Selección de válvulas de seguridad

Elegir y poner en servicio la válvula de seguridad correcta, incluyendo consideraciones de selección, ajuste, sellado, posicionamiento y efectos de la contrapresión.

Como existe una gama tan amplia de válvulas de seguridad, no hay dificultad en seleccionar una válvula de seguridad que cumpla con los requisitos específicos de una aplicación determinada. Una vez que se ha seleccionado un tipo adecuado, es imperativo que se establezcan la presión de alivio y capacidad de descarga correctas, y se especifique una válvula de tamaño adecuado y presión de ajuste.

La selección de un tipo específico de válvula de seguridad está gobernada por varios factores:

• Costo - Esta es la consideración más obvia al seleccionar una válvula de seguridad para una aplicación no crítica. Al hacer comparaciones de costos, es imperativo considerar la capacidad de la válvula así como el tamaño nominal. Como se mencionó en el módulo anterior, puede haber grandes variaciones entre modelos con la misma conexión de entrada pero con diferentes características de levantamiento.
• Tipo de sistema de disposición - Las válvulas con tapa abierta pueden usarse en vapor, aire o gas no tóxico, si la descarga a la atmósfera, además de a través del sistema de descarga, es aceptable. A menudo se especifica una palanca de alivio en estas aplicaciones. Para aplicaciones de gas o líquido, donde no se permite la fuga a la atmósfera, debe especificarse una tapa cerrada. En tales aplicaciones, también es necesario usar una tapa cerrada/hermética al gas o palanca empaquetada. Para aplicaciones con una contrapresión impuesta significativa (común en colectores, típicamente vista en la industria de procesos), se requiere una construcción de fuelle o pistón balanceado.
• Construcción de la válvula - Debe usarse una construcción de tipo semi-boquilla para medios no tóxicos, no corrosivos a presiones moderadas, mientras que las válvulas con construcción de tipo boquilla completa se usan típicamente en la industria de procesos para medios corrosivos o para presiones extremadamente altas. Para fluidos corrosivos o altas temperaturas, también pueden requerirse materiales especiales de construcción.
• Características operativas - Los requisitos de rendimiento varían según la aplicación y la válvula debe seleccionarse en consecuencia. Para calderas de vapor, se requiere una pequeña sobrepresión, generalmente del 3% o 5%. Para la mayoría de las otras aplicaciones, se requiere una sobrepresión del 10%, pero según API 520, para aplicaciones especiales como protección contra incendios, se permiten válvulas más grandes con sobrepresiones del 20%. Para líquidos, son comunes sobrepresiones del 10% o 25%, y los valores de blowdown tienden a ser de hasta el 20%.
• Aprobación - Para muchas aplicaciones de válvulas, el usuario final indicará el código o norma requerida para la construcción y rendimiento de la válvula. Esto generalmente va acompañado de un requisito de aprobación por una autoridad independiente, para garantizar el cumplimiento con la norma requerida.

Ajuste y sellado

Para establecer correctamente la presión de ajuste, los siguientes términos requieren cuidadosa consideración:

• Presión normal de trabajo (NWP) - La presión operativa del sistema bajo condiciones de carga completa.
• Presión máxima de trabajo permitida (MAWP) - A veces llamada presión segura de trabajo (SWP) o presión de diseño del sistema. Esta es la presión máxima que existe en condiciones normales de operación (relativa a la temperatura máxima de operación) del sistema.
• Presión máxima de acumulación permitida (MAAP) - La presión máxima que el sistema puede alcanzar de acuerdo con la especificación de las normas de diseño del sistema. La MAAP se expresa a menudo como porcentaje de la MAWP. Para aparatos que usan vapor, la MAAP será a menudo un 10% mayor que la MAWP, pero esto no siempre es así. Si la MAWP no está fácilmente disponible, debe contactarse a la autoridad responsable de asegurar el aparato. Si no se puede establecer la MAAP, no debe considerarse mayor que la MAWP.
• Presión de ajuste (P ) - La presión a la cual la válvula de seguridad comienza a levantarse.
• Presión de alivio (PR) - Esta es la presión a la cual se logra la capacidad completa de la válvula de seguridad. Es la suma de la presión de ajuste (PS) y la sobrepresión (PO).
• Sobrepresión (PO) - La sobrepresión es el porcentaje de la presión de ajuste a la cual la válvula de seguridad está diseñada para operar. Hay dos restricciones fundamentales que deben tenerse en cuenta al establecer la presión de ajuste de una válvula de seguridad:

1. La presión de ajuste debe ser lo suficientemente baja para asegurar que la presión de alivio nunca exceda la presión máxima de acumulación permitida (MAAP) del sistema.
2. La presión de ajuste debe ser lo suficientemente alta para asegurar que hay un margen suficiente por encima de la presión normal de trabajo (NWP) para permitir que la válvula de seguridad se cierre. Sin embargo, la presión de ajuste nunca debe ser mayor que la presión máxima de trabajo permitida (MAWP). Para cumplir con la primera restricción, es necesario considerar las magnitudes relativas del porcentaje de sobrepresión y el porcentaje de MAAP (expresado como porcentaje de la MAWP). Hay dos casos posibles:

