Uma válvula de segurança é um componente crítico de segurança para caldeiras, vasos de pressão e outros equipamentos de pressão, pois evita efetivamente incidentes de explosão resultantes de sobrepressão de dispositivos de produção.
Como tal, as válvulas de segurança desempenham um papel crucial nas fábricas de produtos químicos.
Para obter uma compreensão abrangente das válvulas de segurança, é essencial examinar a sua classificação, características, critérios de seleção e requisitos de instalação.
Classificação e características das válvulas de segurança
De acordo com a diferença da estrutura geral e do mecanismo de carregamento
As válvulas de segurança podem ser categorizadas em três tipos com base em sua estrutura geral e mecanismo de carregamento: tipo de alavanca de martelo pesado, tipo de mola e tipo de pulso.
Destas três, a válvula de segurança tipo mola é a mais utilizada.
1. Válvula de segurança da alavanca do martelo pesado
A válvula de segurança com alavanca de 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 massa do peso.
Vantagens:
A válvula de segurança com 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.
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 está sujeito a vibrações e vazamentos.
Além disso, tem uma baixa pressão de reajuste, tornando difícil fechar bem após a abertura.
2. Válvula de segurança 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 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 possui estrutura leve e compacta, é altamente sensível, pode ser instalada em qualquer posição e é resistente a vibrações. 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. Isto pode afetar a abertura rápida da válvula de segurança.
Além disso, a exposição prolongada a altas temperaturas pode reduzir a elasticidade da mola, sendo necessário considerar o isolamento térmico ou a dissipação de calor quando utilizada em recipientes com altas temperaturas. Isso torna a estrutura mais complexa.
3. Válvula de segurança de pulso
A válvula de segurança tipo pulso é composta por uma válvula principal e uma válvula auxiliar e opera utilizando a ação pulsada da válvula auxiliar para acionar a válvula principal.
Sua estrutura é complexa e normalmente só é adequada para caldeiras e vasos de pressão que requerem grande capacidade de descarga de segurança.
Classificação baseada em modos de descarga média:
Com base no modo de descarga média, 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 através do tubo de escape, evitando que qualquer meio vaze para fora durante o funcionamento.
Este tipo de válvula de segurança é utilizado principalmente em recipientes que contêm gases tóxicos e inflamáveis.
2. Válvula de segurança semifechada
Em uma válvula de segurança semifechada, parte do gás descarregado passa pelo tubo de escape enquanto o restante vaza pelo espaço entre a tampa da válvula e a haste da válvula.
Este tipo de válvula de segurança é utilizada principalmente em recipientes que contêm gases que não agridem o meio ambiente.
3. Abra a válvula de segurança
A válvula de segurança aberta possui uma tampa de válvula aberta que conecta a câmara da mola à atmosfera, facilitando a redução da temperatura da mola.
Este tipo de válvula de segurança é utilizada principalmente em recipientes que contêm vapor como gases de média ou alta temperatura que não agridem a atmosfera.
De acordo com a relação entre a altura máxima de abertura do disco da válvula e o canal de fluxo
A válvula de segurança é dividida principalmente em válvulas de segurança micro-abertas e válvulas de segurança totalmente abertas com base na relação entre a altura máxima de abertura do disco da válvula e o diâmetro do caminho de fluxo da válvula de segurança.
1. Válvula de segurança de microelevação
A altura de abertura de uma válvula de segurança micro-aberta é inferior a 1/4 do diâmetro do canal, geralmente 1/40 a 1/20 do diâmetro do canal.
Este tipo de válvula de segurança opera através de ação proporcional e é utilizada principalmente em aplicações líquidas e, às vezes, em aplicações gasosas com baixa vazão.
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.
Este tipo de válvula de segurança opera através de ação de dois estágios e requer um mecanismo de elevação para abrir totalmente. É usado principalmente em aplicações de meio gás.
De acordo com o princípio da ação
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 carregamento no disco da válvula.
Este tipo de válvula de segurança possui estrutura simples e opera rapidamente com alta confiabilidade. Contudo, devido a limitações na sua estrutura, não é adequado 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.
Instruções de seleção de válvula de segurança
Determinação de vários parâmetros da válvula de segurança:
- Determine a pressão nominal da válvula de segurança:
Escolha a pressão nominal com base no material da válvula, temperatura operacional e pressão máxima de trabalho.
- Determine o nível de pressão de trabalho da válvula de segurança:
O nível de pressão de trabalho deve ser selecionado com base na pressão projetada e na temperatura projetada 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 equivale à pressão de trabalho do sistema ou equipamento protegido.
Em contraste, o nível de pressão de trabalho da mola refere-se à faixa de pressão permitida da mola.
Dentro desta faixa, a pressão de abertura (isto é, pressão de ajuste) da válvula de segurança pode ser ajustada alterando a compressão de pré-carga da mola.
Válvulas de segurança com a mesma pressão nominal podem ter diferentes níveis de pressão de trabalho com base nos requisitos do projeto da mola.
Ao selecionar uma válvula de segurança, é crucial determinar o nível de pressão de trabalho com base no valor de pressão de abertura necessário.
- Determine a pressão de descarga (PD) da válvula de segurança:
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.
