apostila de válvulas de segurança

SUMÁRIO

1 – INTRODUÇÃO............................................................................................................................................. 2

2 – PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO............................................................................................................ 4

2.1 – VÁLVULAS DE ALÍVIO.......................................................................................................................... 6

2.2 – VÁLVULA DE SEGURANÇA................................................................................................................. 7

2.3 – VÁLVULAS DE SEGURANÇA E ALÍVIO............................................................................................... 7 2.3.1 – VÁLVULAS DE SEGURANÇA E ALÍVIO COM LÍQUIDOS............................................................ 8 2.3.2 – VÁLVULA DE SEGURANÇA E ALÍVIO OPERANDO COM GASES.............................................. 8

2.3.2.1 – VÁLVULAS DE SEGURANÇA E ALÍVIO CONVENCIONADAS............................................ 10 2.3.2.2 – VÁLVULAS DE SEGURANÇA E ALÍVIO BALANCEADAS.................................................... 11

2.4 – VÁLVULAS DE SEGURANÇA PILOTO OPERADAS..........................................................................13

3 – DEFINIÇÕES E TERMINOLOGIA............................................................................................................. 15

4 – TIPOS DE VÁLVULAS DE SEGURANÇA E APLICAÇÕES.................................................................... 17

4.1 – VÁLVULAS DE SEGURANÇA............................................................................................................. 17

4.2 – VÁLVULAS DE ALÍVIO........................................................................................................................ 17

4.3 – VÁLVULAS DE SEGURANÇA E ALÍVIO............................................................................................. 18 4.3.1 – VÁLVULAS DE SEGURANÇA E ALÍVIO CONVENCIONAIS....................................................... 18 4.3.2 – VÁLVULAS DE SEGURANÇA E ALÍVIO BALANCEADAS...........................................................19

4.4 – VÁLVULAS DE SEGURANÇA E ALÍVIO COM ANEL “O”................................................................... 19

4.5 – VÁLVULAS PIOLOTO-OPERADAS.................................................................................................... 20

4.6 – VÁLVULAS DE VÁCUO....................................................................................................................... 21

5 – MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO............................................................................................................... 22

6 – INSPEÇÃO DE RECEBIMENTO............................................................................................................... 22

6.1 – TESTE DE RECEPÇÃO...................................................................................................................... 22

7 – CALIBRAÇÃO............................................................................................................................................22

7.1 – ENSAIO DE ABERTURA E FECHAMENTO....................................................................................... 22

7.2 – TOLERÂNCIA DE PRESSÃO DE AJUSTE......................................................................................... 23

7.3 – ENSAIO DE VEDAÇÃO....................................................................................................................... 24

7.4 – AJUSTE DOS ANÉIS........................................................................................................................... 25

8 – LACRAÇÃO............................................................................................................................................... 27

9 – TRANSPORTE........................................................................................................................................... 27

Válvulas de Segurança 1 – INTRODUÇÃO

Durante a operação de unidades de processo podem surgir pressões excessivas devidas a explosões, reação química, descarga de bombas ou compressores, fogo externo ao equipamento, etc., que podem provocar sérios problemas em equipamentos e pessoal. Para proteger as instalações são empregadas uma série de dispositivos que aliviam esses excessos de pressão. Os mais utilizados são os discos de ruptura e as válvulas de segurança. O disco de ruptura consiste num diafragma fino (metálico ou plástico) colocado entre flanges e projetado para romper a uma pressão pré-determinada; são utilizados no caso de descargas grandes e abruptas e também para fluidos corrosivos, com a desvantagem de não manter a vedação cessada a sobre-pressão. Em alguns casos são colocados antes das válvulas de segurança para protegê-las contra a corrosão.

Disco de Ruptura A válvula de segurança é um dispositivo automático de alívio de pressão, movimentado por mola ou peso, mais adequado para descargas não muito grandes e fluidos poucos corrosivos, e proporciona uma vedação perfeita cessada a sobre-pressão. São largamente utilizadas nas refinarias de petróleo. O termo válvula de segurança é utilizado genericamente, englobando as classificações válvula de segurança, válvula de alívio, válvula de segurança e alívio e válvula de segurança piloto operada.

Curso

Válvula de segurança

de Inspetor de Equipamentos

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Válvulas de Segurança

Componentes da Válvula

Curso de Inspetor de Equipamentos

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2 – PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO O funcionamento das válvulas de segurança se baseia no equilíbrio entre a pressão do fluido aplicada contra o disco vedante e a mola da válvula.


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A figura 3 representa a curva de funcionamento da válvula de segurança. Quando a pressão do equipamento ultrapassa a pressão operação e atinge a pressão de abertura há um equilíbrio entre a força da mola e a pressão atenuante na área do bocal, e a válvula se abre. Após a descarga e aliviada a pressão, haverá fechamento quando a força da mola equilibrar a pressão atuante na área do disco. A força da mola, e em conseqüência a pressão de abertura, é regulada pelo parafuso de ajuste da mola. A pressão de fechamento é regulada pelo anel de ajuste (ou anel de descarga).


