Hamilton Maranhão in Engenheiros e Técnicos, Engenharia e Indústria Engenheiro Master Jan 4, 2017 · 5 min read · 1.9K

Porque usar válvulas de segurança conforme a API STD 526

Porque usar válvulas de segurança conforme a API STD 526

Porque usar válvulas de segurança conforme a API STD 526

A especificação e aquisição de válvulas em geral pode ser uma tarefa das mais complicadas a depender do tempo disponível que o engenheiro de instrumentação tem e sua própria experiência em realizar essa tarefa. Começa pelo fato de que a formação acadêmica, pelo menos no Brasil, tem pouquíssimos cursos direcionados para instrumentação industrial e passa pelo fato de que cada válvula é em sua essência, uma solução de engenharia dedicada a uma aplicação exclusiva. A probabilidade de se aproveitar uma válvula que foi especificada e adquirida incorretamente em outra aplicação é muito baixa.

A necessidade de utilização, seleção, dimensionamento, especificação e por último a aquisição de válvulas normalmente surge dentro de um projeto multidisciplinar; onde diversos outros instrumentos e equipamentos muito importantes estão alocando recursos humanos que podem inclusive estar trabalhando em projetos paralelos e independentes e quase sempre com o HH muito enxuto. O resultado dessa combinação de fatores é pouco tempo para se dimensionar e especificar uma válvula, seja ela de controle ou de segurança. Isso leva muitos engenheiros a não se questionar o porquê de adotar alguns requisitos principalmente quando este está claro na norma do cliente final ou em especificações técnicas de referência. Em se tratando de adotar a API STD 526 em relação à especificação de válvulas de segurança não ocorre muito diferente.

A Petrobras que é uma das maiores empresas motivadoras para o desenvolvimento da engenharia no Brasil, tem definido na sua norma de instrumentação N-1882D - Critérios para Elaboração de Projetos de Instrumentação; que as válvulas de segurança devem, entre várias exigências:

  • Ter os orifícios de descarga padronizados conforme a API STD 526;
  • Ser selecionadas e dimensionadas conforme a norma API STD 520 Pt 1;
  • Ter estanqueidade de acordo com a API STD 527.
  • Ter o projeto de instalação da tubulação a montante e a jusante de acordo com o API RP 520 Pt 2.

Como a própria API STD 526 já exige que as válvulas de segurança sejam dimensionadas conforme a API STD 520 parte 1; que possuam estanqueidade conforme API STD 527 e que sejam instaladas conforme a API RP 520 Pt 2; fica evidente que a N-1882 foi elaborada utilizando como base as diretrizes da API STD 526 e a adoção deste padrão construtivo se mostra prático já que atende pelo menos quatro itens da N-1882D. Isso gerou uma cultura dentro da engenharia brasileira de se adotar a API STD 526 como requisito no projeto da válvula de segurança pelo menos como prática recomendada.

O objetivo então desse pequeno artigo é apresentar do que se trata a API STD 526; principalmente porque devemos adotar e utilizar essa norma e também, porque não devemos se apegar exclusivamente a ela. Ao ler esse artigo você será capaz de responder aos questionamentos abaixo:

  • Qual é o escopo tratado pela API STD 526?
  • O que define a API STD 526 em relação às válvulas de segurança? 
  • Quais são as vantagens de se adotar e utilizar a API STD 526? 
  • Uma válvula conforme a API STD 526 é melhor do que uma válvula que não segue esse padrão construtivo? 

A API STD 526 é uma norma com o objetivo de orientar projetistas, fabricantes, usuários finais e compradores na seleção, especificação, padronização da fabricação e aquisição de válvulas de segurança. Essas válvulas podem ser operadas por mola com ou sem fole de balanceamento (convencionais ou auto-operadas); ou operadas por uma válvula piloto (piloto-operadas).


Figura 1 – Válvula de segurança operada por mola conforme a API STD 526 (cortesia Leser)

A API STD 526 define critérios mínimos como:

  • A área e a designação do orifício de descarga da válvula;
  • As distâncias entre centros dos flanges e as faces dos flanges opostos;
  • Os materiais em função da pressão e da temperatura durante o alívio;
  • As dimensões e a classe de pressão da válvula, da conexão de entrada e de saída;
  • Os limites de pressão e temperatura;

Todas as válvulas conforme a API STD 526 devem possuir conexões de entrada e saída flangeadas conforme a norma ASME B16.5. Os limites de pressão e temperatura estão definidos nas tabelas 3 até 16 para as válvulas operadas por mola e nas tabelas 17 até 30 para as válvulas piloto operadas. Vale salientar que mesmo os flanges sendo conforme a ASME B16.5; não devemos adotar os limites de pressão x temperatura dessa norma pois esses limites são maiores que os definidos pela API STD 526. 

