Estratégias de Engenharia para Garantir Proteção Contra Sobrepressão sem Parada de Planta
Como isolar PSVs sem interromper a operação industrial? Veja quatro estratégias técnicas, seguras e alinhadas às normas ASME, API e CCPS.
Introdução
A proteção contra sobrepressão é um pilar indispensável da Segurança de Processo. Em qualquer instalação que opere equipamentos pressurizados, dispositivos de alívio (Pressure Safety Valves (PSVs) e discos de ruptura) constituem a última barreira de proteção para evitar falhas catastróficas. Contudo, a manutenção, inspeção ou substituição desses dispositivos apresenta um desafio recorrente: como realizar intervenções em PRDs sem provocar o shutdown da planta?
A interrupção total da operação implica elevado custo econômico e riscos adicionais associados a ciclos de parada e partida, reconhecidamente críticos em termos de segurança. Embora o ASME Boiler & Pressure Vessel Code permita o isolamento de PSVs mediante monitoramento contínuo por pessoal autorizado, esta solução é considerada insuficiente devido à rapidez com que uma sobrepressão pode se desenvolver, superando qualquer resposta humana.
Este artigo apresenta, de forma estruturada e aplicável à indústria, as quatro estratégias de engenharia mais robustas para isolar PSVs ou dispositivos equivalentes em operação sem comprometer a proteção contra sobrepressão, alinhadas às melhores práticas reconhecidas (RAGAGEP), como ASME, API 521, RBPS, CCPS e API 754.
Estratégias Técnicas para Isolamento de PSVs sem Interrupção Operacional
O objetivo central das alternativas é garantir proteção equivalente ou superior durante o período de isolamento. A seguir, detalham-se as quatro abordagens de engenharia aplicáveis.
1. Eliminação Temporária das Causas Raiz de Sobrepressão
A primeira abordagem concentra-se em remover ou neutralizar temporariamente a origem de cada cenário de sobrepressão, impedindo que o evento se manifeste durante o período em que o PRD estiver fora de operação.
Exemplos Industriais Práticos
• Falha de utilidades:
Perda de energia elétrica, água de resfriamento ou ar de instrumentação pode ser mitigada com fontes redundantes, tais como UPS, geradores auxiliares ou cilindros reserva.
• Operação inadvertida de válvula manual:
Válvulas críticas podem ser bloqueadas mecanicamente (cadeado e corrente) e complementadas com controles administrativos rigorosos.
• Expansão térmica ou hidráulica:
Impedir o isolamento completo de líquido, mantendo válvulas de bloqueio travadas abertas, é uma técnica amplamente aceita.
• Falha de válvula de controle:
O deslocamento do atuador pode ser restringido fisicamente, evitando abertura ou fechamento completo (medida reconhecida como travamento mecânico).
Embora este método seja ideal, pode ser impraticável em sistemas com múltiplas causas de sobrepressão.
2. Criação de Caminho Alternativo de Alívio (ASME VIII – Appendix M)
Esta estratégia é tecnicamente robusta e amplamente aceita pelo Código ASME, permitindo a proteção por meio de outro dispositivo de alívio ativo, desde que se assegure capacidade equivalente.
Requisitos de Engenharia
• Identificação do caminho alternativo:
A análise deve iniciar no P&ID, identificando todas as rotas possíveis de comunicação entre os volumes pressurizados. Podem existir múltiplos caminhos válidos.
• Dimensionamento adequado:
O dispositivo alternativo deve atender à causa de sobrepressão específica, demonstrando capacidade por cálculo ou dados de nomeplate.
Aspectos críticos:
- O set pressure do dispositivo alternativo deve ser ≤ MAWP do sistema protegido.
- A área de fluxo no caminho alternativo deve ser ≥ área de entrada da PSV isolada.
- A perda de carga (dP) na linha de entrada deve atender aos limites da API 520 Parte II.
- Nenhum elemento do caminho alternativo deve possuir atuação automática que possa bloquear o fluxo.
• Controle de isolamento:
Válvulas presentes no caminho alternativo devem ser travadas mecanicamente para impedir alterações não autorizadas.
3. Modificação Operacional Temporária
O objetivo é adequar as condições operacionais para que a capacidade de alívio remanescente seja suficiente, sem comprometer metas de produção e estabilidade do processo.
Métodos de Ajuste Operacional
• Redução de vazão:
Reduzir a carga térmica e de massa, afetando positivamente a capacidade de alívio requerida.
• Redução da entrada de calor:
Em cenários controlados por aquecimento, a vazão de vapor ou óleo térmico pode ser ajustada.
• Redução temporária do nível de líquido:
Especialmente em cenários de incêndio externo, a área molhada influencia diretamente a taxa de vaporização.
Atenção: A redução excessiva pode aumentar o risco de superaquecimento da parede metálica (over-temperature).
4. Demonstração de Redução Equivalente de Risco (Abordagem de Risco)
Embora ainda não formalizada em todos os RAGAGEP, esta abordagem aplica conceitos avançados de Engenharia de Risco e LOPA para comprovar que outras salvaguardas proporcionam nível de proteção equivalente à PSV isolada.
Requisitos Essenciais
- LOPA como ferramenta principal, considerando Probabilidades de Falha sob Demanda (PFD) e independência das camadas.
- Sistemas de isolamento podem receber crédito.
- Sistemas de despressurização devem demonstrar capacidade maior que a taxa de alívio necessária.
Essa estratégia é particularmente útil quando não há caminho alternativo disponível e quando a modificação operacional é limitada.
Conclusão: Documentação Técnica como Pilar de Segurança
Independentemente da estratégia empregada — neutralização da causa, via alternativa, modificação operacional ou mitigação por equivalência de risco — a premissa fundamental é a mesma: minimizar o período de isolamento do PRD e documentar cada passo do processo.
Recomenda-se que o procedimento esteja formalmente registrado no sistema de management of change (MOC) da operação, incluindo:
1. Ações necessárias para mitigação de risco.
2. Análise completa de causas de sobrepressão e controles adotados.
3. P&IDs contendo elementos bloqueados ou alterados.
4. Cálculos de capacidade dos dispositivos alternativos.
5. Relatório LOPA quando aplicável.
Adotar essas práticas assegura que intervenções não rotineiras em PRDs sejam realizadas com rigor técnico, mantendo a integridade dos equipamentos e evitando paradas não planejadas.
→ Recomenda-se revisar seus procedimentos de bloqueio de PSVs, avaliar cenários de sobrepressão atualizados e validar, via engenharia, as capacidades de alívio alternativas disponíveis em sua planta.
PSV, ASME VIII, API 521, Segurança de Processo, Overpressure Protection
Referências
SHACKELFORD, Aubry E.; HEIL, Jeffrey; SERGO, Ian. Safely service your relief devices. Chemical Engineering Progress, New York, v. 113, n. 3, p. 27-32, Mar. 2017..