Mida teeb rõhuklapp?

2024-09-20

Uuendatud 21.09.2025
William Leo
Surveklapp

Surveventiilid on olulised ohutusseadmed, mis juhivad, reguleerivad ja vähendavad rõhku vedelikusüsteemides. See põhjalik juhend hõlmab rõhualandusklappe, rõhualandusventiile, rõhuregulaatoreid ja rõhuregulaatoreid tööstuslikes rakendustes.

Rõhu juhtimine on kriitilise tähtsusega kõigis süsteemides, mis käitlevad rõhu all olevaid vedelikke või gaase. Olenemata sellest, kas tegemist on aurukatelde, hüdrosüsteemide või veejaotusvõrkudega, on surveventiilid esmane ohutusmehhanism, mis hoiab ära katastroofilised rikked ja optimeerib süsteemi jõudlust.

Mis on surveklapp? (Definitsioon ja põhifunktsioonid)

Surveventiil on automaatne vooluhulga reguleerimise seade, mis on ette nähtud süsteemi rõhu reguleerimiseks, avades liigse rõhu vabastamiseks või sulgedes, et säilitada stabiilsed töötingimused. Need rõhureguleerimisventiilid toimivad nii ohutusseadmete kui ka jõudluse optimeerijatena.

Peamised funktsioonid:

Rõhu reguleerimine:Säilitab süsteemi rõhu etteantud piirides
Ülerõhu kaitse:Väldib seadmete kahjustamist, vabastades liigse rõhu
Voolu reguleerimine:Reguleerib vedeliku voolu, et optimeerida süsteemi tõhusust
Ohutuse tagamine:Toimib viimase kaitseliinina survest tingitud rikete vastu

Tehniline määratlus:

ASME BPVC I jaotise kohaselt on rõhulangetusseade "seade, mida käivitab sisselaskeava staatiline rõhk ja mis on kavandatud avanema hädaolukorras või ebatavalistes tingimustes, et vältida vedeliku siserõhu tõusu üle kindlaksmääratud väärtuse."

Kuidas rõhureguleerimisventiilid töötavad: tehnilised põhimõtted

Põhiline töömehhanism

Rõhuvabastusventiilid töötavad jõu-tasakaalu põhimõttel:

Jõu tasakaalu võrrand:F₁ (sisendsurvejõud) = F2 (vedrujõud) + F3 (vastusurvejõud)

Kus:

F₁ = P₁×A (sisendrõhk × ketta efektiivne pindala)
F₂ = vedrukonstant × survekaugus
F₃ = P₂×A (vasturõhk × ketta pindala)

Toimingute järjestus:

Seadista rõhk:Klapp jääb suletuks, kui süsteemi rõhk < seadistatud rõhk
Pragunemise rõhk:Esialgne avanemine toimub 95-100% seatud rõhu juures
Täistõste:Täielik avanemine 103–110% seatud rõhu juures (API 526 kohta)
Taasastumisrõhk:Klapp sulgub 85-95% seatud rõhu juures (tavaline läbipuhumine)

Peamised tehnilised parameetrid:

Parameeter	Definitsioon	Tüüpiline vahemik
Seadke rõhk	Rõhk, mille juures klapp hakkab avanema	10-6000 psig
Ülerõhk	Rõhk üle seatud rõhu tühjendamise ajal	3-10% seatud rõhust
Puhumine	Seadistatud ja uuesti istme rõhu erinevus	5-15% seatud rõhust
Seljarõhk	Allavoolu rõhk, mis mõjutab klapi jõudlust	<10% seatud rõhust (tavapärane)
Voolukoefitsient (Cv)	Klapi mahutegur	Erineb suuruse/disaini järgi

Survereguleerimisseadmete tüübid: tehnilised andmed

1. Survekaitseklapid (PSV) ja kaitseklapid (SRV)

Tehnilised standardid:ASME BPVC Creator I ja VIII, API 520/526

Vedruga kaitseklapid

Töövahemik:15 psig kuni 6000 psig
Temperatuurivahemik:-320°F kuni 1200°F
Mahutavusvahemik:1 kuni 100 000+ SCFM
Materjalid:Süsinikteras, roostevaba teras 316/304, Inconel, Hastelloy

Võimsuse arvutamine (gaasiteenus):W = CKdP₁KshKv√ (M/T)

Kus:

W = nõutav võimsus (nael/h)
C = tühjenduskoefitsient
Kd = tühjenduskoefitsiendi parandustegur
P₁ = seadistatud rõhk + ülerõhk (psia)
Ksh = ülekuumenemise parandustegur
Kv = viskoossuse parandustegur
M = molekulmass
T = absoluutne temperatuur (°R)

Pilotiga juhitavad kaitseklapid (POSRV)

Eelised:Tihe sulgemine, suur võimsus, vähenenud lobisemine
Rõhu vahemik:25 psig kuni 6000 psig
Täpsus:±1% seatud rõhust
Rakendused:Suure võimsusega gaasiteenus, kriitilised protsessirakendused

2. Rõhu alandamise ventiilid (rõhuregulaatorid)

Tehnilised standardid:ANSI/ISA 75.01, IEC 60534

Otsese toimega rõhuregulaatorid

Rõhu alandamise suhe:Kuni 10:1
Täpsus:±5-10% seatud rõhust
Voolu vahemik:0,1 kuni 10 000+ GPM
Reageerimisaeg:1-5 sekundit

Suuruse valem:Cv = Q√(G/(ΔP))

Kus:

Cv = voolukoefitsient
K = voolukiirus (GPM)
G = erikaal
ΔP = rõhulang (psi)

Pilootjuhitavad rõhu alandamise ventiilid

Rõhu alandamise suhe:Kuni 100:1
Täpsus:±1-2% seatud rõhust
Ulatus:100:1 tüüpiline
Rakendused:Suure vooluhulga ja kõrgrõhu vähendamise rakendused

3. Vasturõhu regulaatorid ja juhtventiilid

Funktsioon:Säilitage konstantne ülesvoolu rõhk, reguleerides allavoolu

Tehnilised andmed:

Rõhu vahemik:5 psig kuni 6000 psig
Voolukoefitsient:0,1 kuni 500+ Cv
Täpsus:±2% seatud rõhust
Materjalid:316 SS, Hastelloy C-276, Inconel 625

Tööstuslikud rakendused ja juhtumiuuringud

Elektritootmistööstus

Aurukatla kaitseklapid (ASME I jaotis)

Nõutav võimsus:Tuleb välja lasta kogu tekkiv aur, ületamata seatud rõhku 6%.
Miinimumnõuded:Üks kaitseklapp katla kohta; kaks klappi > 500 ruutjalga küttepinna jaoks
Testimine:Käsitsi tõstmise test iga 6 kuu järel (kõrgrõhk) või kord kvartalis (madal rõhk)

Juhtumiuuring: 600 MW elektrijaam

Peamine aururõhk: 2400 psig
Kaitseklapi seadistatud rõhk: 2465 psig (103% töörõhust)
Nõutav võimsus: 4,2 miljonit naela/h auru
Konfiguratsioon: mitu 8" x 10" vedruga kaitseklappi

Nafta- ja gaasitööstus

Torujuhtme surveohutussüsteemid (API 521)

Disaini rõhk:1,1 × maksimaalne lubatud töörõhk (MAOP)
Kaitseklapi suurus:Põhineb maksimaalse eeldatava voolu ja rõhu stsenaariumidel
Materjalid:Hapugaasi teenus nõuab NACE MR0175 vastavust

Juhtumiuuring: maagaasi torujaam

Töörõhk: 1000 psig
Kaitseklapi seatud rõhk: 1100 psig
Nõutav mahutavus: 50 MMCFD
Paigaldamine: 6" x 8" pilootjuhitav kaitseklapp

Veepuhastus ja -jaotus

Rõhu alandamise klapijaamad

Sisselaske rõhk:150-300 psig (munitsipaalvarustus)
Väljundrõhk:60-80 psig (jaotusvõrk)
Voolu vahemik:500-5000 GPM
Juhtimistäpsus:±2 psi

Hüdraulilise arvutuse näide:

6-tollise vee-PRV puhul, mis vähendab 200 psig 75 psig-ni kiirusel 2000 GPM:

Nõutav Cv = 2000√ (1,0/125) = 179
Valige 6-tolline ventiil, mille Cv = 185

Keemiline ja naftakeemiline töötlemine

Reaktori kaitsesüsteemid

Kasutustingimused:500°F, 600 psig
Leevendusstsenaariumid:Soojuspaisumine, kiired reaktsioonid, jahutusrike
Materjalid:Hastelloy C-276 söövitava hoolduse jaoks
Suurus:Põhineb halvima stsenaariumi analüüsil API 521 kohta

Valikukriteeriumid ja tehnilised arvutused

Jõudlusparameetrid

Survehinnangud (ASME B16.5):

Klass	Rõhureiting @ 100°F
Klass 150	285 psig
Klass 300	740 psig
Klass 600	1480 psig
Klass 900	2220 psig
Klass 1500	3,705 psig

Temperatuuri alandamine:

Kõrgendatud temperatuuride puhul tuleb rõhku alandada vastavalt ASME B16.5 temperatuuri-rõhu tabelitele.

