Requisiti prestazionali della valvola di sicurezza

La valvola di sicurezza è un dispositivo di sicurezza utilizzato per impedire che la pressione nell'apparecchiatura a pressione superi il valore consentito. La funzione della valvola di sicurezza è realizzata dal seguente processo di azione: quando il sistema raggiunge la pressione massima consentita, la valvola di sicurezza può aprirsi con precisione e raggiungere rapidamente l'altezza di apertura nominale e scaricare la quantità nominale di fluido di lavoro; la valvola di sicurezza è in stato aperto. Lo scarico deve essere stabile; quando la pressione del sistema scende a un certo valore, la valvola di sicurezza deve essere chiusa in tempo e, in stato chiuso, deve essere mantenuta in un tipo di tenuta. Di seguito vengono descritti i requisiti prestazionali di base delle valvole di sicurezza.

1. Aprire con precisione

La valvola di sicurezza deve aprirsi in modo affidabile fino all'altezza di apertura specificata, alla pressione predeterminata e raggiungere la capacità di scarico specificata. Questo è il requisito fondamentale per la valvola di sicurezza. Ovvero, quando la pressione di ingresso della valvola di sicurezza raggiunge la pressione di taratura predeterminata, la valvola di sicurezza deve aprirsi con precisione e raggiungere rapidamente l'altezza di apertura specificata.

Quando la pressione nel sistema raggiunge la massima consentita, la risposta insensibile della valvola di sicurezza all'aumento di pressione può causare situazioni pericolose come la rottura e il danneggiamento di caldaie, recipienti a pressione e condotte. Il rischio è particolarmente elevato per i gas comprimibili.

La pressione di regolazione della valvola di sicurezza non deve essere superiore al valore di pressione di progetto della caldaia, del recipiente a pressione e della tubazione.

La deviazione della pressione positiva della valvola di sicurezza è chiaramente definita nelle normative e negli standard pertinenti. Quando la valvola di sicurezza viene regolata per la pressione di taratura, la sua deviazione deve essere rigorosamente controllata entro l'intervallo specificato.

2. Emissioni stabili

Una volta raggiunta l'altezza di apertura specificata, la valvola di sicurezza mantiene uno stato di scarico stabile e può scaricare la quantità nominale di fluido di lavoro. Durante il processo di scarico del fluido, è necessario che le proprietà meccaniche siano buone (assenza di salti di frequenza, vibrazioni, ecc.). Questo requisito è molto importante.

La valvola di sicurezza deve avere una struttura ragionevole e una molla con una rigidità adeguata per mantenere buone caratteristiche meccaniche e una capacità di scarico stabile. Le dimensioni del passaggio di flusso della valvola di sicurezza devono soddisfare i requisiti dei parametri richiesti per il calcolo. Se la sezione trasversale del passaggio di flusso è troppo piccola, dopo l'apertura della valvola di sicurezza, la parte di sovrapressione del fluido non può essere scaricata in tempo e la pressione del sistema continua ad aumentare, il che è molto pericoloso. Al contrario, se la sezione trasversale del passaggio di flusso è troppo grande, dopo l'apertura della valvola di sicurezza, la pressione scenderà bruscamente al di sotto della pressione di esercizio e il disco della valvola di sicurezza si chiuderà, causando un impatto violento sulla sede della valvola; tuttavia, poiché il fattore di aumento della pressione del sistema non è stato eliminato, il disco si aprirà di nuovo per formare un salto di frequenza e, di conseguenza, la sede della valvola e la superficie di tenuta del disco saranno danneggiate a causa di urti ripetuti. Quando le valvole di sicurezza vengono utilizzate per liquidi incomprimibili, i salti di frequenza possono anche causare colpi d'ariete nel sistema.

La pressione di ingresso della valvola di sicurezza al raggiungimento dell'altezza di apertura nominale è detta pressione di scarico. Viene utilizzata in fluidi diversi o nello stesso fluido in condizioni di esercizio diverse e la sua pressione di scarico nominale è diversa, come chiaramente stabilito nelle normative e negli standard pertinenti. Di solito è espressa come percentuale della pressione di taratura che supera il valore. La progettazione strutturale della valvola di sicurezza deve garantire che la pressione di scarico nominale sia rigorosamente controllata entro l'intervallo specificato.

