Válvula de segurança

Locomotiva da York Newcastle & Berwick Railway após o estouro da caldeira, 1850

Válvulas de segurança ( válvulas de alívio de pressão ) pertencentes às válvulas de segurança de acordo com DIN EN 806-1 e DIN 3211 e protegem espaços pressurizados ou vasos de pressão (por exemplo, B. caldeiras de aquecimento e vapor , tubulações , reatores ) na frente de um para impressão aparelhos são proibidos ou aumento de pressão do sistema de impressão. Se a pressão de resposta for excedida, gases , vapores ou líquidos são descarregados na atmosfera ou em tubos coletores.

A válvula de segurança é um dispositivo de alívio de pressão que começa a responder quando a pressão excede a pressão operacional máxima permitida no caso de avarias previsíveis. Quando uma sobrepressão de 10% da pressão operacional máxima permitida é atingida, a válvula de segurança deve estar totalmente aberta. Se a válvula de segurança estiver corretamente dimensionada, o aumento de pressão permanece gerenciável. Depois que a sobrepressão foi liberada pelo sopro no ambiente, a válvula fecha novamente e o sistema pode continuar a ser operado. Para garantir a estanqueidade permanente de uma válvula de segurança, a pressão operacional permanente não deve exceder 90% da pressão operacional máxima. Um exemplo é a válvula de segurança da caldeira em uma locomotiva a vapor .

Cada circuito fechado que é aquecido precisa de uma válvula de segurança, por ex. B. geradores de água quente , sistemas de aquecimento de água , circuitos coletores solares . A válvula de segurança evita que um sistema estourar se a expansão do fluido térmico ocorrer devido à transferência de calor e não houver uma almofada de gás definida. Mesmo um aumento de temperatura da radiação solar de cerca de 10 a 30 ° C pode causar a deformação do vaso de pressão. Líquidos orgânicos (por exemplo, agentes anticongelantes, como etilenoglicol ) são mais críticos do que água devido ao seu alto coeficiente de expansão de volume .

No caso de válvulas de segurança de diafragma, o diafragma flexível evita que o meio entre em contato com a mola e o rolamento do eixo da válvula de gatilho quando a válvula é acionada, o que significa que uma operação confiável pode ser alcançada por um longo período de Tempo.

A pressão de resposta da válvula de segurança nas caldeiras de aquecimento de água quente é geralmente de 3 bar. No caso de um vaso de expansão de membrana com vazamento , a almofada de gás nitrogênio não é necessária . A dilatação térmica quando a água de aquecimento é aquecida, como o reabastecimento do sistema de aquecimento da rede de água, pode causar uma pressão inadmissível (a pressão na tubulação de água potável é muitas vezes superior à pressão permitida na caldeira de aquecimento). O diâmetro nominal da válvula de segurança deve ser projetado para o fluxo de massa máximo de blow-off ou fluxo de volume.

As válvulas de segurança para caldeiras de aquecimento são selecionadas de acordo com a potência nominal de calor. As válvulas de segurança em compressores de ar são projetadas de acordo com o volume de entrega do compressor . As válvulas de segurança em recipientes para o armazenamento de gases criogênicos (por exemplo, oxigênio líquido) devem ser projetadas para o fluxo de massa de evaporação se o isolamento do recipiente for omitido devido à perda de vácuo no isolamento térmico .

Em I & I-fluir regimes de acordo com as normas internacionais, a marcação é uma válvula de segurança de pressão com PSV ( P ressão S egurança V alve) com um número de contagem seguinte.

Classificação

Com relação ao seu comportamento de resposta, as válvulas de segurança são classificadas de acordo com:

• Válvulas proporcionais . O comportamento de abertura entre a pressão de resposta p _definida e a abertura total (1,1 p _definida ) é proporcional à pressão,
• As válvulas de segurança de curso completo abrem repentinamente e com curso completo ao responder,
• As válvulas de segurança normais não têm comportamento de resposta especial.