A utilização dos critérios da API STD 526 para o projeto construtivo de válvulas de segurança apresenta alguns pontos positivos:

Intercambialidade:

Refere-se à possibilidade de trocar a válvula de segurança de um fabricante por outro sem comprometer a proteção do equipamento ou exigir maiores interferências nos equipamentos em si, nem nas instalações. Isso é possível por alguns motivos. O primeiro deles é a padronização das áreas dos orifícios de descarga o que defini valores de capacidade de vazão máxima muito próximos mesmo para fabricantes diferentes.

Os orifícios são designados por letras que começam com “D” e vão até “T”. Se um fabricante A apresenta como uma solução de proteção para um equipamento, uma válvula de segurança 1D2 (Que quer dizer uma polegada para conexão de entrada, orifício D e duas polegadas para conexão de saída) e outro fabricante apresenta outra válvula 1D2; podemos dizer que são soluções intercambiáveis.

Outro motivo que permite a intercambialidade é que a API STD 526 também define a distância da face do flange de entrada ao centro do flange de saída; a distância entre a face do flange de saída ao centro do flange de entrada e os padrões de conexão dos flanges de entrada e saída incluindo os próprios diâmetros e classes de pressão. Desta forma é possível substituir uma válvula por outra com impactos praticamente nulos na tubulação e nos equipamentos existentes. Exemplo: Para substituir uma válvula 1D2 de um fabricante A por uma válvula 1D2 do fabricante B, não há necessidade de troca de flanges ou rearranjos de tubulações.

A intercambialidade também traz o benefício do usuário final não ficar dependente de um único fornecedor que poderia, por exemplo, por motivos diversos parar suas operações comerciais em um país complicando ou cessando o fornecimento das válvulas ou sobressalentes.

Vale salientar que fabricantes diferentes que fornecem válvulas intercambiáveis para uma mesma aplicação; podem apresentar vazões máximas de descarga certificadas diferentes. Os cálculos de área do orifício de descarga para as válvulas conforme a API STD 526 são conforme a API STD 520 Parte 1, mas estes são cálculos preliminares, pois utilizam os coeficientes efetivos de descarga sugeridos pela norma que é o Kd nas equações descritas nos itens 5.6 a 5.10 da API STD 520 Parte 1 como um ponto de partida para possibilitar os cálculos. Cada fabricante tem seu coeficiente de descarga certificado. Felizmente a maioria dos fabricantes possui um coeficiente de descarga inferior ao determinado pela norma o que resulta em uma área maior que a efetiva definida pela API STD 526. Entretanto, como não são todos os fabricantes; é prudente então que na aquisição da válvula, o cliente exija a memória de cálculo com o valor da vazão máxima de descarga certificada do fabricante que está vendendo a solução.


 Figura 2 – Distâncias do centro das conexões às faces opostas “a” e “b” padronizadas pela API STD 526 – Cortesia Leser


Tabela 1 – Designação dos orifícios conforme API STD 526 e suas respectivas áreas.

Qualidade:

A API STD 526 define os materiais que devem ser utilizados nas partes principais da válvula de segurança como corpo, castelo, mola, flange e bocal em função da temperatura e pressão que a válvula está submetida no momento da sua abertura.

Materiais que já são utilizados normalmente na fabricação de válvulas de todos os tipos como o aço carbono ASME SA-216 Gr. WCB e o aço inox ASME SA-351 Gr. CF8M são colocados como requisitos mínimos para que sejam empregados em determinadas partes da válvula como corpo e o castelo.  Isso garante produtos com desempenho, resistência mecânica e peso semelhante entre fabricantes diferentes.

Isso não impede algum fornecedor de padronizar na sua fabricação, a utilização de outro material que por motivos diversos possa ser economicamente mais atrativo desde que ele seja superior aos limites de pressão x temperatura dos materiais padronizados pela API STD 526. Resta, entretanto, a avaliação e a aprovação por parte do usuário final da válvula em relação aos materiais a serem utilizados quanto à compatibilidade química com o fluído de processo.

A API STD 526 também estabelece que as válvulas fabricadas em conformidade com essa norma, também devem estar em conformidade com a API STD 527 que trata da vedação entre disco e sede do bocal de entrada enquanto a válvula está fechada; ou em outras palavras; enquanto o cenário de pressão no equipamento ou tubulação está normal. Todas as válvulas de todos os fornecedores que estarão participando de um processo de compras ficarão padronizadas sob esse aspecto o que eleva a qualidade da solução final independente do fabricante que será o escolhido.

Apesar da API STD 526 padronizar partes importantes da válvula, ela não define tudo da válvula. Ainda é possível encontrar espaço para inovação na busca pelo diferencial que vá entregar ao usuário o melhor custo benefício sem se descuidar da proteção que é exigida desse item que é tão importante.

