Mida teeb surveklapp?

2024-09-20

Rõhuklapi juhend

Rõhuventiilid on hädavajalikud ohutusseadmed, mis kontrollivad, reguleerivad ja leevendavad vedelikusüsteemides rõhku. See terviklik juhend hõlmab rõhu leevendusventiile, rõhu vähendavaid ventiile, rõhuregulaatoreid ja rõhukontrolli seadmeid tööstuslikes rakendustes.

Rõhujuhtimine on kriitilise tähtsusega igas süsteemis, mis käitleb rõhu all olevaid vedelikke või gaase. Ükskõik, kas tegemist on aurukatelde, hüdrosüsteemide või veejaotusvõrkudega, on rõhuventiilid esmaseks ohutusmehhanismiks, mis takistab katastroofilisi ebaõnnestumisi ja süsteemi jõudlust optimeerides.

Mis on rõhuklapp? (Määratlus ja põhifunktsioonid)

Rõhuventiil on automaatne voolujuhtimisseade, mis on loodud süsteemi rõhu reguleerimiseks, avades ülemäärase rõhu või sulgemise stabiilsete töötingimuste säilitamiseks. Need rõhujuhtimisventiilid toimivad nii turvaseadmete kui ka jõudluse optimeerijatena.

Esmased funktsioonid:

Rõhu reguleerimine:Säilitab süsteemi rõhku etteantud piirides
Ülerõhu kaitse:Takistab seadmete kahjustusi, vabastades liigse rõhu
Voolu juhtimine:Reguleerib vedeliku voolu süsteemi efektiivsuse optimeerimiseks
Ohutuse tagamine:Toimib viimase kaitseliinina survega seotud ebaõnnestumiste vastu

Tehniline määratlus:

ASME BPVC I osa kohaselt on rõhu leevendamise seade "seade, mida käivitatakse sisselaskega staatiline rõhk ja mille eesmärk on avada hädaolukorras või ebanormaalsetel tingimustel, et vältida sisemise vedeliku rõhu tõusu kui määratud väärtust."

Kuidas survekontrolli ventiilid toimivad: tehnilised põhimõtted

Põhiline töömehhanism

Rõhu leevendusventiilid toimivad jõu tasakaalu põhimõttel:

Jõudude tasakaalu võrrand:F₁ (sisselaskejõu jõud) = F₂ (vedrujõud) + F₃ (seljatuge)

Kus:

F₁ = P₁ × A (sisselaskerõhk × efektiivne ketta piirkond)
F₂ = vedrukonstant × tihenduskaugus
F₃ = p₂ × a (seljatuge × ketta piirkond)

Tööjada:

Surve määrake:Klapp jääb suletuks, kui süsteemi rõhk
Pragunemisrõhk:Esialgne avamine toimub 95–100% -l määratud rõhust
Täisõste:Täielik ava 103–110% seatud rõhust (API kohta 526)
Surve uuesti:Ventiil sulgub 85–95% -l seatud rõhust (tüüpiline puhumine)

Peamised tehnilised parameetrid:

Parameeter	Määratlus	Tüüpiline vahemik
Survestama	Rõhk, milles klapp hakkab avama	10-6000 psig
Ülerõhk	Ülaltoodud rõhk määrab rõhk tühjenemise ajal	3-10% seatud rõhust
Puhumine	Erinevus seatud ja taasühenduse vahel	5-15% seatud rõhust
Tagumine rõhk	Klapi jõudlust mõjutav allavoolu rõhk	<10% seatud rõhust (tavapärane)
Voolukoefitsient (CV)	Klapi mahutavuse tegur	Varieerub suuruse/kujunduse järgi

Survekontrolli seadmete tüübid: tehnilised spetsifikatsioonid

1. Surveohutusventiilid (PSV) ja ohutusventiilid (SRV)

Tehnilised standardid:ASME BPVC Looja I & VIII, API 520/526

Vedruga koormatud kaitseventiilid

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

Mahutavuse arvutamine (gaasiteenus):W = CKDP₁KSHKV (M/T)

Kus:

W = nõutav võimsus (lb/h)
C = tühjenduskoefitsient
KD = tühjenduskoefitsiendi parandustegur
P₁ = määrake rõhk + ülerõhk (PSIA)
KSH = ülekuumenemise parandustegur
KV = viskoossuse parandustegur
M = molekulmass
T = absoluuttemperatuur (° R)

