Адрес: 105678, г. Москва, Шоссе Энтузиастов, д. 55 (Карта проезда)
Время работы: ПН-ПТ: с 9.00 до 18.00, СБ: с 9.00 до 14.00

Подбор предохранительного клапана для системы отопления: Предохранительные клапаны — назначение, подбор, расчет пропускной способности

Содержание

Сложна ли настройка предохранительного (защитного) клапана котла?

Цены на услуги ЖКХ непрерывно растут. С этим ничего не поделаешь. Вода, отопление и электричество с каждым годом все дороже. Можно просто принять этот факт и платить все больше и больше. А можно немного подумать, оглядеться по сторонам и найти способ сэкономить. Использовать энергосберегающие лампы, заменить ванну на душ, установить индивидуальную систему отопления, в конце-концов.

Современные газовые котлы дают, во-первых, существенную экономию топлива (КПД таких устройств может доходить до 98%), во-вторых, позволяют полностью контролировать расходование этого газа. Имея систему индивидуального отопления вовсе не обязательно «отапливать улицу», если за окном вдруг потеплело до +15.

С другой стороны, индивидуальное отопление подразумевает и индивидуальную ответственность. Безопасный подвод газа и защитный клапан на котле, — эти вещи просто необходимы. Согласно сегодняшним нормативам, питающую подводку можно осуществлять только особым «бронированным» шлангом, распространенные в недавнем прошлом гибкие подводки запрещены. Также предохранительный клапан на котел купить потребуется, если такой клапан уже не предусмотрен в базовой комплектации.

Технически защитный клапан на котле представляет собой «взрывной клапан», открывающийся при превышении критического давления. По большому счету настройка предохранительного клапана котла заключается исключительно в его установке в систему отопления. Каждый конкретный клапан рассчитан на определенное давление, при котором он открывается. При этом сбрасывается излишек воды из системы отопления. В результате давление падает и оборудование не страдает.

Обычно резкое повышение давление происходит в двух случаях: температура воды (носителя) в системе отопления быстро повышается, либо в систему доливается слишком много воды. В том и другом случае могут пострадать и выйти из строя котел и расширительный бак. В результате прекращает работу вся система. Остаться зимой в неотапливаемом доме не очень приятно. Лучше сразу подстраховаться и напомнить себе предохранительный клапан на котел купить.

Клапан можно покупать как отдельно, так в комплекте так называемой «группы безопасности», включающей в себя сам клапан, воздухоотводчик и манометр. В любом случае, настройка предохранительного клапана котла заключается исключительно в правильном его подборе и правильной установке. Указанное в паспорте котла максимально допустимое давление и есть давление, при котором должен срабатывать защитный клапан. А устанавливать его нужно максимально близко к выходу из котла: в таком случае, сбросив минимальное количество горячего носителя, он быстро снижает давление до допустимого.

Переложив заботу о безопасности отопления на автоматику, можно спокойно отдыхать, не отвлекаясь на технические мелочи.

Расширительный бак, клапан, манометр для системы отопления, их подбор

Разрыв трубопровода, радиатора или котла давлением горячей воды– опасная и дорого обходящаяся авария. В системе отопления должны присутствовать устройства, которые устраняют вероятность такого происшествия. Рассмотрим подробнее, как правильно сделать самое главное, создать безопасность системы отопления, предотвратить превращение в бомбу.

Почему возникают поломки

Жидкость при нагревании увеличивается в объеме. Если она замкнута в системе труб, то просто разорвет их. Поэтому системы отопления снабжаются расширительным баком. При нагреве, объем воды, который оказывается лишним, перетекает в эту емкость.

Но в домашнем отоплении случается следующее, чего нужно не допустить:

  • Работа системы отопление без дополнительного расширительного бака вообще.
  • Бак маленького объема.
  • Повышение давления свыше норм с помощью накачки.
  • Отсутствие предохранительного клапана, или беспрепятственного слива с него.
  • Не проверка работоспособности клапана, его засорение.
  • Отсутствие манометра и визуального контроля.

Любая система отопления должна быть снабжена указанными устройствами. Они обязательны, и не являются возможностью сэкономить.

Автоматизированные котлы снабжаются манометром и предохранительным клапаном снаружи на штуцере подачи, а зачастую в них имеется и аварийный расширительный бак, помимо устанавливаемого рядом.

Предохранительный клапан

Небольшое устройство, сбрасывающее воду из системы отопления при превышении давления в ней. Обычно рабочее давление в системе отопления с автоматизированными котлами составляет 1,5 атм (в холодном состоянии) – 2,0 атм (в разогретом). Предохранительный клапан подбирается на давление срабатывания 3,0 атм.

Но ряд простых котлов твердотопливных от малоизвестных производителей предназначены для работы с меньшим давлением – 1,1 – 1,5 атм. Тогда требуется клапан на 1,8 атм, например, что указывается в инструкции от производителя.

Клапан обязательно врезается в подающую магистраль на выходе из теплообменника (из котла).
Его работоспособность проверяется при техническом обслуживании не реже раз в год, открытием с помощью рычага. Не допускаются частые срабатывания, устройство для этого не предназначено, и выйдет со строя, будет течь.

Обеспечение слива с предохранительного клапана

Обязательным условием безопасности является также и организация слива с клапана определенным образом. Здесь нормами являются:

  • Отвод струи в емкость или канализацию с помощи трубы.
  • Возможность визуального контроля за струей жидкости, возможно с помощью прозрачной колбы.
  • Сливная труба не должна иметь запорной арматуры, более одного уголка, и длины более 2,0 метра.

