BRPI0806292A2 - dispositivo de segurança para proteção contra excesso de pressão em um sistema conduzindo pressão - Google Patents

Abstract

DISPOSITIVO DE SEGURANçA PARA PROTEçãO CONTRA EXCESSO DE PRESSãO EM UM SISTEMA CONDUZINDO PRESSãO. A presente invenção refere-se a um dispositivo de segurança (2) para proteção contra excesso de pressão de um sistema conduzindo pressão, especialmente de um recipiente de pressão (4) de uma instalação de técnica nuclear, com uma guarnição de segurança (6), de modo que a guarnição de segurança (6) tanto abre com alta confiabilidade quando do atingimento de uma pressão critica do sistema e possibilita um alívio de pressão do sistema conduzindo pressão, como também, após efetivada a queda de pressão para um valor predeterminado fecha de novo de modo particularmente confiável. Segundo a invenção, para tanto, cada uma das válvulas de segurança (12, 48), através de um conduto de controle (38, 70), está em comunicação do lado de ativação com um dispositivo de controle (40, 72) a ele associado, unido com o sistema conduzindo pressão do lado de impulso através de um conduto de retirada de pressão (42, 74), o qual opera pelo principio de repouso.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "DISPOSITIVO DE SEGURANÇA PARA PROTEÇÃO CONTRA EXCESSO DE PRESSÃO EM UM SISTEMA CONDUZINDO PRESSÃO".

A presente invenção refere-se a um sistema de segurança para proteção contra excesso de pressão em um sistema conduzindo pressão, especialmente um recipiente de pressão de uma instalação de técnica nu- clear, com uma guarnição de segurança.

Em todas as áreas da técnica, em que recipientes ou condutos se encontram sob pressão, são empregadas assim chamadas guamições de segurança ou guarnições de pressão, especialmente para alívio da pressão ou para controle da pressão. Um alívio da pressão ou um controle da pres- são pode então ocorrer tanto durante uma operação normal como também para proteção de uma instalação com componentes que se encontram sob pressão. Especialmente recipientes sob pressão devem ser protegidos fre- quentemente contra excesso de pressão segundo regras técnicas existen- tes. Por um alívio da pressão suficiente e em tempo oportuno são impedidos, de modo conseqüente e desde logo, estados operacionais potencialmente críticos na faixa de excesso de pressão; a realização de medidas de segu- rança flexíveis é melhorada. Isso é relevante especialmente em uma usina nuclear com um sistema primário que se encontra sob pressão, o qual apre- senta componentes a serem protegidos, como por exemplo, o núcleo do rea- tor.

Na área de usinas nucleares, especialmente instalações de rea- tor à água pressurizada são equipadas no lado primário com essas guarni- ções de segurança. Elas contêm usualmente uma ou várias válvulas de se- gurança, que ficam fechadas durante a operação normal e se abrem quando da ultrapassagem de uma pressão crítica no recipiente de pressão, para im- pedir maior aumento de pressão, possivelmente perigoso, e reduzir a pres- são interna no sistema a ser protegido para uma deseja medida não crítica. Por exemplo, um alívio de pressão de um recipiente de pressão de reator nuclear pode ser previsto a um valor de pressão de disparo de cerca de 17,5 mPa (175 bar), sendo que depois de efetuada a queda da pressão para um valor, de por exemplo 15,0 mPa (150 bar) a respectiva válvula de segurança via de regra deve ser novamente automaticamente fechada, para impedir um vazamento permanente no circuito primário e um excesso de atividade, a isso possivelmente associado, no volume de conteúdo da instalação do rea- tor.

Para observação dos requisitos de segurança especialmente elevados, exatamente na área de instalações de usina nuclear e dos pa- drões de confiabilidade prescritos pelas autoridades, a segurança contra ex- cesso de pressão dos sistemas conduzindo pressão é usualmente executa- da por válvulas de segurança ativadas a meio próprio, que operam ou pelo princípio de carga ou pelo princípio de descarga. Isto é, a força de ativação ou retenção requerida para a operação de ativação ou de retenção se deve à própria pressão de sistema do sistema a ser protegido atuando sobre os êmbolos de válvula. Para uma precisão de ajuste especialmente alta dos respectivos valores limiares (pressão de abertura e de fechamento), especi- almente para a proteção contra excesso de pressão do circuito primário as válvulas de segurança ativadas por meio próprio chamadas também de vál- vulas de segurança de retentor de pressão são ativadas via de regra por dispositivos de controle separados ou válvulas de controle. Estas últimas existem, em princípio, em duas variantes distintas, a saber, válvulas de se- gurança, que operam pelo princípio de carga ou pelo princípio de descarga.

Dependendo do princípio de trabalho das válvulas de segurança, o objetivo das válvulas de controle reside em carregar ou aliviar sua câmara de controle com pressão. Para a operação, delas é exigida extrema vedabili- dade nas sedes, que é alcançada usualmente por cargas adicionais magné- ticas externas. Tais cargas adicionais são, especialmente em válvulas de controle, armadas à mola de tipo de construção convencional, que se apoi- am no princípio funcional do cone de impulso ativado, para melhoria da ve- dabilidade da sede, pois nelas em função do tipo de construção com pressão de sistema ascendente diminui a compressão de área na sede. Alternativa- mente são conhecidas também válvulas de controle ativadas a motor para válvulas de segurança de retentor de pressão. Todas as guarnições de segurança até agora conhecidas, em que válvulas de segurança de retentor de pressão são ativadas por válvulas de controle armadas à mola, têm em comum uma probabilidade de falha fi- nal em caso de solicitação de fato muito pequena, mas diferente de zero. Para não obstante, especialmente no circuito de refrigeração primário de uma usina nuclear, garantir sob todas as circunstâncias concebíveis quando do atingimento ou ultrapassagem de uma pressão de sistema crítica um con- fiável e efetivo alívio de pressão, usualmente ocorre uma proje- ção/disposição multiplamente redundante dos sistemas de proteção de pres- são, especialmente por um acoplamento ligado em paralelo de várias guar- nições de segurança ou válvulas de segurança do tipo mencionado ao sis- tema conduzindo pressão ou ao recipiente sob pressão. Na medida em que as guarnições de segurança operam independentemente entre si, o que po- de ser obtido pelo emprego ou a conversão técnica de correspondentes princípios de projeção e construção, que são conhecidos do especialista, é assim garantido no caso de solicitação que com probabilidade à beira de segurança ao menos uma quantidade parcial das válvulas de segurança e- xistentes no total, ligadas em paralelo, se abra e assim seja inicializada uma queda de pressão plenamente eficaz.