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2.1 – VÁLVULAS DE ALÍVIO

As válvulas de alívio são geralmente utilizadas para líquidos. Com o acúmulo da pressão no vaso, a mola é comprimida permitindo o disco elevar. Isto provoca uma área adicional que permite um aumento da vazão do fluido. A gradual elevação do disco com o aumento da pressão é uma característica que distingue as válvulas de alívio das válvulas de segurança, nas quais o disco atinge seu curso máximo com baixa sobre-pressão. As válvulas de alívio para líquidos atingem sua capacidade nominal com 25% de sobre-pressão. Para válvulas de alívio de alto curso, o curso é maior que um quarto do diâmetro do bocal, do que resulta uma área de passagem entre o bocal e o disco maior que a área do bocal. Algumas válvulas de alívio têm o disco com guias inferiores. Este arranjo é satisfatório para fluidos limpos, mas uma vez que as guias estão em contato com o fluido a ser aliviado, alguma corrosão ou depósitos podem causar um engripamento da guia, resultando um aumento de pressão de abertura completa falha de abertura quando requerida.

Válvula de alívio


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2.2 – VÁLVULA DE SEGURANÇA São dispositivos para gases que têm sido especificamente projetados para dar abertura total com pequenas sobre-pressão. Um bocal é geralmente usado na entrada da válvula. Uma carga estática desenvolvida pelo orifício secundário sobre uma área maior do disco e a energia cinética do gás são utilizadas para superar a força da mola atuando no disco quando este se eleva, resultando uma ação de disparo ou de estalo (“pop action”). Para uso em refinarias de petróleo as molas são usualmente externas ou cobertas com castelos para protegê-las da umidade e outros agentes corrosivos e para se ter uma forma de coletar possíveis vazamentos pela haste ou guias. 2.3 – VÁLVULAS DE SEGURANÇA E ALÍVIO Podem operar tanto como válvulas de segurança como válvulas de alívio, dependendo da aplicação. A descarga da válvula pode ser feita para a atmosfera ou para um sistema que mantenha uma contrapressão variável ou constante, superior à pressão atmosférica. Dependendo do efeito da contrapressão no seu funcionamento, as válvulas de segurança e alívio são consideradas como convencionais ou balanceadas.

Válvula de segurança e alívio


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2.3.1 – VÁLVULAS DE SEGURANÇA E ALÍVIO COM LÍQUIDOS A abertura inicial é ocasionada pela pressão do líquido sob o disco que excede a força da mola que mantinha a válvula fechada. As válvulas operando líquido requerente 25% de sobre-pressão para alcançar o curso máximo, devido à ausência de efeitos expansivos. Quando a pressão aumenta acima da pressão de abertura da válvula o disco se eleva da sede, permitindo um aumento de vazão através da válvula. Quando a vazão aumenta, a direção do fluxo é mudada aproximadamente 180º e dirigida de cima para baixo pelo contato inferior do disco. O curso máximo é necessário para que a razão seja controlada apenas pelo orifício do bocal. Conseqüentemente, a válvula de segurança e alívio alivia numa proporção direta a sobre-pressão. Devido às forças reativas envolvidas na mudança da direção do fluxo em 180º, o curso alcançado é ligeiramente maior que a que se obteria pela sobre-pressão somente. 2.3.2 – VÁLVULA DE SEGURANÇA E ALÍVIO OPERANDO COM GASES Quando uma válvula está fechada durante a operação normal, a pressão do vaso atuando contra a área A é resistida pela força da mola. Quando a pressão do vaso aumenta, a pressão da área A tende a se igualar à pressão da mola. Em operação com gás a válvula deve “ferver” (simmer) antes de disparar (pop). Quando a pressão no vaso alcançar cerca de 98 ou 99% da pressão de abertura haverá um pequeno escapamento entre as superfícies de assentamento para o compartimento B. (Este escapamento é audível). Como resultado da restrição no orifício secundário anelar se desenvolverá uma pressão em B. Essa pressão atuante na área B somada à pressão atuante na área do disco proporciona o início da elevação do disco. Com o aumento da pressão e o início da elevação disco surge um escapamento maior que criará uma pressão maior em B e em C. Nesse instante a soma dessas pressões supera a força da mola e a válvula abre um estalo (pop). A pressão neste instante é denominada Pressão de Abertura. A vazão è restringida pela abertura entre a sede do bocal e a sede do disco até que a sede do disco tenha se elevado da sede do bocal de aproximadamente um quarto do diâmetro do bocal. Após o disco ter atingido esse grau de elevação, a razão é restringida mais pela área do bocal que pela área entre as superfícies de assentamento. Esta condição de uso máximo pode ser obtida com 5 ou 10% de sobre-pressão, dependendo do fabricante.


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Estando a válvula aberta e a pressão no equipamento descendo, o fechamento só vai ocorrer quando a força da mola sobrepujar as pressões atuando nas áreas do disco e do suporte do disco. A pressão no vaso nesse instante é a Pressão de Fechamento. Como as restrições dos orifícios (anulares) são agora bem menores que no instante de abertura, resulta que PB F > PB A e PC F > PC A e conseqüentemente a pressão de fechamento é menor que a pressão de abertura.


