Como escolher a válvula de segurança correcta: Um guia passo a passo

Devido à diversidade das válvulas de segurança e à diversidade e complexidade dos sistemas de pressão, ao selecionar uma válvula de segurança, deve considerar-se o impacto de factores como a temperatura, a pressão e o estado de fase do meio no sistema. Determinar gradualmente a pressão nominal da válvula de segurança, a classificação pressão-temperatura, o grau de pressão de funcionamento da mola, o diâmetro nominal e a forma básica. Por fim, determine o modelo da válvula de segurança a selecionar.

I. Seleção da pressão nominal

A pressão nominal e a pressão de regulação são conceitos diferentes, que devem ser tidos em conta na determinação e seleção das válvulas de segurança. A pressão nominal PN é um número arredondado utilizado como código de referência relacionado com a pressão, expresso em dígitos.

Nas válvulas de segurança, a pressão nominal refere-se à pressão mais elevada que pode ser suportada à entrada da válvula de segurança. Está relacionada com os materiais e a temperatura. A pressão nominal da flange à saída da válvula de segurança é geralmente um a três níveis inferior à da entrada, o que deve ser tido em conta na seleção.

Ao determinar a pressão nominal de uma válvula de segurança, a pressão nominal deve ser superior à pressão de regulação. Idealmente, a pressão quando a válvula de segurança está totalmente aberta não deve exceder a pressão nominal da válvula de segurança. As séries de pressão nominal das válvulas de segurança na China são 0,25, 0,6, 1,0, 1,6, 2,5, 4,0, 6,3, 10, 16, 32, 40MPa (Nota: As válvulas de segurança com PN inferior a 1,0 utilizam normalmente corpos de válvula em ferro fundido e não são recomendadas para utilização em recipientes sob pressão).

II. Classificação pressão-temperatura

Ao selecionar uma válvula de segurança, o impacto da temperatura deve ser considerado. À medida que a temperatura aumenta, a pressão máxima de trabalho permitida para a mesma pressão nominal diminui correspondentemente. A pressão nominal da válvula deve ser determinada com base no meio que está a ser protegido, no material da válvula, na temperatura de trabalho e na pressão máxima de trabalho.

A pressão de serviço máxima admissível da válvula a várias temperaturas pode ser calculada utilizando a fórmula abaixo ou selecionada da GB/T 9124-2000, "Condições técnicas para flanges de tubos de aço".

Pt_máximo=PN[σ]^t /[σ]²⁰⁰

onde

• [σ]^t - O valor da tensão admissível do material à temperatura de projeto t ℃, MPa;
• [σ]²⁰⁰ - O valor da tensão admissível do material a -200 ℃, MPa;
• Pt_máximo- Pressão máxima de serviço admissível, MPa;
• PN- Pressão nominal, MPa

III. Determinação do grau de pressão de funcionamento da mola

Depois de determinar a pressão nominal da válvula de segurança, a válvula de segurança com mola também precisa de selecionar o grau de pressão de funcionamento da mola. O grau de pressão de funcionamento da mola refere-se à gama de trabalho permitida da mola selecionada. Exceder a sua gama de trabalho pode provocar o mau funcionamento da válvula de segurança. A gama de pressão definida para a válvula de segurança com mola é o grau de pressão de funcionamento da mola.

A pressão de regulação da válvula de segurança é ajustada alterando a quantidade de compressão da mola, e os vários desempenhos da válvula de segurança são também controlados pela mola. Cada mola só pode funcionar dentro de um determinado intervalo de pressão de regulação. Para ultrapassar este intervalo, é necessário mudar a mola, pelo que as válvulas de segurança com a mesma pressão nominal estão divididas em diferentes graus de pressão de funcionamento, de acordo com o intervalo de ajuste da pressão de regulação concebido pela mola.

Do ponto de vista da garantia do desempenho da válvula de segurança, quanto mais pequeno for o limite da gama de pressões de funcionamento da mola, mais pode garantir o desempenho da válvula de segurança. O método de classificação atual mais comum é apresentado no quadro. Os utilizadores podem consultá-lo quando seleccionam a mola para a válvula de segurança.

IV. Determinação do diâmetro nominal da válvula de segurança

1. Diâmetro nominal DN

O diâmetro nominal DN representa o tamanho de todos os acessórios de tubagem no sistema em termos numéricos, que é um valor de referência arredondado e não corresponde completamente ao tamanho real do diâmetro em termos numéricos.

A especificação da válvula de segurança é dividida pelo diâmetro nominal, e o diâmetro nominal da entrada e da saída da válvula de segurança é diferente consoante o modelo. O diâmetro nominal de saída da válvula de segurança de abertura total é geralmente um tamanho superior ao diâmetro nominal de entrada, enquanto os diâmetros nominais de entrada e saída da válvula de segurança de micro-abertura são geralmente os mesmos.

Ver o quadro seguinte para as séries de diâmetros nominais das válvulas de segurança (unidade: mm)

2. Determinação do diâmetro nominal

O diâmetro nominal da válvula de segurança deve ser determinado com base no volume de descarga de segurança, pelo que o volume de descarga de segurança deve ser calculado primeiro e, em seguida, o diâmetro do fluxo da válvula de segurança é calculado com base no volume de descarga de segurança, tendo em conta o coeficiente de descarga da válvula de segurança, as condições de contrapressão, etc.

