a piena apertura in base al rapporto tra l'altezza di apertura massima del disco della valvola e il diametro del percorso del flusso della valvola di sicurezza.
1. Valvola di sicurezza a microsollevamento
L'altezza di apertura di una valvola di sicurezza micro-aperta è inferiore a 1/4 del diametro del canale, di solito da 1/40 a 1/20 del diametro del canale.
Questo tipo di valvola di sicurezza funziona con un'azione proporzionale ed è utilizzata principalmente in applicazioni con liquidi e, talvolta, in applicazioni con gas a bassa portata.
2. Valvola di sicurezza ad alzata totale
L'altezza di apertura di una valvola di sicurezza a piena apertura è pari o superiore a 1/4 del diametro del canale di flusso.
L'area di scarico di una valvola di sicurezza completamente aperta è pari alla sezione trasversale minima della gola della sede della valvola.
Questo tipo di valvola di sicurezza funziona a due stadi e richiede un meccanismo di sollevamento per aprirsi completamente. Viene utilizzata principalmente nelle applicazioni in presenza di gas.
Le valvole di sicurezza possono essere classificate in valvole di sicurezza ad azione diretta e valvole di sicurezza ad azione indiretta in base al principio di azione.
1. Valvola di sicurezza ad azione diretta
La valvola di sicurezza ad azione diretta funziona per azione diretta del fluido di lavoro, ovvero la pressione del fluido di lavoro apre la valvola superando il carico meccanico imposto dal meccanismo di carico sul disco della valvola.
Questo tipo di valvola di sicurezza ha una struttura semplice e funziona rapidamente con un'elevata affidabilità. Tuttavia, a causa delle limitazioni della sua struttura, non è adatta per applicazioni ad alta pressione e di grande diametro.
2. Valvola di sicurezza non ad azione diretta
Le valvole di sicurezza ad azione diretta possono essere ulteriormente suddivise in due tipi: valvole di sicurezza pilotate e valvole di sicurezza con dispositivi ausiliari di potenza.
Determinazione di vari parametri della valvola di sicurezza:
Scegliere la pressione nominale in base al materiale della valvola, alla temperatura di esercizio e alla pressione massima di esercizio.
Il livello di pressione di esercizio deve essere selezionato in base alla pressione e alla temperatura di progetto del recipiente in pressione.
È importante notare che la pressione di esercizio della valvola di sicurezza ha un significato diverso dalla pressione di esercizio della molla.
La pressione di esercizio della valvola di sicurezza si riferisce alla pressione statica davanti alla valvola durante il normale funzionamento, che equivale alla pressione di esercizio del sistema o dell'apparecchiatura protetta.
Al contrario, il livello di pressione di lavoro della molla si riferisce al campo di pressione consentito della molla.
All'interno di questo intervallo, la pressione di apertura (cioè la pressione di taratura) della valvola di sicurezza può essere regolata modificando la compressione del precarico della molla.
Le valvole di sicurezza con la stessa pressione nominale possono avere diversi livelli di pressione di esercizio in base ai requisiti di progettazione della molla.
Quando si sceglie una valvola di sicurezza, è fondamentale determinare il livello di pressione di esercizio in base al valore di pressione di apertura richiesto.
La pressione di scarico di una valvola di sicurezza è in genere 1,1 volte la pressione di taratura (pressione di apertura), mentre la pressione di scarico di una valvola di sicurezza per caldaie a vapore è 1,03 volte la pressione di taratura.
La capacità di scarico della valvola di sicurezza deve essere determinata in base alla portata necessaria e la capacità di scarico della valvola di sicurezza deve essere pari o superiore alla portata necessaria.
Lo scarico necessario del sistema protetto si riferisce alla quantità che deve essere espulsa per prevenire la sovrapressione in caso di sovrapressione anomala del sistema.
Questo valore è determinato dalle condizioni di lavoro, dalla capacità e dalla potenziale sovrapressione del sistema o dell'apparecchiatura.
Il materiale della valvola di sicurezza deve tenere conto della temperatura e della pressione di esercizio del fluido, delle proprietà del fluido e della fattibilità ed economicità del materiale.
Determinazione della struttura speciale delle valvole di sicurezza
Per il vapore con una pressione di apertura superiore a 3 Mpa o per il gas con una temperatura media superiore a 320 ℃, è necessario scegliere una valvola di sicurezza con radiatore (aletta).
Nel caso di una valvola di sicurezza che sopporta una contropressione aggiuntiva e se la variazione della contropressione supera il 10% della pressione impostata, è necessario scegliere una valvola di sicurezza a soffietto. Inoltre, nel caso di una valvola di sicurezza che gestisce un fluido corrosivo, è necessario scegliere una valvola di sicurezza a soffietto per evitare la corrosione della molla e del meccanismo di guida da parte del fluido.
③ Per i fluidi infiammabili, altamente tossici o estremamente pericolosi, è necessario utilizzare una valvola di sicurezza chiusa. Se è necessaria una valvola di sicurezza con meccanismo di sollevamento, è necessario utilizzare una valvola di sicurezza chiusa con chiave.
④ Per i fluidi non pericolosi come aria, acqua calda o vapore superiore a 60 ℃, è necessario adottare una valvola di sicurezza con chiave.
⑤ Per le autocisterne per la liquefazione (cisterne) è necessario adottare una valvola di sicurezza integrata.