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A posição do anel de descarga faz variar as restrições dos orifícios anulares secundários. Assim é que em conseqüência as pressões criadas nos compartimentos B e C podem ser variadas. Como as restrições para o anel alto são maiores PB 1 > PB 2 e PC1 > PC 2 . Em conseqüência, P V 1 > P V 2 . Elevando-se o anel de descarga diminui-se a pressão de fechamento, e vice-versa.

ANEL ALTO – PRESSÃO DE FECHAMENTO MENOR ANEL BAIXO – PRESSÃO DE FECHAMENTO MAIOR

2.3.2.1 – VÁLVULAS DE SEGURANÇA E ALÍVIO CONVENCIONADAS Podem ter o castelo especificado para ser aberto para a atmosfera ou para o lado de descarga da válvula. Usualmente o castelo é aberto para a saída. Válvulas de segurança e alívio convencionais tem sido empregadas onde a descarga é feita através de um curto pedaço de tubo para a atmosfera ou para um sistema receptor (manifold) de baixa pressão que leva a descarga de uma ou mais válvulas até um local remoto. Redução no tamanho para reduzir custos do manifold de alívio pode resultar no acréscimo de sua pressão de operação. Como a contrapressão na descarga da válvula convencional pode afetar sua pressão de abertura e o desempenho em vazão, deve-se fornecer ao fabricante o valor da contrapressão. Muitas válvulas convencionais têm os discos com área maior que a área do bocal. O efeito da contrapressão nestas válvulas é mostrado na figura 9. Se o castelo é aberto para a atmosfera, a contrapressão atua no mesmo sentido da pressão do equipamento, ou seja, contrariando a força da mola. Isto faz a pressão de alívio menor do que quando ajustada com pressão atmosférica na saída. Por outro lado, se o castelo é aberto para a descarga da válvula, que está numa pressão maior que a atmosférica, esta contrapressão age no mesmo sentido da força da mola, aumentando, portanto a pressão de abertura. Se a contrapressão é constante, pode ser levada em conta no ajuste de pressão de abertura. Em operações, quando um determinado número de válvulas descarrega num mesmo manifold, a contrapressão não é constante. As válvulas convencionais mostram um desempenho insatisfatório sob contrapressão devido a algumas forças desbalanceadas que afetem a pressão de abertura.


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Figura – 10: Válvula de segurança e alívio convencional 2.3.2.2 – VÁLVULAS DE SEGURANÇA E ALÍVIO BALANCEADAS São aquelas nas quais a contrapressão tem muito pouca influência na pressão de abertura. Estas válvulas são de dois tipos: do tipo com pistão e do tipo com fole, como está mostrado esquematicamente na figura 11. No tipo com pistão, embora existam algumas variações de fabricante para fabricante, a guia é aberta de tal forma que a contrapressão em faces opostas no disco da válvula se cancelam, e a face do topo do pistão, que tem a mesma área que o bocal, esta sujeita à pressão atmosférica por ser o castelo aberto para a atmosfera.


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No tipo com fole a área afetiva do fole é a mesma do bocal e por estar o fole preso ao corpo da válvula, exclui a contra pressão da ação do topo do disco. A área do disco externa ao fole é cancelada pela área do disco externa ao bocal, Assim não existem forças desbalanceadas sob qualquer contrapressão. O fole isola do castelo o fluido de serviço. Para se precaver de um possível furo ou ruptura do fole, o castelo deve ser aberto para um local separado da descarga.

Figura – 12: Válvula com fole de balanceamento


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2.4 – VÁLVULAS DE SEGURANÇA PILOTO OPERADAS As válvulas piloto-operadas são utilizadas para altas pressões e quando se necessita de alta capacidade, porque proporciona uma ampla abertura, possibilitando ótima vedação e custam menos que as válvulas de segurança e alívio de grandes diâmetros. O sistema de controle da válvula é diretamente pela pressão do fluido. A válvula piloto sente a pressão do vaso e atua na válvula principal.

Figura 13

O sistema de controle da válvula é atuado diretamente pela pressão do fluido. A válvula é mantida fechada pela pressão estática atuando contra o pistão, que tem aproximadamente o dobro da área da entrada. Quando a pressão alcança a pressão de abertura, o rel. disparador abre instantaneamente. A ação de levantamento fechará o relé diferencial, cortando a alimentação do fluido. A abertura do relé disparador provocará uma rápida exaustão do pequeno volume acima do pistão da válvula principal, para a atmosfera (ou para algum ponto de descarga remoto se for o caso). A válvula principal então abre rapidamente e completamente, devido ao pistão ser impulsionado pela força de pressão de entrando aplicada sobre o seu lado inferior. Sobre-pressão não é requerida para se alcançar o curso máximo até que a pressão do vaso seja reduzida a uma pressão predeterminada. Isto é conseguido porque a área do relé diferencial sendo ligeiramente maior que a do relé disparador, aquele é mantido fechado pela pressão estática do vaso. O


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movimento de abertura da válvula piloto transfere a função de sensibilização do relé disparador para o relé diferencial que comandará a exaustão e o curso da válvula principal. Quando a pressão no vaso for reduzida, e somente então, a força de pressão no relé diferencial é superada pela carga da mola e dispara a abertura do relé à abertura do relé diferencial e fechamento do relé disparador. A pressão de entrada é então é rapidamente dirigida ao topo do pistão da válvula principal que fecha suave e firmemente. A condição de pressão estática é reaplicada e as forças originais mantêm a válvula fechada e estanque.