Além disso, as válvulas de segurança são diferenciadas de acordo com o tipo de força contrária à pressão a ser protegida:

• válvulas de segurança com mola,
• válvulas de segurança com carga de peso,
• válvulas de segurança de carga média.

O peso e a proporção de transmissão de braço de alavanca ou a pré-carga da mola está em equilíbrio com a pressão de resposta com a força que actua sobre o disco de válvula, devido à pressão interna.

No caso das válvulas de segurança de carga média, as mesmas pressões atuam em ambos os lados da placa de vedação, devido às superfícies de tamanhos diferentes, uma força maior atua no sentido de fechamento. A válvula é controlada por uma unidade de válvula adicional. Se a pressão de resposta for excedida, a área acima da placa de vedação é ventilada através da unidade de válvula adicional, a força de fechamento é removida e a válvula abre repentinamente.

Também é feita uma distinção entre válvulas de segurança de ação direta e controladas . As válvulas de segurança controladas correspondem à ação direta, exceto por uma força adicional de fechamento e abertura. Pode ser um acionamento por cilindro pneumático ou hidráulico que, dentro de certos limites, provoca uma força de carga adicional e, se a pressão de resposta for excedida, uma força de elevação adicional. Isso atinge um comportamento de resposta muito mais preciso. As válvulas de segurança controladas são z. B. usado em caldeiras a vapor de usinas maiores. Devido à reevaporação com volumes de água maiores, há tempos mais longos até que a válvula de segurança feche novamente após a pressão ser excedida se as válvulas de segurança não forem controladas. Uma classe particular constitui o supressor de chamas (Engl. Supressor de Flashback), conforme incorporado em décadas na soldagem pela válvula de controle de pressão e antes do par de mangueiras de soldagem. Se uma frente de chama se arrasta ou uma frente de explosão estala na mangueira contra o fluxo de gás regular, esses componentes fecham o caminho para o cilindro de gás. Esses componentes (cerca de 12 cm de comprimento, 2,5 cm de diâmetro) contêm pistões acionados por mola e uma barreira porosa feita de metal sinterizado , são controlados termicamente e pelo choque de pressão de entrada e evitam o incêndio de garrafas.

Propriedades características

Os valores característicos para o projeto de válvulas de segurança são:

• p _set : pressão de resposta em bar (sobrepressão),
• d ₀ : menor diâmetro de abertura na sede da válvula em mm,
• K _Dr ou : coeficiente de descarga reduzido atribuído,${\ displaystyle \ alpha}$
• h : Curso da válvula de segurança (posição do disco da válvula entre a sede e a abertura máxima) em mm.

O escoamento do fluxo de massa é calculado a partir da conversão da energia da pressão em energia cinética ( equação de Bernoulli ). O coeficiente de descarga descreve a velocidade de fluxo real integrada sobre a seção transversal de fluxo A ₀ em relação àquela com uma distribuição de velocidade uniforme (perfil plug).

O coeficiente de descarga K _Dr é determinado em testes como parte do teste de componentes. Este valor é então multiplicado por um fator de segurança de 0,9 e pode então ser usado como o coeficiente de descarga reduzido atribuído K _Dr no cálculo para o fluxo de massa de purga. Os coeficientes de descarga de gases e líquidos são diferentes.

O fluxo de massa fluindo para fora de uma válvula de segurança pode ser calculado para gases até a razão de pressão crítica p ₂ ≤ p _{crit a} partir da seguinte equação:

${\ displaystyle {\ dot {m}} = K _ {\ mathrm {Dr}} \ cdot A_ {0} \ cdot {\ sqrt {\ frac {p_ {1}} {v_ {1}}}} \ quad {\ sqrt {2 \ cdot {\ frac {\ kappa} {(\ kappa -1)}} \ cdot \ left \ lbrack {\ left ({\ frac {p_ {2}} {p_ {1}}} \ direita) ^ {\ frac {2} {\ kappa}}} - \ esquerda ({\ frac {p_ {2}} {p_ {1}}} \ direita) ^ {\ frac {\ kappa +1} {\ kappa}} \ right \ rbrack}}}$

No caso de uma razão de pressão supercrítica, a pressão crítica p _crit deve ser usada para p ₂ .