На практике чаще канализация в месте нахождения клапана отсутствует. Поэтому организация слива ограничивается трубкой надетой на штуцер клапана и ведущей к полу, так как и емкость тоже со временем убирают, но это не будет чем-то недопустимым…

Манометр

Применяется специальный манометр для бытовых систем отопления с максимальными показателями обычно в 4 атм.

С твердотопливным котлом манометр, вместе с предохранительным клапаном, а также и с автоматическим воздухоотводчиком устанавливается на едином отводе от подачи, в самой верхней точке системы – в группе безопасности.

В автоматизированных котлах манометры встроенные.

Все пользователи систем отопления должны следить за показаниями давления, принимать меры, в случае отклонений от нормы в большую или меньшую стороны.

Требования к установке – должен быть хорошо виден, не заслонятся ни с какого направления осмотра.

Перед включением манометра, клапана не допускается ни каких кранов.

Группа безопасности, где и как устанавливается

  • Некоторые модели твердотопливных котлов имеют специальный разъем для установки группы безопасности — манометра, воздушного клапана, аварийного клапана давления на одном тройнике. Тогда приборы должны быть установлены в соответствии с инструкцией к котлу.
  • Если разъема нет, значит группа безопасности устанавливается на подаче, на выходе из котла, до установки шарового отключающего крана. Недопустимо между аварийными приборами и твердотопливным котлом устанавливать шаровый кран.
  • Обычно выход подачи из котла является и самой верхней точкой системы. Здесь должен быть установлен воздушный клапан.
  • Давление срабатывания аварийного клапана обычно 3 атм. Манометр должен быть хорошо виден. Подтекание воздухоотводчика допустимы для отдельных маделей, устраняется разборкой и очисткой игольчатого клапана.

Типы расширительных баков

Расширительные баки могут быть открытыми (атмосферными) или закрытыми, работающими под давлением. Первый применяются в самотечных системах отопления, давление в которых не повышенное, а жидкость просто вытесняется при нагревании в открытую емкость.

Некоторые доисторические котлы, могут работать только при атмосферном давлении с открытыми расширительными баками, тогда предохранительный клапана и манометр в системе не устанавливаются.

Сейчас рекомендуется создавать только замкнутые системы отопления с принудительной циркуляцией. Для них выбираются мембранные, работающие под давлением.

Как устроен мембранный бак

Устройство для предупреждения сверхнормативного повышения давления в системе отопления разделяется мембраной из прочной технической резины на две половины. Одна предварительно накачивается воздухом. В другой находится теплоноситель, который может сжимать воздух при расширении жидкости.

Со стороны системы отопления находится штуцер для подключения, со стороны воздушной половины – воздушный ниппель под обычный автомобильный насос.

Расширительные баки внешне похожи гидроаккумуляторы для водопроводной сети, у которых вода попадает только в грушу из пищевой резины и не контактирует с другим частями.

Чаще окрас устройств для технических нужд и отопления – красный. Для пищевой воды – синий. Но это не обязательно, и отличить устройства точно можно разве что по характеристикам.

  • Для воды – давление до 12 атм, для отопления – только до 4 атм.
  • Для воды – температура до 80 град, для отопления – уже до 120 град.

Какой бак для отопления выбрать

Важно отличить бак для отопления от гидроаккумуляторов. Мало проконсультироваться с продавцом, желательно и самостоятельно разобраться в вопросе.

Второй нюанс выбора – какой объем нужен? Это важно, малый объем (более дешевое устройство) не справится с поддержанием давления в норме и оно будет опасно повышаться.

Рекомендуется, в том числе и производителями котлов, не озадачиваться какими-то сложными расчетами и подобрать бак исходя из объема залитого теплоносителя.

Паспортный объема расширительного бака должен быть не меньше 1/10 от системы отопления. Но здесь могут быть некоторые проблемы с определением этого значения – вычислить его не просто. Тогда лучше слить систему и померять в грубом приближении просто ведрами.
Чаще выбираются устройства объемом 6 – 15 литров.

Особенности установки

Есть определенные требования к установке расширительного бака.

  • Устройство устанавливается всегда так, чтобы воздушная камера была сверху. Если произойдет растрескивание резины, что обычное явление, то устройство останется работоспособным – воздух будет вверху заполнять свой объем.
  • Подключается обычно к обратной магистрали, отводом подальше от насоса. Нормирования по этому вопросу нет, но специалисты не рекомендуют устанавливать на подаче, где пульсация давления от нагрева и насоса выведет мембрану из строя скорейшим образом.

Какое давление в баке, как эксплуатируется

После установки производится накачивание бака воздухом до давления на 0,2 меньше, чем в холодной системе отопления, — обычно до 1,3 атм. После чего система заливается теплоносителем до давления 1,5 атм. Но как указывалось, для некоторых котлов могут быть меньшие ограничения, установленные производителем.

Во время эксплуатации, при уменьшении давления в системе отопления, прежде всего проверяют давление в воздушной камере расширительного бака и накачивают его при необходимости, приводя таким образом систему отопления в норму.

Но часто падение давление будет слишком ощутимым, и возобновить его с помощью накачки невозможно. Это происходит скорее не потому что есть течь, а вследствие выхода растворенного в теплоносителе воздуха через воздухоотоводчик.

Систему просто нужно долить до нормы.

Таким образом подобранные и установленные бак, манометр и клапан обеспечат нормальную эксплуатацию системы отопления.

Е.И. Калинин. Как подобрать предохранительный клапан? (Часть 1)

Е.И. Калинин. Как подобрать предохранительный клапан? (Часть 1)…

Предлагаю сначала разобраться: что такое предохранительный клапан, для чего он нужен и зачем его вообще подбирать? Может, стоит взять самый красивый и установить его?