Figura 14


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3 – DEFINIÇÕES E TERMINOLOGIA ABERTURA (elevação) – é o deslocamento axial do disco da posição de repouso para aquela alcançada durante uma descarga. ACUMULAÇÃO – é o acréscimo de pressão máxima de trabalho permitida durante a descarga da válvula de segurança. É expressa em porcentagem da pressão máxima de trabalho permitida. ÂNGULO DE ASSENTO (ângulo da sede) - ângulo entre os eixos da válvula e da superfície de assentamento. Válvula com sede plana tem ângulo de assento de 90º. ÁREA DO ASSENTO – é a área da seção de contato entre o disco e o bocal. ÁREA DO BOCAL (área de garganta) – é a menor área perpendicular ao eixo, medida no bocal. Para válvulas com guias inferiores, descontos deverão ser feitos referentes às áreas das hastes e guias. CONTRAPRESSÃO (back pressure) – é a pressão a jusante da válvula. CONTRA PRESSÃO CONSTANTE – é a contrapressão que não muda apreciavelmente sob qualquer condição de operação mesmo que a válvula de alívio esteja aberta ou fechada. CONTRAPRESSÃO VARIÁVEL – é a contrapressão que desenvolve como um resultado das condições definidas abaixo: CONTRAPRESSÃO SUPERIMPOSTA (superimposed back pressure) – é a pressão no coletor de descarga antes da válvula abrir. CONTRAPRESSÃO DESENVOLVIDA (built-up back pressure) – é a pressão no coletor de descarga que aparece como resultado da vazão através da válvula após sua abertura. FOLE – dispositivo para diminuir ou anular a contrapressão. CHATTER – fenômeno caracterizado por uma série de aberturas rápidas e sucessivas, podem causar sérios danos a PSV. SIMMER – escape audível ou visível do fluido entre a sede do bocal e o disco de vedação, que ocorre a um valor imediatamente abaixo da pressão de disparo, e de capacidade não mensurável. CARGA SÓLIDA – é a carga necessária para a compressão da mola ao seu estado sólido, ou seja, até que todas as suas espirasse encostem umas nas outras. POP – ação de disparo característica da abertura das válvulas de segurança e válvulas de segurança e alívio, quando usadas com gás e vapor. CURSO MÁXIMO – é o deslocamento do disco entre a sede e posição de abertura completa. DIFERENCIAL DE ALÍVIO (blowdown) – é a diferença entre as pressões de abertura e fechamento, expressa em porcentagem da pressão de abertura ou em unidades de pressão. GARGANTA – é o orifício de passagem do fluido.


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PRESSÃO DE ABERTURA (set pressure) – é a pressão em que a ação da válvula se faz notar em operação, ou seja, é a pressão na qual a válvula é ajustada para abrir sob as condições de serviço. No caso de operação com líquidos é a pressão na qual a válvula começa a abrir nas condições de serviço. No caso de operação com gases é a pressão na qual a válvula abre (ação “pop”) nas condições de serviço. PRESSÃO DE AJUSTE (cold differencial test pressure) – é a pressão na qual a válvula abre na temperatura ambiente e sem contra pressão. PRESSÃO DE ALÍVIO (relief pressure) – é a soma da pressão de abertura e a sobrepressão. É a pressão medida na entrada da válvula, quando a capacidade de alívio é alcançada, isto é, quando não há mais aumento de pressão na entrada da válvula. PRESSÃO DE FECHAMENTO (reseating pressure) – é pressão em que a válvula volta a fechar reduzindo significadamente sua vazão. PRESSÃO MÁXIMA DE TRABALHO PERMITIDA (maximum allowable working pressure) – como definida nos códigos de construção para vasos de pressão não sujeitos a fogo, a pressão máxima de trabalho permitida depende do tipo de material, sua espessura e as condições de serviço tomadas como base para o projeto. O vaso de pressão não deve ser operado acima dessa pressão, conseqüentemente ela é a maior pressão na qual a válvula de segurança e alívio primária está sujeita para abrir. PRESSÃO DE OPERAÇÃO (operating pressure) – é a pressão efetiva atuante sob a válvula nas condições de trabalho. PRESSÃO DE PROJETO (design pressure) – é a máxima pressão diferencial entre a parte interna e externa de um vaso de pressão ou entre compartimentos de um mesmo vaso e coincide com a pressão de abertura do dispositivo de segurança. PRESSÃO DE VEDAÇÃO (pressão de selagem) – é a pressão medida na entrada da válvula, logo após seu fechamento, tendo vedação total. SOBREPRESSÃO (OVERPRESSURE) – acréscimo de pressão acima da pressão de abertura durante a descarga da válvula de segurança, expresso em porcentagem. É o mesmo que acúmulo quando a válvula está ajustada para a pressão máxima de trabalho permitido. VÁLVULA DE ALÍVIO (ralief valve) – é um dispositivo de alívio de pressão automático, acionado pela pressão estática à montante da válvula, que abre proporcionalmente com o aumento de pressão. É usada para trabalhar com líquidos. VÁLVULA DE SEGURANÇA (safety valve) – é um dispositivo automático de alívio de pressão, acionado pela pressão estática à montante da válvula e caracterizado pela abertura rápida ou ação de estalo (pop action). Usado com gás ou vapor. VÁLVULA DE SEGURANÇA E ALÍVIO (safety relief valve) – é um dispositivo automático de alívio de pressão, adequado para ser usada tanto como válvula de segurança como de alívio, dependendo da aplicação. É caracterizada por um ajuste que permite ação “pop” ou “non pop” e com uma entrada tipo bocal. Provavelmente, o tipo de válvula mais comum nas plantas químicas e petroquímicas é usado em vapor, gás ou líquido.


