Pressão de ajuste da válvula de segurança vs. PMTA

Imagine que um skid de redução de vapor ou de água quente chega do Japão. A placa do vaso indica a saiko shiyo atsuryoku (pressão máxima de uso, próxima da PMTA, pressão máxima de trabalho admissível; em inglês, MAWP), e a válvula de segurança traz a sua própria pressão de ajuste. Alguns meses depois da partida, a válvula começa a vazar, e alguém na fábrica sugere aumentar a pressão de ajuste.

Outra pessoa pergunta se, ajustando a válvula para um valor menor, o vaso deixaria de ser enquadrado como vaso de pressão. As duas ideias partem do mesmo erro. Pressão de ajuste e PMTA significam coisas diferentes, mesmo quando o número é o mesmo. A pressão de ajuste precisa ser compatível com a PMTA do equipamento protegido, com a lei ou o código aplicável e com o comportamento de abertura e fechamento da própria válvula.

Um ajuste correto também não basta: se a válvula não consegue descarregar a vazão que entra durante uma anomalia, a pressão continua subindo. Este guia usa dois exemplos, uma estação redutora de vapor e uma linha de água quente bloqueada, para mostrar como a pressão de ajuste se relaciona com a PMTA, o que a válvula realmente protege, quando ela é necessária e o que enviar junto com um pedido ou uma consulta.

O texto explica o que verificar e quem decide. Ele não é um procedimento para escolher ou alterar um ajuste. Confirme toda pressão de ajuste com o projetista do equipamento, com o fabricante da válvula e com a norma ou regulamentação que vale na sua planta (no Brasil, em primeiro lugar a NR-13).

Sumário

1. O que faz uma válvula de segurança
2. Pressão de ajuste vs. PMTA: dois números diferentes
3. Quando uma válvula de segurança é necessária
4. Checklist: dados para enviar com o pedido ou a consulta de uma válvula de segurança
5. Perguntas para o fornecedor ou projetista japonês
6. Limites deste guia
7. FAQ
8. Fontes

O que faz uma válvula de segurança

A válvula de segurança (anzen-ben) protege equipamentos e tubulações contra sobrepressão. Quando a pressão chega ao valor de ajuste, ela descarrega fluido. Em operação normal permanece fechada e, nos projetos mais comuns, volta a fechar quando a descarga reduz a pressão.

Em uma válvula com mola, a mola empurra o disco no sentido de fechar, e o fluido o empurra no sentido de abrir. Quando a pressão sobe o suficiente, o disco levanta e abre uma passagem da entrada para a saída.

Válvula com mola, esquema simplificado. As características de abertura e o efeito da contrapressão mudam conforme o tipo de válvula.

Nos documentos japoneses também aparece a nigashi-ben, a válvula de alívio. O termo certo depende do fluido de serviço e das características de operação; por isso, não transfira para uma linha de líquido uma válvula feita para vapor. Confira no catálogo os fluidos de serviço que o fabricante indica para aquele modelo.

Os tipos zenryo-shiki e yotei-shiki (na literatura em inglês, em geral traduzidos como full-lift e lift-type) também têm passagens de fluxo e capacidades diferentes. Por isso, não dá para comparar capacidade apenas pelo diâmetro da conexão; confirme a definição de cada tipo com o fabricante.

A válvula redutora de pressão (genatsu-ben) mantém a pressão a jusante estável. A válvula de segurança protege contra sobrepressão anormal. Mantenha as duas funções separadas: uma é controle normal, a outra mantém o sistema seguro quando esse controle falha.

Alarmes e intertravamentos por pressostato cumprem ainda outro papel. Como combinar controle normal, alarme, bloqueio do suprimento e alívio mecânico depende das falhas que precisam ser cobertas e dos requisitos do equipamento.

Pressão de ajuste vs. PMTA: dois números diferentes

Comece anotando dois valores separados: a maior pressão que o sistema atinge em operação normal e a PMTA do equipamento protegido. A pressão de ajuste precisa funcionar entre os dois, considerando o comportamento de abertura e fechamento da válvula, a norma aplicável e a tolerância do ajuste.

A pressão de ajuste (settei atsuryoku) é a pressão na qual a válvula deve começar a atuar. A PMTA é a pressão com que o equipamento pode operar. Mesmo quando os dois são ajustados para o mesmo valor, o significado não é o mesmo.

A válvula nem sempre fecha logo abaixo da pressão de ajuste. Confira a folga em relação à pressão de operação já considerando o blowdown.