Предохранительный клапан (определение ГОСТ Р 52720) – это такая трубопроводная арматура, которая защищает (собственно, поэтому он и предохранительный) оборудование, если там вдруг повысится давление (оно, повышенное давление, нам совершенно ни к чему). Делает он это, открывшись в нужный момент (собственно, поэтому он и клапан) и выпустив то самое «ненужное» давление, а после этого сам в нужный момент закроется

(давление закрытия). Как же это происходит? Тут нет никакой магии. В клапане есть пружина, которая при нормальном ходе работы (давление перед клапаном рабочее) своей силой закрывает проход (золотник плотно прижат к седлу), и ничего никуда не сбрасывается. Но если вдруг давление начинает расти, у пружинки уже не хватает сил, чтобы удержать его, и клапан открывается (давление начала открытия), давление сбрасывается.

Теперь что касается подбора клапана. Предохранительные клапаны бывают разного размера – от совсем маленьких до настоящих гигантов, в такой можно даже спрятаться (номинальный диаметр предохранительных клапанов составляет от 10 до 400 мм, в РФ же

наиболее часто встречаются клапаны от 25 до 200 мм). Предохранительные клапаны делятся еще и по давлению, на котором можно их использовать (номинальное давление) – ведь у одних стенки совсем тонкие, а пружинки совсем слабенькие, а у других толстенные стены, а пружины очень жесткие. Нетрудно догадаться, что такое разнообразие неслучайно и нужно для того, чтобы обеспечить потребности самых разных объектов и производств. Вот тут-то и возникает необходимость правильно выбрать предохранительный клапан, потому что если поставить «неправильный», то в лучшем случае мы услышим шипение (не будет обеспечена необходимая герметичность), а в худшем – «БА-БАХ!» (произойдет разрушение защищаемого объекта).

Теперь пришло время узнать, как же выбирать предохранительный клапан. Хочу сразу предупредить, что «принцип арбуза» тут не подходит и стучать по клапану не следует. А следует внимательнейшим образом прочесть опросный лист (документ, содержащий технические и прочие требования на разработку и (или) поставку трубопроводной арматуры). При этом не существует какой-то идеальной формы опросного листа. На завод поступают самые разнообразные опросные листы, составленные и заполненные проектными институтами, конечными потребителями, посредниками и прочим разным людом. Нередко в таких опросных листах содержатся противоречивые требования и ошибки (к сожалению, с этим ничего не поделаешь), и приходится «расшифровывать тайные послания».

Один из главных параметров, на который стоит обратить внимание в опросном листе – это аварийный расход среды, который должен обеспечить клапан при его полном открытии, GA или, как часто говорят, пропускная способность предохранительного клапана. Вот тут самое время вспомнить о «кладезе знаний» любого инженера, то есть нормативно-технической документации: сейчас нас интересуют ГОСТ 12.2.085-2002 и ГОСТ 31294, ведь именно там прописаны формулы, по которым нужно считать – но об этом чуть позже. Именно эта величина напрямую влияет на то, какой клапан нам нужно будет выбрать.

Порядочные инженеры при этом используют размерность «килограмм в час» (кг/ч) (физический смысл этой величины – масса рабочей среды, которая способна выйти из предохранительного клапана при его полном открытии в течение часа). Тут следует еще внимательно посмотреть, о чем идет речь: о жидкости (вода, нефть и прочие журчащие среды), о газе (тут в основном народное достояние – природный газ) или о водяном паре (важно при расчетах не перепутать его с народным достоянием, ибо в «кладезях знаний» – ГОСТ 12.2.085-2002, ГОСТ 31294 – даются разные формулы и есть опасность нарваться на вариант «БА-БАХ»).

Еще очень интересно то, что в опросных листах с рабочей средой «природный газ» часто указывают аварийный расход, выраженный в единицах нм³/ч (произносится как «нормальный кубический метр в час»). Нормальный кубический метр – особая единица измерения, традиционно используемая для природного газа. Физический смысл нормального кубометра – это кубический метр газа при температуре 0°C (273,15 К) и давлении 101325 Па (0,101325 МПа=1,03323 кгс/см2). Также для природного газа употребляется единица измерения стм³/ч – стандартный кубический метр в час. Физический смысл стандартного кубометра – это кубический метр газа при стандартных условиях, указанных в ГОСТ 2939-63, то есть при температуре 20°C (293,15 К) и давлении 101325 Па (0,101325 МПа=1,03323 кгс/см2).

В указанных случаях для расчета массового потребного аварийного расхода необходимо знать плотность газа при нормальных и, соответственно, при стандартных условиях. Если заказчик не приводит таких данных (а иногда и приводит), то придется предположить, что плотность газа при нормальных и при стандартных условиях – примерно 0,85 кг/м³ (по данным всемирной паутины, плотность природного газа при указанных условиях находится в «вилке» 0,72-0,85 кг/м³, порядочные инженеры всегда берут наибольшее значение плотности, дабы перестраховаться). Например, если заказчик указал потребный аварийный расход 20 000 нм³/ч, то GA=20 000*0,85=17 000 кг/ч. Ну, как-то так. После того, как эта ценнейшая цифра найдена, следует двигаться дальше, и тут пора вспомнить о формулах.