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VÁLVULA DE SEGURANÇA E ALÍVIO TIPO CONVENCIONAL – é uma válvula que tem a câmara da mola em comunicação com a descarga. As características de comportamento (pressão de abertura e fechamento, curso e capacidade de alívio) são afetadas diretamente pela contra pressão. VÁLVULA DE SEGURANÇA E ALÍVIO TIPO BALANCEADA – é uma válvula que possui meios de minimizar o efeito da contrapressão nas características de comportamento. 4 – TIPOS DE VÁLVULAS DE SEGURANÇA E APLICAÇÕES 4.1 – VÁLVULAS DE SEGURANÇA São dispositivos automáticos de alívio de pressão, atuados pela pressão estática existente à montante e características por uma abertura rápida e total (ação de estalo ou “pop”). Usadas para alívio de gases, vapor ou ar. As válvulas de segurança normalmente apresentam a mola de acionamento aparente, embora possam apresentá-la totalmente dentro do castelo. Tendo em vista a possibilidade de ocorrência de vazamento entre as superfícies de selagem do dispositivo e entre as hastes de acionamento e sua superfície de guia, a mola aparente se apresenta melhor protegida do contato com o fluido a aliviar embora fique submetida a uma melhor ação do meio ambiente. As válvulas de segurança não são normalmente utilizadas em sistemas onde haja contrapressões, isto é, sua descarga ocorre normalmente para a atmosfera. Estas válvula0s podem ser fornecidas com dispositivos de acionamento manual, que dependendo das condições de serviço deverão ser acionados periodicamente para garantir liberdade de funcionamento de partes móveis e conseqüentemente, total capacidade de fluxo. APLICAÇÕES - As válvulas de segurança são normalmente usadas sobre tubos de grandes seções transversais de geradores de vapor e em superaquecedores, podendo também ser usadas em serviços gerais de vapor d’água e ar. LIMITAÇÕES - As válvulas de segurança são contra indicadas quando: • O fluido a aliviar seja considerado corrosivo ou tóxico. • A contrapressão do sistema possa alterar as características operacionais da válvula. • A tubulação de descarga for de grande comprimento. • O fluido a aliviar seja líquido. • O dispositivo de segurança possa ser utilizado como válvula de controle ou by-pass. • Um possível escapamento do fluido aliviado, pelo sistema de vedação e guia da haste de

acionamento, não é desejável. 4.2 – VÁLVULAS DE ALÍVIO São dispositivos automáticos de alívio de pressão atuado pela pressão estática à montante e caracterizados por uma abertura proporcional ao aumento de pressão, sobre a pressão inicial de abertura. São usadas para alívio de líquidos em geral. As válvulas de alívio normalmente apresentam-se pressurizadas no lado da descarga, isto é, não descarregam para a atmosfera e sim para um sistema fechado, e em geral não são fornecidas com dispositivos de acionamento manual, a pressão de ajuste desses dispositivos é a pressão em que


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a válvula começa a abrir, que pode ser melhor determinada ajustando-a com ar comprimido e verificando o ponto em que o dispositivo começa descarregar audivelmente. APLICAÇÕES - As válvulas de alívios são usadas basicamente em sistemas onde seja necessário aliviar produtos líquidos. Um emprego bastante freqüente é na descarga de bombas. LIMITAÇÕES - As válvulas de alívio são contra-indicadas quando: • O fluido a aliviar for gás vapor ou ar. • A contrapressão for excessivamente variável. • O dispositivo de alívio possa der usado como válvula de controle ou “by-pass”. 4.3 – VÁLVULAS DE SEGURANÇA E ALÍVIO São dispositivos automáticos de alívio de pressão atuando pela pressão estática existente à montante e adequados para trabalhar como válvula de segurança ou como válvulas de alívio, dependendo da aplicação desejada. Estas válvulas são bastante utilizadas atualmente e podem ser classificadas em dois tipos principais: válvulas de segurança e alívio convencionais e válvulas de segurança e alívio balanceadas. APLICAÇÕES - As válvulas de segurança e alívio são projetadas onde o fluido descarregado pela válvula é inflamável ou tóxico e devem ser descarregados num ponto remoto através de um sistema de descarga fechado. São normalmente usadas quando: • Os produtos a aliviar são líquidos, gases, vapor ou ar. • O produto a aliviar é considerado tóxico ou corrosivo. • A tubulação de descarga é de grande comprimento. • Um possível escapamento do fluido aliviado, pelo sistema de vedação e guia da haste de

acionamento, devia ser evitado. • Existia contrapressão no sistema de descarga da válvula. LIMITAÇÕES – As válvulas de segurança e alívio não devem ser usadas: • Em tubulação de caldeiras ou superaquecedores. • Quando o dispositivo de segurança possa ser usado como válvula de controle ou válvula de