Pilootide juhitud ohutusventiilid (POSRV)

Eelised:Tihe väljalülitamine, suur maht, vähenenud vestlus
Rõhuvahemik:25 psig kuni 6000 psig
Täpsus:± 1% seatud rõhust
Rakendused:Suure mahutavusega gaasiteenus, kriitilised protsessirakendused

2. Rõhu vähendavad ventiilid (rõhuregulaatorid)

Tehnilised standardid:ANSI/ISA 75.01, IEC 60534

Otsetoimelised rõhuregulaatorid

Rõhu vähendamise suhe:Kuni 10: 1
Täpsus:± 5-10% seatud rõhust
Vooluvahemik:0,1 kuni 10 000+ gpm
Reageerimise aeg:1-5 sekundit

Suurus Valem:Cv = q√ (g/(Δp))

Kus:

CV = voolukoefitsient
Q = voolukiirus (GPM)
G = konkreetne gravitatsioon
ΔP = rõhu langus (psi)

Pilootide juhitav rõhk vähendavad ventiilid

Rõhu vähendamise suhe:Kuni 100: 1
Täpsus:± 1-2% seatud rõhust
Rangeability:100: 1 tüüpiline
Rakendused:Kõrge vooluga, kõrgsurve vähendamise rakendused

3. tagasurveregulaatorid ja kontrollventiilid

Funktsioon:Hoidke pidevat ülesvoolu rõhku, kontrollides allavoolu

Tehnilised spetsifikatsioonid:

Rõhuvahemik:5 psig kuni 6000 psig
Voolutegur:0,1 kuni 500+ CV
Täpsus:± 2% seatud rõhust
Materjalid:316 SS, Hastelloy C-276, Inconel 625

Tööstuslikud rakendused ja juhtumianalüüsid

Elektritootmine

Aurukatel kaitseventiilid (ASME I jaos)

Nõutav võimsus:Peab kogu tekitatud auru tühjendama, ilma et see ületaks 6% ülemäärast rõhust
Miinimumnõuded:Üks kaitseventiil katla kohta; Kaks ventiili> 500 ruutjalga küttepinna jaoks
Testimine:Käsitsi tõstmiskatse iga 6 kuu tagant (kõrgrõhk) või kvartal (madalrõhk)

Juhtumianalüüs: 600 MW elektrijaam

Peamine aururõhk: 2400 psig
Turvaklapi seatud rõhk: 2 465 psig (103% töörõhust)
Nõutav võimsus: 4,2 miljonit naela/h aur
Konfiguratsioon: mitu 8 "x 10" vedruga koormatud kaitseventiile

Nafta- ja gaasitööstus

Torujuhtme rõhu turvasüsteemid (API 521)

Kujundusrõhk:1,1 × maksimaalne lubatud töörõhk (MAOP)
Turvaklapi suurus:Põhineb maksimaalsetel eeldatavatel voolu- ja rõhustsenaariumidel
Materjalid:Hapu gaasiteenus nõuab NACE MR0175 vastavust

Juhtumianalüüs: maagaasi torujuhtmejaam

Töörõhk: 1000 psig
Turvaklapi seatud rõhk: 1100 psig
Mahutavuse nõue: 50 mMSCFD
Paigaldamine: 6 "x 8" piloodiga töötav ohutusventiil

Veetöötlus ja jaotus

Rõhu vähendamine klapijaamad

Sisselaske rõhk:150-300 psig (munitsipaalvarustus)
Väljalaske rõhk:60-80 psig (jaotusvõrk)
Vooluvahemik:500–5 000 gpm
Kontrolli täpsus:± 2 psi

Hüdrauliline arvutuse näide:

6 -tollise vee PRV jaoks, mis vähendab 200 psig -i 75 psigini 2000 gpm -ni:

Nõutav CV = 2000√ (1,0/125) = 179
Valige 6 "klapp CV = 185

Keemiline ja naftakeemiline töötlemine

Reaktori kaitsesüsteemid

Töötingimused:500 ° F, 600 psig
Reljeefstsenaariumid:Soojuspaisumine, põgenenud reaktsioonid, jahutusrike
Materjalid:Hastelloy C-276 söövitava teenuse jaoks
Suurus:Põhineb halvima stsenaariumi analüüsi API 521 kohta

Valikukriteeriumid ja tehnilised arvutused

Jõudlusparameetrid

Rõhuhinnangud (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 vähendamine:

ASME B16.5 temperatuurirõhu tabelite järgi tuleb kõrgendatud temperatuuride korral rõhu hinnang.

