Requisitos de rendimiento de la válvula de seguridad

La válvula de seguridad es un dispositivo que evita que la presión en equipos a presión supere el valor admisible. Su función se realiza mediante el siguiente proceso: cuando el sistema alcanza la presión máxima admisible, la válvula de seguridad se abre con precisión y alcanza rápidamente la altura de apertura nominal, descargando la cantidad nominal de fluido. En estado abierto, la descarga debe ser estable. Cuando la presión del sistema desciende a un valor determinado, la válvula de seguridad debe cerrarse a tiempo y, en estado cerrado, debe mantenerse sellada. A continuación, se describen los requisitos básicos de rendimiento de las válvulas de seguridad.

1. Abrir con precisión

La válvula de seguridad debe abrirse con fiabilidad hasta la altura de apertura especificada bajo la presión predefinida y alcanzar la capacidad de descarga especificada. Este es el requisito fundamental de la válvula de seguridad. Es decir, cuando la presión de entrada de la válvula de seguridad alcanza la presión de ajuste predefinida, esta debe abrirse con precisión y alcanzar rápidamente la altura de apertura especificada.

Cuando la presión del sistema alcanza la presión máxima admisible, la respuesta insensible de la válvula de seguridad al aumento de presión provocará situaciones peligrosas, como roturas y daños en calderas, recipientes a presión y tuberías. El peligro es mayor, especialmente en medios gaseosos compresibles.

La presión de ajuste de la válvula de seguridad no debe ser mayor que el valor de presión de diseño de la caldera, el recipiente a presión y la tubería.

La desviación de la presión positiva de la válvula de seguridad está claramente estipulada en las normas y regulaciones pertinentes. Al ajustar la válvula de seguridad a la presión de ajuste, su desviación debe controlarse estrictamente dentro del rango especificado.

2. Emisiones estables

Una vez que la válvula de seguridad alcanza la altura de apertura especificada, mantiene un estado de descarga estable y puede descargar la cantidad nominal de fluido de trabajo. Deben existir buenas propiedades mecánicas (sin saltos de frecuencia, vibraciones, etc.) durante el proceso de descarga del fluido. Este requisito es fundamental.

La válvula de seguridad debe tener una estructura adecuada y un resorte con una rigidez adecuada para mantener buenas características mecánicas y una capacidad de descarga estable. El tamaño del paso de flujo de la válvula de seguridad debe cumplir con los parámetros requeridos para el cálculo. Si el área de la sección transversal del paso de flujo es demasiado pequeña, tras la apertura de la válvula de seguridad, la parte sobrepresurizada del medio no se puede descargar a tiempo y la presión del sistema continúa aumentando, lo cual es muy peligroso. Por el contrario, si el área de la sección transversal del paso de flujo es demasiado grande, tras la apertura de la válvula de seguridad, la presión caerá bruscamente por debajo de la presión de trabajo y el disco de la válvula de seguridad se cerrará, causando un impacto violento en el asiento de la válvula. Sin embargo, al no eliminarse el factor de aumento de presión del sistema, el disco se abrirá de nuevo para formar un salto de frecuencia, lo que dañará el asiento de la válvula y la superficie de sellado del disco debido a los impactos repetidos. Cuando se utilizan válvulas de seguridad para líquidos incompresibles, los saltos de frecuencia también pueden causar golpes de ariete en el sistema.

La presión de entrada de la válvula de seguridad al alcanzar la altura de apertura nominal se denomina presión de descarga. Esta presión varía según el medio, incluso con el mismo medio en diferentes condiciones de trabajo, y su presión de descarga nominal varía, según lo estipulan las normas y regulaciones pertinentes. Generalmente se expresa como el porcentaje de la presión de ajuste que excede dicho valor. El diseño estructural de la válvula de seguridad debe garantizar que la presión de descarga nominal se controle estrictamente dentro del rango especificado.

