Como escolher a válvula de segurança certa para serviços de vapor, gás e líquidos

Selecionar a válvula de segurança adequada é uma das decisões de engenharia mais críticas em sistemas de processo e de energia. A válvula de segurança serve como proteção definitiva contra sobrepressão, garantindo que equipamentos como caldeiras, vasos de pressão e tubulações operem dentro de limites seguros. Uma incompatibilidade entre o projeto da válvula e o meio de serviço – seja vapor, gás ou líquido – pode levar a falhas catastróficas ou perda de contenção. Portanto, deve-se prestar muita atenção ao dimensionamento, à compatibilidade dos materiais e à conformidade com os códigos relevantes.

Para válvulas de segurança, os critérios de projeto e seleção são fornecidos por uma variedade de normas, para vasos de pressão, por exemplo, ASME Seção VIII, para sistemas de alívio, por exemplo, API 520/521, para válvulas de segurança, por exemplo, ISO 4126. O objetivo é garantir a operação segura da válvula de segurança no processo em questão. A operação deve ser confiável e segura. Além disso, tem de cumprir as leis e regulamentos aplicáveis ​​da indústria, por exemplo, geração de energia, processamento químico, produção de petróleo e gás.

O processo de seleção da válvula correta é baseado em uma série de parâmetros técnicos que permitem avaliar a válvula necessária em aplicações práticas.

A pressão operacional de uma válvula de segurança é definida no ponto em que a válvula abre pela primeira vez. Isto também determina a quantidade de tensão da mola necessária, bem como o material da superfície de assentamento. É essencial que a pressão máxima de trabalho permitida (MAWP) de um sistema não exceda a pressão definida das suas válvulas de segurança. Eles também devem ser projetados para suportar a pressão máxima esperada. Em pressões mais altas, são necessárias válvulas de segurança maiores e mais robustas, feitas de materiais como aço inoxidável ou ligas de cromo-molibdênio, para suportar as forças de trabalho.

A temperatura também tem um grande efeito na escolha dos materiais. No serviço a vapor, os materiais podem sofrer expansão térmica ou fluência em temperaturas mais altas, portanto, devem ser muito estáveis ​​termicamente tanto para as partes principais de um item quanto para detalhes ou acabamentos. Por outro lado, alguns dos serviços de gás são arrefecidos a temperaturas muito baixas e, nestes casos, o material deve reter ductilidade a estas temperaturas muito baixas, a fim de se formar e funcionar adequadamente em serviço criogénico.

A natureza do meio que flui através de uma válvula tem efeitos significativos nas características do fluxo. Como o vapor e o gás são fluidos compressíveis que se expandem rapidamente quando abertos e depois liberados, seu controle e purga segura através de uma válvula são críticos. Além disso, o controle do reajuste da válvula é importante para garantir que não haja reaberturas indesejadas. O fluxo de líquidos, que são incompressíveis, pode fazer com que o fluido seja descarregado de maneira muito diferente, o que pode causar problemas como choque hidráulico se não for controlado.

As válvulas de serviço de vapor podem usar elevação total para controlar; as caldeiras apresentam grandes aumentos de pressão muito rapidamente. As válvulas de gás requerem um controle muito preciso para evitar vibrações causadas por flutuações de contrapressão. As válvulas de sede macia são ideais para aplicações com líquidos porque apresentam vazamento mínimo e podem ter um fechamento muito hermético após um evento de alívio.

A compatibilidade dos materiais garante confiabilidade a longo prazo, evitando ataques químicos ou degradação mecânica. Para ambientes corrosivos – como aqueles que envolvem gases ácidos ou líquidos salinos – podem ser necessárias ligas especiais como Monel®, Hastelloy® ou aços inoxidáveis ​​duplex. Em sistemas de vapor de alta temperatura, os aços cromo-molibdênio oferecem excelente retenção de resistência.