Mais difícil é, contudo, resolver o problema da probabilidade de falha de segurança final de uma válvula de segurança de retentor de pres- são. Como já mencionado no início, ocorre no caso de fato improvável, mas não impossível, de que uma válvula de segurança depois de efetivada a queda de pressão permaneça aberta no valor desejável, que haja um pe- queno vazamento no sistema conduzindo pressão, por exemplo, no circuito primário de um reator de água sob pressão. Um tal vazamento é de fato do- minado por sistema de segurança hoje em dia usual de uma usina nuclear, mas devido à saída de água de vazamento para o recipiente do reator é se supor um maior tempo de paralisação e reparações abrangentes e relativa- mente custosas.

A invenção tem, portanto, como objetivo, indicar um dispositivo de segurança do tipo mencionado acima cuja guarnição de segurança tanto quando do atingimento de uma pressão de sistema crítica abra com alta con- fiabilidade como também feche de novo, de modo especialmente confiável, após efetivada a queda de pressão.

Esse objetivo é alcançado, de acordo com a invenção, na medi- da em que a guarníção de segurança apresenta duas válvulas de segurança dispostas sucessivamente em um canal de fluxo, sendo que cada uma das válvulas de segurança, através de um conduto de controle, está em comuni- cação do lado de ativação com um dispositivo de controle a ele associado, unido com o sistema conduzindo pressão do lado de impulso através de um conduto de retirada de pressão, o qual opera pelo princípio de repouso.

Eventualmente, o dispositivo de controle respectivo é designado a seguir também simplesmente como "válvula de controle", com o que, po- rém, não deve ser excluído que se possa tratar então, dependendo da forma de execução específica, também de um dispositivo mecanicamente e relati- vãmente complexo com uma pluralidade de componentes móveis, em liga- ção ativa, e correspondentes câmaras de fluxo.

A invenção parte da consideração de que, segundo as experiên- cias operacionais até então e os resultados de exames teóricos e práticos, a probabilidade de falha de fechamento de uma válvula de segurança contro- lada de tipo de construção até agora usual e comprovado com um valor de tipicamente 10"2/solicitação via de regra é essencialmente maior do que a probabilidade para uma função falha quando da operação de abertura, que possui tipicamente um valor de 10"4/solicitação. Por considerações teóricas, resulta ainda que com a ligação em série de duas dessas válvulas de segu- rança em um canal de fluxo a probabilidade total de que o canal no caso de solicitação não seja liberado como previsto para o alívio da pressão, reunida aproximadamente e adicionalmente nas distintas probabilidades de abertura, se eleve para um valor de apenas quase 2 χ 10"4/solicitação, enquanto que as probabilidades de falha de fechamento se multiplicam, resultando portan- to uma probabilidade de falha total de cerca de (10"2)2/solicitação = 10" 4/solicitação. Enquanto, portanto, pela disposição sucessiva de ambas as válvulas de segurança, de preferência em uma guarnição de segurança co- mum, a confiabilidade da medida de alívio de pressão no caso de solicitação é influenciada apenas ligeiramente, dessa maneira pode ser alcançada uma substancial melhoria da função de fechamento. Assim, especialmente com um emprego em um reator de água sob pressão, podem ser evitadas, com segurança especial, indesejáveis vazamentos do circuito primário.

Especialmente para a relevância técnica de segurança na área de usina nuclear, vantajosamente cada uma das duas válvulas de segurança ligadas em série na guarnição de segurança é uma válvula de segurança ativada a meio próprio, ativada por uma válvula de controle associada. De preferência, para cada uma das duas válvulas de segurança é prevista uma válvula de controle operando independentemente da respectivamente outra válvula de controle, que além disso opera de preferência até 100% passiva- mente, isto é, pelo assim chamado princípio de repouso, e dispensa cargas adicionais magnéticas ou semelhantes, ou seja, sem componentes ativos.

De uma tal válvula de controle partem convenientemente três condutos: o primeiro conduto é um conduto de retirada de pressão (conduto de medição ou conduto de impulso), com o qual a válvula de controle é ati- vável com a pressão de sistema no recipiente de pressão. O segundo con- duto é um conduto de controle, pelo qual a válvula de controle atua sobre a válvula de segurança. Por exemplo, para a abertura de uma válvula de segu- rança operando pelo princípio de alívio, a válvula de segurança é aliviada pelo conduto de controle. O terceiro conduto é um conduto de drenagem (conduto de escape), que ou conduz à atmosfera ou - especialmente em instalações de técnica nuclear - desemboca em um tanque de escape (tan- que de escape de retentor de pressão). Por exemplo, o alívio de uma válvula de segurança operando pelo princípio de alívio tem lugar através do conduto de controle e do conduto de drenagem para o tanque de escape.

