Instalação de Válvula de Segurança

Conselhos importantes de instalação, incluindo manuseio, condições da planta, configuração de tubulação, marcações e considerações de ruído.

Estanqueidade do assento

A estanqueidade do assento é uma consideração importante ao selecionar e instalar uma válvula de segurança, pois não apenas pode levar a uma perda contínua de fluido do sistema, mas o vazamento também pode causar deterioração das superfícies de vedação, o que pode levar a uma elevação prematura da válvula. A estanqueidade do assento é afetada por três fatores principais; primeiro pelas características da válvula de segurança, segundo pela instalação da válvula de segurança e, terceiro, pela operação da válvula de segurança.

Características da válvula de segurança

Para que uma válvula com assento metálico forneça um fechamento aceitável, as superfícies de vedação precisam ter um alto grau de planicidade com um acabamento superficial muito bom. O disco deve articular na haste e o guia da haste não deve causar nenhum efeito de atrito indevido. Valores típicos necessários para um fechamento aceitável para uma válvula com assento metálico são 0,5 μm para acabamento superficial e duas bandas de luz óptica para planicidade. Além disso, para uma vida útil razoável, as superfícies de acoplamento e vedação devem ter alta resistência ao desgaste. Ao contrário das válvulas de isolamento comuns, a força de fechamento líquida atuando no disco é relativamente pequena, devido a haver apenas uma pequena diferença entre a pressão do sistema atuando no disco e a força da mola que se opõe a ela. Selos resilientes ou elastoméricos incorporados nos discos das válvulas são frequentemente usados para melhorar o fechamento, onde as condições do sistema permitem. Deve-se notar, no entanto, que um selo macio é frequentemente mais suscetível a danos do que um assento metálico.

Instalação da válvula de segurança

Danos ao assento podem frequentemente ocorrer quando uma válvula é levantada pela primeira vez como parte do procedimento geral de comissionamento da planta, porque muito frequentemente, sujeira e detritos estão presentes no sistema. Para garantir que matéria estranha não passe pela válvula, o sistema deve ser lavado antes que a válvula de segurança seja instalada e a válvula deve ser montada onde sujeira, incrustação e detritos não possam se acumular. Também é importante em aplicações de vapor reduzir a propensão ao vazamento instalando a válvula de modo que o condensado não possa se acumular no lado a montante do disco. Isso pode ser conseguido instalando a válvula de segurança acima da tubulação de vapor, conforme mostrado na Figura 9.5.1. Onde as válvulas de segurança são instaladas abaixo da tubulação, o vapor condensará, preencherá a tubulação e umedecerá o lado a montante do assento da válvula de segurança. Este tipo de instalação não é recomendado, mas é mostrado na Figura 9.5.2 para fins de referência. Além disso, é essencial em todos os momentos garantir que a tubulação a jusante seja bem drenada para que o alagamento a jusante (que também pode encorajar corrosão e vazamento) não possa ocorrer, conforme mostrado na Figura 9.5.3.

