Apostila Curso Valvulas Seguranca 2010 Parte 1A Revisada

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    1. INTRODUO As unidades qumicas de processo industrial, como por exemplo plantas de produo de produtos qumicos, refinarias de petrleo e plantas petroqumicas, bem como sistemas de gerao de vapor , so projetadas para operar em altas presses e altas ou baixas temperaturas. No projeto das unidades, os equipamentos e tubulaes so dimensionados para resistir a estas condies de operao. Para manter as presses internas aos equipamentos nas condies normais de operao, a planta dispe de instrumentos de controle que atuam automaticamente e mantm as presses em nveis aceitveis. Alm disso, os operadores esto constantemente verificando as condies operacionais e atuam em caso de variaes anormais. Apesar do elevado grau de controle que se tem sobre as condies operacionais, eventualmente ocorrem elevaes anormais de presso que excedem os valores considerados aceitveis pelo projeto dos equipamentos, e no so controladas pelos sistemas de controle ou pelos operadores. Essas anormalidades so decorrentes de reaes qumicas, falhas nos sistemas de utilidades, bloqueio indevido em descarga de bombas ou compressores, fogo externamente aos equipamentos, etc. Essas elevaes anormais de presso, no controladas pelos meios normais, podem causar danos s instalaes, pessoas e meio ambiente, e para proteg-los so empregados dispositivos que aliviam o excesso de presso. Esses dispositivos so acionados automaticamente pela prpria presso que atua nos equipamentos. Os mais utilizados so os discos de ruptura e as vlvulas de segurana e alvio de presso. O disco de ruptura consiste num diafragma fino (geralmente metlico) colocado dentro de um alojamento instalado entre flanges e projetado para romper a uma presso pr-determinada. So utilizados em ampla faixa de presses, quando os fluidos so corrosivos, h necessidade de descarregar um grande volume de gases ou necessria rapidez na atuao. Tem a desvantagem de no manter vedao uma vez cessada a elevao anormal de presso. Em alguns casos so colocados antes das vlvulas de segurana e alvio para proteg-las contra corroso. A vlvula de segurana e alvio de presso um dispositivo automtico movimentado por mola, que abre em uma presso pr-determinada, alivia o excesso de presso e fecha proporcionando boa vedao quando as condies voltam normalidade. largamente utilizada nas indstrias qumicas de processo e nas centrais de gerao de vapor. As situaes operacionais que provocam excesso de presso so diversas, bem como as demandas necessrias para aliviar a presso. H situaes em que necessria uma rpida resposta do dispositivo de alvio de presso, em outras h necessidade de se aliviar grande quantidade de fluido. Os dispositivos tm que atender s condies operacionais e tambm aos requisitos dos cdigos de projeto dos equipamentos que esto protegendo. De modo geral, o dispositivo de alvio de presso deve abrir na presso especificada e permitir a passagem de uma quantidade de fluido suficiente para garantir que a presso no equipamento ou sistema protegido no exceda um determinado porcentual acima da presso de projeto. Existem vrios tipos diferentes de vlvulas e discos de ruptura, com caractersticas prprias que se ajustam melhor a determinadas situaes e servios. Alm disso, possvel utilizar um conjunto de vlvulas de segurana e alvio ou ainda a combinao destas com discos de ruptura. A escolha do dispositivo de alvio de presso adequado requer o conhecimento das condies de processo e das causas que podem provocar excesso de presso, dos requisitos estabelecidos nas normas de projeto do equipamento ou sistema a ser protegido, do funcionamento e caractersticas operacionais dos dispositivos de alvio que sero utilizados naquelas condies especficas.

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    2. FUNCIONAMENTO E USOS DAS VLVULAS DE SEGURANA E ALVIO A figura abaixo um desenho esquemtico de uma vlvula de segurana e alvio de presso, mostrando os elementos construtivos principais: corpo, castelo, bocal, disco, haste, mola, parafuso de regulagem e conexo de descarga. O bocal est inserido no corpo da vlvula, enquanto a mola se aloja internamente ao castelo. O parafuso de regulagem, que rosqueado na parte superior do castelo, proporciona o ajuste da fora da mola. A haste transmite a fora da mola para o disco. A vlvula conectada diretamente ao equipamento que se quer proteger, ou a uma tubulao a ele conectada, de modo que a presso do equipamento chega livremente ao disco, que o elemento de vedao. O funcionamento das vlvulas de segurana e alvio se baseia no equilbrio entre a fora da mola que empurra o disco contra o bocal e a presso do fluido aplicada no disco. A mola ajustada para exercer uma fora superior ao da presso de operao contra o disco, e a vlvula se mantm fechada nas condies normais de trabalho.