Тут надо углубиться в вопрос и поговорить еще об очень важных для нас величинах. Это:





Тут есть одна очень приятная вещь: эти данные мы уже знаем, так как они являются важными характеристиками клапанов и приведены в еще одном культовом писании (Технические условия). В общем-то, дальше все довольно просто. Нужно посчитать, достаточно ли имеющихся у нас аF (речь идет именно о произведении этих величин) для того, чтобы обеспечить уже известные G (может ли через принятое сечение седла выйти необходимое количество среды). Казалось бы, что на этом месте можно уже закончить повествование, но тут начинается самое интересное и непредсказуемое, а именно:





Что же нам рассказывает «кладезь знаний» об этих чудных соучастниках расчетов?




На первый взгляд кажется, что это «полный абзац», но при более внимательном рассмотрении получается, что тут фигурирует всего пара (о Р1 мы еще подробно поговорим) неизвестных, это:





Первый, как правило, указывают в опросниках, а второй вполне можно найти в справочнике по теплотехнике или посчитать по формуле.





И если «порядочный инженер» забьет эти формулы в тот же Excel, то расчет будет весьма прост. Ну, а если опросный лист откровенно «кривой», то на худой конец В1 можно взять и из таблиц.





Тут все совсем просто. На моей памяти ни разу не было случая, когда условие b≤bкр не выполнялось, поэтому смело принимаем В2 равным 1 и спим спокойно. Кстати, если уж говорить о беспроблемных коэффициентах, то и B4 – определяют по таблице А.2 (для идеального газа В4=1).

Тут даже варианта с формулами нет. Примитив.











А вот тут в «кладезе знаний» произошел системный сбой, и, по моему скромному мнению, использовать эти формулы следует вот так.





Кстати, углубленное изучение не российских каталогов и стандартов это суждение подтверждает. Ну и, опять же, если есть сомнения или опросный лист совсем беспросветен, то можно взять значения из таблиц.
Что можно сказать еще? Есть еще тройка «помощников», не зная которых в лицо, общей картины не сложить.





Тут ничего не добавишь, кроме того, что частенько значение можно увидеть в опросном листе. R – газовая постоянная
R определяют по таблице А.1

Помимо указанной таблицы, порядочный инженер может найти R еще вот так:






Все достаточно несложно.
Нам осталось обсудить всего пару величин, это:





Что тут можно сказать? Очень много, на самом деле. Потому что давление – это как раз то, от чего предохранительный клапан и защищает. Тут нужно поговорить и о рабочем давлении, и о расчетном давлении, и о том, что такое давление начала открытия (или, как его часто называют, установочное), а еще о давлении закрытия. И самое главное – о том, как они соотносятся между собой.


Продолжение вы можете найти здесь

Опубликовано в «Вестнике арматуростроителя» № 2 (30) 2016

Размещено в номере: «Вестник арматуростроителя № 2 (30) 2016

Предохранительный клапан в системе отопления, сбросной

Каким может быть предохранительный клапан в системе отопления?

Резкое повышение давления в отопительных сетях может возникнуть при различных обстоятельствах, что представляет угрозу для элементов системы и здоровья людей. Чаще такие ситуации возникают при горячем водоснабжении,  работе систем водяного отопления и паровых котлов. Поэтому для обеспечения бесперебойной работы используют такой важный элемент как предохранительный клапан в системе отопления, который сбрасывает непредвиденные нагрузки и регулирует в трубах водяные потоки. Правильная установкаэтого устройства служит обеспечением надежного функционирования водяного отопления, чтопредусмотрено нормативными документами. Обеспечение главных принципов проводится при учете мощности и рабочего давления:

Предохранительное устройство может устанавливаться в разных местах, при этом назначение его не меняется. Системы отопления им обеспечиваются на трубопроводе после котла, а для обеспечения определенного уровня мощности, производят монтаж двух дублирующих устройства.

Обеспечение клапаном систем по снабжению горячей водойпроизводится на выходе вверху бойлера.

Требуется соблюдение важного условия при устройстве системы с водяным отоплением, чтобы между трубой магистрали и клапаном отсутствовали другие устройства.

Сбросный патрубок присоединяется к существующему трубопроводу определенного диаметра, а выводится  в канализацию или другое определенное для этой цели место.

Бывают муфтовые латунные клапаны, обеспеченные резьбой с двух сторон, прокладка имеется только на входной стороне. Механизм обеспечен пружиной, которая удерживает шток, а он в свою очередь при определенном давлении утапливаеться и открывает проход. Благодаря опрессовке после сборки, такой недорогой предохранитель имеет довольно долгий срок службы.

Чаща всего для изготовления сбросного предохранительного клапана системы отопления используется латунь, также он обеспечен нержавеющей пружиной из стали и тарелкой штоком, выполненным из термостойкого материала, после циркуляционного насоса в контур производится его монтаж. Принцип его действия заключается в том, что вода осуществляет давление на тарелку, а она, сжимая пружину, открывает проход. При достижении высокого давления, тарелка дожимает до предохранительного штока, а тот в свою очередь открывает наружный выход.

Предохранительный клапан по сравнению с предохранительным клапаном

В обрабатывающей промышленности эти два термина используются взаимозаменяемо, хотя они различаются по своему действию. Предохранительные и предохранительные клапаны предотвращают избыточное давление в промышленных процессах. Хотя они предназначены для одной и той же задачи, они различны в том, как они этого достигают. Прочтите еще одну статью о том, как выбрать предохранительные и предохранительные клапаны, а также их размеры.

Что такое предохранительный клапан?

Предохранительные клапаны рассматриваются как крайняя мера безопасности.Они встречаются на электростанциях, нефтехимических установках, котлах и многом другом. Предохранительные клапаны — это отказоустойчивые устройства, которые автоматически останавливают повышение избыточного давления выше определенного предела. Если заданное значение достигнуто, предохранительный клапан полностью откроется до тех пор, пока оно снова не опустится ниже заданного значения.