Materiaalse valiku juhend

Teenistus	Kehamaterjal	Sisustusmaterjal	Vedrumaterjal
Vesi	Süsinikteras, pronks	316 SS	Muusikajuhtme
Aur	Süsinikteras, 316 ss	316 ss, stelliit	Inconel X-750
Hapugaas	316 SS, dupleks SS	Stelliit, teadvuseta	Inconel X-750
Krüogeenne	316 ss, 304 ss	316 SS	316 SS
Kõrge temp	Süsinikteras, sulami teras	Stelliit, teadvuseta	Inconel X-750

Suuruse arvutused

Vedelate teenuste jaoks (API 520):

Nõutav ala:A = (Gpm × √g) / (38,0 × kd × kw × kc × √ΔP)

Kus:

A = nõutav efektiivne tühjenduspiirkond (IN²)
GPM = nõutav voolukiirus
G = konkreetne gravitatsioon
KD = tühjenduskoefitsient (0,62 vedelike jaoks)
KW = selja rõhu korrigeerimise tegur
KC = kombineeritud parandustegur
ΔP = seadistage rõhk + ülerõhk - tagarõhk

Gaasi/aurude teenuse jaoks (API 520):

Kriitiline vool:A = w/(ckdp₁kb)
Subkriitiline vool:A = 17,9w (tz/mkdp₁ (p₁-p₂) kb)

Paigaldus- ja hooldusstandardid

Paigaldusnõuded (ASME BPVC)

Turvaklapi paigaldamine:

Sisselasketorustik:Lühike ja otsene, vältige küünarnukke 5 toru läbimõõdu piires
Väljalaskeava torustik:Suurusega 10% tagarõhu maksimum
Paigaldamine:Vertikaalne eelistatav, horisontaalne toega vastuvõetav
Isolatsioon:Sisselaskeava keelatud plokkventiilid; vastuvõetav väljalaskeavas, kui see on lukustatud avatud

Rõhu vähendav klapi paigaldamine:

Ülesvoolu kurn:20-silma miinimum puhta teenuse jaoks
Möödasõit:Hooldus- ja hädaolukordade tegemiseks
Survemõõturid:Üles- ja allavoolu seire
Reljeefventiil:Allavoolukaitse ülerõhu eest

Hoolduse ajakava ja protseduurid

API 510 Kontrollinõuded:

Visuaalne ülevaatus:Iga 6 kuu tagant
Operatiivne test:Aastas
Mahutavuse test:Iga 5 aasta tagant
Täielik kapitaalremont:Iga 10 aasta järel või tootja soovituste kohta

Testimisprotseduurid:

Seadke rõhu test:Kontrollige avarõhku ± 3% piires seadistusest
Istme lekke test:API 527 IV klass (maksimaalselt 5000 cm/h)
Mahutavuse test:Voolu jõudlus vastab disaininõuetele
Tagasurve test:Hinnake jõudlust süsteemitingimustes

Ennustavad hooldusmeetodid

Akustiline emissiooni testimine:

Tuvastamine:Sisemine leke, istme kulumine, vedru väsimus
Sagedusvahemik:20 kHz kuni 1 MHz
Tundlikkus:Suudab lekeid tuvastada <0,1 gpm

Vibratsioonianalüüs:

Rakendused:Pilootklapi vestlus, kevadine resonants
Parameetrid:Amplituud, sagedus, faasianalüüs
Trendi:Ajaloolised andmed ebaõnnestumise ennustamiseks

Vastavusstandardid ja sertifikaadid

ASME katla ja survenuma kood

I jagu (võimsuse katlad):

Mahutavuse nõuded:Turvaventiilid peavad takistama rõhu tõusu> 6% üle seatud rõhku
Minimaalsed ohutusventiilid:Üks katla kohta, kaks, kui soojenduspind> 500 ruutjalga
Testimine:Käsitsi tõstmine iga 6 kuu tagant (kõrgrõhk) või kvartalis (madalrõhk)