O equilíbrio entre relação custo-benefício e durabilidade é muito importante. Embora existam materiais mais exóticos disponíveis, que podem ter um investimento inicial maior, eles são capazes de reduzir a quantidade de manutenção necessária e durarão mais em condições extremas.

Os vários códigos internacionais oferecem métodos para dimensionar e especificar a configuração apropriada da válvula de segurança para uso em diversas indústrias.

Código ASME para caldeiras e vasos de pressão (BPVC) A Seção I trata de caldeiras que usam vapor. A Seção VIII cobre vasos de pressão não queimados que são normalmente usados ​​em instalações de processamento químico e refinarias. A API 520/521 descreve o dimensionamento de sistemas de ventilação de alívio de gás e líquido normalmente encontrados em instalações de processamento de hidrocarbonetos. A ISO 4126 estabelece requisitos de desempenho para válvulas de alívio que são aplicáveis ​​em todo o mundo e independentes do meio utilizado.

A conformidade garante que possamos rastrear todos os nossos produtos desde o local onde foram instalados até o local onde foram fabricados. Como parte do nosso processo de aprovação de fábrica, testamos válvulas certificadas quanto à precisão de elevação, estanqueidade da sede e capacidade de descarga antes de serem lançadas no mercado. Esses produtos são frequentemente especificados por concessionárias de energia e operadoras de petróleo e gás e são cobertos pelos programas de garantia de qualidade que operamos.

O dimensionamento adequado de uma válvula de segurança é importante. Para garantir que a válvula não exceda o “acúmulo permitido” conforme definido pelo código (que normalmente é 10% acima do MAWP), o engenheiro deve determinar a capacidade de alívio necessária da válvula de segurança. Isto é normalmente feito através da determinação do fluxo necessário, através da utilização de equações de fluxo que se relacionam com as propriedades termodinâmicas do meio em questão. Para gases e vapor, isso seria em termos de vazão mássica, e para líquidos, em termos de vazão volumétrica.

O coeficiente de fluxo (Cv) de uma determinada válvula é definido pelo fabricante. Ao selecionar um Cv adequado, deve-se ter certeza de que a válvula escolhida não é muito pequena e restritiva ou muito grande e cria condições instáveis. Além disso, os efeitos da contrapressão no reajuste da válvula também devem ser considerados para garantir que não haja contrapressão adequada para restringir o reajuste da válvula após a descarga.

Diferentes meios criam problemas diferentes e precisam de designs de válvula diferentes para funcionar com sucesso.

As válvulas de vapor devem suportar temperaturas extremas, muitas vezes superiores a 500°C, ao mesmo tempo que respondem rapidamente a eventos repentinos de sobrepressão comuns em caldeiras. Eles normalmente apresentam ligas termicamente estáveis, como aço inoxidável 316 ou aços Cr-Mo, para evitar empenamento sob aquecimento cíclico. Os projetos de sede incluem configurações de bico completo que promovem um controle de purga eficiente e minimizam vazamentos após o reassentamento.

O serviço de gás exige controle preciso sobre a purga – a diferença entre as pressões de abertura e reassentamento – para evitar trepidação devido à dinâmica do fluxo compressível. A construção leve reduz a inércia durante a atuação, enquanto as geometrias de acabamento especializadas otimizam a eficiência de descarga em pressões variadas. Os sistemas de gás limpo podem usar guarnições padrão de aço inoxidável; entretanto, gases corrosivos como o sulfeto de hidrogênio requerem ligas à base de níquel com propriedades de resistência superiores.

A descarga rápida pode causar golpe de aríete, que é um grande risco para serviços com líquidos. Para controlar esse risco, o amortecimento é um elemento crítico no projeto de válvulas para serviços de líquidos. Válvulas de sede macia feitas de PTFE ou elastômeros são normalmente usadas para serviços com líquidos, pois podem garantir fechamento hermético sob condições estáticas. Qualquer vazamento pode ser catastrófico para o processo. O dimensionamento das passagens de fluxo também é crítico para evitar a erosão por cavitação que pode ocorrer devido à queda repentina de pressão dentro do corpo da válvula.