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    Quando a presso no equipamento atinge a presso de abertura h um equilbrio entre a fora da mola e a presso atuante na rea interna do disco equivalente rea do bocal, e a vlvula inicia sua abertura. A compresso da mola deveria impedir a continuao da abertura da vlvula, porque a mola impe uma carga crescente medida que comprimida. No entanto, como o disco maior que o bocal, medida que a vlvula vai se abrindo mais rea exposta presso e o aumento na elevao do disco supera a crescente resistncia da mola. O disco deslocado para cima, permitindo o fluxo pelo bocal, atravs das sedes do disco e do bocal, e da para a descarga da vlvula. O disco vai se elevando em relao ao bocal com o aumento da presso, at atingir o curso mximo. A vlvula deve ter uma rea de passagem suficiente para aliviar todo o fluxo e garantir que na condio de abertura plena a presso no equipamento no vai ultrapassar um determinado valor mximo definido pelo cdigo de projeto do equipamento protegido. A diferena entre o valor mximo de presso durante o alvio e a presso de abertura, expressa em percentual da presso de abertura, denominada sobrepresso. Aps a descarga e aliviado o excesso de presso, haver fechamento quando a fora da mola equilibrar a presso atuando na rea total do disco. Esta rea maior que a rea do bocal, conseqentemente, a presso de fechamento menor que a presso de abertura. Existem vrios tipos e modelos de vlvulas de segurana e alvio de presso. Dependendo do tipo e da funo, essas vlvulas recebem denominaes especficas. As vlvulas de segurana so usadas em fluidos compressveis, como p.ex. ar comprimido e vapor. As vlvulas de alvio so usadas em fluidos incompressveis, como descarga de bombas. As vlvulas de segurana e alvio so usadas tanto com lquidos quanto com gases.

    CURVA DE FUNCIONAMENTO DE UMA VLVULA DE SEGURANA E ALVIO

    1 PONTO DE ABERTURA 2- PONTO DE FECHAMENTO PRESSO DE ABERTURA = PRESSO DE PROJETO DO EQUIPAMENTO

    SOBREPRESSO

    PRESSO DE OPERAO

    PRESSO DE ABERTURA

    ABERTA

    FECHADA FECHADA1 2

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    RELAO ENTRE PRESSO DE OPERAO E ELEVAO DO DISCO DE UMA VLVULA DE SEGURANA E ALVIO DE PRESSO

    2.1 Vlvulas de Alvio As vlvulas de alvio so utilizadas para lquidos. Em condies normais de operao a fora da mola supera a presso atuando sob o disco, e a vlvula est fechada. A abertura inicial ocorre quando a presso do lquido equilibra a fora da mola. O lquido que escapa forma um filme que se projeta radialmente em relao s sedes do disco e bocal. medida que a presso aumenta alm do ponto de abertura o disco se eleva da sede, e a presso passa a atuar progressivamente em uma rea maior, possibilitando a compresso da mola e o aumento de vazo atravs da vlvula. O lquido que escapa radialmente atinge a superfcie do suporte do disco e defletido para baixo, criando uma fora reativa que tende a mover o disco e suporte do disco para cima. Essas foras aumentam lentamente na faixa de 2 a 4% de sobrepresso. Quando a vazo aumenta suficientemente, as foras reativas crescem exponencialmente, empurrando o disco at a elevao total. A vlvula repentinamente passa de uma elevao de 50% a 100% na faixa de sobrepresso de 2% a 6% . As vlvulas de alvio instaladas em vasos de presso so projetadas para capacidade mxima de alvio com 10% ou menos de sobrepresso. Aps o alvio, o fechamento vai ocorrer quando a presso cai at um determinado valor abaixo do ponto de abertura, e a mola supera as foras que agem no disco e o move at o contato novamente com a sede do bocal. Muitos modelos de vlvulas de alvio so adaptaes de projetos de vlvulas para servio com fluido compressvel. Estas vlvulas quando usadas em servio com lquido requerem sobrepresso da ordem de 25% para atingirem abertura plena e operao estvel, dado que lquidos no proporcionam as foras expansivas caractersticas dos gases. Para aplicaes como descarga de bombas e proteo de tubulaes podem ser utilizadas vlvulas de alvio que alcanam o curso mximo com 25% de sobrepresso. Eventualmente vlvulas construdas para sobrepresso de 25% so usadas em servio com 10% de sobrepresso. Neste caso deve-se aplicar um fator de 0,6 para correo da capacidade de alvio.

    F A C DIF. ALVIO SOBREPRESSO

    0

    100

    A = PRESSO DE ABERTURA F = PRESSO DE FECHAMENTO C= PRESSO MXIMA DE ALVIO

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    O diferencial de alvio (diferena porcentual entre a presso de abertura e a de fechamento) constante. Alguns modelos especiais de vlvulas de alvio tem um perfil adequado do disco e suporte do disco, de modo que conseguem diferenciais de alvio em torno de 5% a 7%, e podem ser normalmente usadas em vasos de presso. De modo geral as vlvulas de alvio tem diferencial de alvio da ordem de 15% a 20%; caso sejam utilizadas em vasos de presso necessrio verificar que a presso de operao fique abaixo da presso de fechamento. Para outros usos, como tubulaes e descargas de bombas, diferenciais de alvio de 20% so adequados.

    A vlvula de alvio tem castelo fechado, para evitar vazamento de lquido para atmosfera. De modo geral as vlvulas de alvio descarregam para sistemas fec