A pressão de fechamento (fukidomari atsuryoku) é aquela em que a válvula volta a fechar depois de descarregar. A diferença entre a pressão de ajuste e a de fechamento é o blowdown. Se a pressão normal de operação ficar muito perto da pressão de fechamento, uma válvula que abriu uma vez pode não fechar de novo, e a operação estável fica comprometida.

Além disso, a válvula não entrega toda a vazão requerida no instante em que começa a abrir. Confira o aumento de pressão durante a descarga em relação ao que o equipamento suporta, usando a norma aplicável, o código de construção e as condições da certificação da válvula.

Não existe regra do tipo "some um percentual fixo à pressão normal e o ajuste estará certo para qualquer sistema". Se a pressão de operação oscila tanto que nenhum ajuste viável se encaixa, o projeto precisa ser revisto, incluindo as condições de operação e a classe de pressão do equipamento.

Use uma única base de pressão em todos os documentos. Não misture pressão manométrica e pressão absoluta, e confirme qual delas cada desenho e cada folha de dados utiliza.

A pressão de ajuste, sozinha, não define o enquadramento legal do vaso

No Japão, o ajuste da válvula de segurança, por si só, não decide se um vaso é um vaso de pressão regulamentado. O decreto de aplicação da lei de segurança e saúde no trabalho (Rodo Anzen Eisei-ho Shiko-rei) classifica os vasos pelo uso e pela pressão de trabalho, combinados com o volume interno e as dimensões do casco.

Para os vasos de pressão de 1ª classe, a definição inclui a forma de uso, como aquecimento por meio de um fluido térmico, geração de vapor ou aquecimento para separar substâncias. Os vasos de 2ª classe, que contêm gás, têm condições próprias. Não existe um único valor de pressão que valha para todos os usos.

Em equipamento já instalado no Japão, diminuir o ajuste de uma válvula existente não prova que o vaso passou a ser isento. Onde uma pressão maior é suprida a montante, não olhe só a pressão normal depois da válvula redutora. Confirme nos documentos de projeto qual pressão foi adotada como condição de trabalho, incluindo falhas do lado do suprimento e condições de aquecimento.

O decreto japonês acima vale para equipamento instalado no Japão. Na sua fábrica no Brasil, o enquadramento do vaso segue a NR-13 (Caldeiras, Vasos de Pressão, Tubulações e Tanques Metálicos de Armazenamento). Pelo que consultamos, essa norma considera fatores como a pressão máxima de operação, o volume interno e a classe do fluido, e não apenas o valor de ajuste da válvula. Confira o texto vigente da NR-13 e a documentação do equipamento com o profissional habilitado (PH) da planta.

Quanto à válvula, a NR-13 pede que o vaso tenha válvula de segurança ou outro dispositivo de segurança com pressão de abertura ajustada em valor igual ou inferior à PMTA, considerando os requisitos do código de construção. A norma também exige medidas contra o bloqueio inadvertido desses dispositivos, como um sistema formalmente definido ou, na falta dele, um dispositivo físico com sinalização de advertência (DCBI). Isso se liga diretamente à questão das válvulas de bloqueio, tratada mais adiante.

Para equipamento novo, confirme o enquadramento enquanto uso, temperatura, pressão e volume ainda estão sendo definidos. Para equipamento existente, parta da placa de identificação, do prontuário e da folha de dados. Se você alterar as condições de operação, verifique antes quais procedimentos e quais registros essa mudança exige.

No lado japonês, a Ordenança de Segurança de Caldeiras e Vasos de Pressão (Boira oyobi Atsuryoku Yoki Anzen Kisoku) trata das válvulas de segurança de caldeiras (artigo 28) e de vasos de pressão de 1ª classe (artigo 65). O requisito básico nos dois é que a válvula seja ajustada para atuar em valor igual ou inferior à pressão máxima de uso. Ambos os artigos trazem uma exceção condicionada para instalações com mais de uma válvula, e isso não significa que uma válvula única possa ser ajustada acima da PMTA.

Relacione cada artigo ao equipamento específico. Se outra norma, como o código de construção do vaso, também se aplicar à sua planta, confira as regras dela também.

Confira todos os componentes que a válvula protege

Em seguida, percorra todos os componentes dentro da zona protegida pela válvula. Isso inclui não só o tanque, mas também trocadores de calor, bombas, instrumentos e componentes de tubulação. Liste o limite de pressão de cada um.

A zona protegida depende de como a tubulação se conecta e de quais válvulas estão abertas. Liste todos os componentes para não deixar passar o limite mais baixo.