Для получения дополнительной информации о предохранительных клапанах прочитайте нашу подробную статью о предохранительных клапанах.

Что такое предохранительный клапан?

Предохранительный клапан, также известный как предохранительный клапан, представляет собой устройство, которое снижает давление для предотвращения повреждения системы.Их функция заключается в защите чувствительного к давлению оборудования от повреждений, вызванных избыточным давлением. Они имеют решающее значение в системе давления, чтобы избежать отказов системы. Чтобы предотвратить отказ системы, давление должно поддерживаться ниже заданного расчетного предела. Каждый предохранительный клапан имеет уставку, при которой он начинает открываться и начинает предотвращать избыточное давление.

Для получения дополнительной информации о предохранительных клапанах прочитайте нашу подробную статью о предохранительных клапанах.

Разница между предохранительными клапанами и предохранительными клапанами

Различие между клапанами сброса давления и предохранительными клапанами заключается в трех основных аспектах: их назначении, работе и заданном значении.

Назначение

Первое различие между ними заключается в их назначении. Целью предохранительного клапана является поддержание давления в системе в установленных пределах для предотвращения избыточного давления. Предохранительные клапаны предназначены для предотвращения повреждений из-за условий избыточного давления. Предохранительные клапаны имеют отказоустойчивое назначение. Их основная цель – защита имущества, окружающей среды и, в первую очередь, людей.

Операция

Второе отличие заключается в их работе. Открытие предохранительных клапанов прямо пропорционально увеличению давления после уставки.Закрытие клапана также происходит постепенно. Предохранительные клапаны сразу же открываются при достижении заданного значения. Он предназначен для максимально быстрого сброса опасного избыточного давления в системе. Предохранительные клапаны обычно используются для жидкостей, таких как масло или вода. Предохранительные клапаны обычно используются для сжимаемых газов, таких как воздух или пар.

Уставка

Третье основное отличие заключается в уставке. Во-первых, обратите внимание, что заданное значение не следует путать с заданным давлением.Уставка (давление срабатывания) — это давление, при котором клапан начинает открываться. Уставка обычно устанавливается ниже условий избыточного давления и выше уровня рабочего давления. Предохранительные клапаны уже открываются на небольшую величину до достижения заданного значения и резко открываются при заданном значении или при заданном значении после заданного значения. Предохранительные клапаны начинают открываться только при заданном значении.

Сравнительная таблица: предохранительный клапан и предохранительный клапан


Ежемесячный информационный бюллетень Tameson

  • Для кого: Тебе! Существующие клиенты, новые клиенты и все, кто ищет информацию о контроле жидкости.
  • Почему Ежемесячный информационный бюллетень Tameson: Он четкий, без всякой чепухи и раз в месяц содержит актуальную информацию об отрасли управления жидкостями.
  • Что в нем: Объявления о новых продуктах, технические статьи, видеоролики, специальные цены, отраслевая информация и многое другое, на что вам нужно подписаться, чтобы увидеть!
Подписаться на рассылку

Размеры предохранительных клапанов для закрытых систем охлажденной воды

Размеры предохранительных клапанов для систем отопления хорошо задокументированы ASHRAE, кодами котлов и производителями продукции, такими как Bell & Gossett.Методы определения размеров предохранительных клапанов для систем охлажденной воды найти непросто. Как вы оцениваете этот небольшой страховой полис, клапан сброса давления охлажденной воды? Ниже приводится метод определения размеров, созданный еще в 1996 году для информационного бюллетеня, который я назвал The Deppmann Connection.

Каждая закрытая гидравлическая система должна иметь компрессионный или расширительный бак. Одной из целей бака является поддержание давления в системе под контролем. Клапан сброса давления предназначен для сброса давления в случае переполнения бака водой, выхода из строя мочевого пузыря или отключения бака от системы.Эти системы заполняются водой или смесью воды и гликоля Dow.

Чтобы увеличить давление при выключенном насосе, мы должны добавить тепло.

Откуда берется тепло?

Тепло в системе охлажденной воды поступает от условий окружающей среды. Когда чиллер отключается в конце сезона или из-за неисправности, воздух, окружающий трубу, и наружный воздух, дующий через змеевики, добавляют к воде БТЕ. Эти БТЕ вызывают повышение температуры, которое, в свою очередь, пытается повысить давление.

Перекачка BTUH из трубопроводной системы

Первая проблема – это просто тепло, полученное от нагрева трубы окружающим воздухом. Предположим, что труба изолирована в соответствии со стандартами ASHRAE 90. 1-2013, которые также являются энергетическим кодексом штата Мичиган. Таблица 6.8.3.2 говорит нам, что проводимость должна быть 0,21-0,27 BTU-in/h-°F-FT 2 . Если я использую наихудший случай 0,27 и предположу, что у меня есть миля 8-дюймовой трубы, общая сумма составит около 700 000 BTUH. Предохранительный клапан модели 790-100 компании B&G имеет размер ¾ дюйма и пропускную способность более 2 миллионов BTUH!

 

BTUH Перенос с катушек

Количество BTUH, добавленное в систему трубопроводов, будет соответствовать формуле:

А — поверхность теплопередачи изолированной трубы.U — скорость теплопередачи, а LMTD — среднелогарифмическая разница температур воздуха и воды в змеевике блока кондиционирования воздуха (AHU).

Площадь катушек фиксирована. Значение U останется довольно постоянным, если предположить, что насосы и вентиляторы работают, а чиллер выключен. Таким образом, LMTD является фактором, определяющим теплопередачу BTUH. По мере нагревания воды в трубе LMTD падает, а теплопередача BTUH падает. Таким образом, наихудшим случаем будет первое отключение чиллера.

