Explicação das válvulas de segurança e das válvulas de descompressão

I. Válvula de segurança

Uma válvula de segurança é uma válvula que actua para evitar que a pressão do fluido exceda um valor especificado. Na tubagem, quando a pressão de funcionamento do fluido excede o valor especificado, a válvula abre-se automaticamente para descarregar o fluido em excesso; quando a pressão de funcionamento regressa ao valor especificado, fecha-se automaticamente.

Uma válvula de segurança é um dispositivo automático de proteção contra o alívio da pressão que é aberto pela pressão estática à entrada. É um dos acessórios de segurança mais importantes para os recipientes sob pressão. A sua função é: quando a pressão no interior do recipiente excede um determinado valor, a válvula abre-se automaticamente pela pressão do próprio fluido, descarregando rapidamente uma determinada quantidade de fluido.

Quando a pressão no interior do vaso desce para um valor admissível, a válvula fecha-se automaticamente, garantindo que a pressão interna do vaso se mantém sempre abaixo do limite superior da pressão admissível, prevenindo automaticamente acidentes que possam ocorrer devido a sobrepressão. Por isso, a válvula de segurança é também conhecida como o derradeiro dispositivo de proteção dos recipientes sob pressão.

Uma válvula de segurança é uma válvula de proteção de segurança, cujo elemento de abertura e fecho é normalmente fechado sob a ação de uma força externa. Quando a pressão do fluido no equipamento ou na tubagem aumenta e excede o valor especificado, abre-se automaticamente, descarregando o fluido para o exterior do sistema para evitar que a pressão do fluido no interior da tubagem ou do equipamento exceda o valor especificado.

As válvulas de segurança pertencem à categoria das válvulas automáticas, utilizadas principalmente em caldeiras, recipientes sob pressão e condutas para controlar a pressão de modo a não exceder o valor especificado, desempenhando um importante papel de proteção para a segurança pessoal e o funcionamento do equipamento.

1. Terminologia comum das válvulas de segurança

(1) Pressão de abertura:

Quando a pressão do meio sobe para o valor de pressão especificado, o disco da válvula abre-se automaticamente e o meio é rapidamente ejectado. Nesta altura, a pressão à entrada da válvula é designada por pressão de abertura.

(2) Pressão de descarga:

Após a abertura do disco da válvula, se a pressão do fluido na tubagem do equipamento continuar a aumentar, o disco da válvula deve abrir totalmente para descarregar a quantidade nominal de fluido. Nesta altura, a pressão à entrada da válvula é designada por pressão de descarga.

(3) Pressão de fecho:

Depois de a válvula de segurança abrir e descarregar parte do fluido, a pressão na tubagem do equipamento diminui gradualmente. Quando diminui para um valor pré-determinado inferior à pressão de funcionamento, o disco da válvula fecha-se, a altura de abertura é zero e o fluido deixa de sair. Neste momento, a pressão à entrada da válvula é designada por pressão de fecho, também conhecida por pressão de restabelecimento.

(4) Pressão de funcionamento:

A pressão média durante o funcionamento normal do equipamento é designada por pressão de funcionamento. Neste momento, a válvula de segurança está num estado selado.

(5) Capacidade de descarga:

Quando o disco da válvula de descarga do fluido está totalmente aberto, a quantidade de fluido descarregado da saída da válvula por unidade de tempo é designada por capacidade de descarga da válvula.

2. Tipos de válvulas de segurança

As válvulas de segurança variam em estrutura devido às diferentes utilizações, mas são geralmente classificadas pelos seguintes métodos

(1) De acordo com a estrutura da válvula de segurança, esta pode ser dividida em

1) Válvula de segurança do tipo peso morto (alavanca):

Utiliza uma alavanca e um peso morto para equilibrar a pressão do disco da válvula. A válvula de segurança de peso morto ajusta a pressão movendo a posição do peso morto ou alterando o peso do peso morto. A sua vantagem é o facto de ter uma estrutura simples; a desvantagem é o facto de ser relativamente volumosa e de ter uma força de ressuspensão reduzida. Este tipo de válvula de segurança só pode ser utilizado em equipamentos fixos. Como se pode ver na imagem da extrema esquerda da Figura 1.