• ${\ displaystyle p_ {1}}$: Pressão de repouso (absoluta) no recipiente e pressão de resposta da válvula de segurança
• ${\ displaystyle v_ {1}}$: volume específico do gás no recipiente
• ${\ displaystyle p_ {2}}$: Pressão (absoluta) no espaço de descarga
• ${\ displaystyle p _ {\ mathrm {krit}} = p _ {\ mathrm {L}}}$: pressão crítica ou de lavagem
• ${\ displaystyle \ kappa}$: Expoente isentrópica (ar: Ne, Ar: , água, CO ₂ : )${\ displaystyle \ kappa = 1 {,} 4}$${\ displaystyle \ kappa = 1 {,} 66}$${\ displaystyle \ kappa = 1 {,} 3}$

Na tecnologia de pressão, todas as pressões são especificadas em pressões excessivas (por exemplo, a pressão de operação dos vasos de pressão, a pressão de ajuste das válvulas de segurança). A pressão absoluta deve sempre ser usada nas equações termodinâmicas.

No caso de razões de pressão críticas ou supercríticas (pressão na pressão interna para pressão no espaço de saída), os gases fluem na velocidade do som (razão crítica de pressão do ar :) . O fluxo de massa é então independente da pressão no espaço de saída. Deve-se notar, entretanto, que à medida que a contrapressão aumenta, a força de abertura na sede da válvula diminui, a válvula não abre mais completamente e, portanto, o curso máximo não é mais atingido. Isso muda o coeficiente de descarga e, portanto, em última análise, o fluxo de massa que pode ser descarregado é reduzido. Isso é levado em consideração nas regras de cálculo para válvulas de segurança, na medida em que o coeficiente de descarga só é válido para certas contrapressões ( válvulas proporcionais : contrapressão máx. 15%, válvulas de segurança com fole : contrapressão máx. 30%). ${\ displaystyle p_ {2} / p_ {1} <0 {,} 528}$

Projeto de uma válvula de segurança

Uma válvula de segurança com mola em uma usina de energia

A pressão ajustada ou pressão de resposta é a pressão na qual a válvula de segurança começa a abrir para liberar a pressão. Esta é a pressão que é fixada permanentemente na válvula de segurança. A pressão ajustada está sujeita a uma tolerância (conforme DIN EN ISO 4126-1) de (± 3%) ou para válvulas abaixo de 3 bar de (± 0,1 bar).

Válvula de segurança proporcional

A pressão de fechamento é o valor de pressão no qual a válvula de segurança é completamente fechada novamente após ter eliminado o excesso de pressão. Para meios líquidos, este valor está 20% abaixo da pressão definida (a uma pressão definida <3 bar, o valor é 0,6 bar abaixo).

Para meios gasosos, o valor de acordo com AD2000 é 10% abaixo da pressão definida e de acordo com DIN EN ISO 4126-1 15% abaixo (a uma pressão definida <3 bar o valor é 0,3 bar abaixo da pressão definida).

A pressão de abertura também é chamada de pressão de sopro e é o ponto no qual a válvula de segurança atinge o curso máximo para que o fluxo de massa necessário seja descarregado. Com as válvulas de segurança de elevação normal, isso está no máximo 10% acima da pressão definida e com as válvulas de segurança de elevação total no máximo 5% acima da pressão definida.

A pressão de operação é a pressão de trabalho de uma planta ou sistema em circunstâncias normais. Idealmente, a pressão de operação está 5% abaixo da pressão de fechamento de uma válvula de segurança.

Avaliação

Dependendo da suposição de carga (causas que levam à resposta da válvula de segurança, fluxos de volume a serem descarregados, tipo de meio), o diâmetro nominal da válvula de segurança pode ser calculado e o tipo de sistema de purga (acúmulo de uma possível contrapressão) pode ser determinada.

