Você já se perguntou como as válvulas de segurança protegem os equipamentos industriais contra falhas catastróficas? As válvulas de segurança são vitais para evitar explosões ao liberar o excesso de pressão de caldeiras e vasos de pressão. Este artigo aborda os tipos, as características e os critérios de seleção das válvulas de segurança, oferecendo dicas essenciais para a instalação adequada. Ao continuar lendo, você entenderá como escolher e manter esses componentes cruciais para garantir a segurança operacional e a conformidade com os padrões do setor.
Uma válvula de segurança é um componente de segurança essencial para caldeiras, vasos de pressão e outros equipamentos de pressão, pois evita efetivamente incidentes de explosão resultantes da sobrepressão dos dispositivos de produção.
Dessa forma, as válvulas de segurança desempenham um papel fundamental nas fábricas de produtos químicos.
Para obter uma compreensão abrangente das válvulas de segurança, é essencial examinar sua classificação, características, critérios de seleção e requisitos de instalação.
As válvulas de segurança podem ser categorizadas em três tipos com base em sua estrutura geral e mecanismo de carregamento: tipo alavanca de martelo pesado, tipo molae tipo de pulso.
Dessas três, a válvula de segurança do tipo mola é a mais usada.
1. Válvula de segurança de alavanca de martelo pesado
A válvula de segurança de alavanca com martelo pesado opera usando um martelo pesado e uma alavanca para equilibrar a força no disco da válvula.
Aproveitando o princípio da alavanca, uma massa menor pode gerar uma força maior aumentando o comprimento da alavanca, e a pressão de abertura da válvula de segurança pode ser ajustada modificando a posição ou a massa do peso.
Vantagens:
A válvula de segurança de alavanca de martelo pesado tem uma estrutura simples e é fácil de ajustar com precisão. A carga não aumenta significativamente à medida que o disco da válvula sobe.
Ele é adequado para aplicações de alta temperatura e foi amplamente utilizado no passado, principalmente em caldeiras e vasos de pressão que exigiam altas temperaturas.
Desvantagens:
No entanto, a válvula de segurança com alavanca de martelo pesado tem uma estrutura volumosa e o mecanismo de carregamento é propenso a vibrações e vazamentos.
Além disso, ele tem uma baixa pressão de ressetamento, o que dificulta o fechamento hermético após a abertura.
2. Válvula de segurança do tipo mola
A válvula de segurança com mola usa a força de uma mola de compressão para equilibrar a força no disco da válvula.
A compressão da mola pode ser ajustada girando-se a porca de ajuste, permitindo que a pressão de abertura (ajuste) da válvula de segurança seja modificada conforme necessário.
Vantagens:
A válvula de segurança com mola tem uma estrutura leve e compacta, é altamente sensível, pode ser instalada em qualquer posição e é resistente à vibração. É ideal para uso em vasos de pressão móveis.
Desvantagens:
No entanto, a carga na válvula de segurança muda à medida que a válvula se abre, o que significa que, à medida que o disco da válvula sobe, a compressão da mola aumenta e a força no disco da válvula também aumenta. Isso pode afetar a abertura rápida da válvula de segurança.
Além disso, a exposição prolongada a altas temperaturas pode reduzir a elasticidade da mola, tornando necessário considerar o isolamento térmico ou a dissipação de calor quando usada em contêineres com altas temperaturas. Isso torna a estrutura mais complexa.
3. Válvula de segurança de pulso
A válvula de segurança do tipo pulso é composta por uma válvula principal e uma válvula auxiliar, e opera utilizando a ação de pulso da válvula auxiliar para acionar a válvula principal.
Sua estrutura é complexa e, normalmente, só é adequada para caldeiras e vasos de pressão que exigem uma grande capacidade de descarga de segurança.
Com base no modo de descarga do meio, as válvulas de segurança podem ser classificadas em três tipos: totalmente fechadas, semifechadas e abertas.
1. Válvula de segurança totalmente fechada
A válvula de segurança totalmente fechada descarrega todo o gás pelo tubo de exaustão, impedindo que qualquer meio vaze para fora quando estiver em operação.
Esse tipo de válvula de segurança é usado principalmente em contêineres que contêm gases tóxicos e inflamáveis.
2. Válvula de segurança semi-fechada
Em uma válvula de segurança semifechada, parte do gás descarregado passa pelo tubo de escape, enquanto a parte restante vaza pelo espaço entre a tampa da válvula e a haste da válvula.
Esse tipo de válvula de segurança é usado principalmente em contêineres que contêm gases que não prejudicam o meio ambiente.
3. Abra a válvula de segurança
A válvula de segurança aberta tem uma tampa de válvula aberta que conecta a câmara da mola à atmosfera, facilitando a redução da temperatura da mola.
Esse tipo de válvula de segurança é usado principalmente em contêineres que contêm vapor como meio ou gases de alta temperatura que não prejudicam a atmosfera.
