Como escolher a válvula de segurança correta: 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-se considerar o impacto de fatores como temperatura, pressão e estado de fase do meio dentro do sistema. Determine gradualmente a pressão nominal da válvula de segurança, a classificação de pressão-temperatura, o grau de pressão de trabalho da mola, o diâmetro nominal e a forma básica. Por fim, determine o modelo da válvula de segurança a ser selecionada.

I. Seleção da pressão nominal

A pressão nominal e a pressão de ajuste são conceitos diferentes, aos quais se deve prestar atenção ao determinar e selecionar as válvulas de segurança. A pressão nominal PN é um número arredondado usado como um código de referência relacionado à pressão, expresso em dígitos.

Nas válvulas de segurança, a pressão nominal refere-se à pressão mais alta que pode ser suportada na entrada da válvula de segurança. Ela está relacionada aos materiais e à temperatura. A pressão nominal do flange na saída da válvula de segurança geralmente é de um a três níveis mais baixa do que na entrada, o que deve ser observado na seleção.

Ao determinar a pressão nominal de uma válvula de segurança, a pressão nominal deve ser maior do que a pressão de ajuste. O ideal é que a pressão quando a válvula de segurança estiver totalmente aberta não exceda 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 (Observação: as válvulas de segurança com PN menor que 1,0 geralmente usam corpos de válvula de ferro fundido e não são recomendadas para uso em vasos de pressão).

II. Classificação de pressão e 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 na mesma pressão nominal diminui de forma correspondente. A pressão nominal da válvula deve ser determinada com base no meio que está sendo protegido, no material da válvula, na temperatura de trabalho e na pressão máxima de trabalho.

A pressão de trabalho máxima permitida da válvula em várias temperaturas pode ser calculada usando a fórmula abaixo ou selecionada na GB/T 9124-2000, "Technical Conditions for Steel Pipe Flanges" (Condições técnicas para flanges de tubos de aço).

Pt_máximo=PN[σ]^t /[σ]²⁰⁰

onde

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

III. Determinação do grau de pressão de trabalho da mola

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

A pressão de ajuste da válvula de segurança é ajustada alterando-se a quantidade de compressão da mola, e os diversos desempenhos da válvula de segurança também são controlados pela mola. Cada mola só pode funcionar em uma determinada faixa de pressão de ajuste. Exceder essa faixa exige a troca da mola, portanto, as válvulas de segurança com a mesma pressão nominal são divididas em diferentes graus de pressão de trabalho de acordo com a faixa de ajuste da pressão de ajuste projetada pela mola.

Do ponto de vista da garantia do desempenho da válvula de segurança, quanto menor for o limite da faixa de pressão de trabalho da mola, mais ela poderá garantir o desempenho da válvula de segurança. O método de classificação mais comum atualmente é mostrado na tabela. Os usuários podem consultá-lo ao selecionar 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 tubulação no sistema em termos numéricos, que é um valor de referência arredondado e não corresponde totalmente 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 de acordo com o modelo. O diâmetro nominal da saída da válvula de segurança de abertura total é geralmente um tamanho maior do que o diâmetro nominal da entrada, enquanto os diâmetros nominais da entrada e da saída da válvula de segurança de microabertura são geralmente os mesmos.

Consulte a tabela abaixo para obter a série 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, portanto, 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, levando 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 maior e o mais próximo possível do volume de descarga de segurança. O volume de descarga necessário (volume de descarga de segurança) para evitar a sobrepressão excessiva quando ocorre uma sobrepressão anormal é determinado pelas condições de trabalho do sistema ou equipamento e pelas causas da sobrepressão, entre outros fatores.

3. Diâmetro do fluxo

Para válvulas de segurança, o diâmetro do fluxo é o diâmetro mínimo da seção transversal da garganta da sede da válvula, e o diâmetro do fluxo afeta diretamente a capacidade de descarga da válvula de segurança. Ao selecionar uma válvula de segurança, primeiro calcule 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. Consulte a tabela abaixo

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

V. Seleção do tipo de válvula de segurança

Ao selecionar uma válvula de segurança, além de determinar a pressão nominal, a temperatura-pressão, o nível de pressão de trabalho da mola e o diâmetro nominal, também é necessário escolher a estrutura apropriada 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) Use válvulas de segurança de elevação total para descarregar gás ou vapor.

(2) Use válvulas de segurança de elevação total ou baixa para descarregar líquidos.

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

(4) No caso de válvulas de segurança usadas para gases com pressão de ajuste superior a 3,0 MPa e temperatura acima de 235 °C, considere o uso de válvulas de segurança com dissipadores de calor para evitar que o meio de descarga corroa diretamente a mola.

(5) Use válvulas de segurança de castelo aberto quando for permitido que o meio de descarga vaze para a atmosfera. Use válvulas de segurança fechadas quando o vazamento para a atmosfera não for permitido.