Materjali valiku juhend

Teenindus	Korpuse materjal	Trimmi materjal	Kevadine materjal
Vesi	Süsinikteras, pronks	316 SS	Muusikajuhe
Steam	Süsinikteras, 316 SS	316 SS, Stellite	Inconel X-750
Hapu gaas	316 SS, Duplex SS	Stellite, Inconel	Inconel X-750
Krüogeenne	316 SS, 304 SS	316 SS	316 SS
Kõrge Temp	Süsinikteras, legeerteras	Stellite, Inconel	Inconel X-750

Suuruse arvutamine

Liquid Service (API 520):

Nõutav ala:A = (GPM × √G) / (38,0 × Kd × Kw × Kc × √ΔP)

Kus:

A = nõutav efektiivne tühjendusala (in²)
GPM = nõutav voolukiirus
G = erikaal
Kd = tühjenduskoefitsient (vedelike puhul 0,62)
Kw = vasturõhu parandustegur
Kc = kombinatsiooni parandustegur
ΔP = Seadistatud rõhk + ülerõhk - vasturõhk

Gaasi/auru teenuse jaoks (API 520):

Kriitiline voog:A = W/(CKdP₁Kb)
Alamkriitiline voog:A = 17,9 W√(TZ/MKdP1(P1-P2)Kb)

Paigaldus- ja hooldusstandardid

Paigaldusnõuded (ASME BPVC)

Kaitseklapi paigaldamine:

Sisselasketorustik:Lühike ja otsene, vältige põlved 5 toru läbimõõdu piires
Väljalasketorustik:Mõõdud maksimaalselt 10% vasturõhu jaoks
Paigaldamine:Eelistatud vertikaalne, horisontaalne koos toega
Isolatsioon:Blokeerimisventiilid on sisselaskeavas keelatud; vastuvõetav väljalaskeavasse, kui see on avatud

Rõhu alandamise ventiili paigaldamine:

Ülesvoolu kurn:Puhta teeninduse jaoks minimaalselt 20-silma
Möödasõiduliin:Hooldus- ja hädaolukorras kasutamiseks
Rõhumõõturid:Üles- ja allavoolu seire
Tõmbeventiil:Allavoolu kaitse ülerõhu eest

Hooldusgraafikud ja -protseduurid

API 510 kontrollinõuded:

Visuaalne kontroll:Iga 6 kuu tagant
Töökatse:Igal aastal
Võimsuse test:Iga 5 aasta tagant
Täielik remont:Iga 10 aasta järel või vastavalt tootja soovitustele

Testimisprotseduurid:

Määra rõhu test:Kontrollige avanemisrõhku ±3% piires seadistamisest
Istme lekke test:API 527 klass IV (maksimaalselt 5000 cc/h)
Võimsuse test:Veenduge, et voolu jõudlus vastab projekteerimisnõuetele
Tagasirõhu test:Hinnake jõudlust süsteemi tingimustes

Ennustavad hooldustehnoloogiad

Akustiliste emissioonide testimine:

Tuvastamine:Sisemine leke, istme kulumine, vedruväsimus
Sagedusvahemik:20 kHz kuni 1 MHz
Tundlikkus:Suudab tuvastada lekkeid <0,1 GPM

Vibratsiooni analüüs:

Rakendused:Pilootventiili loksumine, vedruresonants
Parameetrid:Amplituudi, sageduse, faasi analüüs
Trendikas:Ajaloolised andmed rikete prognoosimiseks

Vastavusstandardid ja sertifikaadid

ASME katla ja surveanuma kood

I jaotis (toitekatlad):

Nõuded võimsusele:Kaitseklapid peavad vältima rõhu tõusu >6% üle seatud rõhu
Minimaalsed kaitseklapid:Üks katla kohta, kaks, kui küttepind on >500 ruutjalga
Testimine:Käsitsi tõstmine iga 6 kuu järel (kõrgrõhk) või kord kvartalis (madal rõhk)

VIII jagu (surveanumad):

