Какво прави клапанът за налягане?

Клапаните на налягане са основни устройства за безопасност, които контролират, регулират и облекчават налягането в течните системи. Това цялостно ръководство обхваща клапаните за намаляване на налягането, клапаните за намаляване на налягането, регулаторите на налягането и устройствата за контрол на налягането в индустриалните приложения.

Контролът на налягането е от решаващо значение при всяка система за обработка на системи или газове под налягане. Независимо дали се занимавате с парни котли, хидравлични системи или мрежи за разпределение на водата, клапаните под налягане служат като основен механизъм за безопасност, предотвратявайки катастрофални повреди и оптимизиране на работата на системата.

Какво е клапан за налягане? (Определение и основни функции)

Основни функции:

• Регулиране на налягането:Поддържа налягането в системата в предварително определени граници
• Защита на свръхналягане:Предотвратява повреда на оборудването, като освобождава излишното налягане
• Контрол на потока:Регулира потока на течността, за да оптимизира ефективността на системата
• Осигуряване на безопасността:Действа като последна линия на защита срещу неуспехи, свързани с натиск

Как работят клапаните за контрол на налягането: технически принципи

Основен механизъм за експлоатация

Клапанните за намаляване на налягането работят на принципа на баланса на силата:

Къде:

• F₁ = p₁ × a (налягане в входа × Ефективна дискова площ)
• F₂ = пружинна константа × разстояние на компресия
• F₃ = p₂ × a (Обратна налягане × дискова площ)

Оперативна последователност:

1. Зададено налягане:Вентилът остава затворен, когато системното налягане <зададено налягане
2. Налягане на напукване:Първоначалното отваряне настъпва при 95-100% от зададеното налягане
3. Пълен асансьор:Пълно отваряне при 103-110% от зададеното налягане (на API 526)
4. Налягане на резюме:Клапанът се затваря при 85-95% от зададеното налягане (типично издухване)

Основни технически параметри:

Видове устройства за контрол на налягането: технически спецификации

1. Защитни клапани на налягането (PSV) и предпазните клапани (SRV)

Технически стандарти:ASME BPVC Creator I & VIII, API 520/526

Заредени с пружини предпазни клапани

Къде:

• W = Необходим капацитет (LB/HR)
• C = коефициент на изхвърляне
• KD = Коефициент на коефициент на изхвърляне
• P₁ = зададено налягане + свръхналягане (psia)
• KSH = коефициент на корекция на Superheat
• KV = коефициент на корекция на вискозитета
• M = молекулярно тегло
• T = абсолютна температура (° R)

Пилотни клапани за облекчаване на безопасността (POSRV)

2. Клапани за намаляване на налягането (регулатори на налягането)

Технически стандарти:ANSI/ISA 75.01, IEC 60534

Регулатори на директно действие на налягане

Къде:

• CV = коефициент на потока
• Q = дебит (GPM)
• G = специфична гравитация
• ΔP = спад на налягането (psi)

ПИЛИТЕЛНИ ОПРЕДЕЛЕНИ РЕДАКЦИЯ НА НАЛЯГАНИЯ

3. Регулатори на задното налягане и контролни клапани

Функция:Поддържайте постоянно налягане нагоре по течението, като контролирате потока надолу по веригата

Индустриални приложения и казуси

Индустрия за производство на електроенергия

Предпазни клапани за парни котли (ASME секция I)

• Необходим капацитет:Трябва да изхвърля цялата пара, генерирана, без да надвишава 6% над зададеното налягане
• Минимални изисквания:Един предпазен клапан на котел; Два клапана за> 500 кв. Фута отоплителна повърхност
• Тестване:Ръчен тест за повдигане на всеки 6 месеца (високо налягане) или тримесечно (ниско налягане)

Нефтена и газова промишленост

Системи за безопасност на налягането на тръбопровода (API 521)