É especialmente vantajoso que, devido à projeção ou ajuste das correspondentes válvulas de controle, a pressão de abertura da válvula de segurança disposta a montante no canal de fluxo pode ser ajustada mais alta do que a pressão de abertura da válvula de segurança disposta mais a jusante. Convenientemente, então, a pressão de abertura da válvula de se- gurança a montante, voltada para o recipiente de pressão a ser protegido, corresponde à pressão de sistema crítica, a cujo atingimento ou ultrapassa- gem deve haver o alívio de pressão. Isto é, com pressão de sistema conti- nuamente ascendente, ainda antes do atingimento do valor de pressão críti- co- com válvula de segurança a montante ainda fechada - primeiramente aquela das duas válvulas de segurança a jusante mediante correspondente ativação por meio da válvula de controle a ela associada é levada à posição de abertura, na medida em que já não se encontre desde logo na mesma, e mantida na mesma. Assim, o sistema se encontra de certa maneira em um "estado de disponibilidade" para um alívio de pressão possivelmente iminen- te. Um eventual funcionamento falho da válvula de segurança a jusante pode já nesse estado, ou seja, ainda antes do atingimento da pressão de sistema crítica, ser identificado e eventualmente eliminado ou ao menos levado em consideração nas medidas de segurança seguintes. Na medida em que con- tinue aumentando a pressão e seda atingido ou ultrapasso o valor crítico, finalmente também a válvula de segurança a montante se abre e libera o canal de fluxo para o alívio da pressão.

É ainda bastante vantajoso que a pressão de fechamento da válvula de segurança disposta a montante no canal de fluxo seja ajustada mais alta do que a pressão de fechamento da válvula de segurança disposta a jusante. Isto é, quando depois da queda de pressão a pressão do sistema retoma um nível normal, primeiramente fecha a válvula de segurança dispos- ta a montante no canal de fluxo. Caso, no entanto, ela permaneça aberta devido a uma falha de fechamento imprevisível, meio de fluxo continua es- capando do recipiente de pressão, e a pressão do sistema continua caindo, até finalmente a válvula de segurança a jusante ser levada à posição de fe- chamento pela válvula de controle a ela associada. Como uma falha de fe- chamento simultânea (ou bem próxima no tempo) de ambas as válvulas de segurança na guarnição de segurança é bastante improvável, é seguramen- te evitado um indesejável vazamento do sistema conduzindo pressão, por exemplo, do circuito primário de um reator de água sob pressão, pela medi- da além da operação de alívio de pressão propriamente dita. Nesse sentido, pode-se dizer que a "primeira" válvula de segu- rança a montante representa a válvula de proteção de pressão propriamente dita do dispositivo de segurança, e a "segunda" válvula de segurança pós- conectada a ela na direção de fluxo do meio escapando quando do alívio de pressão no caso de uma falha do fechamento da primeira válvula de segu- rança está disponível como "reserva", para isolar se necessário o recipiente de pressão do "mundo exterior". A segunda válvula de segurança pode, por- tanto, ser chamada também de válvula isolante de segurança ou abreviada- mente válvula isolante.

Vantajosamente, a válvula de segurança a montante opera pelo princípio de alívio, enquanto que a válvula de segurança a jusante (a válvula isolante) opera vantajosamente pelo princípio de carga. Em outras palavras: a válvula de segurança a montante abre, tão logo, a válvula de controle a ela associada, libera o conduto de controle conectado à câmara de controle da válvula de segurança e, assim, alivia a câmara de controle. Tanto a própria operação de abertura como também a prévia manutenção de fechamento da válvula de segurança a montante são produzidas de preferência exclusiva- mente com auxílio da pressão primária predominante no recipiente de pres- são como meio de acionamento. A válvula isolante de segurança a jusante, pelo contrário, é mantida aberta vantajosamente por uma ativação à pressão de sua câmara de controle e fecha tão logo, com canal de fluxo colocado sob pressão em função do meio, a ativação de pressão da câmara de con- trole é interrompida pela válvula de controle correspondente. Também aqui ocorrem as operações de ativação e retenção vantajosamente exclusiva- mente por forças disponibilizadas ou aplicadas pela pressão primária no re- cipiente de pressão.

Em configuração vantajosa, a válvula de segurança a montante está de tal maneira de pé na guarnição de segurança que seu cone de vál- vula se encontra sob o êmbolo de válvula e fecha por cima a correspondente sede de válvula. Pelo próprio peso do cone de válvula é assim viável em o- peração normal, especialmente em combinação com uma modalidade fun- cional com base no princípio de alívio da válvula de segurança, uma manu- tenção de fechamento especialmente segura com alta vedabilidade. Frente a isso, a válvula de segurança a jusante, isto é, a válvula isolante de seguran- ça, fica convenientemente de tal maneira disposta de cabeça para baixo na guarnição de segurança que o cone de válvula se encontra acima do êmbolo de válvula e fecha a correspondente sede de válvula por baixo. Nesse caso, o cone de válvula, devido ao seu peso próprio, na ausência de forças de fe- chamento condicionadas pelo meio de fluxo no canal de fluxo - especial- mente quando a "primeira" válvula de segurança a montante está fechada - tem a tendência cair para sua posição de batente inferior e então liberar o canal de fluxo, ou seja, abrir. Assim, durante a operação normal do dispositi- vo de segurança, em que a válvula de segurança a montante bloqueia o ca- nal de fluxo, bem como na "fase de disponibilidade" para um iminente alívio de pressão e durante o próprio alívio de pressão - eventualmente com auxí- lio de uma ativação de pressão da câmara de controle - é obtida uma segu- rança manutenção de abertura da válvula isolante de segurança. Portanto, apenas a válvula de segurança a montante deve responder a uma corres- pondente solicitação de abertura pela válvula de controle correspondente, para com atingimento de uma pressão de sistema crítica iniciar o alívio de pressão do sistema.

Apesar da ligação em série da válvula isolante de segurança com a válvula de segurança propriamente dita (a montante), a probabilidade de falha para a medida de alívio de pressão no total depende apenas da probabilidade de falha de abertura, em geral bastante pequena, da válvula de segurança a montante e de sua válvula de controle; o novo fechamento em seguida, depois de efetuado o alívio da pressão, pelo contrário, é dupla- mente garantido, pois com alta probabilidade ao menos uma das duas válvu- las de segurança fecha novamente, o que basta para bloquear totalmente para fora o canal de fluxo.