“by-pass”. 4.3.1 – VÁLVULAS DE SEGURANÇA E ALÍVIO CONVENCIONAIS São válvulas construídas de tal forma que uma contrapressão existente no lado da descarga afetará diretamente as suas características operacionais: pressão de abertura, pressão de fechamento e capacidade de alívio. Estas válvulas normalmente apresentam uma ligação entre o castelo e o lado da descarga, seja através de tubo adutor ou de um orifício. Também podem apresentar um ou dois anéis para ajuste da descarga e serem fornecidas com dispositivos de acionamento manual. APLICAÇÕES – Desde que a contrapressão superimposta existente no sistema seja constante, as válvulas de segurança e alívio convencionais sejam utilizadas quando as condições citadas no item 4.3 existirem. LIMITAÇÕES – As válvulas de segurança e alívio convencionais não devem ser usadas: • Quando a contrapressão for variável.


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• Quando o dispositivo de segurança possa ser usado como válvula de controle ou válvula “by-pass”.

• Em tubulações de caldeiras e superaquecedores. 4.3.2 – VÁLVULAS DE SEGURANÇA E ALÍVIO BALANCEADAS São válvulas construídas de tal forma que incorporam meios de minimizar o efeito da contrapressão sobre as suas características operacionais. Os mecanismos de balanceamento podem apresentar 1 ou 2 anéis para ajuste de descarga e serem fornecidas com dispositivos de acionamento manual. APLICAÇÕES – As válvulas de segurança e alívio balanceadas podem ser utilizadas sob todas as condições citadas no item 4.3 seja a contrapressão do sistema constante ou variável, no alívio de fluidos de alta viscosidade e na descarga de bombas. As válvulas balanceadas com fole são especialmente efetivas, no alívio de produtos considerados corrosivos ou tóxicos porque, pelas suas características construtivas, impedem a passagem destes fluidos através das superfícies das partes móveis evitando não só o emperramento destas partes como resultado da formação de produtos de corrosão, como também o seu possível escapamento para o meio ambiente. LIMITAÇÕES – As válvulas de segurança e alívio balanceadas não devem ser usadas: • Quando o dispositivo de segurança possa ser utilizado como válvula de controle ou válvula de

“by-pass”. • Em tubos de seção grandes (tubulões) de caldeiras e superaquecedores. 4.4 – VÁLVULAS DE SEGURANÇA E ALÍVIO COM ANEL “O” São válvulas convencionais ou balanceadas, similares em todos os aspectos às válvulas referidas anteriormente, exceto que os discos são projetados para acomodar algum tipo de anel macio e resiliente, de modo a obter-se uma maior estanqueidade do que a encontrada nos sistemas do que a encontrada nos sistemas convencionais de vedação (metal contra metal). Os materiais utilizados na vedação são geralmente: Viton, Bruna N, Butyl e Silicone. APLICAÇÕES - Estas válvulas utilizadas nas utilizadas situações: • Quando a ocorrência de um pequeno vazamento entre as superfícies de assentamento da

válvula possa torná-la inoperante seja pela incrustação ou corrosão das partes móveis. • Quando o diferencial entre a pressão de ajuste do dispositivo e a pressão de operação do

sistema necessita ser bastante pequeno. • Em descarga de equipamento tais como compressores onde as ondas de pressão possam

causar flutuações do disco. LIMITAÇÕES – Tendo em vista que os anéis de vedação podem ser selecionados para resistir ao ataque da maioria dos fluidos, em geral as limitações na aplicação destas válvulas referem-se às temperaturas limites em que estes anéis podem operar.


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Figura 15 – Válvula de segurança e alívio com anel ”o”.

4.5 – VÁLVULAS PILOTO-OPERADAS São dispositivos em que a válvula principal de alívio esta combinada e é controlada por uma válvula auxiliar. Estes dispositivos compõem-se basicamente de duas unidades: uma unidade piloto ou de controle e uma válvula principal para alívio do sistema. APLICAÇÕES – As válvulas piloto-operadas são válvulas primariamente nas seguintes condições: • Onde são requeridas grandes áreas de alívio para altas pressões de ajuste. • Onde o diferencial de pressão entre a pressão normal de operação de um vaso e a pressão de

ajuste do dispositivo é muito baixo. • Onde as contrapressões são elevadas e dispositivos balanceados são requeridos. • Em tanques de armazenamento de baixa pressão para evitar congelamento e emperramento

do dispositivo. LIMITAÇÕES – As válvulas piloto-operadas não são usadas nas seguintes condições: • Em unidades de processamento onde seja necessário aliviar fluidos em alta temperatura ou

fluidos “sujos”. • No alívio de líquidos viscosos. Estas válvulas apresentam orifícios relativamente pequenos,

que pode ser plugeados. • No alívio de vapores que podem polimerizar no interior da válvula. • Onde a compatibilidade do produto a aliviar é questionável em relação aos materiais do

diafragma ou selos da válvula, ou onde a corrosão possa impedir a atuação adequada do piloto.