2) Válvula de segurança do tipo mola:

Utiliza a força de uma mola comprimida para equilibrar a pressão do disco da válvula e mantê-la selada. A válvula de segurança do tipo mola ajusta a pressão através do ajuste da quantidade de compressão da mola. A sua vantagem é ser mais pequena em volume, mais leve e mais sensível do que a válvula de segurança do tipo peso morto, e a sua posição de instalação não é estritamente limitada; a desvantagem é que a força que actua na haste da válvula muda com a deformação da mola.

Ao mesmo tempo, é necessário prestar atenção ao isolamento e à dissipação de calor da mola. A força da mola da válvula de segurança do tipo mola geralmente não deve exceder 2000 quilogramas. Isto deve-se ao facto de as molas demasiado grandes e demasiado rígidas não serem adequadas para um trabalho preciso. Como mostra a imagem do meio na Figura 1.

3) Válvula de segurança pilotada:

As válvulas de segurança pilotadas são normalmente utilizadas em condutas de grande diâmetro. Isto deve-se ao facto de as válvulas de segurança de grande diâmetro não serem adequadas quando se utilizam os tipos de peso morto ou de mola. A válvula de segurança pilotada é constituída por uma válvula principal e uma válvula auxiliar. A válvula principal e a válvula auxiliar estão ligadas entre si, e a válvula principal é accionada pela ação de impulso da válvula auxiliar. Como se pode ver na imagem da extrema direita da Figura 1.

Quando o fluido na tubagem excede o valor nominal, a válvula auxiliar actua primeiro para acionar a válvula principal, descarregando o fluido em excesso.

4) Válvula de segurança do micro elevador.

A altura de abertura do disco da válvula é de 1/40 a 1/20 do diâmetro da sede da válvula, como as válvulas de segurança A27W-10T, A47H-16C.

5) Válvula de segurança de elevação total.

Por exemplo, a válvula de segurança do tipo A47H-16C. A altura de abertura do disco da válvula é 1/4 do diâmetro da sede da válvula.

6) Válvula de segurança totalmente fechada.

Por exemplo, a válvula de segurança do tipo A47H-16C.

7) Válvula de segurança semi-fechada.

Por exemplo, a válvula de segurança A48Y-16C.

8) Abrir a válvula de segurança.

(A válvula de segurança A48Y-16C é também de tipo aberto)

9) Válvula de segurança accionada por piloto.

Por exemplo, a válvula de segurança do tipo WFXD.

(2) De acordo com a relação entre a altura máxima de abertura do disco da válvula de segurança e o diâmetro da sede da válvula, também pode ser dividida em:

1) Micro-lift:

A altura de abertura do disco da válvula é de 1/20 a 1/10 do diâmetro da sede da válvula. Como se pode ver no diagrama da esquerda da Figura 2. Uma vez que a altura de abertura é pequena, os requisitos para a estrutura e a forma geométrica deste tipo de válvula não são tão rigorosos como os do tipo de elevação total, tornando o projeto, o fabrico, a manutenção e os ensaios mais convenientes, mas a eficiência é menor.

2) Levantamento total:

A altura de abertura do disco da válvula é de 1/4 a 1/3 do diâmetro da sede da válvula. Como mostra o diagrama da direita da Figura 2.

A válvula de segurança de elevação total baseia-se no impulso de expansão do meio gasoso para elevar o disco da válvula a uma altura e deslocamento suficientes. Utiliza os anéis de regulação superior e inferior do disco e da sede da válvula para criar uma zona de pressão entre o fluido descarregado e os anéis superior e inferior da válvula, fazendo com que o disco da válvula suba até à altura de abertura necessária e à pressão de restabelecimento especificada. Esta estrutura é altamente sensível e amplamente utilizada, mas as posições dos anéis de ajuste superior e inferior são difíceis de ajustar, sendo necessária uma utilização cuidadosa.

(3) De acordo com a construção do corpo da válvula de segurança, esta pode ser dividida em

1) Totalmente fechado:

Ao descarregar o fluido, não há fugas para o exterior, sendo todo ele descarregado através do tubo de descarga.