Когда чиллер выключен, а вентиляторы и насосы включены, температура воды будет увеличиваться по мере прохождения через змеевик кондиционера. Вода будет пытаться расшириться, поскольку она нагревается воздухом. Если расширительный бачок отсутствует или поврежден, давление будет нарастать. После этого предохранительный клапан сработает, чтобы защитить систему. Насколько большим должен быть предохранительный клапан?

Скорость потока, проходящего через змеевики, будет иметь объемное расширение на основе GPM через них или расширения в минуту. Каждый раз, когда вода проходит через змеевики, средняя температура в системе повышается, и происходит соответствующая попытка увеличения объема.Мы должны убедиться, что предохранительный клапан может уменьшить объемное расширение, чтобы избежать роста давления.

Давайте посмотрим на нелепый пример, чтобы прояснить ситуацию. Предположим, у нас есть система охлажденной воды на 3000 тонн с ∆T 10°F. Предположим, что чиллер выключен, расширительный бак поврежден, вентиляторы дуют, а наружная температура составляет 100°F. Это много и !

Расход будет 7200 галлонов в минуту.

Подумайте о формуле расширительного бака.Расширение воды минус расширение трубы, умноженное на объем системы. 7200 галлонов в минуту подвергнется попытке увеличения объема с 45°F до 55°F. Это расширение будет происходить каждую минуту, когда 7200 галлонов нагреваются на 10°F в змеевиках. Если предохранительный клапан откроется при манометрическом давлении 100 фунтов на кв. дюйм, а мы начнем с манометрического давления 60 фунтов на кв. дюйм, будет предпринята попытка расширения примерно на 5,6 галлона в минуту.

Давление не превысит 100 фунтов на квадратный дюйм, если предохранительный клапан может сбросить более 5.6 галлонов в минуту. Предохранительный клапан модели B&G 790-100-3/4” делает свое дело.

Модель B&G Площадь потока Расход
790-30 0,52 70 гал/мин
790-50 0,52 80 гал/мин
790-100 0,52 120 гал/мин

 

Другим явлением, которое часто упускают из виду, является то, что в ту минуту, когда предохранительный клапан дует со скоростью более 5 галлонов в минуту, вступает в действие еще один фактор.Редукционный клапан предназначен для поддержания очень низкого расхода подпиточной воды. Это просто для макияжа. Максимальная скорость потока B&G B7-12 составляет около 5 галлонов в минуту. Если мы сбросим больше, чем восполним, в трубе будет воздух. Этот воздух в трубе будет действовать как расширительный бачок. В этом примере будет добавлено 20 галлонов воздуха, что приведет к контролируемому давлению.

Понятно, что серия 790 Bell & Gossett, настроенная на необходимое вам давление, должна защищать большинство систем, с которыми мы сталкиваемся. Для получения дополнительной информации о предохранительных клапанах серии 790 посетите страницу ASME Relief Valve Model 790 на веб-сайте B&G.

На следующей неделе в «Monday Morning Minutes» R. L. Deppmann начнется серия статей о расширительных баках и размерах.

Размер предохранительного клапана

Крейг Спирс

10 ноября 2015 г.

Клапаны сброса давления

используются для защиты оборудования от чрезмерного избыточного давления. Предохранительные клапаны надлежащего размера обеспечат необходимую защиту, а также позволят избежать проблем с чрезмерным расходом, в том числе: возможного повреждения клапана, ухудшения производительности, недостаточного размера выпускного трубопровода и систем обработки сточных вод, а также более высоких затрат.

Многие сценарии могут привести к повышенному давлению в сосуде, и каждый сценарий может привести к другому размеру клапана. Обычно рекомендуется провести несколько тематических исследований, чтобы найти наиболее консервативный размер. Некоторые типичные случаи включают:

  • неконтролируемая реакция,
  • потеря охлаждения,
  • тепловое расширение жидкости или
  • внешний пожар.

В любом из этих сценариев давление будет увеличиваться до тех пор, пока не будет достигнуто заданное давление сброса, после чего откроется клапан сброса давления, снижая давление по истечении времени оборота.Первым шагом при определении размера предохранительного клапана в ProMax является определение сценария, который вы хотите смоделировать.

Размер предохранительного клапана в ProMax выполняется как анализ потока. В любой поток в ProMax может быть добавлен один или несколько анализов размеров предохранительных клапанов, поэтому при желании можно изучить несколько случаев в одном потоке.

1. Выберите стандартный предохранительный клапан

Существует множество различных стандартов для определения размеров предохранительных клапанов, в каждом из которых используются разные допущения, что дает разные результаты. Например, API 520, один из наиболее цитируемых стандартов, предполагает как механическое, так и термодинамическое равновесие, а также постоянные фазовые свойства во время разгрузки. В качестве альтернативы стандарт EN ISA 4126 учитывает термодинамическое неравновесие. В настоящее время ProMax поддерживает шесть различных наборов стандартов размеров предохранительных клапанов:

.
  • ASME API RP520 (7-е издание, январь 2000 г.) – США
  • EN ISO 4126 – Европа
  • AD Merkblatt A2 – Германия
  • DIN 3320 – Германия
  • ТРД 421 – Германия
  • BS 6759 — Соединенное Королевство
2.Выберите подходящий тип клапана