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4.6 – VÁLVULAS DE VÁCUO São dispositivos projetados de modo a admitir fluidos em um equipamento, evitando a existência de pressão excessivamente baixas no interior do equipamento a proteger. Estas válvulas normalmente fecham quando as condições normais são restabelecidas. Os “vents” instalados sobre os tanques de armazenamento estão incluídos nessa classe de dispositivos de alívio e podem ser classificados em duas categorias principais: “vents” acionados por ação de peso e “vents” piloto-operadas. Embora esses “vents” possam ser fornecidos separadamente em unidades para alívio de pressão excessiva ou para alívio de vácuo excessivo, eles são normalmente combinados em uma só unidade. Retentores de chama podem ser inseridos entre esses “vents” e o tanque, porém, a não ser que os códigos regulamentares o exijam, não são recomendados pelo aumento de problemas de manutenção e limpeza que ocasionam também por reduzirem a capacidade de alívio do dispositivo. Os “vents” para alívio de pressão e vácuo excessivo são normalmente projetados para projetados para proteger tanques de armazenamento que funcionam a pressões atmosféricas e devem ser limitados a esse tipo de serviço. Em outros equipamentos que operam em condições diferentes as válvulas de alívio e vácuo podem ser adequadamente selecionadas.

Figura 16 – Válvula de alívio de pressão e vácuo


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5 – MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO O disco e o bocal são as partes mais submetidas aos fluidos corrosivos e devem ser, portanto de materiais mais resistentes à corrosão. Quando a válvula trabalha com fluidos muito corrosivos as partes internas expostas eventualmente ao fluido, ou mesmo toda a válvula, devem ser de AISI 316, Monel ou Hastelloy. Para trabalho em baixa temperatura, as partes da válvula submetidas a tensões devem ser de materiais resistentes ao impacto. Os foles, nas válvulas de segurança e alívio balanceadas, são sempre em AISI 316L. Nas válvulas construídas inteiramente de Monel os foles também são de Monel. As molas são de aço carbono, para serviço abaixo de 230 0C, e de aço ao tungstênio (8,75 – 9,75%W) para temperaturas acima de 230 0C. Para fluidos corrosivos as molas são revestidas com cádmio, alumínio ou níquel. As molas podem ser de Inconel ou Hastelloy C, quando as válvulas são totalmente construídas de Monel ou Hastelloy, respectivamente. Para baixas temperaturas usa-se mola em AISI 304. 6 – INSPEÇÃO DE RECEBIMENTO 6.1 – TESTE DE RECEPÇÃO Verifique se a válvula está lacrada. Faça a limpeza com ar, mas não desregule nem abra o seu corpo antes ou durante o primeiro teste, que deverá ser executado na presença do inspetor de equipamentos. Anote sempre a pressão em que a válvula abre. Se a válvula vaza sem abrir ou vaza antes de abrir anote a pressão na qual isso acontece. No caso da válvula se apresenta muito suja, é dispensado o teste de recepção, podendo a válvula ser aberta para inspeção. Caso a válvula, ao ser testada na recepção, apresente perfeita abertura e fechamento nas pressões intocadas, o Setor de Inspeção de Equipamentos poderá dispensar a desmontagem, desde que esteja perfeitamente limpa e sem indícios de corrosão. Neste caso, deverá ser retestada na presença do inspetor de equipamentos. 7 – CALIBRAÇÃO 7.1 – ENSAIO DE ABERTURA E FECHAMENTO De acordo com o serviço da válvula de segurança, líquido ou gás, teste-a com água ou ar, respectivamente. Os fluidos de ensaio devem estar isentos de óleo e partículas sólidas em suspensão. Podem também usar nitrogênio para testar as válvulas. Para execução dos ensaios é necessária a instalação de um reservatório de acumulação intermediário, de onde se tem o suprimento de ar ou gás. Este reservatório deve possuir um regulador de entrada, uma válvula de bloqueio na saída e um manômetro aferido. Para se determinar a pressão de ajuste, siga os seguintes passos: Válvulas Convencionais (sem fole) • Verifique a pressão de abertura da válvula. • Verifique a contrapressão que irá atuar na válvula.


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• Subtraia a contrapressão constante da pressão de abertura para obter a pressão de ajuste diferencial.

• Um acréscimo de temperatura causa uma redução na pressão de abertura da válvula como resultado direto do efeito da temperatura na mola e a expansão do corpo e do castelo, que reduz a carga da mola. Assim sendo, corrija o valor obtido no item acima da forma como se segue, para compensar o efeito da temperatura.

Válvulas consolidated

Temperatura da operação % de acréscimo na Pressão de Ajuste Diferencial para obter a Pr. de ajuste

- 29 a 1210C 0

122 a 5380C 3 Válvulas Farris

Temperatura de Operação % de acréscimo na Pressão de Ajuste Diferencial para obter a Pr. de Ajuste

-267 a 93 0 C 0

94 a 232 0 C 2

233 a 482 0 C 3

483 a 660 0 C 4 Válvulas balanceadas (com fole) • Neste caso a existência de contrapressão não influencia o cálculo uma vez que o fole existe

exatamente para compensar a contrapressão. Então a pressão de ajuste diferencial será igual à pressão de abertura. Por isso siga apenas o indicado no item anterior sobre a correção de temperatura de operação.