3. Cerrar en el tiempo

Cuando la descarga de la válvula de seguridad reduce la presión del medio a un valor determinado, la aleta de la válvula entra en contacto con la superficie de sellado del asiento y se cierra de nuevo. La válvula de seguridad se asienta y cierra a tiempo y con eficacia, lo cual es un indicador importante de un buen rendimiento.

La acción de la válvula de seguridad no requiere necesariamente que el equipo o sistema deje de funcionar o sea reparado. En ocasiones, la acción de la válvula de seguridad se debe a factores accidentales, como un mal funcionamiento del sistema. En este caso, no es deseable que la presión de retorno de la válvula de seguridad sea mucho menor que la presión de trabajo. Una presión de retorno demasiado baja implica una pérdida excesiva de energía y fluido, e interrumpe el funcionamiento normal de todo el sistema. Por el contrario, la presión de retorno no es demasiado alta. Si la presión de retorno es cercana a la presión de apertura, es fácil que la válvula de seguridad se vuelva a abrir, provocando saltos frecuentes, lo que dificulta el restablecimiento del sello después del cierre. Además, si la válvula de seguridad no puede cerrarse de forma fiable, dado que el fluido entre las superficies de sellado no está completamente aislado, es imposible restablecer el rendimiento del sello bajo la presión de trabajo normal del sistema.

El diseño de la válvula de seguridad debe garantizar un cierre rápido y eficaz. Un retorno rápido y potente del asiento favorece mejor la estanqueidad que un retorno gradual y lento.

El rendimiento del retorno del asiento de la válvula de seguridad se mide relativamente por el valor de la presión de apertura, que generalmente se determina por la diferencia de presión entre la apertura y el cierre. Las válvulas de seguridad utilizadas para diferentes medios presentan diferentes diferencias de presión de apertura y cierre, las cuales están claramente estipuladas en las regulaciones y normas pertinentes.

4. Sellado confiable

Cuando el sistema protegido se encuentra a presión de funcionamiento normal, la válvula de seguridad cerrada ofrece un sellado eficaz y fiable. Debido a las fugas, se pierde el fluido de trabajo (a veces muy costoso o peligroso), aumenta el consumo de energía y contamina el entorno y la atmósfera. Una fuga excesiva puede afectar el funcionamiento normal del equipo o sistema, e incluso forzar su parada. Las fugas continuas corroen la superficie de sellado de la válvula de seguridad, provocando su fallo total.

Restablecer el sello tras la operación de la válvula de seguridad es más difícil que mantener el sello original. Al estar cerrada, la presión del medio actúa sobre la mayor área del disco, pero antes de abrirse, solo actúa sobre la menor área restringida por la superficie de sellado. Por lo tanto, es probable que el rendimiento de sellado de la válvula de seguridad se reduzca después de la operación y, por lo tanto, se pierda. En particular, es más difícil solucionar el problema del sello de asiento trasero de la válvula de seguridad de acción directa por carga. En las válvulas de seguridad con mecanismos de operación auxiliar, este problema se soluciona mediante sellado forzado.

Es más difícil exigir que las válvulas de seguridad mantengan la estanqueidad que las válvulas de cierre. Dado que no se aplica una gran fuerza entre los sellos, el disco de la válvula de seguridad se adhiere al asiento de la válvula solo para formar una presión de sellado con una pequeña presión específica. La presión de sellado se determina por la diferencia entre la presión de ajuste de la válvula de seguridad y la presión de funcionamiento del equipo, que suele ser pequeña (normalmente el 10 % de la presión de ajuste), por lo que el tamaño y la rugosidad de la superficie de sellado de la válvula de seguridad son muy estrictos.

Los requisitos de estanqueidad de la válvula de seguridad varían según el fluido o las condiciones de trabajo. En general, es difícil lograr una válvula de seguridad con una superficie de sellado metal-metal sin fugas. Una válvula de seguridad con una estructura de sellado suave metal-no metal ofrece un rendimiento de sellado mucho mejor.