Classes de pressão de catálogo à temperatura ambiente podem enganar. Em flanges, válvulas e outras peças usadas em alta temperatura, confira a classe de pressão para aquele material naquela temperatura.

Separe também "a pressão que o equipamento resistiu no teste de pressão" de "a pressão com que ele pode operar continuamente". A pressão de teste, aplicada só durante o teste, não é motivo para ajustar a válvula de segurança acima da PMTA.

Tubos com o mesmo diâmetro nominal não têm sempre a mesma classe de pressão. Verifique juntos o material, a espessura de parede e o tipo de junta. O número de schedule no desenho é um ponto de partida para a espessura.

Em um trocador de calor, confira o lado primário e o secundário separadamente e considere o que passa de um lado para o outro se um tubo ou uma placa falhar. Siga todos os caminhos pelos quais fluido de alta pressão poderia chegar ao lado de baixa pressão.

Uma válvula de bloqueio entre o equipamento protegido e a válvula de segurança pode isolar o equipamento da sua proteção. Marque nos fluxogramas de tubulação as posições das válvulas em operação e em manutenção, e confirme em quais estados existe um caminho de alívio aberto.

A perda de carga na tubulação de descarga e a pressão no coletor de destino geram contrapressão na saída da válvula. Se uma válvula selecionada para descarregar na atmosfera for ligada a um coletor de recuperação sem verificar a contrapressão, sua atuação e sua capacidade podem mudar.

Leve a saída para um local seguro, onde ninguém possa ser atingido por vapor ou água quente, e considere as cargas e as forças de reação na tubulação. Confira o ponto de descarga, a drenagem de condensado e a proteção contra congelamento no manual de instalação do modelo.

Quando uma válvula de segurança é necessária

A necessidade de uma válvula de segurança depende não só da pressão normal de operação, mas de até onde a pressão pode subir durante uma anomalia. Primeiro confirme quais dispositivos a norma exige; depois liste todas as formas pelas quais uma falha ou um erro de operação poderia causar sobrepressão.

Dois casos comuns são a alta pressão de suprimento chegando ao lado de baixa pressão por uma estação redutora e o líquido aprisionado sendo aquecido. As causas são diferentes, então a capacidade necessária e o tipo adequado de válvula também são diferentes.

Alta pressão de suprimento a montante da válvula redutora

Onde vapor ou água têm a pressão reduzida antes do uso, a pressão de suprimento pode superar a classe dos equipamentos a jusante. Se a válvula redutora de pressão não fechar, o fluido pode continuar passando do lado de alta pressão para uma tubulação que normalmente opera em baixa pressão.

Ser capaz de passar o consumo normal não faz a válvula de segurança ter tamanho suficiente. Calcule quanta vazão pode chegar a jusante com a válvula redutora no estado de falha considerado e com as condições a montante, e garanta que a válvula consiga descarregar essa vazão.

Não escolha pelo diâmetro da conexão nem pelo consumo normal. Compare a capacidade nas condições da falha considerada.

Considere uma planta fictícia em que a vazão de vapor que entra durante a falha foi avaliada em 800 kg/h. Uma válvula candidata com capacidade de 600 kg/h, nas mesmas condições de pressão, temperatura e contrapressão, não atende.

Uma candidata com 1.000 kg/h passa em uma comparação simples de capacidade contra essa vazão. Isso não é uma margem de segurança recomendada: eventuais correções de capacidade ou exigências do código são condições separadas, que entram na seleção da válvula.

A capacidade de alívio muda com a pressão de ajuste e com o estado do fluido, mesmo com o mesmo diâmetro nominal. Para cada valor de uma tabela de capacidade, leia as notas para saber em que condições ele foi medido ou calculado.

Inclua os caminhos de fluxo criados pela forma de operar a planta, como um bypass da válvula redutora deixado aberto. Se várias linhas de suprimento podem estar abertas ao mesmo tempo, não pare na verificação do fluxo normal de cada uma isoladamente.

A válvula de segurança não substitui a válvula redutora e não deve ficar modulando continuamente. Uma válvula que descarrega o tempo todo é um sintoma a investigar. Se ela continua abrindo, registre a pressão a montante, a pressão a jusante da válvula redutora, a carga de operação e o horário em que a descarga começou.

Verifique se a vazão varia com o tempo, lembrando a diferença entre escoamento estável e pulsante, e compare os registros com as condições reais de carga. Antes de aumentar o ajuste para parar a descarga, verifique se há falha da válvula redutora, vazamento na sede e erro do manômetro. Sujeira na sede ou um problema no lado da descarga também podem ser a causa; por isso, não suponha que a pressão está simplesmente alta demais.

