EN
Unha válvula de alivio de presión é a última liña de defensa contra a sobrepresión en recipientes a presión e sistemas de tubaxes. A norma API 520 (Parte I e Parte II) rexe o dimensionamento, a selección e a instalación de dispositivos de alivio de presión nas industrias do refino de petróleo e afíns. A norma API 521 fornece a metodoloxía de enxeñaría para identificar escenarios de sobrepresión e deseñar sistemas de alivio. A norma API 526 normaliza as áreas de orificio, as dimensións e as presións nominais das válvulas de alivio de presión de acero con brida. Este artigo, dirixido a enxeñeiros e profesionais da adquisición, resume os principios da selección da presión de arranque, a lóxica da selección da válvula e o método de cálculo da capacidade de alivio.
Fig. 1 Corte dunha válvula convencional cargada por resorte válvula de Seguridade — conxunto de asento, disco e resorte
1. Equipamento que require protección contra sobrepresión
API 521 require protección contra sobrepresión para recipientes a presión, intercambiadores de calor, caldeiras de combustión e calquera tramo de tubería que poida quedar illado por expansión térmica ou fluctuacións de presión na zona superior.
Principio de protección en grupo: unha válvula de alivio protexe un grupo de equipos —os situados entre dúas válvulas de illamento e sometidos á mesma fonte de sobrepresión— en vez de cada recipiente individualmente. Deben avaliarse os seguintes escenarios de sobrepresión:
- Saída obstruída — peche dunha válvula de illamento na zona inferior que atrapa o sistema baixo sobrepresión;
- Entrada de calor externa en condicións de incendio;
- Reacción química descontrolada ou expansión térmica do medio contido;
- Perda de servizos auxiliares (auga de refrigeración, enerxía eléctrica ou aire instrumental);
- Sobrepresión provocada pola falla dunha válvula de control de presión na zona superior.
Nunha planta de ácido sulfúrico, o conversor, o depósito amortiguador da descarga do ventilador de SO₂, o colector de vapor e o tambor de vapor da caldeira de recuperación de calor de presión intermedia son os elementos clave que deben protexerse.
2. Criterios clave de selección
Tipo de válvula: a de resorte válvula de Seguridade é o tipo máis utilizado. A norma API 526 define catorce designacións estándar de orificio mediante letras, desde D ata T (D, E, F, G, H, J, K, L, M, N, P, Q, R, T), abarcando toda a gama habitual de requisitos de capacidade de alivio. Cando a contrapresión supera o 10 % da presión de axuste, debe seleccionarse unha válvula equilibrada con fuelle. As válvulas pilotadas poden soportar contrapresións máis altas e variables, sendo adecuadas para servizos limpos con altas diferenzas de presión (ΔP).
Presión de axuste: segundo ASME Sección VIII e API 520, para casos sen incendio, a presión máxima de alivio é o 110 % da presión de deseño (acumulación do 10 %). Para casos de incendio, permítese o 121 % (sobrepresión do 21 %).
Comprobación da presión de retorno: para unha válvula convencional cargada por resorte, unha presión de retorno superior ao 10 % da presión de axuste reduce a elevación e a capacidade de descarga. Unha válvula equilibrada con fuelle emprega un fuelle cunha área efectiva igual á área do asento, eliminando o efecto da presión de retorno sobre a presión de axuste.
Fig. 2 Corte dunha válvula cargada por resorte válvula de Seguridade — con conxunto de fuelle
3. Capacidade de alivio e dimensionamento da orificio
A área da garganta do bocín debe dimensionarse para a taxa máxima de alivio baixo a condición anómala. A norma API 520 Parte I fornece os métodos de dimensionamento para fluxo de gas/vapor, líquido e dúas fases.
Servizo de gas/vapor (fluxo crítico):
A = (W / (C·Kd·P1·Kb)) × √(T·Z / M)
onde:
- A — área efectiva de descarga requerida;
- W — taxa máisica de alivio (kg/h);
- C — coeficiente do gas, función da relación de calores específicos k;
- Kd — coeficiente efectivo de descarga (0,975 para gas/vapor segundo a API 520);
- P1 — presión de alivio, absoluta;
- Kb — factor de corrección da contrapresión;
- T — temperatura de alivio (K);
- Z — factor de compresibilidade;
- M — peso molecular do medio.