• Дизайнерско налягане:1.1 × Максимално допустимо работно налягане (MAOP)
• Оразмеряване на предпазния клапан:Въз основа на максимално очакваните сценарии за поток и налягане
• Материали:Сервизът за кисел газ изисква спазване на NACE MR0175

Обработка и разпределение на водата

Станции за намаляване на налягането

Химическа и нефтохимична обработка

Системи за защита на реактора

• Условия за работа:500 ° F, 600 psig
• Сценарии за облекчение:Термично разширение, реакции на бягство, повреда на охлаждане
• Материали:Hastelloy C-276 за корозивно обслужване
• Оразмеряване:Въз основа на анализ на най-лошия сценарий на API 521

Критерии за подбор и изчисления на инженерството

Параметри на производителността

Оценки на налягането (ASME B16.5):

Ръководство за избор на материали

Изчисления за оразмеряване

За течно обслужване (API 520):

Къде:

• A = Необходима ефективна зона за изхвърляне (In²)
• GPM = Необходим дебит
• G = специфична гравитация
• KD = коефициент на изпускане (0,62 за течности)
• KW = Коефициент на корекция на налягането на гърба
• KC = Коефициент на корекция на комбинация
• ΔP = зададено налягане + свръхналягане - задно налягане

За услуга за газ/пари (API 520):

Стандарти за инсталиране и поддръжка

Изисквания за инсталиране (ASME BPVC)

Инсталация на предпазен клапан:

• Входни тръбопроводи:Кратко и директно, избягвайте лактите в рамките на 5 диаметра на тръбата
• Тръбопроводи за изход:Размери за 10% максимум на налягането на гърба
• Монтаж:Вертикален предпочитан, хоризонтален приемлив с поддръжка
• Изолация:Блокови клапани, забранени във входа; Приемливо в изход, ако е затворен

Инсталиране на клапана за намаляване на налягането:

• Нагоре по течението:20-меша минимум за чисто обслужване
• Байпасна линия:За поддръжка и аварийна работа
• Данници за налягане:Наблюдение нагоре и надолу по веригата
• Релефен клапан:Защита надолу по веригата срещу свръхналягане

Графици и процедури за поддръжка

Изисквания за проверка на API 510:

• Визуална проверка:На всеки 6 месеца
• Оперативен тест:Ежегодно
• Тест за капацитет:На всеки 5 години
• Пълен ремонт:На всеки 10 години или на препоръки на производителя

Процедури за тестване:

• Задайте тест за налягане:Проверете налягането в отваряне в рамките на ± 3% от настройката
• Тест за изтичане на седалка:API 527 клас IV (максимум 5000 cc/hr)
• Тест за капацитет:Проверете производителността на потока отговаря на изискванията за дизайн
• Тест за обратно налягане:Оценете ефективността при системни условия

Технологии за прогнозна поддръжка

Тестване на акустични емисии:

• Откриване:Вътрешно изтичане, износване на седалката, изворна умора
• Честотен диапазон:20 kHz до 1 MHz
• Чувствителност:Може да открие течове <0,1 gpm

Анализ на вибрации:

• Приложения:Пилотен клапан бърборене, пружинен резонанс
• Параметри:Амплитуда, честота, фазов анализ
• Тенденция:Исторически данни за прогнозиране на отказ

Стандарти за съответствие и сертификати

Код на котела на ASME и съд под налягане

Раздел I (мощни котли):

• Изисквания за капацитет:Предпазните клапани трябва да предотвратяват повишаването на налягането> 6% над зададеното налягане
• Минимални предпазни клапани:Един на котел, две, ако отоплителна повърхност> 500 кв. Фута
• Тестване:Ръчно повдигане на всеки 6 месеца (високо налягане) или тримесечно (ниско налягане)

Раздел VIII (съдове под налягане):

• Изисквания за облекчение на устройството:Всички съдове под налягане изискват защита от свръхналягане
• Зададено налягане:Да не надвишава MAWP от защитено оборудване
• Капацитет:Въз основа на най-лошия сценарий на API 521