• El porcentaje de sobrepresión de la válvula de seguridad es menor o igual al porcentaje de MAAP del sistema - Esto significa que la presión de ajuste puede hacerse igual a la MAWP, ya que la presión de alivio siempre será menor que la MAAP real. Por ejemplo, si la sobrepresión de la válvula de seguridad fuera del 5%, y la MAAP fuera del 10% de la MAWP, la presión de ajuste se elegiría igual a la MAWP. En este caso, la presión de alivio (igual a la presión de ajuste + 5% de sobrepresión) sería menor que la MAAP, lo cual es aceptable. Nota: que si el porcentaje de MAAP fuera mayor que el porcentaje de sobrepresión, la presión de ajuste se seguirá haciendo igual a la MAWP, ya que aumentarla por encima de la MAWP violaría la segunda restricción.
• El porcentaje de sobrepresión de la válvula de seguridad es mayor que el porcentaje de MAAP del sistema - En este caso, hacer la presión de ajuste igual a la MAWP significará que la presión de alivio sería mayor que la MAAP, por lo que la presión de ajuste debe ser menor que la MAWP. Por ejemplo, si la sobrepresión de la válvula de seguridad fuera del 25% y el porcentaje de MAAP fuera solo del 10%, hacer la presión de ajuste igual a la MAWP significa que la presión de alivio sería un 15% mayor que la MAAP. En este caso, la presión de ajuste correcta debería ser un 15% menor que la MAWP. La siguiente tabla resume la determinación del punto de ajuste basado en la primera restricción. Tabla 9.3.1 Determinación de la presión de ajuste usando la sobrepresión de la válvula de seguridad y la MAAP del aparato

A menos que las consideraciones operativas dicten lo contrario, para cumplir con la segunda restricción, la presión de ajuste de la válvula de seguridad siempre debe estar algo por encima de la presión normal de trabajo con un margen permitido para el blowdown. Una válvula de seguridad ajustada justo por encima de la presión normal de trabajo puede llevar a un mal cierre después de cualquier descarga.

Cuando la presión operativa del sistema y la presión de ajuste de la válvula de seguridad deben estar lo más cerca posible una de otra, se recomienda un margen mínimo de 0,1 bar entre la presión de reasentamiento y la presión operativa normal para asegurar un cierre hermético. Esto se denomina ‘margen de cierre’. En este caso, es importante tener en cuenta cualquier variación en la presión operativa del sistema antes de agregar el margen de 0,1 bar. Tales variaciones pueden ocurrir donde una válvula de seguridad se instala después de válvulas reductoras de presión (PRV) y otras válvulas de control, con bandas proporcionales relativamente grandes.

La presión de ajuste se elegiría por lo tanto como 7,11 bar, siempre que esto no exceda la MAWP del sistema protegido.

Efectos de la contrapresión sobre la presión de ajuste

Para una válvula de seguridad convencional sujeta a una contrapresión impuesta constante, la presión de ajuste se reduce efectivamente en una cantidad igual a la contrapresión. Para compensar esto, la presión de ajuste requerida debe aumentarse en una cantidad igual a la contrapresión. La presión diferencial de prueba en frío (la presión ajustada en el banco de prueba) será por lo tanto:

Para contrapresión impuesta variable, la presión de ajuste efectiva podría cambiar a medida que la contrapresión varía, y no podría usarse una válvula convencional si la variación fuera más del 10% al 15% de la presión de ajuste. En su lugar, tendría que usarse una válvula balanceada.

Las relaciones de nivel de presión para válvulas de alivio de presión como se muestra en la Práctica Recomendada API 520 se ilustran en la Figura 9.3.1.

Ajuste de una válvula de seguridad

Para la mayoría de los tipos de válvula de seguridad, el ajuste con aire o gas es permisible. Generalmente se emplea un banco de prueba especialmente construido, que permite el montaje fácil y rápido de la válvula de seguridad, para ajuste, y posterior bloqueo y sellado de la válvula a la presión de ajuste requerida. El requisito más importante, además de las consideraciones habituales de seguridad, es que se usen manómetros de calidad de instrumentos y exista un sistema de calibración regular. Todas las normas de válvulas de seguridad especificarán una tolerancia particular para la presión de ajuste (que es típicamente alrededor del 3%) y esto debe observarse. También es importante que el ambiente sea limpio, libre de polvo y relativamente silencioso.

Sellado

Para válvulas que no reclaman ninguna norma particular y sin referencia a una norma en la placa de identificación o literatura de soporte, no hay restricción sobre quién puede ajustar la válvula. Tales válvulas normalmente se usan para indicar que se ha alcanzado cierta presión, y no actúan como un dispositivo de seguridad. Para válvulas que están aprobadas independientemente por un organismo notificado, a una norma específica, el ajuste y sellado de la válvula es parte de la aprobación. En este caso, la válvula debe ser ajustada por el fabricante o un agente aprobado del fabricante que trabaje de acuerdo con procedimientos de calidad acordados y use equipos aprobados por el fabricante o el organismo notificado. Para prevenir alteraciones o manipulaciones no autorizadas, la mayoría de las normas requieren que se haga provisión para sellar la válvula después del ajuste. El método más común es usar alambre de sellado para asegurar la tapa a la carcasa del muelle y la carcasa al cuerpo. También puede usarse para bloquear los pines de cualquier anillo de ajuste de blowdown en posición. El alambre se sella posteriormente con un sello de plomo, que puede llevar la impresión de la marca comercial del ajustador.

Posicionamiento de la válvula de seguridad

Para asegurar que la presión máxima de acumulación permitida de cualquier sistema o aparato protegido por una válvula de seguridad nunca se exceda, debe considerarse cuidadosamente la posición de la válvula de seguridad en el sistema. Como existe una gama tan amplia de aplicaciones, no hay una regla absoluta sobre dónde debe colocarse la válvula y por lo tanto, cada aplicación necesita tratarse por separado.