De fato, em princípio, é possível dispor ou montar as duas válvu- las de segurança espacialmente relativamente bem distanciadas entre si e separadas em um conduto de alívio de pressão conectado ao sistema con- duzindo pressão; mas de preferência as duas válvulas de segurança estão dispostas diretamente próximas entre si em uma caixa de guarnição comum. Pois com uma caixa de guarnição executada como peça fundida integral se pode obter uma execução especialmente compacta e estável em pressão.

De preferência, o respectivo dispositivo de controle (a "válvula de controle") abrange um transformador de pressão-trajeto, em que uma di- ferença de pressão entre uma câmara de pressão e uma outra câmara sepa- rada dela pode ser convertida em um movimento de um corpo de ajuste, sendo que com o corpo de ajuste é disparável uma parte de controle para ativação da válvula de segurança associada ao dispositivo de controle. Con- venientemente, então, a câmara de pressão do dispositivo de controle é uni- do por um dos condutos de retirada de pressão com o sistema conduzindo pressão e a outra câmara é unida por um conduto de drenagem com um re- cipiente de escape. Concretas variantes de execução de uma válvula de controle desse tipo, que foi desenvolvida sob a designação SIERION em seus aspectos básicos em cooperação das firmas Herion e AREVA (outrora Framatome, anteriormente Siemens) e posteriormente aperfeiçoada pela firma AREVA, estão detalhadamente descritas por exemplo na DE 195 28 610 C1 ou na DE 198 24 494 C1. Trata-se então de uma válvula de controle armada à mola com transformador não atravessado em fluxo, que opera sem carga adicional magnética ou semelhante de modo plenamente passivo, isto é, pelo princípio de repouso. Destaca-se por vedabilidade de sede muito alta, produzindo a ativação com pressão primária pelo conduto de retirada de pressão, uma elevada compressão de área à pressão elevada. O conduto de retirada de pressão não é ele próprio atravessado por fluxo; isto é, dessa maneira, nenhum meio primário pode escapar para fora. Em muitos casos de aplicação, contudo, dependendo da respectiva execução das perfurações na caixa (perfuração de impulso, de retirada de pressão e de controle), tam- bém pode ser conveniente uma variante com conduto de retirada de pressão atravessável por fluxo. Ademais, a válvula de controle SIERION opera de modo estável em todos os estados possíveis do meio (hidrogênio, vapor, água saturada, água de pressão fria e gelada). Estão disponíveis variantes tanto para as válvulas de segurança pelo princípio de carga, como também, pelo princípio de alívio.

As vantagens alcançadas com a invenção resultam especial- mente do fato de que, devido à ligação em série de válvulas de segurança controladas, ativadas por meio próprio em combinação com válvulas de con- trole operando passivamente, disparáveis pela ativação com pressão primá- ria, especialmente com apropriada sintonia alternada das pressões de aber- tura e diferenças de pressão de fechamento, com razoável dispêndio de construção e conexão, é obtido um sistema de proteção de pressão particu- larmente confiável para um recipiente de pressão, especialmente para um recipiente de pressão de reator de uma instalação de usina nuclear, que de- pois de efetuado um alívio de pressão retorna de modo particularmente se- guro e confiável a seu "estado normal", em que o recipiente de pressão está isolado em termos de meio do mundo exterior. São evitadas dispendiosas construções de "fole de dobrar" ou semelhantes, como são necessárias, em outros contextos, na ligação em série de válvulas de segurança. Especial- mente com a aplicação para a proteção de pressão do circuito primário de uma instalação de reator à água sob pressão, com a solução aqui proposta, possíveis passagens de atividade para o "Containment" são reduzidas com alta segurança ao mínimo incondicionalmente necessário para o alívio da pressão, de modo que os correspondentes sistemas de segurança externos para o domínio de menores quantidades de atividade podem ser projetados.

Um exemplo de execução será detalhadamente explicado a se- guir com base em um desenho. Aí mostram:

a figura 1 - um esquema de ligação de um dispositivo de segu- rança para proteção de pressão de um recipiente de pressão com uma guarnição de segurança representada em corte, abrangendo duas válvulas de segurança ligadas em série, e

a figura 2 - um diagrama com uma escala de pressão, em que estão registradas as pressões de abertura e de fechamento de ambas as válvulas de segurança do dispositivo de segurança segundo a figura 1.

O dispositivo de segurança 2 representado na figura 1 destina- se à proteção de excesso de pressão de um recipiente de pressão 4 cheio com um meio de fluxo M líquido ou gasoso que se encontra sob pressão (a- qui: agente refrigerante de reator), aqui um recipiente de pressão de reator de uma instalação de reator de água sob pressão. Constitui objetivo do dis- positivo de segurança 2 introduzir um alívio de pressão do recipiente de pressão 4, tão logo a pressão dominante em seu interior atinge ou ultrapas- sa um valor predeterminado, considerado como crítico, na medida em que ao meio de fluxo M que se encontra sob excesso de pressão, é dada oportu- nidade de escapar ao menos parcialmente e de modo tão controlado quanto possível do recipiente de pressão 4. Para tanto, ao recipiente de pressão está conectado um conduto de pressão 8 equipado com uma guarnição de segurança 6. O compartimento interno do conduto de pressão 8 forma um canal de fluxo 10, pelo qual o meio de fluxo M - acionado por sua pressão interna própria - pode escoar do recipiente de pressão 4 em caso de alívio de modo redutor de pressão. Ele é então coletado, do lado de saída da guarnição de segurança 6, em um sistema de coleta ou recipiente de coleta aqui não representado detalhadamente.