Expansão térmica em líquido aprisionado

Quando um trecho de tubulação cheio de líquido é fechado nas duas pontas, o volume extra provocado pela elevação de temperatura não tem para onde ir. A água quase não se comprime; por isso, só o aquecimento pode elevar a pressão bruscamente, mesmo sem entrada de vapor.

A vazão de alívio requerida é diferente na expansão térmica pura e nos casos em que há ebulição ou entrada contínua de fluido em alta pressão.

Isso não se limita a sistemas de água quente. Também acontece em trechos isolados para manutenção de trocadores de calor e em tubulações externas expostas ao sol. Mesmo em equipamentos parados, confira nos fluxogramas de tubulação quais válvulas fechadas criariam um trecho cheio de líquido.

Quando a expansão térmica do líquido é a única causa, liberar o volume adicional pode bastar para manter a pressão baixa. Essa lógica de pequena capacidade não vale quando uma fonte de alta pressão continua alimentando o trecho ou quando o aquecimento gera vapor.

Um tanque de expansão absorve a expansão normal. Trate como duas funções separadas absorver a expansão normal e aliviar a pressão anormal, e combine a proteção que cada caso exige. O tanque de expansão não ajuda um trecho em que uma válvula intermediária está fechada; por isso, revise a zona protegida também para as posições de válvulas durante limpeza, troca de linha e parada, e não só em regime normal.

Ao escolher uma válvula de alívio para líquido, saiba a temperatura do líquido descarregado e para onde ele vai. A água quente liberada na atmosfera pode vaporizar parcialmente (flash) com a queda de pressão; posicione a saída onde ela não alcance pessoas nem danifique equipamentos próximos.

Na planta, confira a placa com a pressão de ajuste, o lacre e qualquer sinal de corrosão ou vazamento, seguindo os procedimentos de parada e de inspeção da fábrica. Uma válvula com boa aparência não está comprovada quanto à capacidade nominal; por isso, verifique também os registros dos testes de funcionamento e das revisões exigidos.

Investigue separadamente "a pressão não baixa" e "a pressão baixa, mas o vazamento continua". Guardar os registros de cada abertura e da pressão facilita distinguir capacidade insuficiente, condições de operação e problemas na sede.

O fabricante japonês Yoshitake, por exemplo, em geral pede que a pressão de ajuste seja especificada no pedido ou alterada com a devolução da válvula à fábrica, e permite o ajuste em campo só em alguns modelos. Antes de qualquer alteração de ajuste, confira as condições de projeto, os limites legais e o manual de instruções do modelo.

Alguns sistemas usam um disco de ruptura no lugar da válvula de alívio ou em conjunto com ela.

Checklist: dados para enviar com o pedido ou a consulta de uma válvula de segurança

Envie estes itens como um conjunto. Tabelas de capacidade de fornecedores diferentes costumam se basear em condições diferentes, e um conjunto completo facilita perceber isso.

Item	O que informar
Fluido	Nome e estado (vapor saturado, vapor superaquecido, água, outro líquido, gás)
Pressão de ajuste	Valor, unidade, manométrica ou absoluta; quem definiu e com qual base
Equipamento protegido	PMTA de cada componente da zona protegida, na respectiva temperatura de projeto
Temperatura de operação	Normal e máxima na entrada da válvula
Vazão de alívio requerida	Vazão na anomalia considerada (por exemplo, válvula redutora falhando aberta) e como foi calculada
Conexões	Diâmetro de entrada e de saída, norma e classe de pressão
Descarga	Para a atmosfera ou para um coletor; contrapressão esperada
Norma e legislação	Qual regulamento ou código vale no local de instalação (por exemplo, NR-13 e o código de construção do vaso)
Documentos	Inspeções, registros de teste e certificados exigidos

Perguntas para o fornecedor ou projetista japonês

• Qual é a PMTA de cada componente da zona protegida pela válvula de segurança, e em que temperatura?
• Para qual cenário de sobrepressão a válvula foi dimensionada (falha da válvula redutora, bypass aberto, falha de tubo de trocador de calor, líquido aprisionado)? Qual vazão de alívio foi calculada?
• Em que condições (pressão, temperatura, contrapressão) vale a capacidade nominal da válvula?
• Qual é o blowdown, e quão longe a pressão de fechamento fica da nossa pressão normal de operação?
• Qual norma ou código japonês foi aplicado, e isso muda para a instalação no Brasil (por exemplo, quanto à NR-13)?
• A pressão de ajuste deste modelo pode ser regulada em campo, ou ele precisa voltar à fábrica? Que registros ou lacres são exigidos após uma alteração?
• Existe alguma válvula de bloqueio capaz de isolar o equipamento da válvula de segurança durante a operação ou a manutenção?