As válvulas de segurança para uso em sistemas solares são selecionadas de acordo com DIN 4757, Parte 2.

Embora os discos de ruptura também sejam recomendados para alívio de pressão no caso de aumentos rápidos de pressão, como explosões, as válvulas de segurança não podem liberar a seção transversal de fluxo necessária com rapidez suficiente em casos excepcionais. Se forem esperados picos de pressão repentinos , é necessário um dimensionamento cuidadoso das válvulas de segurança. Válvulas dimensionadas inadequadamente podem começar a vibrar, o que pode aumentar a amplitude do surto de pressão.

Normas

Válvula de segurança de ar comprimido

Representação padronizada de uma válvula de segurança com mola
1.
Forma reta 2. Forma de canto

Antes da implementação da Diretiva de Equipamentos de Pressão de 2002, as válvulas de segurança eram projetadas de acordo com o folheto A2 da AD (Grupo de Trabalho sobre Vasos de Pressão , Equipamentos). As válvulas de segurança tiveram que ter seus componentes testados. Os testes foram realizados pela TÜV ou instituições semelhantes. O procedimento e o escopo do teste de componente foram listados na folha de informações "Válvula de segurança 100" da VdTÜV.

Desde que a Diretiva de Equipamentos de Pressão 97/23 / EC e a Diretiva 2014/68 / EU entraram em vigor, a folha de dados AD-2000 A2 pode ser usada como base de teste. Alternativamente, outros regulamentos, por exemplo B. são utilizadas as séries europeias harmonizadas de normas EN ISO 4126. O padrão compreende as seguintes partes:

• EN ISO 4126 Parte 1: Válvulas de segurança
• EN ISO 4126 Parte 2: Dispositivos de disco de ruptura
• EN ISO 4126 Parte 3: Válvulas de segurança e dispositivos de disco de ruptura em combinação
• EN ISO 4126 Parte 4: Válvulas de segurança operadas por piloto
• EN ISO 4126 Parte 5: Válvulas de segurança controladas (CSPRS)
• EN ISO 4126 Parte 6: Dispositivos de disco de ruptura - Seleção, aplicação e instalação
• EN ISO 4126 Parte 7: Dados gerais
• EN ISO 4126 Parte 9: Uso e instalação
• EN ISO 4126 Parte 10: Fluxo de duas fases
• EN ISO 4126 parte 11: Teste de função e fluxo

Um padrão separado para dispositivos de alívio de pressão foi desenvolvido para sistemas de refrigeração:

• EN 13136 sistemas de refrigeração e bombas de calor , dispositivos de alívio de pressão e linhas associadas - método de cálculo

De acordo com a Diretiva de Equipamentos de Pressão, as válvulas de segurança são consideradas peças do equipamento com uma função de segurança . Eles são atribuídos à categoria IV mais elevada e devem ser fabricados de acordo com os requisitos de fabricação e teste especificados com o envolvimento de um organismo notificado.

O coeficiente de descarga é determinado por meio de testes apropriados. Devido às diferentes características de fluxo , o coeficiente de descarga para gases e líquidos é diferente. Além disso, deve-se demonstrar que o aumento de pressão desde o levantamento do disco da válvula até a abertura completa não excede 10%. As válvulas de segurança devem fechar novamente quando a pressão cair 10% (gases) ou 20% (líquidos) abaixo da pressão de resposta.

Dependendo do projeto da mola, a pressão de resposta das válvulas de segurança pode ser ajustada dentro de uma determinada faixa. A resposta de pressão especificada é obtida influenciando a pré-carga da mola por meio de uma inserção roscada. A posição do viés é z. B. protegido contra afrouxamento por uma contraporca. A conexão aparafusada de ajuste é fechada com um capuz. Como medida para evitar alterações não autorizadas na configuração, esta tampa é protegida por um lacre. As tampas também são usadas como tampas para válvulas de segurança menores. O ajuste não autorizado das válvulas de segurança pode causar perigo considerável e representa manipulação perigosa .