No caso normal, portanto abaixo da pressão de sistema crítica, de por exemplo 17,5 mPa (175 bar) aqui, o canal de fluxo 10 está porém fe- chado por uma válvula de segurança 12 integrada à guarnição de segurança 6. Para essa finalidade, a válvula de segurança 12 apresenta um cone de válvula 16 aproximadamente em forma de cebola, montada deslocável ao longo de um eixo principal 14, que no estado normal em sua posição de ba- tente inferior assenta com pressão superficial relativamente alta sobre uma correspondente sede de válvula 18, sob ela disposta, e assim bloqueia de modo estanque a pressão e meio a abertura de passagem para o meio de fluxo M entre a seção de entrada 20 do canal de fluxo 10 e a seção interme- diária 22.

O cone de válvula 16 está unido em seu lado superior oposto à sede de válvula 18, através de uma barra de embolo 26 cilíndrica, guiada em um cilindro de guia 24, com um êmbolo de válvula 28 igualmente cilíndrico, que apresenta um diâmetro maior do que a barra de êmbolo 26 e, por sua vez, está de tal maneira guiado em um cilindro de guia ajustado a seu diâ- metro, a seguir designado como cilindro de êmbolo 30, de tal maneira que a unidade de válvula móvel, formada de êmbolo de válvula 28, barra de êmbo- lo 26 e cone de válvula 16, é deslocável entre uma posição de batente supe- rior e uma inferior, porém montada tão isenta de folga quanto possível em direção transversal. O êmbolo de válvula 28 está vedado com auxílio de a- néis de vedação de êmbolo aqui não designados detalhadamente relativa- mente ao cilindro de êmbolo 30 que o envolve e o subdivide em uma câmara de válvula 32 superior - com relação à posição de montagem aqui represen- tada - e uma câmara de válvula 34 inferior. Entre a câmara de válvula 34 inferior e a seção de entrada 20 do canal de fluxo 10 é possível uma passa- gem estrangulada de meio de fluxo M por vazamento de fenda entre o lado externo da barra de êmbolo 26 e o lado interno do cilindro de guia 24. Além disso, meio de fluxo M que se encontra sob pressão pode passar por um canal de ladrão 36 integrado na barra de êmbolo 26 e no êmbolo de válvula 28 da seção de entrada 20 do canal de fluxo 10 à câmara de válvula 32 su- perior e a colocar sob pressão - na medida em que esteja fechado o condu- to de controle 38 a ela conectado, ativo como conduto de alívio. Como a so- ma das áreas ativas para a força de fechamento, a saber, no lado superior do êmbolo de válvula 28 e do cone de válvula 16, é maior do que a área ati- va para a força de abertura em direção contraposta no lado inferior do êmbo- lo de válvula 28, o cone de válvula 16 é pressionado para baixo, para sua sede de válvula 18, a saber, tão mais fortemente quanto maior for a pressão do sistema no recipiente de pressão 4 e, com isso, também no conduto de pressão 8 a ele conectado ou na seção de entrada 20 do canal de fluxo 10. É, simultaneamente, a posição de batente inferior da unidade de válvula mó- vel, formada de êmbolo de válvula 28, barra de êmbolo 26 e cone de válvula 16, em que o volume da câmara de válvula 34 inferior é mínimo, o volume da câmara de válvula 34 superior (da assim chamada câmara de controle) é, pelo contrário, máximo. Pelo peso específico da unidade de válvula móvel - em combinação com a montagem "de pé" da válvula de segurança 12 na guarnição de segurança 6 - é ainda reforçada a força de fechamento.

Por abertura do conduto de controle 38 já mencionado, a câmara de válvula 32 superior, a assim chamada câmara de controle da válvula de segurança 12, pode ser aliviada de pressão, de modo que agora a força diri- gida para cima predomina sobre o êmbolo de válvula devido à força de pres- são hidráulica atuando em seu lado inferior (condicionada pelo vazamento de fenda do meio de fluxo M na fenda entre barra de êmbolo 26 e cilindro de guia 24) e pressiona o êmbolo de válvula 28 e, com isso, também o cone de válvula 16 para cima, para sua posição de abertura. Com isso é iniciado o alívio de pressão do recipiente de pressão 4. Na medida em que o conduto de controle 38 não é novamente fechado, a válvula de segurança 12 perma- nece aberta até que a força de levantamento, produzida pela pressão espe- cífica do meio de fluxo M, exceda a força de fechamento agora essencial- mente apenas ainda condicionada pelo peso.

Com a proteção de excesso de pressão de um recipiente de pressão de reator, contudo, via de regra a válvula de segurança 12 já deve ser novamente fechada essencialmente mais cedo, para restringir, à medida necessária, a saída do meio de fluxo M pelo canal de fluxo 10 para o recipi- ente de coleta. Segundo as execuções acima, para tanto o conduto de con- trole 38 ativo como conduto de alívio é novamente fechado, de modo que, devido ao excesso de fluxo estrangulado do meio de fluxo M pelo canal de ladrão 36 para a câmara de controle 32, agora fechada, a requerida pressão de fechamento pode ser rapidamente restabelecida. Quando da queda do êmbolo de válvula 28, o meio de fluxo M que se encontra na câmara de vál- vula 34 inferior é pressionado de volta ao canal de fluxo 10, sendo que o movimento descendente e o assentamento do cone de válvula 16 sobre a sede de válvula 18 é amortecido pelo efeito de estrangulamento da fenda de vazamento entre barra de êmbolo 26 e cilindro de guia 24.