Ao determinar o diâmetro da válvula de segurança, o princípio mais básico é escolher uma válvula de segurança cuja descarga nominal seja superior e tão próxima quanto possível do volume de descarga de segurança. O volume de descarga necessário (volume de descarga de segurança) para evitar uma sobrepressão excessiva quando ocorre uma sobrepressão anormal é determinado pelas condições de funcionamento do sistema ou equipamento e pelas causas da sobrepressão, entre outros factores.

3. Diâmetro do caudal

No caso das válvulas de segurança, o diâmetro do fluxo é o diâmetro mínimo da secção transversal da garganta da sede da válvula, e o diâmetro do fluxo afecta diretamente a capacidade de descarga da válvula de segurança. Ao selecionar uma válvula de segurança, comece por calcular a área mínima de descarga exigida pelo sistema protegido com base no volume de descarga de segurança do sistema de pressão e, em seguida, calcule o diâmetro do fluxo d ₀ . Em seguida, determine o diâmetro nominal da válvula de segurança. Ver a tabela abaixo

Diâmetro nominal DN e diâmetro de caudal d₀ (unidade: mm)

V. Seleção do tipo de válvula de segurança

Ao selecionar uma válvula de segurança, para além de determinar a pressão nominal, a temperatura-pressão, o nível de pressão de trabalho da mola e o diâmetro nominal, é também necessário escolher a estrutura adequada da válvula de segurança e o material do corpo da válvula e das principais peças internas de acordo com o meio de trabalho.

Princípios básicos para a seleção de tipos de válvulas de segurança

(1) Utilizar válvulas de segurança de elevação total para a descarga de gás ou vapor.

(2) Utilizar válvulas de segurança de elevação total ou de baixa elevação para a descarga de líquidos.

(3) As válvulas de segurança com uma chave podem ser utilizadas para descarregar vapor ou ar.

(4) No caso das válvulas de segurança utilizadas para gases com uma pressão de regulação superior a 3,0 MPa e uma temperatura superior a 235°C, considere a utilização de válvulas de segurança com dissipadores de calor para evitar que o fluido de descarga corroa diretamente a mola.

(5) Utilizar válvulas de segurança de castelo aberto quando for permitida a fuga do fluido de descarga para a atmosfera. Utilizar válvulas de segurança de castelo fechado quando não são permitidas fugas para a atmosfera.

(6) Para a emissão de meios altamente tóxicos, fortemente corrosivos e extremamente perigosos, devem ser seleccionadas válvulas de segurança de fole.

(7) Para situações de contrapressão elevada, optar por válvulas de segurança de contrapressão equilibrada ou válvulas de segurança pilotadas.

(8) Nalgumas situações importantes, é por vezes necessário instalar duas válvulas de segurança como reserva uma da outra. As válvulas de isolamento de entrada e de saída das duas válvulas de segurança devem adotar dispositivos mecânicos de encravamento para garantir que a área de descarga exigida para a embarcação possa ser cumprida em qualquer momento (incluindo durante os períodos de manutenção e inspeção).

2. Ao selecionar uma válvula de segurança, devem também ser determinados os seguintes itens

(1) Fechado ou aberto:

O castelo e a tampa de uma válvula de segurança fechada são selados. A sua função é, em primeiro lugar, proteger as partes internas de contaminantes externos, como poeiras, sem exigir um desempenho hermético; em segundo lugar, é utilizada para evitar o derrame de meios tóxicos, inflamáveis e outros ou para a recuperação de meios, pelo que é necessário um ensaio de estanquidade ao ar. Quando é selecionado um tipo fechado e é necessário um ensaio de estanquidade do lado da saída, este deve ser especificado no momento da encomenda. A pressão do ensaio de estanquidade é geralmente fixada em 0,6 MPa.

As válvulas de segurança abertas, devido ao seu castelo aberto, ajudam a reduzir a temperatura na câmara da mola e são principalmente utilizadas para meios como o vapor.

(2) Se está equipado com uma chave de elevação:

Se forem necessários testes de abertura regulares para a válvula de segurança, escolha uma válvula de segurança equipada com uma chave de elevação. Quando a pressão do fluido atinge mais de 75% da pressão de regulação, a chave de elevação pode ser utilizada para levantar ligeiramente o disco da válvula da sede, a fim de verificar a flexibilidade da abertura da válvula.

3. Seleção de válvulas de segurança com estruturas especiais

(1) Com válvula de segurança do radiador.

Utilizada em situações em que a temperatura média é elevada, de modo a reduzir a temperatura da câmara da mola. Geralmente, quando a temperatura de uma válvula de segurança de tipo fechado excede os 250°C e a temperatura de uma válvula de segurança de tipo aberto excede os 350°C, deve ser selecionada uma válvula de segurança com um radiador.

(2) Válvula de segurança de fole.

Utilizado principalmente nas duas situações seguintes:

1) Utilizada para equilibrar a contrapressão: O diâmetro efetivo do fole da válvula de segurança de fole equilibrado de contrapressão é igual ao diâmetro médio da superfície de vedação da válvula. Antes da abertura da válvula de segurança, a força da contrapressão no disco da válvula está num estado equilibrado. As alterações na contrapressão não afectam a pressão de regulação; quando a contrapressão é variável e a sua alteração excede 10% da pressão de regulação, este tipo de válvula de segurança deve ser selecionado.

2) Utilizado em meios corrosivos. Os foles isolam a mola e o mecanismo de guia do meio, evitando assim que estas peças importantes falhem devido à corrosão do meio.

Depois de determinar a pressão nominal, a pressão-temperatura nominal, a pressão de trabalho da mola, o diâmetro nominal e o tipo básico da válvula de segurança, o modelo da válvula de segurança a selecionar pode ser finalmente determinado.

4. Exemplo de seleção

A seleção de uma válvula de segurança baseia-se nos parâmetros específicos das condições de trabalho. Agora, vamos explicar o processo de seleção de válvulas de segurança para três estados diferentes num sistema de processo de unidade conjunta de xileno com um exemplo de 45×10⁴ t/a (utilizando como exemplo as válvulas de segurança do tipo mola).

(1) Utilizado para meios gasosos

1) Parâmetros do processo

• Número da etiqueta: SV-501
• Temperatura de funcionamento: 40℃
• Pressão de abertura definida: 0,98MPa
• Contrapressão: Atmosférica
• Descarga de projeto (considerada como descarga nominal W_r ): 4660kg/h
• Meio: Ar comprimido purificado.

2) Etapas de seleção

• Selecionar a fórmula aplicável: Uma vez que o meio é ar purificado, deve ser utilizada a fórmula de cálculo do meio gasoso.
• Verificar a tabela de propriedades dos gases: O índice adiabático K do ar é 1,40.
• Encontre o valor C correspondente ao valor K, onde o valor C é 2,7.
• Determinar o fluxo do meio: (De acordo com GB/T12241-2005 para avaliar se o fluxo de gás é crítico ou subcrítico) A fórmula de avaliação específica e as definições dos símbolos encontram-se na norma.
• Calcular o deslocamento de acordo com a fórmula relevante.
• Selecionar a válvula de segurança de abertura total modelo A42Y, com um coeficiente de descarga nominal de 0,75. A descarga nominal da válvula de segurança é W_r =Wt×0,75
• Substituindo na equação acima, obtém-se 6213=7.49d ₀² , d₀ =28,8(mm)
• Quando d₀ =32, o diâmetro nominal correspondente da válvula de segurança de abertura total é DN50 (P_N é de 1,6MPa).
• Determinar o material: Uma vez que o meio é ar comprimido purificado, pode ser utilizado o corpo da válvula em aço-carbono.

3) Determinar o modelo

Através do cálculo, a válvula de segurança de abertura total A42Y16C-DN50 pode ser selecionada, terminando o processo de seleção.

(2) Para o vapor médio

1) Parâmetros do processo

• Número da etiqueta: SV-407
• Temperatura de funcionamento: 350℃
• Pressão de abertura definida: 2,64MPa
• Contrapressão: Atmosférica
• Descarga de projeto: 34450kg/h

2) Etapas de seleção:

Selecione a fórmula aplicável: Como o meio é vapor, a pressão de entrada é a pressão de abertura definida de 2.64MPa <11MPa e a temperatura de operação é 350 ℃; consulte a tabela de coeficientes de vapor superaquecido, a temperatura saturada do vapor a uma pressão absoluta de 2.74MPa é 230 ℃ e o fator de correção de vapor superaquecido correspondente é 0.87, use a fórmula de vapor para cálculo.

Determinar a fórmula de cálculo relevante: Wtsh=5,25AP_dKsh.

Utilizar a válvula de segurança de abertura total modelo A48Y (para vapor), com um coeficiente de descarga nominal de 0,75.

A descarga nominal da válvula de segurança Wrsh=Wtsh×0,75.

Substituir na equação acima, obter: Wtsh×0,75=5,25×d₀² ×π/4×(2,64×1,03+0,1)×0,87, pelo que d₀ =67.

Verificar os quadros relacionados, quando d ₀ =80, o diâmetro nominal correspondente para a válvula de segurança de abertura total é DN125.

Quando a temperatura de trabalho do corpo da válvula de aço carbono está em 350 ℃, e a pressão de abertura (pressão absoluta) é 2.74Mpa, a pressão nominal da válvula de segurança selecionada é 4.0Mpa.

3) Determinar o modelo:

Através dos passos acima, é possível selecionar A48Y40-DN125.

Nota: O diâmetro nominal DN125 é especial e geralmente não é utilizado. Se for escolhido o DN150, então o diâmetro da garganta da válvula de segurança correspondente é d₀ =100, que é muito maior do que o valor calculado de d₀ (67), provocando saltos frequentes da válvula de segurança (quando o diâmetro da garganta selecionado da válvula de segurança é demasiado grande).