VIII jaotis (survelaevad):

Relveajeseadmed:Kõik rõhuaed vajavad ülerõhu kaitset
Surve määrake:Mitte ületada kaitstud seadmete MAWP
Maht:Põhineb halvima stsenaariumi kohta API 521

API standardite rakendamine

API 520 (reljeefseadme suurus):

Ulatus:Hõlmab tavapäraseid, tasakaalustatud ja piloodiga töötavaid reljeefventiile
Suuruse meetodid:Pakub arvutusprotseduure kõigi vedelikutüüpide jaoks
Installimine:Määrab torustiku nõuded ja süsteemi integreerimise

API 526 (ääristatud terasest reljeefventiilid):

Kujundusstandardid:Mõõtmed, rõhu ja temperatuuri hinnangud
Materjalid:Süsinikteras, roostevabast terasest spetsifikatsioonid
Testimine:Tehase vastuvõtmise testi nõuded

API 527 (istmetele mõeldud tihedus):

I klass:Nähtavat leket pole
II klass:40 cm3/h tolli istme läbimõõt
III klass:300 cm3/h tolli istme läbimõõt
IV klass:1400 cc/h istme läbimõõdu tolli kohta

Rahvusvahelised standardid

IEC 61511 (turvainstrumenteeritud süsteemid):

SIL -i hinnang:Ohutuse terviklikkuse taseme nõuded rõhukaitse jaoks
Tõendite testimine:Perioodiline testimine ohutusfunktsiooni säilitamiseks
Rikete määr:Ohutussüsteemide maksimaalne lubatud rikkemäärad

Tõrkeotsingu ja ebaõnnestumise analüüs

Ühised tõrkerežiimid

Enneaegne avamine (keema):

Põhjused:

Sisselaskeavade kadu ületab 3% kindlast rõhust
Vibratsioon või pulsatsioon süsteemis
Praht klapiistmel
Pange töörõhule liiga lähedal rõhk

Lahendused:

Suurendage sisselaske torustiku suurust (kiirus <30 jalga/sek vedelike jaoks, <100 jalga/sek gaaside jaoks)
Paigaldage pulsatsiooni summuti
Puhas klapi iste ja ketas
Suurendage töö ja määratud rõhu vahelist marginaali (> 10%)

Avamata jätmine:

Põhjused:

Kevadine korrosioon või sidumine
Liigne seljarõhk (> 10% seatud rõhkust)
Ühendatud pistikupesa või tuulutus
Skaala või korrosioon liikuvatel osadel

Lahendused:

Asendage kevad, täiendusmaterjalid
Vähendage seljarõhku või kasutage tasakaalustatud klapi kujundust
Selged takistused, suurendage väljalaske torustiku suurust
Puhas ja määrige, kaaluge erinevaid materjale

Liigne leke:

Põhjused:

Istmekahjustus prahist või korrosioonist
Warped ketas termilisest tsüklist
Ebapiisav istmekoormus (kevadine väsimus)
Keemiline rünnak pindade pindadele

Lahendused:

Süle- ja ketaspinnad
Asendage ketas, parandage termilist disainilahendust
Asendage kevad, kontrollige seatud rõhku
Keemilise ühilduvuse täiendamise materjalid

Diagnostilised tehnikad

Voolu testimine:

Eesmärk:Kontrollige tegelikku vs disainimahtu
Meetod:Mõõda tühjendusvoog 110% -l määratud rõhust
Aktsepteerimine:± 10% projekteerimisvõimest API kohta 527

Metallurgiline analüüs:

Rakendused:Ebaõnnestumise uurimine, materiaalse valiku
Tehnika:SEM -analüüs, kareduse testimine, korrosiooni hindamine
Tulemused:Algpõhjuse määramine, materiaalsed soovitused

Majanduslik mõju ja kulude kaalutlused

Omandiõiguse kogumaksumus

Esialgne investeering:

Tavaline reljeefventiil:500–5000 dollarit sõltuvalt suurusest/materjalist
Pilootide juhitav klapp:2000–25 000 dollarit keerukate rakenduste jaoks
Paigalduskulud:25-50% seadme maksumusest

Tegevuskulud:

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