Para um controle particularmente preciso e confiável das opera- ções de abertura e fechamento da válvula de segurança 12 em função da pressão de sistema no recipiente de pressão 4, é previsto um dispositivo de controle 40 ("válvula de controle") armado à mola, aqui indicado apenas es- quematicamente, que, de um lado, está unido pelo conduto de retirada de pressão 32 (conduto de medição ou conduto de impulso) com o recipiente de pressão 4 e, de outro lado, através do conduto de controle 38 com a câmara de controle 32 da válvula de segurança 12. Quanto ao terceiro conduto, que está conectado à válvula de controle 40, trata-se de um conduto de drena- gem 44 que desemboca em sua outra extremidade em um tanque de escape ou recipiente coletor aqui não representado. Pode se tratar, então, especial- mente do mesmo recipiente coletor, ao qual também está conectado o canal de fluxo 10 do conduto de pressão 8 no lado de saída da guarnição de segu- rança 6. Pelo conduto de retirada de pressão 42 é ativada uma câmara de pressão de um transformador de pressão-trajeto do dispositivo de controle 40 com a pressão de sistema no recipiente de pressão 4, de modo que o transformador de pressão-trajeto, por sua vez, através de um corpo de ajus- te dispara uma parte de controle ou fechando o conduto de controle 38 ou unindo com o conduto de drenagem 44 do lado de fluxo. Dessa maneira, pelo dispositivo de controle 40 é controlado o alívio de pressão da câmara de controle 32 da válvula de segurança 12 e, com isso, como acima descrito em detalhe, sua abertura e fechamento ativados por meio próprio. O conduto de retirada de pressão 42 se presta, de certa maneira, apenas à medição da pressão de sistema atual; ele próprio, contudo, não é atravessado por fluxo (nenhuma corrente maciça do meio de fluxo M).

A respectiva pressão de resposta e disparo do dispositivo de controle 40 é predeterminada grosseiramente por sua construção e pelo di- mensionado ou projeção de seus componentes individuais. O ajuste fino o- corre antes da entrada em operação propriamente dita no emprego produtivo ou por variação da protensão elástica das molas, atuando sobre o corpo de ajuste ou sobre a parte de controle. Com isso, para a pressão de abertura e fechamento da válvula de segurança 12 ativada pelo dispositivo de controle 40 resulta a imagem representada na parte esquerda do diagrama de pres- são segundo a figura 2 pela seta dupla 46 (abaixo da inscrição SV = válvula de segurança): A faixa operacional normal do recipiente de pressão 4, em que a válvula de segurança 12 está fechada, se situa em um intervalo de pressão de por exemplo 15,0 mPa (150 bar) até 16,0 mPa (160 bar) (em cin- za na figura 2). Caso então, no âmbito de uma pane operacional, a pressão no recipiente de pressão 4 suba acentuadamente, com uma pressão de sis- tema crítica de por exemplo 17,5 mPa (175 bar) o dispositivo de controle 40 responde e abre a válvula de segurança 12, com o que é iniciado o desejado alívio de pressão do recipiente de pressão 4. A ponta de seta superior da seta dupla 46 esquerda marca portanto, na figura 2, a pressão de abertura da válvula de segurança 12. Pela ativação em saída do meio de fluxo M do recipiente de pressão 4, cai a pressão após curto tempo de volta ao nível normal. Para impedir uma passagem de quantidades desnecessariamente grandes de meio de fluxo M para o invólucro ("Containment") exterior do rea- tor, o dispositivo de controle 40 é de tal maneira ajustado que, quando da infrapassagem de um valor limite inferior de por exemplo 15,0 mPa (150 bar), a válvula de segurança 12 previamente aberta é novamente fechada automaticamente. A ponta de seta inferior da seta dupla 46 marca portanto na figura 2 a pressão de fechamento da válvula de segurança 12.

Todavia, no âmbito da experiência operacional, até agora se comprovou que a operação do novo fechamento da válvula de segurança 12 está associado a uma probabilidade de falha não totalmente descartável. Para se impedir seguramente também em um tal caso de falha um indesejá- vel escapamento de meio de fluxo M do recipiente de pressão 4, além da medida requerida para o alívio de pressão para o nível de pressão normal, a guarnição de segurança 6 apresenta, à maneira de uma projeção redundan- te de características de segurança centrais, uma segunda válvula de segu- rança 48 pós-conectada no lado de fluxo à válvula de segurança 12, que, devido a sua modalidade de funcionamento a ser descrita a seguir, também pode ser chamada de válvula isolante de segurança ou abreviadamente de válvula isolante. Essa segunda válvula de segurança 40, a jusante, é proje- tada por sua construção especificamente para, de um lado, no caso de uma falha de fechamento da primeira válvula de segurança 12, a montante, fe- char confiavelmente o canal de fluxo 10, de outro lado não impedir a prévia operação de alívio de pressão.

A válvula de segurança 48 ativa como válvula isolante é estrutu- rada, no que concerne a seus componentes mecânicos, basicamente de modo semelhante à válvula de segurança 12 disposta mais a montante no canal de fluxo 10, apresentando portanto também um cone de válvula 56 unido através de uma barra de êmbolo 50 com um êmbolo de válvula 52, montado deslocável ao longo de um eixo principal 54, que no estado fecha- do é pressionado contra uma correspondente sede de válvula 58. A barra de êmbolo 50 é guiada em um cilindro de guia 60, que é alargado em direção do êmbolo de válvula 52 para um cilindro de êmbolo 62 envolvendo o mes- mo. O êmbolo de válvula 52 está vedado com anéis de vedação de êmbolo não designados detalhadamente com relação ao cilindro de êmbolo 62 e subdivide o mesmo em uma câmara de válvula 64 superior - com relação à posição de montagem representada na figura 1 - e em uma câmara de vál- vula 66 inferior. A câmara de válvula 66 inferior se encontra em comunicação de fluxo com a seção intermediária 22 do canal de fluxo 10 através de um canal de ladrão 68 integrado na barra de êmbolo 50 e no êmbolo de válvula 52.