As práticas de instalação têm um efeito significativo na confiabilidade das bombas instaladas em operação.

As válvulas de segurança devem ser instaladas verticalmente para garantir que abram e fechem corretamente. Tubulação reta deve ser usada no lado de entrada para minimizar perdas por atrito. O uso excessivo de curvas, bem como a instalação de válvulas de segurança no plano horizontal, podem causar tensões na tubulação que levam ao desalinhamento do bico e do disco. As válvulas de segurança também requerem suporte adequado da tubulação de saída para evitar que o corpo da válvula seja deformado por forças de reação durante a descarga. O suporte inadequado também pode causar aumento da contrapressão, afetando a precisão do reassentamento.

É importante facilitar o acesso aos testes periódicos, a fim de cumprir os requisitos das autoridades reguladoras, como a OSHA ou os conselhos locais de inspeção de caldeiras. Para testar sem a necessidade de desmontar todo o sistema, alavancas de teste ou mesmo atuação remota devem ser integradas ao sistema. Quanto mais severas forem as condições de serviço, mais frequentes deverão ser realizadas as verificações. Embora os serviços de alto risco tenham de ser verificados semestralmente, os serviços médios são verificados anualmente. No entanto, as vedações vazando das sedes ou levantando lentamente podem ser um sinal de desgaste e precisam de manutenção rápida.

A JGPV é fabricante líder global de válvulas de segurança e alívio de alta qualidade para serviços de Vapor, Gás e Líquidos em diversos setores. Os produtos JGPV atendem a códigos e padrões internacionais como ASME BPVC e ISO 4126 para todos os seus produtos e serviços. Nossa equipe de especialistas em engenharia é capaz de auxiliar no dimensionamento, seleção de materiais adequados e solucionar problemas encontrados durante o comissionamento das válvulas. Nossas fábricas estão equipadas com as mais recentes tecnologias e apoiadas por nossa experiente equipe de qualidade para garantir que todos os processos, desde a fundição até a montagem final, sejam de alto padrão e sejam testados antes de serem despachados com documentação completa e rastreabilidade de acordo com a prática do setor.

A proteção das pessoas, das instalações e do meio ambiente ao lidar com processos que funcionam com vapor, gases ou líquidos é garantida pela escolha adequada de válvulas de segurança. Dependendo do fluido em questão, não só devem ser consideradas diferentes áreas de aplicação, mas também diferentes aspectos em termos de design. Assim, para aplicações a vapor o aspecto da expansão térmica deve ser levado em conta enquanto que para serviços líquidos o aspecto do choque hidráulico deve ser evitado. As correspondentes adaptações de projeto são garantidas pela adesão às normas reconhecidas, mas um fornecedor especializado em válvulas de segurança, como a JGPV, deve estar envolvido na seleção das válvulas de segurança adequadas. Em cooperação com seus engenheiros experientes, ele pode oferecer soluções de engenharia qualificadas e certificadas para a aplicação específica, proporcionando assim uma segurança operacional ideal.

As válvulas de serviço a vapor são projetadas para suportar mudanças de temperatura e pressão encontradas no serviço a vapor. As válvulas de serviço de líquidos são projetadas para lidar com choques hidráulicos e formar um fechamento hermético usando um design de sede macia.

Para alguns serviços críticos, o intervalo de inspeção pode ser de seis em seis meses, mas em geral, para a maioria dos serviços, recomendamos uma inspeção anual em condições normais de operação. No entanto, sob certas circunstâncias, como exposição a meios corrosivos ou ciclos elevados, pode ser necessário inspecionar com mais frequência.

A intercambialidade não é recomendada, porque cada meio tem suas próprias propriedades físicas e, portanto, é melhor utilizado em aplicações específicas onde o meio e o design foram otimizados para o melhor funcionamento possível.