Operação da válvula de segurança

O vazamento também pode ser experimentado quando há sujeira ou incrustação sobre a superfície do assento. Isso geralmente ocorre durante a elevação periódica exigida por seguradoras e programas de manutenção de rotina. A elevação adicional da alavanca geralmente limpará qualquer sujeira que possa estar na superfície do assento. A grande maioria dos problemas de vazamento de assento de válvulas de segurança ocorre após a fabricação e teste iniciais. Esses problemas tipicamente resultam de danos durante o transporte e, às vezes, como resultado de uso indevido e contaminação, ou devido a instalação inadequada. A maioria das normas de válvulas de segurança não inclui parâmetros detalhados de fechamento. Para aquelas que incluem, os requisitos e procedimentos de teste recomendados são geralmente baseados na norma API 527, que é comumente usada em toda a indústria de válvulas de segurança. O procedimento para testar válvulas que foram ajustadas em ar envolve bloquear todos os caminhos de vazamento secundário, enquanto mantém a válvula a 90% da pressão de ajuste em ar (veja Figura 9.5.4). A saída da válvula de segurança é conectada a um tubo de 6 mm de diâmetro interno, cuja extremidade é mantida 12,7 mm abaixo da superfície da água contida em um recipiente adequado e transparente. O número de bolhas descarregadas deste tubo por minuto é medido. Para a maioria das válvulas ajustadas abaixo de 70 bar g, o critério de aceitação é 20 bolhas por minuto. Para válvulas ajustadas em vapor ou água, a taxa de vazamento deve ser avaliada usando o meio de ajuste correspondente. Para vapor, não deve haver vazamento visível observado contra um fundo preto por um minuto após um período de estabilização de três minutos. No caso de água, há uma pequena permissão de vazamento, dependendo da área do orifício, de 10 ml por hora por polegada do diâmetro nominal de entrada. O procedimento acima pode ser demorado, portanto, é comum que os fabricantes empreguem um teste usando métodos alternativos, por exemplo, usando equipamento de medição de fluxo preciso que é calibrado contra os parâmetros definidos na API 527. Em nenhuma circunstância deve ser aplicada qualquer carga adicional à alavanca de alívio nem a válvula deve ser calada para aumentar a estanqueidade do assento. ****Isso afetará as características operacionais e pode resultar na falha da válvula de segurança em se levantar em condições de sobrepresão. Se houver um nível inaceitável de vazamento de assento, a válvula pode ser reformada ou reparada, mas apenas por pessoal autorizado, trabalhando com a aprovação do fabricante e usando informações fornecidas pelo fabricante. Peças sobressalentes comumente fornecidas tipicamente incluem molas, discos e bicos, selos resilientes e juntas. Muitas válvulas têm anéis de assento que não são removíveis e estes podem às vezes ser re-perfilados e re-lapidados no corpo. No entanto, é importante que o tamanho do orifício do assento seja mantido exatamente em conformidade com os desenhos originais, pois isso pode alterar a área efetiva e, subsequentemente, afetar a pressão de ajuste. É inaceitável que o disco seja lapidado diretamente no assento no corpo, pois uma ranhura será criada no disco impedindo um fechamento consistente após a elevação. No caso de válvulas com selo resiliente, geralmente o selo (que normalmente é um anel ‘O’ ou disco) pode ser trocado no conjunto do disco. Se a Aprovação de Autoridade Independente deve ser mantida, então é obrigatório que o reparador esteja atuando como agente aprovado do fabricante. Para válvulas aprovadas ASME, o reparador deve ser aprovado independentemente pelo National Board e, subsequentemente, autorizado a aplicar um carimbo ‘VR’, que indica que uma válvula foi reparada.

Marcação

As normas de válvulas de segurança são normalmente muito específicas sobre as informações que devem ser transportadas na válvula. A marcação é obrigatória tanto no casco, geralmente fundido ou estampado, quanto na placa de identificação, que deve ser firmemente fixada à válvula. Um resumo geral das informações necessárias é listado abaixo: No casco:

Designação de tamanho.
Designação do material do casco.
Nome ou marca registrada do fabricante.
Seta de direção do fluxo. Na placa de identificação:
Pressão de ajuste (em bar g para válvulas europeias e psi g para válvulas ASME).
Número da norma relevante (ou carimbo ASME relevante).
Referência do modelo do fabricante.
Coeficiente de descarga reduzido ou capacidade certificada.
Área de fluxo.
Elevação e sobrepresão.
Data de fabricação ou número de referência. Os carimbos ASME aprovados pelo National Board são aplicados da seguinte forma: V Válvulas de alívio de segurança aprovadas ASME I. UV Válvulas de alívio de segurança aprovadas ASME VIII. UD Dispositivos de disco de ruptura aprovados ASME VIII. NV Válvulas de alívio de pressão aprovadas ASME III. VR Reparador autorizado de válvulas de alívio de pressão. A Tabela 9.5.1 detalha o sistema de marcação exigido pelo TÜV e a Tabela 9.5.2 detalha as letras de referência de fluido.

Instalação

As válvulas de segurança são itens de precisão de equipamento de segurança; são ajustadas para tolerâncias apertadas e têm peças internas usinadas com precisão. Elas são suscetíveis a desalinhamento e danos se forem manuseadas incorretamente ou instaladas incorretamente. As válvulas devem ser transportadas na vertical, se possível, e nunca devem ser carregadas ou levantadas pela alavanca de alívio. Além disso, os plugues de proteção e protetores de flange não devem ser removidos até a instalação real. Cuidado também deve ser tomado durante o movimento da válvula para evitar submetê-la a choques excessivos, pois isso pode resultar em danos internos consideráveis ou desalinhamento.