2) Semi-fechado:

Quando se descarrega o fluido, parte dele é descarregado através do tubo de descarga e outra parte sai da junta entre a tampa da válvula e a haste da válvula.

3) Tipo aberto:

Ao descarregar o fluido, este não é conduzido para o exterior e é descarregado diretamente do disco da válvula.

(4) De acordo com o método de ligação:

1) Válvula de segurança com ligação por flange.

A entrada da válvula de segurança e a tubagem estão ligadas por uma flange e a forma da saída é flexível.

2) Válvula de segurança de ligação roscada.

A entrada da válvula de segurança e a tubagem estão ligadas por roscas e a forma da saída é flexível.

3) Válvula de segurança de ligação soldada.

A entrada da válvula de segurança e a tubagem estão ligadas por roscas e a forma da saída é flexível.

(5) De acordo com a temperatura aplicável:

1) Válvula de segurança de temperatura ultra baixa:

Válvula de segurança para temperaturas ≤ -100 ℃

2) Válvula de segurança de baixa temperatura:

Válvula de segurança para temperaturas -100℃ < -40℃.

3) Válvula de segurança de temperatura normal:

Válvula de segurança para -40℃≤t≤120℃

4) Válvula de segurança para temperatura média:

Válvula de segurança para 120℃<t≤450℃

5) Válvula de segurança de alta temperatura:

Válvula de segurança para t>450℃

Deve ser particularmente apontado que, tendo em vista a situação real da fabricação de molas na China, quando as válvulas de segurança são usadas para condições acima de 350 ℃, elas usam principalmente radiadores ou fazem a tampa da válvula em forma de cesta, para que a mola possa dissipar o calor melhor, garantindo que ele sempre funcione abaixo de 350 ℃, para garantir que sua rigidez permaneça inalterada, garantindo assim a abertura correta e o restabelecimento da válvula de segurança e outros requisitos de desempenho.

(7) Classificados por pressão nominal:

1) Válvula de segurança de baixa pressão:

Válvula de segurança com pressão nominal PN≤1,6Mpa

2) Válvula de segurança de média pressão:

Válvula de segurança com pressão nominal PN2.5-6.4Mpa

3) Válvula de segurança de alta pressão:

Válvula de segurança com pressão nominal PN10.0-80.0Mpa

4) Válvula de segurança de pressão ultra-alta:

Válvula de segurança com pressão nominal PN>100Mpa

(8) Classificados segundo o suporte utilizado:

1) Válvula de segurança para vapor

Geralmente representado pelo modelo A48Y

2) Válvula de segurança para ar e outros gases

Geralmente representado pelo modelo A42Y

3) Válvula de segurança para líquidos

Tipicamente representado pelo modelo A41H

(9) Classificação pela presença de um mecanismo de compensação da contrapressão

1) Válvula de segurança equilibrada de contrapressão.

Utiliza componentes como foles, pistões ou diafragmas para equilibrar o efeito de contrapressão, tornando a pressão de abertura da válvula antes da elevação equilibrada em ambos os lados do disco.

2) Válvula de segurança convencional.

Válvula de segurança sem componentes de compensação de contrapressão.

(10) Classificação por características de funcionamento

1) Válvula de segurança de ação proporcional.

Válvula de segurança cuja pressão de abertura varia gradualmente à medida que a pressão aumenta.

2) Válvula de segurança de dois estágios.

Também designada por válvula de segurança de ação rápida. O processo de abertura divide-se em duas fases: inicialmente, o disco abre-se proporcionalmente à medida que a pressão aumenta e, após um pequeno aumento da pressão, o disco abre-se rapidamente até à altura especificada, quase sem mais aumento da pressão.

(10) Classificação por par de vedantes

1) Par de vedação de liga dura para liga dura.

Adequado para situações de alta temperatura e alta pressão, especialmente para vapor sobreaquecido de alta temperatura e alta pressão.

2) Par de vedantes 2Cr13 a 2Cr13.

Utilizado para vapor saturado e vapor sobreaquecido em situações gerais, ou para contentores ou condutas com outros meios a temperaturas inferiores a 450°C.

3) A superfície de vedação da sede da válvula é de 2Cr13, a superfície de vedação do disco da válvula é de liga dura.