Economia:

O escopo da norma deixa claro que a API STD 526 se trata de uma norma que deverá ser utilizada para comprar uma válvula de segurança e/ou alívio e define critérios mínimos a serem atendidos para que se tenha sucesso.

Ao padronizar todos esses critérios e ao exigir que todos os fornecedores de válvulas de segurança construam uma série de válvulas conforme a API STD 526, cria-se então um cenário favorável para licitações já que as soluções se tornam muito semelhantes e terão assim que competir no preço.

Também facilita a análise do engenheiro que sempre gasta um bom HH com o parecer técnico das propostas de fornecimento das válvulas. Com uma ampla padronização diminui-se o tempo e custo necessários para avaliar, ajustar e aprovar as soluções técnicas. A própria norma apresenta em seu apêndice A, uma folha de dados contendo as informações mínimas que devem ser especificadas de maneira a possibilitar uma consulta técnica e comercial aos fabricantes para fornecimento de válvulas de segurança por mola e piloto - operadas. O anexo B mostra as informações mínimas que devem constar na plaqueta de identificação.

Redução do prazo de entrega:

A padronização permite a fabricação e o estoque estratégico de bocais, flanges, castelos, foles, capuz e demais componentes. Isso possibilita a montagem e o envio da válvula de segurança em um menor prazo possível. Não é sempre necessário fundir peças ou realizar ajustes mais complicados que já não estão previstos em norma.

Nem sempre API STD 526:

Para equipamentos relativamente pequenos como sistemas de selagem de bombas, reciclos de bombas, tanques pulmão, recebedores e lançadores de pigs entre outros que possuem um volume pequeno de fluído a ser aliviado para normalizar sua pressão; utilizar válvulas compactas se torna vantajoso, pois são mais fáceis de instalar. Normalmente rosqueadas com entrada de ¾”NPT e saída de 1”NPT, são mais baratas e possuem orifício de descarga com áreas inferiores ao equivalente D da API STD 526 (menor área de descarga prevista nessa norma) o que evita então fazer uso de uma válvula superdimensionada só para atender uma norma construtiva. O superdimensionamento pode levar uma válvula de segurança ao chattering, pois a vazão pode ser muito pequena para conseguir abrir a válvula de segurança de vez e o disco volta bater na sede do bocal repetidamente danificando o conjunto e comprometendo a estanqueidade ou pior, comprometendo o desempenho esperado no momento da abertura.

O projeto simples e com menos peças das válvulas de segurança para alívio térmico (ou compactas), permite uma boa redução de custos e desde que os demais critérios exigidos legais como o certificado de vazão da National Board e/ou o certificado de autorização ASME para o local de fabricação façam parte da documentação de fornecimento; não há maiores motivos de preocupação para o usuário final.

Se o usuário quiser a oportunidade de substituir uma válvula de segurança existente que não é conforme a API STD 526 por uma conforme a API STD 526 terá que avaliar se a instalação segue as recomendações da API RP 520 Pt 2. Uma avaliação que por si só já tem um custo pode levar a conclusão que as tubulações e as conexões precisam ser substituídas e/ou rearranjadas o que significaria ainda mais custos.

Se a economia é um fator sempre determinante nos projetos; também podemos verificar que nem sempre uma válvula conforme a API STD 526 apresenta o melhor custo benefício para o cliente.

Considerações finais:

Há uma série de bons motivos para grandes indústrias adotarem a API STD 526, senão como uma exigência, ao menos como uma pratica recomendada. Todos os critérios a serem seguidos e as vantagens apresentadas, fazem da API STD 526 uma espécie de guia para se adquirir uma válvula de segurança com o melhor custo benefício. Não se deve esquecer, entretanto, que o objetivo final de uma válvula de segurança é abrir para garantir o alívio de um sistema que está em um cenário de pressurização e fechar quando a situação estiver normalizada. A construção conforme a API STD 526 não substitui o correto dimensionamento e a necessidade dos certificados de autorização da ASME para a fábrica e do certificado da National Board relativos a capacidade de vazão do modelo testado referente ao local fabricado.

A norma API STD 526 e as normas de referência que complementam o entendimento dela devem ser sempre usadas em sua última revisão a não ser que a referência liste alguma norma datada.

Hamilton Maranhão – Engenheiro de Instrumentação Industrial

Salvador; Novembro de 2016

Referência Bibliográfica:

  • API STANDARD 526 Flanged Steel Pressure Relief Valves SIXTH EDITION, APRIL 2009
  • API RP 520 Part I - Sizing and Selection EIGHTH EDITION, DECEMBER 2008
  • N-1882 revisão D - Critérios para Elaboração de Projetos de Instrumentação - 02/2011


Gilberto Rodrigues Jan 4, 2017 · #1

Obrigado pelas informações @Hamilton Maranhão!

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