À diferença da válvula de segurança 12, a válvula de segurança 48 opera pelo princípio de carga. Por conseguinte, a câmara de válvula 64 superior é projetada como câmara de controle e, se necessário, ativável com pressão através do conduto de controle 70 a ela conectado, que é ativo en- tão como conduto de carga. A pressão de ativação requerida - controlada pelo correspondente dispositivo de controle 72 armado a mola - é retirada do recipiente de pressão 4 a ser protegido pelo conduto de retirada de pres- são 74, sendo que o dispositivo de controle 72 adaptado ao princípio de car- ga da válvula de segurança 48 durante a fase de ativação produz a requeri- da ligação de fluxo entre o conduto de retirada de pressão 74 e o conduto de controle 70.

Além disso, a válvula de controle 48 se distingue da válvula de segurança 12 na medida em que à câmara de válvula 66 inferior está conec- tado um conduto de esvaziamento 78 provido de uma válvula de estrangu- lamento 76, sendo que o efeito de estrangulamento da válvula de estrangu- lamento 76 é selecionado ou ajustado essencialmente maior do que o efeito de estrangulamento do canal de ladrão 68 integrado na barra de êmbolo 50. No exemplo de execução segundo a figura 1, o conduto de esvaziamento 78 está unido com a seção de saída 80 do canal de fluxo 10. Finalmente, a vál- vula de segurança 48 está disposta com relação à válvula de segurança 12 girada em 180°, "de cabeça para baixo", na caixa de guarnição 82 comum, de modo que o peso específico da unidade de válvula móvel, formada de cone de válvula 56, barra de êmbolo 50 e êmbolo de válvula 52, tende a pressioná-la para baixo, para a posição de válvula aberta, com ausência de forças hidráulicas/pneumáticas.

O modo de funcionamento do sistema total pode ser assim des- crito como segue: na faixa operacional normal, uma pressão de recipiente em torno de 15,0 mPa (150 bar) até 16,0 mPa (160 bar), como já menciona- do, é aplicada ao recipiente de pressão 4. O conduto de controle 70 não está ainda carregado. Caso, então, devido a uma pane operacional, a pressão no recipiente de pressão 4 suba nitidamente além do nível normal, por exemplo, para cerca de 17,0 mPa (170 bar), é de se contar com um breve atingimento da pressão crítica de 17,5 mPa (175 bar) aqui, em que o dispositivo de con- trole 40 responde segundo seu ajuste prévio, alivia a câmara de controle 32 da válvula de segurança 12 pelo conduto de controle 38 e pelo conduto de drenagem 44 e, assim leva o cone de válvula 16 - acionado pelo próprio meio de fluxo M que se encontra sob pressão - à sua posição de abertura, com o que é inicializado o alívio de pressão do recipiente de pressão 4.

Em preparação a essa operação, especialmente para impedir um indesejável fechamento da válvula de segurança 49, que se encontra em posição aberta, condicionado pelas operações hidrodinâmicas no canal de fluxo 10 e nas câmaras de válvula durante a operação de alívio de pressão, o dispositivo de controle 72 está de tal maneira ajustado no exemplo de exe- cução que, a partir de uma pressão de 17,0 mPa (170 bar) ativa o conduto de controle 70 e, com isso, a câmara de controle 64 da válvula de segurança 48 (da "válvula isolante"). Isso está caracterizado no diagrama de pressão segundo a figura 2 pela ponta de seta superior da seta dupla 84 direita (sob a inscrição IV = válvula isolante). O vazamento de fenda do meio de fluxo M, que tem lugar entre a barra de êmbolo 50 e o cilindro de guia 60, é desprezí- < vel em termos de volume em execução correspondentemente isenta de fol- ga.

Caso, após atingimento da pressão de disparo para o dispositivo de controle 72 de 17,0 mPa (170 bar), possa ser ainda impedido um ulterior aumento de pressão para o valor crítico de 17,5 mPa (175 bar), especial- mente por contramedidas introduzidas em tempo oportuno, seja novamente atingido o estado operacional normal, então o dispositivo de controle 72 só precisa ser manualmente "restabelecido" para se levar o dispositivo de segu- rança 2 a seu estado inicial. De outro modo, pela abertura da válvula de se- gurança 12 ocorrendo a 17,5 mPa (175 bar), é inicializado o alívio de pres- são do recipiente de pressão 4. Durante essa operação, a válvula de segu- rança 48 é seguramente mantida aberta devido à carga de pressão de sua câmara de controle 64.

Depois de efetuada a queda de pressão para um valor de 15,0 mPa (150 bar), segundo as execuções até agora, normalmente a válvula de segurança deveria se fechar de novo (ver também figura 2). Caso, no entan- to, devido a uma falha de funcionamento de fato improvável, porém não de todo descartável, ou da própria válvula de segurança 12 ou de sua válvula de controle 40 ou de um inesperado fecho do conduto de controle 38, não seja esse o caso, então sempre a válvula de segurança 48 ainda está dispo- nível para o bloqueio do canal de fluxo 10. Não é necessário um constante monitoramento da operação de alívio ou um comando da válvula de segu- rança 48, pois o dispositivo de controle 72 é de tal maneira construído e a- justado que a válvula de segurança 48 após uma queda de pressão fecha automaticamente após uma queda de pressão para um valor de 14,0 mPa (140 bar) ou menos. Isso está indicado na figura 2 pela extremidade de seta inferior da seta dupla 84 direita (pressão de fechamento).