Um modelo de consulta que você pode adaptar:

Assunto: Pressão de ajuste da válvula de segurança em [TAG do equipamento]
A válvula de segurança de [TAG] (pressão de ajuste [valor] MPa, manométrica) começou a descarregar durante a operação normal. Antes de alterar qualquer coisa, pedimos que confirmem: (1) a PMTA e a temperatura de projeto de cada componente protegido; (2) o cenário de sobrepressão e a vazão de alívio usados no dimensionamento; (3) o blowdown; e (4) se a pressão de ajuste deste modelo pode ser regulada em campo ou se deve ser refeita na fábrica de vocês. Não alteraremos o ajuste antes de recebermos a resposta.

Limites deste guia

• Este guia explica como pensar a pressão de ajuste. Ele não traz valores de pressão de ajuste, margens nem fórmulas de dimensionamento.
• As exigências legais mudam de país e, no Japão, conforme a classe do equipamento. As regras japonesas descritas aqui valem para equipamentos instalados no Japão; no Brasil, confirme o que se aplica à sua planta (NR-13 e demais normas).
• A vazão de alívio, a sobrepressão admissível e o blowdown dependem do código, do tipo de válvula e da certificação do fabricante. Confirme com o fabricante da válvula.
• Todos os números de planta neste artigo são fictícios.

FAQ

A pressão de ajuste da válvula de segurança é igual à PMTA?

Não. Mesmo quando os dois são ajustados para o mesmo valor, a PMTA é o limite do equipamento e a pressão de ajuste é o ponto de atuação da válvula. Confirme que o ajuste atende à norma aplicável e às características da válvula, e que fica suficientemente afastado da pressão normal de operação.

Posso fugir das regras de vaso de pressão ajustando a válvula de segurança em um valor menor?

Não apenas pelo ajuste. O enquadramento legal depende do uso, da pressão e do volume ou das dimensões, conferidos com as condições de projeto e de operação que você realmente adota. No Brasil, o ponto de partida é a NR-13, com o apoio do profissional habilitado.

Duas válvulas de segurança com o mesmo diâmetro têm a mesma capacidade?

Não. A capacidade muda com o tipo de válvula, o fluido e a pressão de ajuste. Leia as condições por trás de cada tabela de capacidade e compare as válvulas com a vazão requerida nas mesmas condições.

O que fazer quando a válvula de segurança não para de descarregar?

Siga o procedimento de condição anormal da planta. Verifique se a pressão realmente caiu e se o suprimento continua entrando. Trate o vazamento na sede depois que a pressão caiu como um problema separado e não esconda a causa aumentando o ajuste.

Se há uma válvula redutora de pressão, ainda preciso de válvula de segurança?

Não presuma que a válvula redutora basta. Se ela falhar, os equipamentos a jusante podem ser levados além da sua classe de pressão. Defina a proteção contra sobrepressão a partir da vazão que entra nessa falha e das regras aplicáveis.

Fontes

• Spirax Sarco: Safety Valves (noções básicas da válvula com mola)
• Spirax Sarco: Safety Valve Selection (pressão de operação, pressão de ajuste, blowdown)
• Spirax Sarco: Safety Valve Sizing (condições de falha e capacidade de alívio)
• Spirax Sarco: Safety Valve Installation (tubulação de descarga, drenagem, forças de reação)
• CGA PS-28 (resumo) (sobrepressão por expansão térmica de fluido aprisionado; as exigências norte-americanas de instalação e requalificação não são aplicadas neste artigo)
• e-Gov: decreto de aplicação da lei de segurança e saúde no trabalho (Japão), artigo 1, definições de vaso de pressão (em japonês)
• e-Gov: ordenança de segurança de caldeiras e vasos de pressão (Japão), artigos 28 e 65 (em japonês)
• Yoshitake: perguntas frequentes sobre válvulas de segurança (ajuste, atuação, fluidos de serviço; em japonês)
• NR-13 (texto consolidado, reprodução) e informe da FINDES sobre a nova NR-13 (pressão de abertura ≤ PMTA, bloqueio inadvertido; confirme sempre o texto vigente no portal do governo federal)