Затем необходимо выбрать соответствующий тип сброса давления, так как размер зависит от выбранного типа устройства сброса давления. Работа обычного подпружиненного предохранительного клапана основана на балансе сил: нагрузка пружины задана так, чтобы прикладывать силу, противоположную по величине силе давления, оказываемой жидкостью на другой стороне, когда она находится под заданным давлением. Когда давление жидкости превышает установленное давление, сила давления превышает силу пружины, и клапан открывается.Любое обратное давление (давление ниже по потоку) аддитивно к силе пружины; если это противодавление меняется, то будет меняться и давление, при котором открывается клапан. Сильфоны используются для поддержания постоянного давления сброса, несмотря на колебания противодавления. Предохранительные клапаны разрывной мембраны не закрываются повторно после срабатывания; предпочтение обычно следует отдавать устройствам повторного включения для обеспечения безопасности и надежности. Наиболее распространенные типы клапанов включают:

  • Обычный — подпружиненный предохранительный клапан, на рабочие характеристики которого непосредственно влияет изменение противодавления.
  • Обычный + разрывной диск — Обычный клапан с разрывным диском.
  • Уравновешенный сильфон — подпружиненный предохранительный клапан с сильфоном для минимизации влияния противодавления на рабочие характеристики клапана.
  • Уравновешенный сильфон + разрывной диск — Уравновешенный сильфонный клапан с разрывным диском.
  • Пилотный клапан — клапан сброса давления, в котором основное предохранительное устройство или главный клапан объединены с автоматическим вспомогательным клапаном сброса давления (пилотом) и управляются им.
  • Пилотный клапан + разрывной диск — Пилотный клапан с разрывным диском.
  • Только разрывная мембрана — клапан с устройством сброса давления без повторного закрытия, приводимым в действие статическим перепадом давления между входом и выходом.
3. Установите температуру сброса

Температура сброса определяется сценарием сброса давления, который вы выбрали для моделирования, и должна быть температурой жидкости в момент ожидаемого открытия клапана. ProMax предполагает, что температура сброса будет текущей температурой потока, однако, если ваш конкретный сценарий требует ее корректировки, ее можно перезаписать непосредственно в диалоговом окне анализа.

4. Установите давление сброса

Давление сброса обычно определяется защищаемым оборудованием и рассчитывается как Давление сброса = заданное давление + избыточное давление . По умолчанию ProMax использует давление потока как заданное давление и 10% избыточное давление , но их можно изменить для вашего анализа.

Давление настройки

Максимальное максимальное допустимое Установочное давление для предохранительного устройства равно максимально допустимому рабочему давлению (МДРД) сосуда для сосудов, защищенных одним предохранительным устройством. MAWP устанавливается в соответствии с определенной температурой, максимально допустимой рабочей температурой (MAWT). По мере увеличения МДРД МДРД уменьшается из-за снижения прочности металла при более высоких температурах.

Однако вместо этого предохранительные устройства обычно настроены на открытие при расчетном давлении.В некоторых случаях расчетное давление равно МДРД, но никогда не превышает его. В тех случаях, когда MAWP точно не установлен, расчетное давление может быть использовано в качестве установленного давления.

Заданное давление обычно дается в единицах манометрического давления, поэтому любое Противодавление добавляется к заданному давлению и избыточному давлению для расчета Давление сброса в абсолютных единицах. Противодавление включает в себя как постоянное добавочное давление ниже по потоку, так и любое накопленное противодавление из-за сброса жидкости из предохранительного устройства через трубопроводы и систему обработки ниже по потоку.

Избыточное давление

Избыточное давление обычно выражается в процентах от заданного давления . Для предохранительных клапанов с пружинным приводом небольшая утечка происходит при 92-95% давления , и для достижения полного подъема необходимо достаточное избыточное давление. Предохранительные клапаны, сертифицированные ASME, должны достигать полной номинальной производительности при избыточном давлении 10 % или менее.

Примечание: Аналогичный термин, накопление давления, основан на МДРД, а не на установленном давлении.В случаях, когда заданное давление равно МДРД, избыточное давление и накопление давления одинаковы. Допустимое накопление для сосудов под давлением, защищенных одним предохранительным устройством, составляет 110 % МДРД, за исключением сценариев воздействия пожара, где допускается 121 %. При использовании нескольких предохранительных устройств для сценариев, не связанных с пожаром, допустимое накопление составляет 116 %.

5. Определение требуемого массового расхода

Значением по умолчанию для этого параметра является массовый расход потока в моделировании, но его можно установить на желаемое значение для конкретного сценария.

6. Просмотрите результаты — эффективная площадь выброса

После того, как вы определили свой аварийный сценарий и указали условия сброса и скорость потока, а также соответствующий стандарт, ProMax рассчитает эффективную площадь сброса. Это значение используется для выбора предохранительного клапана соответствующего размера.

7. Как ProMax рассчитал это?

Хотя отверстие часто используется для описания минимального проходного сечения, суженного в клапане, расчеты геометрии и площади сброса более подходящим образом моделируются на основе идеального (изоэнтропического) сопла.Выражение для массового потока (G n ) в идеальном сопле получается непосредственно из уравнения Бернулли в сопле:

где P 1 — давление на входе в клапан, P — давление жидкости, P n — давление на выходе, и – плотность на выходе из сопла.

Массовый баланс в любой точке сопла диктует, что массовый расход постоянен: В этом уравнении u n — скорость жидкости в горловине сопла, A n — площадь горловины, p , u и A — плотность, скорость и проходное сечение, соответственно, в любой точке сопла.Плотность жидкости уменьшается по мере ее прохождения через сопло из-за уменьшения давления. Кроме того, проходное сечение уменьшается по мере сужения сопла, достигая минимального значения A n в горле. Скорость u , затем должна увеличиться и достигает в горловине u n . Скорость увеличения скорости больше, чем скорость уменьшения плотности, поэтому поток массы достигает максимума в горловине.