3. Chiudere in tempo

Quando lo scarico della valvola di sicurezza riduce la pressione del fluido a un certo valore, la valvola a farfalla entra in contatto con la superficie di tenuta della sede valvola e torna in posizione di chiusura. La valvola di sicurezza può essere posizionata e chiusa in modo tempestivo ed efficace, il che è un importante indicatore di buone prestazioni.

L'intervento della valvola di sicurezza non richiede necessariamente l'arresto o la riparazione dell'apparecchiatura o del sistema. Talvolta, l'intervento della valvola di sicurezza è causato da fattori accidentali, come un malfunzionamento del sistema. In questo caso, non è auspicabile che la pressione di ritorno della valvola di sicurezza sia troppo inferiore alla pressione di esercizio. Una pressione di ritorno troppo bassa comporta un'eccessiva perdita di energia e fluido e compromette il normale funzionamento dell'intero sistema. Al contrario, la pressione di ritorno non deve essere troppo elevata. Se la pressione di ritorno è prossima alla pressione di apertura, è facile che la valvola di sicurezza si riapra, causando frequenti scatti e compromettendo il ripristino della tenuta dopo la chiusura. Inoltre, nel caso in cui la valvola di sicurezza non possa essere chiusa in modo affidabile, poiché il fluido tra le superfici di tenuta non è completamente interrotto, è impossibile ripristinare le prestazioni di tenuta alla normale pressione di esercizio del sistema.

Il design della valvola di sicurezza deve garantire una chiusura rapida ed efficace. Un ritorno rapido e potente della sede favorisce la tenuta stagna più di un ritorno graduale e lento.

Le prestazioni di ritorno della sede della valvola di sicurezza sono misurate in termini relativi dal valore della pressione di apertura, che è generalmente determinato dalla differenza di pressione tra apertura e chiusura. Le valvole di sicurezza utilizzate per fluidi diversi presentano differenze di pressione tra apertura e chiusura diverse, che sono chiaramente stabilite nelle normative e negli standard pertinenti.

4. Sigillatura affidabile

Quando il sistema protetto è alla normale pressione di esercizio, la valvola di sicurezza chiusa offre prestazioni di tenuta buone e affidabili. A causa delle perdite della valvola di sicurezza, il fluido di lavoro (talvolta molto costoso o pericoloso) verrà perso, il consumo di energia aumenterà e l'ambiente circostante e l'atmosfera saranno inquinati dal fluido di lavoro. Perdite eccessive possono persino compromettere il normale funzionamento dell'apparecchiatura o del sistema e persino costringerlo all'arresto. Perdite continue corrodono inoltre la superficie di tenuta della valvola di sicurezza, causandone il completo guasto.

Ripristinare la tenuta dopo l'azionamento della valvola di sicurezza è più difficile che mantenerla in condizioni originali. Poiché la valvola di sicurezza è chiusa, la pressione del fluido agisce su un'area maggiore del disco della valvola, ma prima dell'apertura agisce solo su un'area minore delimitata dalla superficie di tenuta. Pertanto, è probabile che le prestazioni di tenuta della valvola di sicurezza si riducano dopo l'azionamento, perdendo così la loro efficacia. In particolare, è più difficile risolvere il problema della tenuta della sede posteriore della valvola di sicurezza ad azione diretta. Nelle valvole di sicurezza con meccanismi di azionamento ausiliari, questo problema viene risolto mediante una tenuta forzata.

È più difficile richiedere alle valvole di sicurezza di mantenere la tenuta rispetto alle valvole generalmente utilizzate per le valvole di intercettazione. Poiché non viene applicata una forza elevata tra le guarnizioni, il disco della valvola di sicurezza aderisce alla sede della valvola solo per formare una pressione di tenuta con una piccola pressione specifica di tenuta. La pressione di tenuta è determinata dalla differenza tra la pressione di taratura della valvola di sicurezza e la pressione di esercizio dell'apparecchiatura, solitamente un valore piccolo (solitamente il 10% della pressione di taratura), quindi le dimensioni e la rugosità superficiale della superficie di tenuta della valvola di sicurezza sono richieste molto rigorose.

I requisiti di tenuta della valvola di sicurezza variano a seconda del fluido o delle condizioni di esercizio. In generale, è difficile realizzare una valvola di sicurezza con una superficie di tenuta metallo-metallo che non presenti perdite. La valvola di sicurezza con una struttura di tenuta morbida metallo-non metallo offre prestazioni di tenuta decisamente migliori.