Notas de cálculo: cada fonte anómala debe identificarse individualmente. Por exemplo, nunha caldeira de recuperación de calor, a caudal de alivio debe incluír a máxima xeración de vapor máis a evaporación adicional causada polo calor da combustión; doutro modo, o orificio será insuficiente e a protección fallará.
Destino da descarga: a API 521 require que os medios inflamables e tóxicos se dirixan a unha tocha ou a un sistema pechado de recollida. Os escenarios de alivio que presenten risco de explosión en nube de vapor deben abordarse mediante unha tocha, un sistema de baixa presión, un sistema HIPS ou un redeseño.
4. Requisitos de instalación e tubaxes
Tubaxe de entrada: A norma API 520 Parte II require que a válvula de alivio estea situada o máis preto posible do equipo protexido, e a perda de presión na tubaxe de entrada non debe superar o 3 % da presión de axuste (a «regra do 3 %»). Unha perda excesiva provoca vibracións ou unha apertura retardada.
Tubaxe de saída: o corpo da válvula non debe sostener a tubaxe de saída; esta require un soporte independente e debe permitir a expansión térmica. A liña de descarga debe disporse para que o drenaxe se faga por gravidade, evitando así a acumulación de condensados que afecten á contrapresión.
Válvulas múltiples nun colector común: cando varias válvulas de alivio descargan nun colector común, debe avaliarse a contrapresión acumulada no colector sobre o comportamento de levantamento de cada válvula.
5. Estudo de caso no campo
Un tanque de reciclaxe de H₂SO₄ ao 98,5 % nunha planta de ácido sulfúrico foi deseñado como «tanque atmosférico» e non se lle instalou unha válvula de alivio. Durante a posta en marcha, a válvula de trazado de vapor perdeu, a temperatura do ácido no tanque aumentou e acumulouse vapor. A presión subiu brevemente ata 0,04 MPa, expulsando a junta da escotilla na cuberta do tanque e permitindo que o ácido sulfúrico escapase.
Posteriormente, segundo os requisitos de ventilación API 2000 para tanques de almacenamento atmosféricos e de baixa presión, instalouse un conxunto combinado de válvula respiradora e válvula de alivio, cunha presión de axuste de 0,03 MPa e unha capacidade de alivio calculada para a taxa máxima de xeración de vapor.
Punto clave: un deseño atmosférico non significa que nunca poida ocorrer sobrepresión. O calor, a reacción química e a operación incorrecta deben incluírse todos na análise dos escenarios de sobrepresión.
Conclusión
A lóxica de enxeñaría para as válvulas de alivio pode resumirse do seguinte xeito: configurar as válvulas segundo a fonte de sobrepresión (protección por grupos), dimensionar a abertura para o caudal anómalo, seleccionar o tipo de válvula segundo a contrapresión e o medio, e controlar a perda de presión na entrada para que non supere a regra do 3%. O marco API 520/521/526 ofrece unha cadea completa desde a identificación dos escenarios e o dimensionamento ata a verificación da instalación. Un artigo posterior tratará os discos de rotura e a súa utilización combinada con válvulas de alivio.
Referencias
API 520 Parte I / Parte II — Dimensionamento, selección e instalación de dispositivos de alivio de presión, American Petroleum Institute (API).
API 521 — Sistemas de alivio e despresurización, American Petroleum Institute (API).
API 526 — Válvulas de alivio de presión de aceiro con brida, American Petroleum Institute (API).
API 2000 — Ventilación de tanques de almacenamento atmosféricos e de baixa presión, American Petroleum Institute (API).
Código ASME de Calderas e Recipientes a Presión, Sección VIII, División 1 — acumulación máxima do 10 % para casos sen lume e do 21 % para casos con lume.
Shanghai Xiazhao Valve — solucións de válvulas de alivio de presión e válvulas especiais. Para apoio na selección conforme á norma API ou consultas técnicas, póñase en contacto co noso equipo de enxeñaría.
