Casos de sobrepressão para dimensionamento da válvula de alívio de pressão
Vasos separadores, tanques de armazenamento, trocadores de calor, colunas e segmentos de tubulação, etc., são projetados para trabalhar em sistemas e processos pressurizados .
No entanto, a ocorrência de falhas técnicas ou operacionais no processos podem levar o processo a operar acima de suas condições normais produzindo sobrepressão nos equipamentos, essa condição pode em chegar a exceder a condição máxima admissível do equipamento (PMTA)
As válvulas de alívio de pressão (PRV) são utilizadas para aliviar a pressão nesses equipamentos antes que ela possa cruzar a pressão máxima de trabalho permitida, protegendo assim o equipamento de danos.
O ponto de ajuste da válvula de alívio de pressão deve ser tal que a válvula de alívio abra antes que a máxima pressão de trabalho PMTP seja atingida no vaso.
Para tanto, normalmente deve ser feito um cálculo hidráulico para a linha de descarga da PRV para determinar a contrapressão na válvula de alívio, que além da queda de pressão através da válvula de alívio dá o acúmulo de pressão no equipamento.
Dimensionamento da válvula de alívio de pressão
O tamanho do PRV é baseado em uma vazão de alívio mínima que pode evitar que o aumento da pressão no equipamento protegido exceda o limite MAWP.
Para várias causas possíveis de pressão excessiva no vaso, as taxas de fluxo de alívio são calculadas e o máximo dessas taxas de fluxo é selecionado para o dimensionamento do PRV. A causa da sobrepressão correspondente a esta vazão define-se qual o ponto critico para o dimensionamento da válvula de alívio de pressão.
Vamos analisar alguns casos de pressão excessiva que definem as condições para dimensionamento da válvula de alívio de pressão são descritas neste artigo.
Caso I – Falha ( bloqueio) da saída de pressão do vaso.
Nesta condição a ocorre o fechamento da válvula de saída do equipamento . Se o fluido ainda continuar fluindo para o equipamento, a ausência de uma saída para esse fluido resulta no acúmulo de fluido e aumento de pressão.
Esse aumento de pressão pode ir tão alto quanto a pressão de projeto das bombas ou compressores a montante.
Neste caso o fluxo de entrada normal deve ser considerado como a taxa de alívio mínima, desta forma com pequeno aumento de vazão/pressão na linha a válvula já começa a abrir permitindo que o sistema seja aliviado.
Abertura inadvertida de válvulas a montante
A abertura inadvertida de válvulas localizadas em fontes de alta pressão a montante do equipamento protegido pode resultar em sobrepressão no equipamento.
Esse fluxo pode conduzir a pressão do equipamento até a pressão de projeto da fonte de alta pressão a montante. O fluxo extra vindo como resultado da abertura da válvula deve ser aliviado neste caso para proteger o equipamento.
Falha de utilidades
A falha de serviços de utilidades , como eletricidade, ar de instrumento, vapor, combustível, água de resfriamento, etc., pode resultar em sobrepressão nos equipamentos relacionados. Ao analisar a possibilidade de sobrepressão no equipamento, a possibilidade de falha da rede elétrica deve ser considerada cuidadosamente.
Por exemplo, a falha de eletricidade (para ventiladores de resfriador de ar ou bombas de circulação de água de resfriamento) ou de água de resfriamento pode resultar na falha dos trocadores de calor para atender à tarefa. O aumento resultante na temperatura do processo pode causar pressão excessiva no equipamento protegido.
Falha parcial
No caso de uma fonte de utilidades falhar, mas outra fonte independente ainda estiver disponível em paralelo para suportar total ou parte da carga extra causada por falha parcial do utilitário, o utilitário parcialmente disponível pode ser considerado para avaliar uma possível sobrepressão no equipamento protegido.
Assim, alternativas de utilidade disponíveis independentemente podem reduzir o risco de possível excesso de pressão e devem ser levadas em consideração no estágio de projeto.
Nesse caso, a capacidade do lado de baixa pressão de absorver essa sobrepressão deve ser examinada e o requisito de uma válvula de alívio deve ser revisado.
Ruptura do tubo do trocador de calor
Os tubos em um sistema de trocador de calor estão sujeitos a falhas devido a vários motivos, como corrosão, vibração, choque térmico, etc. Nesse caso, o fluxo de fluido do lado de alta pressão do trocador para o lado de baixa pressão causa sobrepressão no lado de baixa pressão do trocador.
Caso de fogo
Equipamentos expostos ao fogo em plantas apresentam risco de sobrepressão em caso de incêndio, resultante da expansão ou vaporização do fluido. A calculadora de dimensionamento do PRV para recipientes com líquido e com gás pode ser usada neste caso para o projeto do PRV.
Surto de pressão transiente
A possibilidade de ‘golpe de ariete’ em um sistema cheio de líquido deve ser avaliada cuidadosamente, uma vez que uma válvula de alívio de pressão geralmente não é capaz de proteger o equipamento contra ‘golpe de aríete’, onde a pressão pode aumentar para vários múltiplos da pressão de operação em questão de milissegundos.
O PRV leva muito mais tempo para responder a essa sobrepressão, criando a possibilidade de danos ao equipamento. O amortecedor de pulsação deve ser usado neste caso como uma medida de proteção. No caso de sistemas cheios de gases, o ‘martelo de vapor’ pode ocorrer de forma semelhante ao martelo de água.
Mudança de processo / mudança de reação
Em alguns casos, uma mudança significativa nos parâmetros do processo operacional (como a temperatura de um fluido criogênico) pode mudar, tornando o equipamento suscetível a danos (a temperatura do equipamento cai abaixo da temperatura mínima do metal de projeto ou MDMT).
Para sistemas reativos, as reações podem mudar o equilíbrio, resultando em excesso de gás ou excesso de calor, causando, assim, pressão excessiva. Essas possibilidades devem ser examinadas cuidadosamente para o projeto das válvulas de alívio.