A válvula de segurança é dividida principalmente em válvulas de segurança de microabertura e válvulas de segurança de abertura total com base na relação entre a altura máxima de abertura do disco da válvula e o diâmetro do caminho do fluxo da válvula de segurança.
1. Válvula de segurança de microelevação
A altura de abertura de uma válvula de segurança de microabertura é inferior a 1/4 do diâmetro do canal, geralmente de 1/40 a 1/20 do diâmetro do canal.
Esse tipo de válvula de segurança opera por meio de ação proporcional e é usado principalmente em aplicações de líquidos e, às vezes, em aplicações de gás com baixa descarga.
2. Válvula de segurança de elevação total
A altura de abertura de uma válvula de segurança totalmente aberta é igual ou superior a 1/4 do diâmetro do canal de fluxo.
A área de descarga de uma válvula de segurança totalmente aberta é igual à área mínima da seção transversal da garganta da sede da válvula.
Esse tipo de válvula de segurança opera por meio de ação de dois estágios e requer um mecanismo de elevação para abrir totalmente. Ela é usada principalmente em aplicações de meio de gás.
A válvula de segurança também pode ser classificada em válvulas de segurança de ação direta e válvulas de segurança de ação indireta com base no princípio de ação.
1. Válvula de segurança de ação direta
A válvula de segurança de ação direta opera pela ação direta do meio de trabalho, o que significa que a pressão do meio de trabalho abre a válvula superando a carga mecânica imposta pelo mecanismo de carga no disco da válvula.
Esse tipo de válvula de segurança tem uma estrutura simples e opera rapidamente com alta confiabilidade. No entanto, devido a limitações em sua estrutura, ela não é adequada para aplicações de alta pressão e grande diâmetro.
2. Válvula de segurança de ação não direta
A válvula de segurança de ação direta pode ainda ser dividida em dois tipos: válvulas de segurança piloto e válvulas de segurança com dispositivos auxiliares de potência.
Determinação de vários parâmetros da válvula de segurança:
Escolha a pressão nominal com base no material da válvula, na temperatura de operação e na pressão máxima de trabalho.
O nível de pressão de trabalho deve ser selecionado com base na pressão de projeto e na temperatura de projeto do vaso de pressão.
É importante observar que a pressão de trabalho da válvula de segurança tem um significado diferente da pressão de trabalho da mola.
A pressão de trabalho da válvula de segurança refere-se à pressão estática na frente da válvula durante a operação normal, que é equivalente à pressão de trabalho do sistema ou equipamento protegido.
Por outro lado, o nível de pressão de trabalho da mola refere-se à faixa de pressão permitida da mola.
Dentro dessa faixa, a pressão de abertura (ou seja, a pressão de ajuste) da válvula de segurança pode ser ajustada alterando-se a compressão de pré-carga da mola.
As válvulas de segurança com a mesma pressão nominal podem ter diferentes níveis de pressão de trabalho com base nos requisitos de projeto da mola.
Ao selecionar uma válvula de segurança, é fundamental determinar o nível de pressão de trabalho com base no valor de pressão de abertura necessário.
A pressão de descarga de uma válvula de segurança é normalmente 1,1 vezes a pressão de ajuste (pressão de abertura), enquanto a pressão de descarga de uma válvula de segurança de caldeira a vapor é 1,03 vezes a pressão de ajuste.
A capacidade de descarga da válvula de segurança deve ser determinada com base na descarga necessária, e a capacidade de descarga da válvula de segurança deve ser igual ou superior à descarga necessária.
A descarga necessária do sistema protegido refere-se à quantidade que deve ser expelida para evitar a sobrepressão no caso de uma sobrepressão anormal do sistema.
Esse valor é determinado pelas condições de trabalho, pela capacidade e pela possível sobrepressão do sistema ou equipamento.
O material da válvula de segurança deve considerar a temperatura e a pressão de trabalho do meio, as propriedades do meio e a viabilidade e o custo-benefício do material.
Determinação da estrutura especial das válvulas de segurança
① Para vapor com pressão de abertura superior a 3 Mpa ou gás com temperatura média superior a 320 ℃, deve ser selecionada uma válvula de segurança com um radiador (aleta).
② No caso de uma válvula de segurança que esteja suportando contrapressão adicional, e se a alteração na contrapressão exceder 10% da pressão de ajuste, deve-se optar por uma válvula de segurança de fole. Além disso, para uma válvula de segurança que lida com um meio corrosivo, uma válvula de segurança de fole também deve ser selecionada para evitar a corrosão da mola e do mecanismo de guia pelo meio.
③ Para meios inflamáveis, altamente tóxicos ou extremamente perigosos, deve ser utilizada uma válvula de segurança fechada. Se for necessária uma válvula de segurança com um mecanismo de elevação, deve-se usar uma válvula de segurança fechada com uma chave.
④ Para meios não perigosos, como ar, água quente ou vapor acima de 60 ℃, deve ser adotada uma válvula de segurança com chave.
⑤ Para caminhões tanque de liquefação (tanque), deve-se adotar uma válvula de segurança integrada.