⑥ Per condizioni di lavoro con una grande capacità di scarico, si dovrebbe scegliere il tipo completamente aperto. Per condizioni di lavoro con una pressione di esercizio stabile e una piccola capacità di scarico, si dovrebbe scegliere il tipo di avviamento micro. Per condizioni di alta pressione con una grande capacità di scarico, si dovrebbe scegliere un tipo di avviamento indiretto come una valvola di sicurezza a impulsi. Per i serbatoi di lunghezza superiore a 6 m, è necessario installare due o più valvole di sicurezza.
⑦ Per i recipienti fissi con bassa pressione di esercizio, è possibile utilizzare una valvola di sicurezza a peso statico (pentola a pressione) o a peso di leva. Per le apparecchiature mobili, una molla di sicurezza, è opportuno adottare una valvola di sicurezza del tipo "a farfalla".
⑧ Se il fluido è denso e soggetto a bloccarsi, è opportuno scegliere un dispositivo di sicurezza combinato in serie composto da valvola di sicurezza e disco di rottura.
① La valvola di sicurezza deve essere installata verticalmente verso l'alto.
② La posizione di installazione deve essere la più vicina possibile all'apparecchiatura o alla conduttura protetta.
③ La valvola di sicurezza deve essere installata in una posizione che ne faciliti la manutenzione e la regolazione, con uno spazio sufficiente intorno ad essa.
④ La valvola di sicurezza di un recipiente a pressione deve essere installata nello spazio della fase gassosa sopra il livello del liquido del recipiente o sulla tubazione, con il punto di connessione situato nello spazio della fase gassosa del recipiente a pressione.
Per i contenitori e le apparecchiature contenenti sostanze infiammabili, tossiche o viscose, è possibile installare una valvola di arresto davanti alla valvola di sicurezza. Tuttavia, l'area di flusso della valvola di arresto non deve essere inferiore all'area di flusso minima della valvola di sicurezza e deve essere installata una guarnizione di piombo per garantire che la valvola di arresto sia completamente aperta e normalmente aperta.
Per ridurre l'influenza dell'autogravità della valvola ed evitare l'affaticamento da stress e da vibrazioni di scarico, la valvola di sicurezza deve essere installata in senso inverso rispetto alla valvola di arresto.
Se la valvola di sicurezza può essere bloccata o corrosa da materiali, è necessario posizionare un disco di rottura davanti al suo ingresso, installare una valvola di ispezione tra la valvola di sicurezza e il disco di rottura e adottare misure anti-bloccaggio, come lo spurgo posteriore, il tracciamento del calore o l'isolamento termico, sulla sua tubazione di ingresso.
La valvola di sicurezza installata sulla tubazione deve essere collocata in un punto in cui la pressione del fluido è relativamente stabile e a una certa distanza dalla fonte di fluttuazione. Non deve essere installata nell'angolo morto della condotta orizzontale.
⑨ Nel caso di tubazioni, scambiatori di calore o recipienti a pressione con un fluido liquido, quando la valvola è chiusa, l'espansione termica può provocare una pressione elevata. Per risolvere questo problema, la valvola di sicurezza può essere installata orizzontalmente per scaricare il liquido direttamente verso il basso.
Per lo scarico di emergenza dell'aria, l'orifizio del tubo deve essere piatto, non affilato e privo di bave per evitare scariche elettrostatiche.
Il punto di installazione della valvola di sicurezza non deve essere soggetto a una contropressione eccessiva e deve rientrare nell'intervallo consentito. Il corpo della valvola di sicurezza deve essere sostenuto in modo stabile.
Per i contenitori con sostanze estremamente pericolose o infiammabili ed esplosive, l'uscita della valvola di sicurezza deve essere condotta in un luogo sicuro e gestita correttamente.
Se più di due valvole di sicurezza condividono un tubo di scarico, l'area della sezione trasversale del tubo di scarico non deve essere inferiore alla somma delle aree della sezione trasversale delle uscite di tutte le valvole di sicurezza. Tuttavia, l'ossigeno o il gas combustibile e altri due gas che possono produrre una reazione chimica tra loro non possono condividere un tubo di scarico.
① Per i fluidi corrosivi, la valvola di sicurezza deve essere installata in combinazione con un disco di rottura.
② Per i fluidi altamente tossici, è necessario scegliere una valvola di sicurezza con una buona tenuta.
③ Per i fluidi ad alta temperatura, l'alta temperatura può avere un impatto significativo sulla molla, quindi le valvole di sicurezza a molla dovrebbero essere evitate.
④ Per le valvole di sicurezza importanti o vulnerabili al fuoco, è necessario predisporre un sistema di protezione a spruzzo.
⑤ Per le valvole di sicurezza dei serbatoi sferici, è necessario installare valvole di sicurezza doppie e la capacità di scarico della pressione di una valvola di sicurezza deve essere sufficiente a soddisfare i requisiti di scarico della pressione di sicurezza del serbatoio sferico.
⑥ La valvola di sicurezza deve essere dotata di un ponticello elettrostatico.
⑦ Per evitare che la valvola di sicurezza si apra e si chiuda ripetutamente, causando un flutter e danneggiando la valvola, è necessario ridurre la caduta di pressione nella tubazione di ingresso della valvola di sicurezza. Ciò può essere ottenuto aumentando il diametro del tubo di ingresso e accorciando la sezione del tubo di ingresso.
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