Utilizado para vapor de alta pressão e outros meios com caudais relativamente elevados, susceptíveis de causar erosão na superfície de vedação.

4) A superfície de vedação da sede da válvula é de liga de aço, a superfície de vedação do disco da válvula é de politetrafluoroetileno (PTFE).

Adequado para meios de petróleo ou gás natural, com requisitos de vedação rigorosos, mas temperatura de funcionamento inferior a 150°C.

5) O par de vedantes é feito de aço inoxidável austenítico.

O corpo da válvula e o castelo deste tipo de válvula de segurança são maioritariamente feitos de aço inoxidável austenítico, utilizado em meios que contêm componentes corrosivos, como ácidos e álcalis.

3. Critérios de seleção das válvulas de segurança:

(1) As válvulas de segurança de mola de elevação total são geralmente utilizadas para válvulas de segurança de caldeiras a vapor;


(2) Para as válvulas de segurança para meios líquidos, são geralmente utilizadas válvulas de segurança de mola de microelevação;


(3) Para as válvulas de segurança de ar ou de outros meios gasosos, são geralmente utilizadas válvulas de segurança de mola de elevação total;


(4) No caso das válvulas de segurança utilizadas nos reservatórios dos veículos a gás de petróleo liquefeito ou nos vagões-cisterna dos caminhos-de-ferro, são geralmente utilizadas válvulas de segurança internas de elevação total;

(5) No caso das válvulas de segurança utilizadas à saída dos poços de petróleo, são geralmente utilizadas válvulas de segurança pilotadas;

(6) Para as válvulas de segurança de derivação de alta pressão dos equipamentos de produção de energia a vapor, são geralmente utilizadas válvulas de segurança pilotadas com funções de segurança e de controlo;

(7) Se a válvula de segurança tiver de ser submetida a testes de abertura regulares, devem ser utilizadas válvulas de segurança com alavancas de elevação. Quando a pressão média atinge mais de 75% da pressão de abertura, a alavanca de elevação pode ser utilizada para levantar ligeiramente o disco da válvula da sede, a fim de verificar a flexibilidade da abertura da válvula de segurança;

(8) Se a temperatura média for elevada, para reduzir a temperatura da câmara da mola, devem ser utilizadas válvulas de segurança com radiadores quando a temperatura das válvulas de segurança fechadas for superior a 300°C e a temperatura das válvulas de segurança abertas for superior a 350°C;

(9) Se a contrapressão à saída da válvula de segurança for variável e a variação for superior a 10% da pressão de abertura, devem ser utilizadas válvulas de segurança de fole;

(10) Se o fluido for corrosivo, devem ser utilizadas válvulas de segurança de fole para evitar a avaria de peças importantes devido à corrosão do fluido.

4. Para a instalação e manutenção das válvulas de segurança, devem ser tidos em conta os seguintes pontos:

(1) Todos os tipos de válvulas de segurança devem ser instalados na vertical.

(2) Não deve haver qualquer obstrução na saída da válvula de segurança para evitar a pressurização.

(3) As válvulas de segurança devem ser testadas especificamente antes da instalação e o seu desempenho de vedação deve ser verificado.

(4) As válvulas de segurança utilizadas devem ser inspeccionadas regularmente.

5. Tipos recomendados de purgadores de vapor para vários equipamentos de aquecimento a vapor

Quadro 1 Tipos recomendados de purgadores de vapor para vários equipamentos de aquecimento a vapor

II. Válvula redutora de pressão

1. O que é uma válvula redutora de pressão

Uma válvula redutora de pressão utiliza a abertura do elemento de fecho no interior do corpo da válvula para regular o fluxo do fluido, reduzir a pressão do fluido e, ao mesmo tempo, ajustar a abertura do elemento de fecho com o efeito da pressão a jusante para manter a pressão a jusante dentro de um determinado intervalo. Ao injetar água de arrefecimento no interior do corpo da válvula ou a jusante, a temperatura do fluido é reduzida. Uma válvula deste tipo é designada por válvula redutora de pressão e de temperatura.

A caraterística da válvula redutora de pressão é manter a pressão de saída e os valores de temperatura dentro de um determinado intervalo, apesar da pressão de entrada estar constantemente a mudar.