Tubulação de entrada

Ao projetar a tubulação de entrada, uma das principais considerações é garantir que a queda de pressão nessa tubulação seja minimizada. A EN ISO 4126 recomenda que a queda de pressão seja mantida abaixo de 3% da pressão de ajuste durante a descarga. Onde as válvulas de segurança são conectadas usando conexões ‘stub’ curtas, a tubulação de entrada deve ser pelo menos do mesmo tamanho que a conexão de entrada da válvula de segurança. Para linhas maiores ou qualquer linha incorporando curvas ou cotovelos, a conexão de ramificação deve ser pelo menos dois tamanhos de tubo maior do que a conexão de entrada da válvula de segurança, ponto no qual é reduzida para o tamanho de entrada da válvula de segurança (veja Figura 9.5.5a). Perda excessiva de pressão pode levar a ‘chocalho’, que pode resultar em capacidade reduzida e danos às superfícies de assento e outras partes da válvula. Para reduzir a perda de pressão na entrada, os seguintes métodos podem ser adotados:

Aumentar o diâmetro do tubo. (veja Figura 9.5.5 (a)).
Garantir que quaisquer cantos sejam adequadamente arredondados. A norma EN ISO 4126: Parte 1 recomenda que os cantos tenham um raio não inferior a um quarto do furo (veja Figura 9.5.5 (b)).
Reduzir o comprimento do tubo de entrada.
Instalar a válvula pelo menos de 8 a 10 diâmetros de tubo a jusante de qualquer conexão ‘Y’ convergente ou divergente, ou qualquer curva (veja Figura 9.5.5 (c)).
Nunca instalar a ramificação da válvula de segurança diretamente oposta a uma ramificação no lado inferior da linha de vapor.
Evitar ramificações de tomada (como para outros processos) na tubulação de entrada, pois isso aumentará a queda de pressão. As válvulas de segurança devem sempre ser instaladas com o corpo superior verticalmente para cima. Instalar a válvula em qualquer outra orientação pode afetar as características de desempenho. As diretrizes da API Recommended Practice 520 também afirmam que a válvula de segurança não deve ser instalada no final de uma longa tubulação horizontal que normalmente não tem fluxo através dela. Isso pode levar ao acúmulo de material estranho ou condensado na tubulação, o que pode causar danos desnecessários à válvula, ou interferir em sua operação.

Tubulação de saída

Existem dois tipos possíveis de sistema de descarga - aberto e fechado. Um sistema aberto descarrega diretamente na atmosfera, enquanto um sistema fechado descarrega em um manifold juntamente com outras válvulas de segurança. É recomendado que a tubulação de descarga suba para sistemas de vapor e gás, enquanto para líquidos, deve descer. A tubulação horizontal deve ter um declive descendente de pelo menos 1 em 100 a partir da válvula, garantindo que qualquer descarga seja autodrenante. É importante drenar qualquer tubulação de descarga ascendente. Elevações verticais requererão drenagem separada. Nota: todos os pontos de drenagem do sistema estão sujeitos às mesmas precauções, nomeadamente que o desempenho da válvula não deve ser afetado, e qualquer fluido deve ser descarregado em um local seguro. É essencial garantir que o fluido não possa se acumular no lado a jusante de uma válvula de segurança, pois isso prejudicará seu desempenho e causará corrosão da mola e peças internas. Muitas válvulas de segurança são fornecidas com uma conexão de drenagem do corpo; se isso não for usado ou não fornecido, então um dreno de pequeno diâmetro deve ser instalado em proximidade próxima à saída da válvula (veja Figura 9.5.3). Uma das principais preocupações em sistemas fechados é a queda de pressão ou contrapressão construída no sistema de descarga. Como mencionado no Módulo 9.2, isso pode drasticamente afetar o desempenho de uma válvula de segurança. A norma EN ISO 4126: Parte 1 afirma que a queda de pressão deve ser mantida abaixo de 10% da pressão de ajuste. Para alcançar isso, o tubo de descarga pode ser dimensionado usando a Equação 9.5.1. A pressão (P) deve ser tomada como a queda de pressão máxima admissível de acordo com a norma relevante. No caso da EN ISO 4126: Parte 1, isso seria 10% da pressão de ajuste e é nessa pressão que vg é tomada. Exemplo 9.5.1 Calcule o diâmetro nominal da tubulação de descarga para uma válvula de segurança necessária para descarregar 1 000 kg/h de vapor saturado; dado que o vapor deve ser descarregado em um tanque ventilado através da tubulação, que tem um comprimento equivalente de 25 m. A pressão de ajuste da válvula de segurança é 10 bar g e a contrapressão aceitável é 10% da pressão de ajuste. (Assumir queda de pressão zero ao longo do duto de ventilação do tanque). Resposta: Se a contrapressão máxima de 10% for permitida, então a pressão manométrica na saída da válvula de segurança será: Portanto, a tubulação conectada à saída da válvula de segurança deve ter um diâmetro interno de pelo menos 54 mm. Com tubo schedule 40, isso requereria um tubo DN65. Se não for possível reduzir a contrapressão para abaixo de 10% da pressão de ajuste, uma válvula de segurança balanceada deve ser usada. As válvulas de segurança balanceadas requerem que seus corpos superiores sejam ventilados para a atmosfera. No caso do tipo fole balanceado, não haverá descarga do fluido de processo, para que possam ser ventiladas diretamente para a atmosfera. A principal consideração de projeto é garantir que essa ventilação não se torne bloqueada, por exemplo, por material estranho ou gelo. Com o tipo pistão balanceado, a consideração deve ser dada ao fato de que o fluido de processo pode ser descarregado através da ventilação do corpo superior. Se descarregando em um sistema pressurizado, a ventilação deve ser dimensionada adequadamente, para que não exista contrapressão acima do pistão. As válvulas de segurança que são instaladas fora de um edifício para descarga diretamente na atmosfera devem ser cobertas usando uma campainha. A campainha permite a descarga do fluido, mas impede o acúmulo de sujeira e outros detritos na tubulação de descarga, o que poderia afetar a contrapressão. A campainha também deve ser projetada de modo que ela também não afete a contrapressão.