Para tanto, a carga de pressão da câmara de controle 64 da vál- vula de segurança 48 é interrompida ou encerrada, na medida em que um corpo de ajuste apropriado do dispositivo de controle 72 fecha a extremidade do lado de válvula do conduto de retirada de pressão 74 e une o conduto de controle 70 com o conduto de drenagem 86. O meio de fluxo M, fluindo pelo canal de fluxo, que se encontra sob pressão, pode então fluir pelo canal de ladrão 68 para a câmara de válvula 66 inferior e por sua expansão pressio- nar o êmbolo de válvula 52 e, assim, toda a unidade de válvula móvel contra sua força de peso para cima, para a posição fechada, de modo que o cone de válvula 56 é pressionado firmemente contra a sede de válvula 58, que se encontra acima dele. O meio de fluxo M eventualmente presente antes na câmara de válvula 64 superior, bem como fluindo em pequena extensão pela fenda entre a barra de êmbolo 50 e o cilindro de guia 60 do canal de fluxo 10, sai então pelo conduto de controle 70 e do conduto de drenagem 86 a ele agora pós-conectado e se coleta no recipiente de coleta. Devido aos flu- xos volumétricos extremamente pequenos, um tal vazamento pode ser bem dominado com meios de simples manutenção. Isso se aplica corresponden- temente ao fluxo de vazamento igualmente extremamente pequeno, que es- capa com a válvula de estrangulamento 76 "para fora" através do conduto de esvaziamento 78 requerido para o posterior movimento de retorno do êmbo- lo de válvula 52 à sua posição (de abertura) inferior.

Mesmo quando, portanto, a válvula de segurança 12 propria- mente dita não venha a fechar regularmente depois do alívio da pressão, pela válvula de segurança 48 conectadas em série é evitado um excessivo esvaziamento do recipiente de pressão 4. Listagem de Referências

2 dispositivo de segurança 4 recipiente de pressão 6 guarnição de segurança 8 conduto de pressão 10 canal de fluxo 12 válvula de segurança 14 eixo principal 16 cone de válvula 18 sede de válvula 20 seção de entrada 22 seção intermediária 24 cilindro de guia 26 barra de êmbolo 28 êmbolo de válvula 30 cilindro de êmbolo 32 câmara de válvula superior (câmara de controle) 34 câmara de válvula inferior 36 canal de ladrão 38 conduto de controle 40 dispositivo de controle ("válvula de controle") 42 conduto de retirada de pressão 44 conduto de drenagem 46 seta dupla 48 válvula de segurança 50 barra de êmbolo 52 êmbolo de válvula 54 eixo principal 56 cone de válvula 58 sede de válvula 60 cilindro de guia 62 cilindro de êmbolo 64 câmara de válvula superior (câmara de controle) 66 câmara de válvula inferior 68 canal de ladrão 70 conduto de controle 72 dispositivo de controle ("válvula de controle") 74 conduto de retirada de pressão 76 válvula de estrangulamento 78 conduto de esvaziamento 80 seção de saída 82 caixa de guarnição 84 seta dupla 86 conduto de drenagem

Claims (10)

1. Dispositivo de segurança (2) para proteção contra excesso de pressão de um sistema conduzindo pressão, especialmente de um recipiente de pressão (4) de uma instalação de técnica nuclear, com uma guarnição de segurança (6), que apresenta duas válvulas de segurança (12, 48) dispostas sucessivamente em um canal de fluxo (10), sendo que cada uma das válvu- las de segurança (12, 48), através de um conduto de controle (38, 70), está em comunicação do lado de ativação com um dispositivo de controle (40, 72) a ele associado, unido com o sistema conduzindo pressão do lado de impul- so através de um conduto de retirada de pressão (42, 74), o qual opera pelo princípio de repouso.

2. Dispositivo de segurança (2), de acordo com a reivindicação -1, em que a pressão de abertura da válvula de segurança disposta a mon- tante no canal de fluxo (10) é ajustada mais alta do que a pressão de abertu- ra da válvula de segurança (48) disposta mais a jusante.

3. Dispositivo de segurança (2), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, em que a pressão de fechamento da válvula de segurança disposta a montante no canal de fluxo (10) é ajustada mais alta do que a pressão de fechamento da válvula de segurança (48) disposta mais a jusante.

4. Dispositivo de segurança (2), de acordo com uma das reivin- dicações 1 a 3, em que a válvula de segurança (12) a montante opera pelo princípio de alívio.

5. Dispositivo de segurança (2), de acordo com uma das reivin- dicações 1 a 4, em que a válvula de segurança (48) a jusante opera vantajo- samente pelo princípio de carga.

6. Dispositivo de segurança (2), de acordo com uma das reivin- dicações 1 a 5, em que a válvula de segurança (12) a montante apresenta um cone de válvula (16) unido com um êmbolo de válvula (28) e está dispos- ta de tal maneira de pé na guarnição de segurança (6) que o cone de válvula (16) se encontra sob o êmbolo de válvula (28).

7. Dispositivo de segurança (2), de acordo com uma das reivin- dicações 1 a 6, em que a válvula de segurança (48) a jusante apresenta um cone de válvula (56) unido com um êmbolo de válvula (52) e está disposta de tal maneira de cabeça para baixo na guarnição de segurança (6) que o cone de válvula (56) se encontra acima do êmbolo de válvula (52).

8. Dispositivo de segurança (2), de acordo com uma das reivin- dicações 1 a 7, em que as duas válvulas de segurança (12, 48) estão dis- postas diretamente próximas entre si em uma caixa de guarnição (82) comum.

9. Dispositivo de segurança (2), de acordo com uma das reivin- dicações 1 a 8, em que o respectivo dispositivo de segurança (40, 72) a- brange um transformador pressão-trajeto, em que uma diferente de opres- são entre uma câmara de pressão e uma outra câmara dela separada pode ser convertida em um movimento de um corpo de ajuste, sendo que com o corpo de ajuste pode ser disparada uma parte de controle para ativação da válvula de segurança (12, 48) associada ao dispositivo de controle (40, 72).

10. Dispositivo de segurança (2), de acordo com a reivindicação 9, em que a câmara de pressão do dispositivo de controle (40, 72) está uni- da por um dos condutos de retirada de pressão (42, 74) com o sistema con- dutor de pressão e a outra câmara por um conduto de drenagem (44, 86) com um recipiente de escape.