A válvula redutora de pressão é um acessório essencial para as válvulas de controlo pneumático, cuja principal função é reduzir e estabilizar a pressão da fonte de ar para um valor definido, de modo a que a válvula de controlo possa obter uma potência estável da fonte de ar para regulação e controlo.

De acordo com a forma estrutural, pode ser dividida em tipo de diafragma, tipo de diafragma com mola, tipo de pistão, tipo de alavanca e tipo de fole; de acordo com o número de sedes de válvula, pode ser dividida em tipos de sede única e de sede dupla; de acordo com a posição do disco da válvula, pode ser dividida em tipo de ação direta e tipo de ação inversa.

2. Desempenho básico da válvula redutora de pressão

(1) Gama de regulação da pressão:

Refere-se à gama ajustável da pressão de saída P2 da válvula redutora de pressão, dentro da qual é necessária a precisão especificada. A gama de ajuste da pressão está principalmente relacionada com a rigidez da mola de ajuste da pressão.

(2) Características da pressão:

Refere-se às características das flutuações da pressão de saída causadas por flutuações na pressão de entrada quando o caudal g é fixo. Quanto menor for a flutuação da pressão de saída, melhores serão as características da válvula redutora de pressão. A pressão de saída deve ser inferior a um determinado valor da pressão de entrada para permanecer essencialmente inalterada com as variações da pressão de entrada.

(3) Características do fluxo:

Refere-se às características da variação da pressão de saída com o caudal de saída g quando a pressão de entrada é fixa. Quanto menor for a variação da pressão de saída quando o caudal g varia, melhor. Em geral, quanto mais baixa for a pressão de saída, menor será a flutuação com a variação do caudal de saída.

3. Seleção da válvula redutora de pressão

Selecionar o tipo e a precisão de regulação da pressão da válvula redutora de pressão de acordo com os requisitos de utilização e, em seguida, escolher o seu diâmetro com base no caudal máximo de saída necessário. Ao determinar a pressão da fonte de ar da válvula, esta deve ser superior em mais de 0,1 MPa à pressão de saída mais elevada.

A válvula redutora de pressão é geralmente instalada após o separador de água e o filtro de ar, e antes do dispositivo de névoa de óleo ou do dispositivo de valor definido, devendo ter-se o cuidado de não inverter as ligações de entrada e saída; quando a válvula não está a ser utilizada, o botão deve ser desapertado para evitar a deformação da membrana devido à pressão constante e afetar o seu desempenho.

Normas de seleção:

(1) Dentro da gama dada de níveis de pressão da mola, a pressão de saída deve ser continuamente ajustável entre os valores máximo e mínimo sem encravamento ou vibração anormal;

(2) Para as válvulas redutoras de pressão com vedante macio, não deve haver fugas durante o tempo especificado; para as válvulas redutoras de pressão com vedante metálico, a fuga não deve exceder 0,5% do caudal máximo.

(3) Quando o caudal de saída muda, o desvio da pressão de saída do tipo de ação direta não deve exceder 20% e o do tipo pilotado não deve exceder 10%;

(4) Quando a pressão de entrada muda, o desvio da pressão de saída do tipo de ação direta não deve exceder 10%, e o do tipo pilotado não deve exceder 5%;

(5) Normalmente, a pressão após a válvula redutora de pressão deve ser inferior a 0,5 vezes a pressão antes da válvula;

(6) As válvulas redutoras de pressão têm uma vasta gama de aplicações e podem ser utilizadas em equipamentos e condutas com vapor, ar comprimido, gases industriais, água, óleo e muitos outros meios líquidos. A quantidade de fluido que passa através da saída da válvula redutora de pressão é geralmente expressa em termos de caudal mássico ou caudal volúmico;

(7) As válvulas redutoras de pressão de fole de ação direta são adequadas para meios de vapor de baixa pressão, médio e pequeno diâmetro;

(8) As válvulas redutoras de pressão de ação direta com membrana são adequadas para meios de ar e água de média e baixa pressão, médio e pequeno diâmetro. Se forem feitas de aço inoxidável resistente a ácidos, podem ser utilizadas para vários meios corrosivos;

