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Trabalho de graduação da FATEC SP sobre instações de válvulas de segurança para alívio de pressão PSV's.
Tipologia: Trabalhos
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Não perca as partes importantes!
Fatec São Paulo
www.fatecsp.br – e-mail: fatecsp@fatecsp.br Praça Coronel Fernando Prestes, 30 – Bom Retiro – São Paulo – SP 01124-060 – Tel.: (11) 3322-2200 – Fax: (11) 3315-
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Monografia apresentada à FATEC São Paulo, como parte dos requisitos para obtenção do título de Tecnólogo em Hidráulica e Saneamento Ambiental
Num sistema de condutos forçados devemos controlar todas as variáveis para um o bom funcionamento dessas tubulações, desde a vazão e a velocidade até temperatura e pressão, porém estas variáveis estão sujeitas a algumas variações que podem trazer grandes prejuízos. Como exemplo, podemos citar a variação de pressão, pois quando esta excede a pressão prevista em projeto pode causar grandes danos, como o rompimento de tubos e conexões ou até mesmo o comprometimento de válvulas e equipamentos. Para sanar esse problema, a sobrepressão, existem as válvulas de segurança que tem por objetivo evitar consequências graves impedindo que a pressão exceda um valor preestabelecido, a pressão de projeto. Nesse trabalho de graduação abordaremos um tema de extrema importância para as indústrias, que são as válvulas de segurança. A princípio essas válvulas atuam como um dispositivo cuja finalidade é de aliviar a pressão em situações de emergência, porém falaremos a respeito de sua atuação como um elemento de proteção num sistema, tanto de equipamentos quanto de vidas. Trataremos da sua classificação como válvulas de “segurança”, “alívio” e “segurança e alívio”, o emprego de cada uma dessas válvulas quanto ao fluido, critérios de dimensionamento, operação e manutenção, suas formas construtivas, assim como seus fenômenos operacionais, porém dando ênfase às instalações dessas válvulas. Tudo isso baseado em normas e padrões reconhecidos mundialmente que descrevem regras e procedimentos quanto ao projeto dessas válvulas e sua implantação. Enfim, o objetivo desse trabalho é abordar de forma sucinta e prática o emprego e instalação das válvulas de segurança.
A válvula de segurança é um dispositivo de alívio de pressão inventada pelo francês Denis Papin em 1682. Essa válvula consistia em um sistema de contrapressão, onde o peso que era movimentado por uma alavanca alterava a pressão de ajuste. Em 1848 o inglês Charles Ritchie elaborou uma forma de aproveitar as forças do fluido fazendo com que aumentasse o curso de abertura do disco da válvula que era uma espécie de lábio que ficava em volta da vedação do bocal, que era fixo. Hoje esse lábio seria o anel do bocal que é roscado usado para variar a força de abertura da válvula. John Ramsbottom em 1856 desenvolveu a válvula de mola, sendo que mais tarde, em 1863 George Richardson e Edward H. Ashcroft desenvolveram a válvula de segurança tipo mola. Já Willian Naylor em 1863 introduziu um segundo lábio em volta do disco, aumentando assim o curso de abertura da válvula e consequentemente a força reativa. Nas válvulas atuais esse segundo lábio seria uma saia na face inferior do suporte do disco. Embora as válvulas atuais utilizem esses princípios para aproveitar as forças reativas e expansivas do fluido, a válvula de contrapeso foi responsável por muitos acidentes. Atualmente o Código ASME Seção I, não permite que a válvula do tipo contrapeso seja instalada em caldeiras. A ASME ( American Society of Machanical Engineers ) é uma sociedade Técnica Educacional de engenheiros Mecânicos organizada em 1880. Devidos aos acidentes que ocorreram nos anos de 1905 e 1911 nos Estados Unidos, a ASME foi chamada para elaborar um código de projeto estabelecendo normas, critérios, instalação e inspeção de projetos para garantir a integridade de vidas e materiais. (MATHIAS, 2010)
Diferentemente da válvula de alívio, a válvula de segurança já é definida por possuir uma abertura instantânea (“ pop ”). Utilizada para fluidos compressíveis, como gases e vapor, essa válvula só se abrirá quando a pressão do sistema for maior que a permitida, pois será a pressão excedente nos sistema que irá provocar a sua abertura (disparo “ pop ”) através da elevação do disco equilibrando a força da mola causando o escape do fluido. Após a pressão ser diminuída a válvula irá se fechar com uma pressão menor do que a qual provocou a sua abertura. A figura 2.2.1 mostra a válvula fechada e aberta.
Figura 2.2.1 – Válvula de segurança (Fonte: Norma API 520, Part I, 2005)
O mesmo autor ainda relaciona a válvula de segurança podendo ser do tipo:
pressão no sistema. Esse tipo de válvula apresenta uma ótima repetibilidade.