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

(7) Para situações com alta contrapressão, escolha válvulas de segurança balanceadas de contrapressão ou válvulas de segurança operadas por piloto.

(8) Em algumas situações importantes, às vezes é necessário instalar duas válvulas de segurança como reserva uma para a outra. As válvulas de isolamento de entrada e saída das duas válvulas de segurança devem adotar dispositivos de intertravamento mecânico para garantir que a área de descarga necessária para o vaso possa ser atendida a qualquer momento (inclusive durante os períodos de manutenção e inspeção).

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

(1) Fechado ou aberto:

O castelo e a tampa de uma válvula de segurança fechada são vedados. Sua função é, em primeiro lugar, proteger as partes internas de contaminantes externos, como poeira, sem exigir desempenho hermético; em segundo lugar, ela é usada para evitar o derramamento de meios tóxicos, inflamáveis e outros, ou para a recuperação de meios, portanto, é necessário um teste de hermeticidade. Quando um tipo fechado é selecionado e um teste de estanqueidade do lado da saída é necessário, ele deve ser especificado no momento do pedido. A pressão do teste de estanqueidade é geralmente definida 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 usadas principalmente para meios como o vapor.

(2) Se 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 meio atinge mais de 75% da pressão de ajuste, a chave de elevação pode ser usada para levantar levemente o disco da válvula da sede para verificar a flexibilidade da abertura da válvula.

3. Seleção de válvulas de segurança com estruturas especiais

(1) Com válvula de segurança do radiador.

Usada em situações em que a temperatura média é alta, a fim de reduzir a temperatura da câmara da mola. Geralmente, quando a temperatura de uma válvula de segurança do tipo fechado excede 250 °C e a temperatura de uma válvula de segurança do tipo aberto excede 350 °C, deve-se escolher uma válvula de segurança com radiador.

(2) Válvula de segurança de fole.

Usado principalmente nas duas situações a seguir:

1) Usado 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 de a válvula de segurança abrir, a força da contrapressão no disco da válvula está em um estado equilibrado. As alterações na contrapressão não afetam a pressão de ajuste; quando a contrapressão é variável e sua alteração excede 10% da pressão de ajuste, esse tipo de válvula de segurança deve ser selecionado.

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

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

4. Exemplo de seleção

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

(1) Usado para mídia de gás

1) Parâmetros do processo

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

2) Etapas de seleção

• Selecione a fórmula aplicável: Como o meio é ar purificado, a fórmula de cálculo do meio de gás deve ser usada.
• Verifique a tabela de propriedades do gás: 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 a norma GB/T12241-2005 para avaliar se o fluxo de gás é crítico ou subcrítico) A fórmula específica de avaliação e as definições dos símbolos são encontradas na norma.
• Calcule o deslocamento de acordo com a fórmula relevante.
• Escolha 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
• A substituição na equação acima resulta em: 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 1,6 MPa).
• Determinar o material: Como o meio é ar comprimido purificado, o corpo da válvula de aço carbono pode ser usado.

3) Determinar o modelo

Por meio do cálculo, a válvula de segurança de abertura total A42Y16C-DN50 pode ser selecionada, encerrando o processo de seleção.

(2) Para meio de vapor

1) Parâmetros do processo

• Número da etiqueta: SV-407
• Temperatura de operação: 350℃
• Pressão de abertura definida: 2,64 MPa
• 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 2,64 MPa < 11 MPa e a temperatura de operação é de 350 ℃; consulte a tabela de coeficientes de vapor superaquecido, a temperatura saturada do vapor a uma pressão absoluta de 2,74 MPa é de 230 ℃ e o fator de correção de vapor superaquecido correspondente é de 0,87, use a fórmula de vapor para o cálculo.

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

Use a válvula de segurança do tipo totalmente aberta modelo A48Y (para vapor), com um coeficiente de descarga nominal de 0,75.

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

Substitua na equação acima e obtenha: Wtsh×0,75=5,25×d₀² ×π/4×(2,64×1,03+0,1)×0,87, portanto d₀ =67.

Verifique as tabelas relacionadas, quando d ₀ =80, o diâmetro nominal correspondente para a válvula de segurança do tipo totalmente aberta é DN125.

Quando a temperatura de trabalho do corpo da válvula de aço carbono é de 350°C e a pressão de abertura (pressão absoluta) é de 2,74 MPa, a pressão nominal da válvula de segurança selecionada é de 4,0 MPa.

3) Determine o modelo:

Por meio das etapas acima, o A48Y40-DN125 pode ser selecionado.

Observação: O diâmetro nominal DN125 é especial e geralmente não é usado. Se for escolhido o DN150, o diâmetro da garganta da válvula de segurança correspondente será d₀ =100, que é muito maior do que o d₀ (67), causando saltos frequentes da válvula de segurança (quando o diâmetro da garganta selecionado da válvula de segurança é muito grande).