Изпълнение на стандартите на API

API 520 (оразмеряване на устройството за облекчение):

• Обхват:Покрива конвенционалните, балансирани и пилотни релефни клапани
• Методи за оразмеряване:Осигурява изчислителни процедури за всички видове течности
• Инсталация:Посочва изискванията за тръбопроводи и интеграцията на системата

API 526 (фланцирани стоманени релефни клапани):

• Стандарти за дизайн:Изисквания за размерите, оценки на натиск-температура
• Материали:Въглеродна стомана, спецификации от неръждаема стомана
• Тестване:Изисквания за тест за приемане на фабрика

API 527 (Търговска седалка):

• Клас I:Без видимо изтичане
• Клас II:40 cc/hr на инч диаметър на седалката
• Клас III:300 cc/hr на инч диаметър на седалката
• Клас IV:1400 cc/hr на инч диаметър на седалката

Международни стандарти

IEC 61511 (Инструментални системи за безопасност):

• SIL рейтинг:Изисквания за ниво на целостта на безопасността за защита на налягането
• Доказателство за тестване:Периодично тестване за поддържане на функция за безопасност
• Степента на отказ:Максимално допустими степени на отказ за системите за безопасност

Анализ на отстраняване на неизправности и отказ

Общи режими на отказ

Преждевременно отваряне (Simmer):

Причини:

• Загубите на входящи тръбопроводи надвишават 3% от зададеното налягане
• Вибрация или пулсация в системата
• Отломки на седалката на клапана
• Задайте налягане твърде близо до работното налягане

Решения:

• Увеличаване на размера на входните тръбопроводи (скорост <30 фута/сек за течности, <100 фута/сек за газове)
• Инсталирайте пулсационния амортисьор
• Почистена седалка и диск
• Увеличаване на маржа между експлоатационното и зададеното налягане (> 10%)

Ако не отворите:

Причини:

• Пружинна корозия или обвързване
• Прекомерно задно налягане (> 10% от зададеното налягане)
• Включен изход или отдушник
• Мащаб или корозия на движещи се части

Решения:

• Сменете пружинните материали за надграждане
• Намалете налягането на гърба или използвайте балансиран дизайн на клапана
• Ясни препятствия, увеличаване на размера на тръбопроводите на изхода
• Почистете и смажете, помислете за различни материали

Прекомерно изтичане:

Причини:

• Повреда на седалката от отломки или корозия
• Изкривен диск от термично колоездене
• Неадекватно натоварване на седалката (пружинна умора)
• Химическа атака върху уплътнителни повърхности

Решения:

• Седалка на обиколка и дискови повърхности
• Сменете диска, подобрете термичния дизайн
• Сменете пружината, проверете зададеното налягане
• Надграждане на материали за химическа съвместимост

Диагностични техники

Тестване на потока:

• Цел:Проверете действителния спрямо дизайнерския капацитет
• Метод:Измерете потока на изпускането при 110% от зададеното налягане
• Приемане:± 10% от дизайнерския капацитет на API 527

Металургичен анализ:

• Приложения:Разследване на отказ, избор на материали
• Техники:SEM анализ, тестване на твърдост, оценка на корозия
• Резултати:Определяне на първопричината, съществени препоръки

Икономическо въздействие и съображения за разходите

Обща цена на собственост

Първоначална инвестиция:

• Стандартен релефен клапан:$ 500-$ 5000 в зависимост от размера/материалите
• Пилотен клапан:2 000 до 25 000 долара за сложни приложения
• Разходи за инсталиране:25-50% от разходите за оборудване

Оперативни разходи:

• Загуби на енергия:Изтичащите клапани губят 1-5% от енергията на системата
• Поддръжка:200 до 2000 долара годишно на клапан
• Тестване и сертифициране:$ 500-$ 1500 на клапан на всеки 5 години

Разходи за неуспех:

• Повреда на оборудването:50 000 долара-