Conforme o autor SILVA (2010), esse tipo de válvula pode ser adotada tanto em fluidos compressíveis tendo uma abertura rápida como em fluidos incompressíveis assumindo a função de válvula de alívio. Essas válvulas apresentam a seguinte classificação:
Os componentes da válvula estão ilustrados na figura 2.3.1 e na tabela 2.3.1 a identificação dos mesmos.
Função dos componentes:
Figura 2.3.2 – Tipos de capuz (Fonte: Silva, 2010)
Figura 2.3.3 – Haste (Fonte: Silva, 2010)
2.3.4 mostra um castelo aberto, que tem a finalidade de dissipar o calor em casos de formação de condensado.
Figura 2.3.4 – Castelo aberto (Fonte: Catálogo WBurger, 2010)
Figura 2.3.5 – Mola (Fonte: Silva, 2010)
de segurança existe apenas um sentido de fluxo e que este não pode ser invertido. Ver figura 2.3.8.
Figura 2.3.8 – Bocal em corte (Fonte: Silva, 2010)
Conforme MATHIAS (2008) descreve chattering , simmering e flutting são fenômenos operacionais mais comuns em válvulas de segurança.
O chattering é caracterizado por uma situação anormal onde há aberturas e fechamentos da válvula de segurança e alívio em rápida sucessão tendo uma vibração que pode levar à destruição de todos os componentes internos da válvula, essa vibração ocorre em todas as peças móveis da válvula no momento de sua abertura, sendo mais comum quando o fluido for gás ou vapor. Conforme o autor explica o chattering é um fenômeno operacional pelo fato de reduzir a capacidade de alívio da válvula, sendo que após seu início essa só será encerrada quando a pressão do processo estiver abaixo da pressão de fechamento. As causas desse fenômeno podem sem associadas a:
Simmering pode ser descrito como um vazamento audível ou visível que ocorre com fluidos compressíveis como gases e vapor causando desgastes das superfícies de vedação devido à alta velocidade do fluido escoando, desgastes das superfícies de guia, além de fadiga da mola, sendo que as principais causas são:
Flutting é um fenômeno semelhante ao chattering , porém não acontece o contato físico entre o disco e o bocal não causando danos à vedação, no entanto a guia pode ser prejudicada. Por ser um fenômeno parecido com o chattering , mas com uma intensidade menor, as causas também são semelhantes.
Todas as válvulas de segurança antes de serem instaladas devem passar por testes, mesmo que anteriormente essas tenham sido testadas e ajustadas na fábrica, porém é de extrema importância fazer novos ajustes devido às condições pelas quais elas foram testadas em bancadas serem diferentes às condições que essas válvulas se prestarão quando estiverem operando. As válvulas de segurança passam por um teste onde aumenta-se a pressão até a sua abertura. (MANUAL CROSBY, 2003). Conforme a Norma Petrobrás N-2368 (2010), as válvulas de segurança podem ser classificadas em:
Algumas das causas mais comuns para ocorrer a sobrepressão são:
Segundo MATHIAS (2008), normalmente, a válvula de segurança opera a maior parte do tempo fechada e somente em condições anormais de operação é que ocorre sua abertura. Assim o ruído nas válvulas de segurança não é algo comum. Nas válvulas de segurança que operam com fluidos compressíveis sua abertura geralmente é inesperada e momentânea, podendo causar um elevado nível de ruído.
A descarga de fluidos compressíveis pela válvula de segurança é sempre ruidosa, principalmente quando ocorre para atmosfera, devido à expansão do fluido a ser aliviado e a alta velocidade de escoamento desenvolvida na saída do bocal em função da expansão do fluido. No processo o volume do fluido mantém a válvula aberta por mais tempo e o ruído se torna mais intenso. Essa intensidade é sempre proporcional a sua pressão de ajuste e capacidade de vazão efetiva e inversamente proporcional a sua contrapressão. O ruído produzido pela descarga da válvula é propagado ao ambiente externo através do corpo desta e da espessura de parede de sua tubulação de descarga. A contrapressão desenvolvida que pode ser produzida deve ser analisada nessas aplicações. Quando a capacidade de vazão requerida coincide com a vazão efetiva da válvula, o ruído alcança sua intensidade máxima devido à sobrepressão, além da velocidade sônica do fluido ser alcançado na saída do bocal. Seu valor só se reduz durante o ciclo de fechamento. A capacidade de vazão efetiva deve ser determinada, antes do cálculo do nível de ruído. Quanto maior for a distância entre o ponto de descarga da válvula e a plataforma ou piso mais próximo onde pode estar um trabalhador, menor será o nível de ruído. Quando a descarga de uma válvula emite ruído excessivo, este pode ser diminuído também através da aplicação de isolamento acústico.
Conforme indica a norma Petrobrás N-1882 (2009), a seleção de PSV’s deve ser conforme normas e códigos adequados, ressaltando que em casos onde possam ter itens que abordam o mesmo assunto, deverá considerar o critério de seleção mais exigente. Ainda considerando a norma, deve-se admitir que:
