Tubulações de descarga de válvulas de segurança para GLP (LPG): tocha, respiro e contrapressão

Para onde deve descarregar uma válvula de segurança para LPG: tocha, respiro ou outro sistema de destinação?

Não existe uma regra global única que obrigue toda válvula de segurança para LPG a descarregar em uma tocha. Tampouco existe uma regra geral que torne aceitável a descarga atmosférica apenas porque a saída termina ao ar livre.

O destino deve ser definido pelas bases de projeto aplicáveis à instalação e ao sistema de alívio.

Por exemplo, nos Estados Unidos, os requisitos da OSHA para determinadas instalações de LP-Gas abrangidas por suas disposições tratam expressamente da descarga de alívio ao ar livre, do arranjo das linhas e, em alguns casos, de coletores comuns ou da gestão do condensado. São requisitos específicos dessas instalações, não uma autorização universal para descarga atmosférica. OSHA 29 CFR 1910.110

A orientação da HSE britânica adota uma visão mais ampla do sistema: a descarga de alívio deve seguir para um local seguro e apropriado, que pode ser a atmosfera, um vaso separador de líquidos, um lavador de gases, um incinerador, uma tocha ou outro destino adequado, conforme o perigo e a instalação. A HSE também considera que as bases de projeto da corrente aliviada devem ser documentadas. Orientação da HSE sobre sistemas de alívio

Para instalações de petróleo, petroquímica, processamento de gás e similares abrangidas por seu escopo, a API 521 trata o alívio de pressão e a despressurização como um problema de projeto do sistema completo, em vez de considerar a saída da válvula uma terminação isolada. Ainda é necessário confirmar o código aplicável ao projeto, sua edição e a jurisdição para a instalação real de LPG. Escopo da Norma API 521

Uma tocha pode ser o destino correto para uma condição de alívio de LPG e não para outra. Outra instalação pode ter disposições específicas sobre descarga para a atmosfera. Nem «LPG é inflamável, portanto deve-se usar uma tocha» nem «estar ao ar livre torna o respiro aceitável» oferece uma base de engenharia suficiente.

Se o destino aprovado da descarga ainda não foi definido, a análise da válvula e do sistema não pode ser concluída. No quadro de decisão deste artigo, essa condição recebe o estado técnico AGUARDAR; HOLD («aguardar») é um rótulo de triagem usado aqui, não uma classificação regulatória ou de código.

Qual contrapressão deve ser definida antes da análise do sistema de saída?

A indicação isolada de «contrapressão» em uma RFQ não é suficientemente precisa.

A primeira distinção é entre contrapressão sobreposta e contrapressão acumulada.

Contrapressão sobreposta : pressão existente na saída antes que a válvula abra. Em um coletor fechado ou comum, pode ser relativamente constante ou variar conforme as condições do sistema a jusante.

Contrapressão acumulada : pressão que se desenvolve após a abertura, porque o fluxo de alívio passa pelo tubo de saída, pelas conexões, pelo coletor e por outras resistências a jusante.

A documentação da Baker Hughes Consolidated sobre alívio de pressão faz a mesma distinção entre a pressão já existente a jusante antes da abertura da válvula e a pressão gerada pelo fluxo de alívio através do sistema de descarga. Orientação técnica da Baker Hughes sobre contrapressão

Durante um evento de alívio, o engenheiro precisa, portanto, conhecer todas as condições de pressão na saída, não apenas um número sem contexto.

Essa distinção é especialmente importante em uma tocha ou em um coletor fechado comum. Outros equipamentos podem influenciar a pressão já existente no sistema a jusante, enquanto a vazão aliviada pela própria válvula acrescenta outra contribuição hidráulica.

Uma indicação sem contexto como a seguinte oferece, portanto, pouca informação ao fornecedor:

Contrapressão: 2 bar

Esse dado não informa se a pressão existe antes do alívio, se desenvolve durante o alívio, varia com outros equipamentos ou representa a condição determinante na saída.

Uma transmissão de dados mais útil distingue:

• a faixa prevista de contrapressão sobreposta;
• se essa pressão é constante ou variável;
• a contrapressão acumulada para o caso de alívio determinante;
• o cálculo a jusante ou as bases do sistema usados para determinar essas condições.

Para entender melhor a contrapressão sobreposta, acumulada e total e os limites das construções com fole balanceado, consulte o seguinte guia da ZOBAI: Contrapressão e fole: guia de engenharia.

Evite um atalho: adotar uma única porcentagem genérica como limite universal de contrapressão admissível. Os limites publicados dependem do projeto da válvula, do modelo, do serviço e da documentação do fabricante. Não se adota aqui uma regra percentual válida para todos os setores.

Como a tubulação de descarga e um coletor comum afetam a válvula de segurança?

Quando uma válvula de segurança para LPG abre, o fluido aliviado ainda precisa atravessar um caminho físico de escoamento.

Esse caminho pode incluir um tubo de saída, curvas, reduções, longos trechos horizontais ou verticais, um coletor comum e o sistema final de destinação. A resistência ao longo desse caminho contribui para a pressão na saída da válvula.

A relação básica de engenharia é:

vazão de alívio → resistência a jusante → pressão na saída → contrapressão na válvula de segurança

A HSE identifica expressamente a contrapressão como um fator que pode afetar as pressões de abertura e fechamento, a estabilidade e a capacidade de alívio da válvula de segurança. Orientação da HSE sobre sistemas de alívio

Um coletor compartilhado acrescenta outro nível de interação. As condições na saída de uma válvula podem depender do que ocorre em outros pontos da rede de descarga. Isso não significa presumir automaticamente que todos os dispositivos conectados aliviarão ao mesmo tempo. Significa que o projeto deve definir as premissas aplicáveis ao coletor comum ou ao alívio simultâneo.

Isso distingue duas atividades de engenharia frequentemente confundidas.

O dimensionamento da válvula pergunta: o dispositivo pode fornecer a capacidade de alívio requerida segundo as bases de dimensionamento aplicáveis?

A análise do sistema de descarga instalado pergunta: quais pressões na saída e condições mecânicas ocorrerão quando essa vazão atravessar o sistema real a jusante?

A primeira análise não conclui automaticamente a segunda.

A API descreve a Parte II da API 520 como a parte de sua prática sobre dispositivos de alívio dedicada à instalação e destaca expressamente a análise de engenharia para a instalação adequada dos PRD. Informações sobre a API 520 Part II

Para uma válvula conectada a um coletor comum de tocha, não basta perguntar apenas a pressão normal do coletor.

Qual perfil de pressão na saída esta válvula enfrentará antes e durante o evento de alívio determinante, no cenário de coletor aplicável ao projeto?

A página de aplicações com alta contrapressão da ZOBAI oferece um contexto de aplicação mais amplo; este artigo continua focado na interface de descarga do LPG.

Quando a contrapressão muda a análise da configuração da válvula?

A contrapressão passa a ser uma questão de configuração quando é necessário confrontar o comportamento ou os limites documentados da válvula candidata com o perfil real de pressão a jusante.

Essa análise deve começar pelas condições na saída, não por um tipo de válvula predeterminado.

A documentação técnica da Emerson/Crosby sobre alívio de pressão trata as construções convencionais e balanceadas conforme seus projetos e limites reais de operação, não como categorias intercambiáveis. Já a documentação dos pilotos Anderson Greenwood vincula a descarga do piloto e a configuração para coletor fechado ao projeto específico. Essas fontes sustentam uma análise de cada válvula candidata, não uma regra universal baseada na arquitetura. Manual de engenharia da Emerson sobre alívio de pressão

Uma válvula convencional não se torna automaticamente inaceitável apenas porque existe alguma contrapressão.

Da mesma forma, uma válvula com fole balanceado não deve ser considerada imune à contrapressão. O balanceamento pode reduzir efeitos específicos das forças geradas pela pressão de saída, mas a válvula mantém os limites de seu modelo, e o sistema a jusante continua determinando a pressão aplicada na saída.

Válvulas pilotadas exigem o mesmo rigor. Alguns projetos de piloto podem ser adequados a coletores fechados ou a serviços com contrapressão, mas a arquitetura do piloto, a tomada de pressão e a rota de descarga importam. A simples indicação «pilotada» não comprova capacidade ilimitada de operar com contrapressão.

Uma sequência de triagem tecnicamente justificável é:

1. definir o perfil de pressão a jusante;
2. distinguir as condições de contrapressão sobreposta e acumulada;
3. identificar se a condição é constante ou variável;
4. avaliar as arquiteturas das válvulas candidatas;
5. verificar os limites reais do fabricante para o modelo selecionado;
6. manter uma análise separada da tubulação de saída e do coletor.

Um atalho comum nas compras é:

contrapressão elevada = fole balanceado.

Esse atalho não basta. Uma construção balanceada pode ser apropriada. Uma construção pilotada adequada pode merecer avaliação. Uma válvula convencional pode continuar aceitável nas suas condições documentadas. Sem os requisitos reais de alívio, o perfil de pressão a jusante e os dados comprobatórios do fabricante, essas arquiteturas não devem ser classificadas como universalmente melhores ou piores.

O que verificar na tubulação de saída de uma válvula de segurança para LPG?

A linha de descarga deve ser analisada como um caminho de escoamento e uma instalação mecânica.

Caminho de escoamento

Confirme as características que podem afetar significativamente a resistência a jusante e a pressão na saída:

• dimensão do tubo de saída e área real de passagem;
• comprimento desenvolvido;
• curvas, reduções e outras conexões;
• restrições ou equipamentos a jusante;
• variações de elevação, quando pertinentes;
• conexão com o coletor comum;
• pressão no sistema receptor;
• bases aplicáveis ao coletor ou ao alívio simultâneo.

A dimensão da flange de saída da válvula é um dado de entrada, não uma prova de que a linha conectada seja adequada ao escoamento. As verificações de engenharia são a capacidade de alívio requerida, o caminho real da descarga e a contrapressão resultante; a dimensão nominal da conexão, isoladamente, não demonstra a adequação da proteção.

Fluido e comportamento de fase

A fase durante o alívio também importa. As bases de engenharia devem indicar se, no caso determinante, a descarga é de vapor, líquido, sujeita a vaporização instantânea ou potencialmente bifásica.

Se o sistema instalado puder acumular líquido ou condensado, devem ser verificados os requisitos de drenagem aplicáveis. A OSHA, por exemplo, contém disposições sobre condensado para determinadas instalações de LP-Gas abrangidas por seus requisitos, mas isso não permite transformá-las em uma obrigação universal de drenagem para toda linha de alívio de LPG. Requisitos da OSHA para LP-Gas

Aspectos mecânicos

A adequação do escoamento não resolve todas as questões de instalação. O arranjo da saída também deve ser analisado quanto a:

• forças de reação da descarga;
• suportação da tubulação;
• alinhamento junto à válvula;
• expansão térmica;
• vibrações ou outros esforços da tubulação transmitidos à válvula ou ao equipamento protegido.

Essas verificações mecânicas são separadas do cálculo da contrapressão acumulada.

Documentação

Por fim, a instalação física deve corresponder aos dados usados na análise da válvula. Os documentos pertinentes podem incluir o arranjo aprovado de descarga, o P&ID ou um esquema de tubulação, o cálculo de pressão a jusante, as instruções do fabricante e as bases do sistema de alívio específicas do projeto.

A verificação prática é:

A vazão de alívio requerida pode chegar ao destino aprovado nas mesmas condições usadas para avaliar a válvula de segurança?

Se a resposta depender de informações ainda desconhecidas sobre tubulação, coletor ou sistema de destinação, a válvula candidata não está pronta para aceitação final.

Quais dados do sistema de descarga devem constar na RFQ e quando a análise deve ser suspensa?

Uma RFQ útil para uma válvula de segurança para LPG descreve tanto os requisitos de alívio quanto o sistema a jusante. Um pedido contendo apenas fluido, dimensão da conexão e pressão não fornece dados suficientes para uma análise significativa da descarga e da contrapressão.

Diferencie a terminologia de pressão dos dados comprobatórios de capacidade

A pressão de ajuste indica quando o dispositivo deve iniciar o comportamento de abertura especificado; a sobrepressão é o aumento acima da pressão de ajuste usado para atingir a condição de alívio requerida; a pressão durante o alívio é a soma da pressão de ajuste e da sobrepressão; e o blowdown descreve a redução de pressão da abertura ao reassentamento. Nenhum desses termos substitui a contrapressão na saída. Portanto, na RFQ, a capacidade de alívio requerida e as condições de pressão na saída devem ser indicadas separadamente. Terminologia e orientação de dimensionamento de PRV da Emerson

A dimensão da conexão também não é um certificado de capacidade. Para serviços que exigem marcação conforme um código, solicite a documentação aplicável de capacidade e dimensionamento e as evidências de certificação exigidas pelo projeto, em vez de deduzir a capacidade de proteção pela flange de entrada ou de saída. O National Board explica que sua marca NB identifica dispositivos certificados no âmbito de seu programa de certificação de dispositivos de alívio de pressão; a aplicabilidade desse programa depende do código de referência e do projeto. Visão geral da certificação de dispositivos de alívio de pressão do National Board

A documentação da válvula apresentada pelo fornecedor pode estabelecer as funções para as quais a candidata foi projetada e documentada. Por si só, porém, não aprova o sistema completo de alívio e destinação instalado.

Use HOLD quando informações ausentes puderem mudar a decisão

Os termos a seguir são um quadro de triagem de engenharia usado neste artigo, não classificações regulatórias ou de código.

PROSSEGUIR PARA ANÁLISE DE ENGENHARIA / RFQ : os requisitos de alívio, o destino da descarga, as bases de pressão a jusante e os requisitos da válvula candidata estão suficientemente definidos para uma avaliação técnica.

AGUARDAR : um dado não resolvido pode mudar significativamente a seleção da válvula ou a análise do sistema de saída. Exemplos incluem destino de descarga desconhecido, fase de alívio não definida, capacidade requerida ausente, contrapressão sobreposta ou acumulada indefinida, caso de coletor comum não estabelecido, limites específicos do modelo ausentes ou bases aplicáveis ao projeto ainda não resolvidas.

INCOMPATIBILIDADE CONFIRMADA : usar somente quando um requisito real do projeto e uma condição documentada real da válvula candidata já forem conhecidos e estiverem em conflito. Essa classificação não deve substituir dados ausentes.