Nõuded abiseadmele:Kõik surveanumad vajavad ülerõhu kaitset
Seadista rõhk:Mitte ületada kaitstud seadmete suurimat lubatud töövõimet
Mahutavus:Põhineb API 521 halvimal stsenaariumil

API standardite juurutamine

API 520 (reljeefseadme suuruse määramine):

Ulatus:Hõlmab tavapäraseid, tasakaalustatud ja pilootjuhitavaid kaitseklappe
Suuruse määramise meetodid:Pakub arvutusprotseduure kõikide vedelikutüüpide jaoks
Paigaldamine:Määrab torustiku nõuded ja süsteemiintegratsiooni

API 526 (äärikutega terasest surveventiilid):

Disaini standardid:Nõuded mõõtmetele, rõhu-temperatuuri hinnangud
Materjalid:Süsinikterase, roostevaba terase spetsifikatsioonid
Testimine:Tehase vastuvõtukatse nõuded

API 527 (kaubanduslik istme tihedus):

I klass:Nähtav leke puudub
II klass:40 cc/h istme läbimõõdu tolli kohta
III klass:300 cc/h istme läbimõõdu tolli kohta
IV klass:1400 cc/h istme läbimõõdu tolli kohta

Rahvusvahelised standardid

IEC 61511 (ohutusseadmetega süsteemid):

SIL reiting:Ohutus terviklikkuse taseme nõuded survekaitsele
Tõestustest:Perioodiline testimine ohutusfunktsiooni säilitamiseks
Ebaõnnestumise määr:Ohutussüsteemide maksimaalsed lubatud rikete määrad

Tõrkeotsing ja tõrgete analüüs

Levinud rikkerežiimid

Enneaegne avamine (hautades):

Põhjused:

Sisselasketorustiku kaod ületavad 3% seatud rõhust
Vibratsioon või pulsatsioon süsteemis
Klapipesal praht
Seadke rõhk töörõhule liiga lähedale

Lahendused:

Suurendage sisselasketoru suurust (kiirus <30 jalga/sek vedelike puhul, <100 jalga/sek gaaside puhul)
Paigaldage pulsatsiooni summuti
Puhastage klapipesa ja ketas
Töö- ja seatud rõhu vahelise marginaali suurendamine (>10%)

Avamise ebaõnnestumine:

Põhjused:

Vedrukorrosioon või sidumine
Liigne vasturõhk (>10% seatud rõhust)
Pistikupesa või õhutusava on ühendatud
Katlakivi või korrosioon liikuvatel osadel

Lahendused:

Vahetage vedru, uuendage materjale
Vähendage vasturõhku või kasutage tasakaalustatud klapikonstruktsiooni
Eemaldage takistused, suurendage väljalasketoru suurust
Puhastage ja määrige, arvestage erinevate materjalidega

Liigne leke:

Põhjused:

Istme kahjustused prahist või korrosioonist
Termotsükli tõttu kõverdunud ketas
Istme ebapiisav koormus (kevadväsimus)
Keemiline rünnak tihenduspindadele

Lahendused:

Ringistme ja ketaste pinnad
Vahetage ketas, parandage termilist disaini
Vahetage vedru, kontrollige seatud rõhku
Täiendage materjale keemilise ühilduvuse tagamiseks

Diagnostilised meetodid

Voolu testimine:

Eesmärk:Kontrollige tegelikku vs projekteeritud võimsust
Meetod:Mõõtke väljalaskevoolu 110% seatud rõhu juures
Vastuvõtmine:±10% projekteerimisvõimsusest API 527 kohta

Metallurgiline analüüs:

Rakendused:Rikke uurimine, materjali valik
Tehnikad:SEM analüüs, kõvaduse testimine, korrosiooni hindamine
Tulemused:Algpõhjuse määramine, materjalisoovitused

Majandusliku mõju ja kulude kaalutlused

Omandi kogumaksumus

Esialgne investeering:

Standardne surveventiil:500-5000 dollarit olenevalt suurusest/materjalidest
Pilootjuhitav ventiil:2000–25 000 dollarit keerukate rakenduste jaoks
Paigalduskulud:25-50% seadmete maksumusest

Tegevuskulud:

Energiakaod:Lekkivad ventiilid raiskavad 1-5% süsteemi energiast
Hooldus:200–2000 dollarit aastas klapi kohta
Testimine ja sertifitseerimine:500–1500 dollarit klapi kohta iga 5 aasta järel