Válvula de segurança de oxigênio

Deve ser possível ventilar as válvulas de segurança para substâncias não tóxicas. Com o auxílio de uma alavanca ou tampa, que pode ser afrouxada e que atua contra a força da mola , a válvula deve ser aberta quando for atingida, no máximo, uma pressão de 85% do valor de resposta. As válvulas de segurança devem ser abertas para evitar que o disco da válvula emperre ou corroa. Ao usar fluidos perigosos ou ambientalmente perigosos , não há necessidade de ventilação. Em vez disso, 2 válvulas de segurança são conectadas aos dois lados de saída de uma válvula alternadora e o lado de entrada é conectado à câmara de pressão a ser protegida. Este arranjo permite que uma válvula de segurança seja removida e verificada enquanto a outra válvula está em uso. Portanto, é possível continuar operando a câmara de pressão conectada. Para recipientes maiores de armazenamento de gás líquido , recipientes de amônia , recipientes para gases criogênicos ou recipientes em sistemas de refrigeração que só podem ser esvaziados com grande esforço , este arranjo é prescrito nas normas.

Ao usar uma linha de blow-off, deve-se garantir que a contrapressão permaneça na faixa permitida e, portanto, o curso máximo e, assim, o fluxo de massa de saída seja garantido. Usando a equação de Bernoulli , a perda de pressão determinada a partir das resistências de fluxo (tubulação, curvas, constrições) deve estar dentro da faixa permitida. Também é necessário que a perda de pressão no lado da entrada não seja superior a 3% da pressão de resposta.

Os operadores de sistemas de impressão devem definir prazos para testar as válvulas de segurança como parte de uma avaliação de risco de acordo com a Portaria de Segurança Industrial .

Instruções de instalação

Ao usar válvulas de segurança, as instruções de operação devem ser observadas, pois os tipos são adequados apenas para determinadas aplicações. Os seguintes fatores devem ser levados em consideração ao fazer a seleção:

• Dimensionamento em relação a possíveis geradores de pressão,
• Corrosão (compatibilidade de material médio),
• Resistência da vedação da sede (ao usar vedações de material macio ),
• Drenagem de condensados do corpo da válvula no lado a jusante,
• Deficiências por poeira ou produtos com efeito pegajoso.

O equipamento relacionado à segurança do equipamento de pressão deve ser verificado por uma pessoa qualificada ou um órgão de monitoramento ZÜS aprovado como parte de um "teste antes do comissionamento" de acordo com a Norma de Segurança Industrial .

As aberturas de saída das válvulas de segurança que protegem substâncias não perigosas ( água , ar ) geralmente podem ser conduzidas em uma sala. Se necessário, a abertura deve ser disposta de forma que as pessoas não sejam colocadas em perigo (por exemplo, água quente escapando das caldeiras de aquecimento ).

Para todas as outras substâncias que z. B. são venenosos, deslocando o ar ou inflamáveis , devem ser desviados para áreas nas quais nenhum perigo seja esperado. As válvulas de segurança são conectadas a linhas de purga que, para. B. abre no telhado. Se necessário, os fluidos que escapam são enviados para lavadoras para absorver substâncias perigosas.

Ao proteger meios com propriedades perigosas, medidas de proteção I&C específicas do sistema devem ser fornecidas para manter a probabilidade de uma resposta baixa. Para o comportamento de dispersão de substâncias perigosas em sistemas maiores, que são emitidos quando uma válvula de segurança é acionada, as autoridades de aprovação podem exigir cálculos de dispersão. É z. B. para fábricas da indústria química que se enquadram na Lei de Controle de Immissão Federal (BImSchG). Deve ser provado que nenhum perigo pode ocorrer. No passado, havia lesões corporais consideráveis ​​quando as válvulas de segurança eram acionadas, por ex. B. propagação descontrolada de gás líquido no porão (hotel do acidente Riessersee ) ou emissões de amônia dos sistemas de refrigeração .