Manifolds

Os manifolds devem ser dimensionados de modo que no pior caso (ou seja, quando todas as válvulas do manifold estão descarregando), a tubulação seja grande o suficiente para lidar sem gerar níveis inaceitáveis de contrapressão. O volume do manifold deve idealmente ser aumentado à medida que cada saída de válvula entra nele, e essas conexões devem entrar no manifold em um ângulo não superior a 45° em relação à direção do fluxo (veja Figura 9.5.6). O manifold também deve ser devidamente fixado e drenado onde necessário. Para aplicações de vapor, geralmente não é recomendado usar manifolds, mas eles podem ser utilizados se uma consideração adequada for dada a todos os aspectos do projeto e instalação.

Forças de reação durante a descarga

Em sistemas abertos, uma consideração cuidadosa deve ser dada aos efeitos das forças de reação geradas no sistema de descarga quando a válvula se levanta. Nesses sistemas, haverá uma força resultante significativa atuando na direção oposta à da descarga. É importante impedir que cargas excessivas sejam impostas à válvula ou à conexão de entrada por essas forças de reação, pois elas podem causar danos à tubulação de entrada. A magnitude das forças de reação pode ser calculada usando a fórmula na Equação 9.5.2: As forças de reação são tipicamente pequenas para válvulas de segurança com diâmetro nominal inferior a 75 mm, mas válvulas de segurança maiores do que isso geralmente têm flanges de montagem para uma barra de reação no corpo para permitir que a válvula seja fixada. Essas forças de reação são tipicamente negligenciáveis em sistemas fechados e, portanto, podem ser ignoradas. Independentemente da magnitude das forças de reação, a válvula de segurança em si nunca deve ser confiada para suportar a tubulação de descarga e um suporte deve ser fornecido para resistir ao peso da tubulação de descarga. Este suporte deve ser localizado o mais próximo possível da linha central do duto de ventilação (veja Figura 9.5.7). As Figuras 9.5.8 e 9.5.9 mostram instalações típicas de válvulas de segurança para sistemas abertos e fechados.

Válvulas de mudança

As válvulas de mudança (veja Figura 9.5.10) permitem que duas válvulas sejam montadas lado a lado, com uma em serviço e uma isolada. Isso significa que a manutenção regular pode ser realizada sem interrupção do serviço ou do vaso sendo protegido. As válvulas de mudança são projetadas de tal forma que, quando operadas, a área de passagem nunca é restrita. As válvulas de mudança também podem ser usadas para conectar saídas de válvulas de segurança para que a tubulação de descarga não precise ser duplicada. A ação de ambas as válvulas de mudança de entrada e saída deve ser limitada e sincronizada por razões de segurança. Isso é geralmente feito por meio de um sistema de acionamento por corrente conectando ambos os volantes. A consideração deve ser dada à perda de pressão causada pela válvula de mudança ao estabelecer a queda de pressão de entrada da válvula de segurança, que deve ser limitada a 3% da pressão de ajuste.

Emissão de ruído

Embora a descarga de uma válvula de segurança não deva ocorrer frequentemente, caso ocorra, o ruído gerado pode ser significativo. Portanto, é necessário determinar o nível de som das válvulas de segurança para garantir que os níveis regulamentares de saúde e segurança não sejam excedidos. Assumindo uma descarga de bico de fluxo sônico, um valor aproximado do nível de som, LP, em decibéis em uma saída de flange pode ser calculado usando a fórmula dada na Equação 9.5.3 (Fonte API 521). Existem várias maneiras de reduzir o nível de ruído, sendo a mais simples usar tubos de descarga de maior diâmetro, ou isolar termicamente o tubo de descarga (no entanto, a válvula não deve ser isolada). Também é permitido que um silenciador seja usado em casos extremos, caso em que qualquer contrapressão gerada deve ser considerada.