7.2 – TOLERÂNCIA DE PRESSÃO DE AJUSTE O ASME fixa as seguintes tolerâncias para a abertura da válvula:

Pressão de Ajuste Tolerâncias

0 – 70 Psig (0 – 4,92 kg/mm2) + 2 Psig

Mais que 70 Psig + 3 Psig


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Diferencial de Alívio (Blowdown): a – Serviço de gás, vapor (Válvulas testadas com ar). De acordo com o ASME padroniza-se um diferencial de alívio de 5%, isto é, a válvula tem que fechar com uma pressão de 5% abaixo da pressão que disparou. b – Serviço com líquido (Válvulas testadas com água). Admite-se que a válvula só fecha completamente até 15% abaixo da pressão que começou a abrir. EXEMPLO – Calcular a pressão de ajuste de uma válvula convencional FARRIS, cuja pressão de abertura é 18 kg/cm2 . A válvula trabalha com um gás, num local onde a contrapressão é de 2kg/cm2, a uma temperatura de 250 0C. a) Pressão de ajuste : 18 kg/cm2

b) Contrapressão : 2 kg/cm2

c) Pressão diferencial : 16 kg/cm2

d) Efeito de temperatura : Para válvulas FARRIS, operando a 2500, a pressão de ajuste será: 16 + 3% de 16 = 16,48 kg/cm2

e) Diferencial de alívio: Para serviço com gás, o diferencial de alívio será de 5%. A válvula deverá

fechar então com: 95% de 16,48 = 15,66kg/cm2

f) Tolerâncias: As tolerâncias adotadas, para pressão de ajuste de 16,48kg/cm2 são de + 3%.

Admite-se portanto que a válvula abra de (16,48 – 3% de 16,48) a (16,48 + 3% de 16,48) ou seja, de 16 a 17kg/cm2. Calculando-se o diferencial de alívio de 5% sobre esses valores teremos que a válvula poderá fechar respectivamente de 95% de 16 95% de 17, ou seja, de 15,2 a 16,15 kg/cm2. No caso de serviço com líquido a diferença é que se admitiria um diferencial de alívio de até 15%.

A pressão de fechamento da válvula é regulada pelo anel de ajuste de descarga. Para líquido o anel de ajuste de descarga não tem função e deve ser rosqueado na sua posição mais baixa. 7.3 – ENSAIO DE VEDAÇÃO O ensaio de vedação determina o grau de estanqueidade da válvula. Após de aplicação de pressão para que a válvula tenha no mínimo 5 descargas intermitentes (“popping”), fixa-se o flange do sistema de borbulhamento e mantém-se a pressão de ajuste. Quando o borbulhamento torna-se constante, inicia-se a contagem das bolhas, que não deve exceder aos valores da tabela abaixo. O medidor de borbulhamento é construído por uma falange com um pequeno orifício onde se conecta um tubo com dimensões de 7,9mm (5/16”) de diâmetro externo e 0,87mm (0,035”) de espessura de parede. o tubo deve ser dobrado em 90º e seu terminal deve estar submerso 12,7mm (1/2”) em reservatório com água.


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Dispositivo para execução do teste de vedação (API 527)

VAZAMENTOS PERMISSÍVEIS PARA VÁLVULAS

Vazamento permissível em bolhas por

minuto Área do bocal mm2

Duração do teste em minutos Válvulas sem fole Válvulas com fole

Até 198,08 1 40 50

De 324,54 a 506,49 1 20 30

De 830,37 a 4116,38 2 20 30

Acima de 7129,46 5 20 30 7.4 – AJUSTE DOS ANÉIS Quando da inexistência de um histórico que de condições de se avaliar o desempenho da válvula e, se necessário correções no ajuste, o anel de ajuste deve ser precisa e cuidadosamente ajustado conforme as recomendações do fabricante. Alguns fabricantes de válvulas puncionam no castelo de válvula o número de dentes que corresponde ao posicionamento dos anéis. A tabela I apresenta ponto de ajuste para condições usuais recomendadas pelo fabricante CROSBY.


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TABELA 1

NOTAS:

1) O sinal – (menos) representa que o número de passos (dentes) será abaixo do nivelamento.

2) Nivelado significa a face do anel nivelada com a parte inferior do disco.


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8 – LACRAÇÃO Após a válvula ter sido testada na oficina, e considerada adequada para operações, a mesma deverá ser lacrada. Esse lacre servirá como garantia de que as válvulas não foram mexidas durante a operação. 9 – TRANSPORTE A vedação é feita por superfícies metálicas polidas, que poderão ser prejudicadas, pela vibração que ocorre no transporte de um lugar para o outro. Assim sendo, recomenda-se que as válvulas, após serem testadas e consideradas em boas condições, sejam transportadas para a unidade na posição vertical. Cuidados especiais devem ser tomados para que não haja tombamento da mesma, pois além de imperfeições na sede, poderá haver desalinhamento das partes internas.


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apostila de válvulas de segurança

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