Nota: Houve uma explosão importante de gás liquefeito no hotel em Riessersee, que resultou em 11 mortes e 14 feridos. O hotel tinha um recipiente de armazenamento de gás liquefeito enterrado no qual um aquecedor foi instalado para vaporizar gás liquefeito suficiente durante o pico de demanda. Em 27 de dezembro de 1986, o controle falhou e o aquecimento não foi desligado depois que a pressão alvo foi atingida. Como resultado do aumento da pressão, uma válvula de segurança no eixo da cúpula se abriu. Como o terreno para o hotel era inclinado, o gás líquido fluiu para o porão e se acendeu ali.

Como a estanqueidade da sede da válvula de segurança é limitada, discos de ruptura são instalados a montante no caso de substâncias perigosas, que são consideradas tecnicamente estanques. O espaço entre o disco de ruptura e a válvula de segurança deve ser monitorado para detectar a ruptura do disco .

Válvula de segurança com fole , que compensa a influência de qualquer contrapressão que possa estar presente ( válvula de excesso de contrapressão compensada )

Outros dispositivos de alívio de pressão

• Válvula de alívio de pressão
• Válvula de segurança
• Tanque de expansão de diafragma

Disco de ruptura

Os discos de ruptura são usados ​​quando grandes fluxos de massa precisam ser removidos e / ou perdas através da vedação da sede em uma válvula de segurança devem ser evitadas. Uma vez que, em contraste com as válvulas de segurança, a abertura de alívio de pressão não é fechada automaticamente novamente, os discos de ruptura só podem ser usados ​​se os fluxos de alta massa não representarem um risco ao estourar (por exemplo, soprando em um sistema fechado, conexão a um sopro off-line ou uso de gases não tóxicos). Os discos de ruptura são usados ​​como dispositivo de alívio de pressão em caso de explosão ou deflagração . Os discos de ruptura também são usados ​​em conjunto com uma válvula de segurança, por um lado para garantir a estanqueidade do sistema protegido em operação normal e, por outro lado, para garantir que o sistema protegido desta forma seja fechado novamente após o dispositivo de segurança ter respondido. Por serem mais fáceis de limpar em comparação com a válvula de segurança, os discos de ruptura também são utilizados na área higiênica (farmacêutica, alimentícia). Compare também a função das válvulas de sprinklers .

Disjuntor de vácuo

Os disjuntores de vácuo são válvulas de ventilação para proteger o recipiente contra vácuo inadmissível. Pode surgir vácuo se o fornecimento de vapor for interrompido enquanto a água fria estiver sendo fornecida ao mesmo tempo devido à condensação do vapor residual.

Tampão de derretimento

Os plugues de fusão podem proteger contra pressões inadmissíveis dos efeitos do calor (fogo) nas peças do sistema.

Veja também

• Válvula de transbordamento
• John Ramsbottom , inventor de uma válvula de segurança avançada em 1856

Links da web

Evidência individual

1. ↑ Peter Schott: Tecnologia sanitária - acessórios de segurança e segurança em instalações de água potável , In: IKZ-Haustechnik, edição 10/2000, página 56 e seguintes.
2. ^ Energia de pressão - Lexicon of Physics. Spektrum Verlag, acessado em 28 de maio de 2017 . 
3. ↑ Bernd Glück: Válvulas de segurança . Suposições de carga, projeto de seção transversal, sistemas de sopro, algoritmos para um programa de computador e exemplos.
4. ↑ Andreas Ismaier: Investigação da interação fluido-dinâmica entre picos de pressão e componentes do sistema em sistemas de bomba centrífuga. Dissertation, 2010, ISBN 978-3-8322-9779-4 .
5. ↑ munichre.com  ( página não mais disponível , pesquisa em arquivos da web )  Informação: O link foi automaticamente marcado como defeituoso. Verifique o link de acordo com as instruções e, em seguida, remova este aviso. (PDF).@ 1@ 2Modelo: Dead Link / www.munichre.com