(9) As válvulas redutoras de pressão de pistão pilotadas são adequadas para várias pressões, diâmetros e temperaturas de vapor, ar e água;

(10) As válvulas redutoras de pressão de fole pilotadas são adequadas para vapor, ar e outros meios de baixa pressão, de diâmetro médio e pequeno;

(11) As válvulas redutoras de pressão de membrana pilotadas são adequadas para vapor ou água de baixa e média pressão, de diâmetro médio e pequeno, e outros meios;

(12) A flutuação da pressão de entrada da válvula redutora de pressão deve ser controlada entre 80% e 105% do valor definido para a pressão de entrada. Se exceder este intervalo, o desempenho da redução de pressão na fase inicial será afetado;

(13) Normalmente, a pressão após a válvula redutora de pressão deve ser inferior a 0,5 vezes a pressão antes da válvula;

(14) Cada mola da válvula redutora de pressão só é aplicável dentro de um determinado intervalo de pressão de saída. Se o intervalo for ultrapassado, a mola deve ser substituída;

(15) Em situações em que a temperatura média de funcionamento é relativamente elevada, opta-se geralmente por válvulas redutoras de pressão de pistão pilotadas ou válvulas redutoras de pressão de fole pilotadas;

(16) Para meios como o ar ou a água (líquidos), é geralmente aconselhável escolher válvulas redutoras de pressão de diafragma de ação direta ou válvulas redutoras de pressão de diafragma pilotadas;

(17) Para meios de vapor, devem ser escolhidas válvulas redutoras de pressão de pistão ou de fole accionadas por piloto;

(18) Para facilitar o funcionamento, o ajustamento e a manutenção, a válvula redutora de pressão deve, em geral, ser instalada numa tubagem horizontal.

4. Para a instalação e manutenção das válvulas redutoras de pressão, devem ser tidos em conta os seguintes pontos

(1) Para facilitar o funcionamento e a manutenção, a válvula é geralmente instalada na vertical numa tubagem horizontal.

(2) Durante a instalação, deve ter-se o cuidado de assegurar que a direção do fluxo do fluido na tubagem é consistente com a direção da seta indicada no corpo da válvula.

(3) Para evitar a sobrepressão após a válvula, deve ser instalada uma válvula redutora de pressão a uma distância não inferior a 4 metros da saída da válvula.

5. Função e aplicação da válvula redutora de pressão:

A válvula redutora de pressão 200X é uma válvula inteligente que utiliza a própria energia do meio para regular e controlar a pressão da tubagem. É utilizada para abastecimento de água doméstica, abastecimento de água contra incêndios e outros sistemas de abastecimento de água industrial. Ao ajustar a válvula piloto da válvula redutora de pressão, a pressão de saída da válvula principal pode ser ajustada.

A pressão de saída permanece inalterada apesar das alterações na pressão de entrada e no caudal, mantendo de forma segura e fiável a pressão de saída no valor definido, e o valor definido pode ser ajustado conforme necessário para atingir o objetivo de redução da pressão. Esta válvula tem uma redução de pressão precisa, desempenho estável, segurança e fiabilidade, fácil instalação e ajuste e uma longa vida útil.

6. Parâmetros técnicos da válvula redutora de pressão:

A válvula redutora de pressão controla principalmente a pressão de saída fixa da válvula principal, a pressão de saída da válvula principal não se altera com a alteração da pressão de entrada e não altera a sua pressão de saída com a alteração do caudal de saída da válvula principal. Adequada para sistemas de abastecimento de água industrial, abastecimento de água contra incêndios e sistemas de rede de abastecimento de água doméstica.

Os parâmetros técnicos da válvula redutora de pressão incluem principalmente o seguinte:

• Pressão nominal: 1,0 MPa, 1,6 MPa, 2,5 MPa
• Pressão de ensaio do casco: P=1,5PN
• Pressão de ensaio da vedação: P=1.1PN
• Pressão de saída: Válvula reguladora PN1.0MPa 0.09～0.8MPa; Válvula reguladora PN1.6MPa 0.10～1.2MPa; Válvula reguladora PN2.5MPa 0.15～1.6MPa
• Meio aplicável: água
• Temperatura aplicável: 0℃～80℃