- Determine o tamanho da válvula de segurança:
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 sobrepressão em caso de sobrepressão anormal do sistema.
Este valor é determinado pelas condições de trabalho, capacidade e potencial sobrepressão do sistema ou equipamento.
- Determine a seleção do material:
O material da válvula de segurança deve considerar a temperatura e pressão de trabalho do meio, as propriedades do meio e a viabilidade e economia 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 radiador (aleta).
② No caso de uma válvula de segurança que suporta contrapressão adicional e se a alteração na contrapressão exceder 10% da pressão de ajuste, uma válvula de segurança de fole deve ser escolhida. Além disso, para uma válvula de segurança que lida com um meio corrosivo, uma válvula de segurança com 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, uma válvula de segurança fechada deve ser utilizada. Se for necessária uma válvula de segurança com mecanismo de elevação, deverá ser usada uma válvula de segurança fechada com uma chave inglesa.
④ Para meios não perigosos, como ar, água quente ou vapor acima de 60 ℃, uma válvula de segurança com chave inglesa deve ser adotada.
⑤ Para caminhões tanque de liquefação (tanque), uma válvula de segurança embutida deve ser adotada.
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, o tipo micro start deve ser escolhido. Para condições de alta pressão com grande capacidade de descarga, um tipo de partida indireta, como uma válvula de segurança de pulso, deve ser selecionado. Para embarcações com comprimento superior a 6m, duas ou mais válvulas de segurança deverão ser instaladas.
⑦ Para vasos 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, deve ser adotada uma válvula de segurança tipo mola.
⑧ Se o meio for espesso e propenso a bloqueio, um dispositivo de alívio combinado em série de uma válvula de segurança e disco de ruptura deve ser selecionado.
Posição de instalação e requisitos da válvula de segurança
1. Posição de instalação
① A válvula de segurança deve ser instalada verticalmente para cima.
② A posição de instalação deve ser o mais próximo possível do equipamento ou tubulação protegida.
③ A válvula de segurança deve ser instalada em local de fácil manutenção e ajuste, com espaço suficiente ao seu redor.
④ A válvula de segurança para um vaso de pressão deve ser instalada no espaço da fase gasosa acima do nível do líquido do vaso ou na tubulação, com o ponto de conexão localizado no espaço da fase gasosa do vaso de pressão.
⑤ Para recipientes e equipamentos contendo meios inflamáveis, tóxicos ou viscosos, uma válvula de corte pode ser instalada na frente da válvula de segurança. No entanto, a área de fluxo da válvula de bloqueio não deve ser inferior à área de fluxo mínimo 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.
⑥ Para reduzir a influência da autogravidade da válvula e evitar fadiga por estresse e fadiga por vibração de descarga, a válvula de segurança deve ser instalada ao contrário da válvula de bloqueio.
⑦ Se a válvula de segurança puder estar 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 , traceamento térmico ou isolamento térmico devem ser aplicados em sua tubulação de entrada.
⑧ 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. Não deve ser instalado no canto morto da tubulação horizontal.
⑨ Para tubulações, trocadores de calor ou vasos de pressão com meio líquido, quando a válvula está fechada, a expansão térmica pode resultar em alta pressão. Para resolver isso, a válvula de segurança pode ser instalada horizontalmente para descarregar o líquido diretamente para baixo.
⑩ Para descarga de emergência por ar, o orifício do tubo deve ser plano, não pontiagudo e livre de rebarbas para evitar descarga eletrostática.
O ponto de instalação da válvula de segurança não deve sujeitá-la a contrapressão excessiva e deve estar dentro da faixa permitida especificada. O corpo da válvula de segurança deve ser apoiado de forma estável.
Para recipientes com meios extremamente perigosos ou inflamáveis e explosivos, a saída da válvula de segurança deve ser conduzida para local seguro e manuseada adequadamente.
Se mais de duas válvulas de segurança partilharem um tubo de descarga, a área da secção transversal do tubo de descarga não deve ser inferior à soma das áreas da secção transversal das saídas de todas as válvulas de segurança. No entanto, o oxigénio ou gás combustível e outros dois gases que podem produzir uma reacção química entre si não podem partilhar um tubo de descarga.
2. Requisitos de instalação
① Para meios corrosivos, a válvula de segurança deve ser instalada em combinação com um disco de ruptura.
② Para meios altamente tóxicos, uma válvula de segurança com boa vedação deve ser selecionada.
③ Para meios de alta temperatura, a alta temperatura pode ter um impacto significativo na mola, portanto, válvulas de segurança com mola devem ser evitadas.
④ Para válvulas de segurança importantes ou vulneráveis ao fogo, um sistema de proteção contra spray deve ser instalado.
⑤ Para válvulas de segurança para tanques esféricos, válvulas de segurança duplas devem ser instaladas e a capacidade de alívio de pressão de qualquer válvula de segurança deve ser suficiente para atender aos requisitos de segurança de alívio de pressão do tanque esférico.
⑥ A válvula de segurança deve ser equipada com um jumper eletrostático.
⑦ 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. Isto pode ser conseguido aumentando o diâmetro do tubo de entrada e encurtando a seção do tubo de entrada.