⑥ Para condições de trabalho com grande capacidade de descarga, o tipo totalmente aberto deve ser selecionado. Para condições de trabalho com pressão de trabalho estável e pequena capacidade de descarga, deve-se escolher o tipo micro start. Para condições de alta pressão com grande capacidade de descarga, deve ser selecionado um tipo de partida indireta, como uma válvula de segurança de pulso. Para vasos com mais de 6 m de comprimento, devem ser instaladas duas ou mais válvulas de segurança.
⑦ Para recipientes fixos com baixa pressão de trabalho, pode-se usar uma válvula de segurança do tipo peso estático (panela de pressão) ou do tipo peso de alavanca. Para equipamentos móveis, uma mola deve ser adotada.
Se o meio for espesso e propenso a bloqueio, deve ser selecionado um dispositivo de alívio combinado em série de uma válvula de segurança e um disco de ruptura.
① A válvula de segurança deve ser instalada verticalmente para cima.
② A posição de instalação deve ser a mais próxima possível do equipamento ou da tubulação protegida.
③ A válvula de segurança deve ser instalada em um local de fácil manutenção e ajuste, com espaço suficiente ao seu redor.
④ A válvula de segurança de um vaso de pressão deve ser instalada no espaço da fase gasosa acima do nível de líquido do vaso ou na tubulação, com o ponto de conexão localizado no espaço da fase gasosa do vaso de pressão.
⑤ Para contêineres e equipamentos que contenham meios inflamáveis, tóxicos ou viscosos, uma válvula de bloqueio pode ser instalada na frente da válvula de segurança. No entanto, a área de fluxo da válvula de bloqueio não deve ser menor do que a área de fluxo mínima da válvula de segurança, e uma vedação de chumbo deve ser instalada para garantir que a válvula de bloqueio esteja totalmente aberta e normalmente aberta.
Para reduzir a influência da autogravidade da válvula e evitar a fadiga por estresse e a fadiga por vibração de descarga, a válvula de segurança deve ser instalada no sentido inverso ao da válvula de bloqueio.
Se a válvula de segurança puder ser bloqueada ou corroída por materiais, um disco de ruptura deve ser colocado na frente de sua entrada, uma válvula de inspeção deve ser instalada entre a válvula de segurança e o disco de ruptura, e medidas antibloqueio, como purga traseira, rastreamento de calor ou isolamento térmico, devem ser tomadas em sua tubulação de entrada.
A válvula de segurança instalada na tubulação deve ser colocada em um local onde a pressão do fluido seja relativamente estável e a uma certa distância da fonte de flutuação. Ela não deve ser instalada no canto morto da tubulação horizontal.
⑨ Em tubulações, trocadores de calor ou vasos de pressão com um meio líquido, quando a válvula está fechada, a expansão térmica pode resultar em alta pressão. Para resolver esse problema, a válvula de segurança pode ser instalada horizontalmente para descarregar o líquido diretamente para baixo.
⑩ Para descarga de emergência de ar, o orifício do tubo deve ser plano, não afiado e sem rebarbas para evitar descarga eletrostática.
O ponto de instalação da válvula de segurança não deve sujeitá-la a uma contrapressão excessiva e deve estar dentro da faixa permitida especificada. O corpo da válvula de segurança deve ser apoiado de forma estável.
Para contêineres com meios extremamente perigosos ou inflamáveis e explosivos, a saída da válvula de segurança deve ser conduzida a um local seguro e manuseada adequadamente.
Se mais de duas válvulas de segurança compartilharem um tubo de descarga, a área da seção transversal do tubo de descarga não poderá ser menor do que a soma das áreas da seção transversal das saídas de todas as válvulas de segurança. No entanto, oxigênio ou gás combustível e outros dois gases que possam produzir uma reação química entre si não podem compartilhar um tubo de descarga.
① Para meios corrosivos, a válvula de segurança deve ser instalada em conjunto com um disco de ruptura.
② Para meios altamente tóxicos, deve ser selecionada uma válvula de segurança com boa vedação.
③ Para meios de alta temperatura, a alta temperatura pode ter um impacto significativo sobre a mola, portanto, as válvulas de segurança com mola devem ser evitadas.
④ Para válvulas de segurança importantes ou vulneráveis a incêndios, um sistema de proteção por spray deve ser instalado.
⑤ No caso de válvulas de segurança para tanques esféricos, devem ser instaladas válvulas de segurança duplas, e a capacidade de alívio de pressão de qualquer válvula de segurança deve ser suficiente para atender aos requisitos de alívio de pressão de segurança do tanque esférico.
⑥ A válvula de segurança deve ser equipada com um jumper eletrostático.
Para evitar que a válvula de segurança abra e feche repetidamente, causando vibração e danificando a válvula, a queda de pressão na tubulação de entrada da válvula de segurança deve ser reduzida. Isso pode ser feito aumentando o diâmetro do tubo de entrada e encurtando a seção do tubo de entrada.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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