Для данного массового расхода определяется для конкретного аварийного сценария, минимальная требуемая площадь ( A min ) рассчитывается при максимальном потоке массы, что, как было определено, происходит на горловине сопла. Реальные клапаны не являются идеальными форсунками, поэтому коэффициент расхода K D равен используется для учета разницы между предсказанным идеальным соплом и фактическим массовым потоком в клапане.

K D (Коэффициент расхода)

Коэффициент расхода, K D , может быть рассчитан ProMax или указан непосредственно в документации поставщика.

G n (массовый поток)

Однофазные и двухфазные потоки часто встречаются в различных сценариях рельефа. Из-за большого количества переменных, связанных со свойствами жидкости, распределение флюидных фаз, взаимодействие и трансформация фаз, определение размеров двухфазного сценария рельефа значительно сложнее, чем однофазного. Расчет массового потока зависит от типа стравливающей жидкости:

Однофазный поток жидкости

Для жидкостей с постоянной плотностью уравнение Бернулли сводится к Это уравнение справедливо для полностью турбулентного потока, когда скорость потока не зависит от вязкости жидкости. Для потоков с низким числом Рейнольдса (высокая вязкость) значения можно умножить на поправочный коэффициент.

Однофазный пар

Для потока пара используемое уравнение зависит от того, является ли расход критическим или подкритическим. Когда давление ниже по потоку снижается, скорость и массовый поток в горловине увеличиваются; в конце концов поток массы достигает максимального значения при дросселированном или критическом давлении потока. Субкритический поток является функцией давления как на входе, так и на выходе, тогда как дросселированный поток является функцией только условий на входе.

Критерий дроссельного течения для идеального газа может быть задан как , где k — изоэнтропический коэффициент (C p /C v ) .

Критический поток: Докритический поток:

Мигающий двухфазный поток

Жидкость испаряется по пути уменьшения давления, и ее паросодержание увеличивается.

Немигающий замороженный двухфазный поток

Застывший поток возникает, если сосуд изначально содержит как газ, так и нелетучую жидкость (например, сосуд с прокладкой из инертного газа), поэтому он течет с постоянным качеством (массовая доля пара) без значительного испарения или конденсации.

Вспышка двухфазного течения с влиянием неконденсирующихся газов

Этот тип потока часто встречается в дозирующих устройствах при химической обработке и при выборе размеров предохранительных клапанов, где присутствуют как неконденсирующиеся, так и конденсирующиеся (вскипающие) компоненты. сосуществовать (т.г., реакционная смесь гидрирования, содержащая газообразный водород и органический раствор при повышенном давлении).

Общие допущения для двухфазного потока:

Механическое равновесие — Это предполагает, что две фазы текут с одинаковой скоростью без проскальзывания между фазами. Хотя в литературе существует множество моделей для оценки проскальзывания как зависит от свойств жидкости и условий течения, в условиях сброса давления им часто пренебрегают из-за высокой степени турбулентности и перемешивания.

Термодинамическое фазовое равновесие — Обычно предполагается, что газообразная или паровая фаза находится в локальном термодинамическом равновесии с жидкой фазой, что означает, что свойства смеси зависят только от локального температура, давление и состав. Когда давление падает до давления насыщения жидкости, мгновенно происходит вскипание, если предполагается термодинамическое равновесие. Тем не менее, мигает обычно не происходит мгновенно, и в течение этого периода жидкость может пройти несколько дюймов в сопле клапана при типичных условиях сброса давления.

Скрытая теплота на входе — Этот термин является оценкой, используемой при выборе предохранительных клапанов для двухфазных систем жидкость/пар, когда в системе содержится менее 0,1 мас. % H 2 , номинальный диапазон кипения менее 150°F и находится далеко от критической точки. Важно отметить, что истинная «скрытая теплота» — это свойство чистого компонента, и расширение определения на многокомпонентную смесь требует принятия допущений.Таким образом, существует несколько методов аппроксимации скрытой теплоты, и анализ размера предохранительного клапана следует методологии стандартов. Например, стандарт API 520 определяет «скрытую теплоту» как разница между удельными энтальпиями пара и жидкости при входной температуре и давлении начала насыщения для переохлажденных жидкостей, а также при входной температуре и входном давлении для двухфазного испаряющегося потока.

ПРИМЕЧАНИЕ: Расчетное «скрытое тепло» в анализе НЕ ДОЛЖНО использоваться для пожарного предохранительного клапана. Сценарии размеров.Вместо этого ProMax предоставляет инструмент сброса давления, полезный для таких случаев.

Расчет теплоты парообразования — Расчет теплоты парообразования является альтернативой расчету скрытой теплоты с использованием метода периодической дистилляции. Этот расчет генерирует псевдомгновенную теплоту парообразования. значения совокупного количества пара, выкипавшего из системы. Значения генерируются для указанного количества Приращений теплоты парообразования от 0% до указанного Теплоты парообразования Максимальная молярная доля .Минимальное из этих значений сообщается как Минимальная дифференциальная теплота парообразования .

ССЫЛКИ

Большое спасибо доктору Угуру Гунеру за его вклад в эту статью.

Американский нефтяной институт (2000 г.). Определение размеров, выбор и установка устройств для сброса давления на нефтеперерабатывающих заводах, API 520 , 7 th Edition

Кроул, Д. , Типлер, А.С. (2013). Калибровка устройств сброса давления, CEP

Дарби, Р., Мейллер, П.Р., Стоктон, Дж.Р. (2001). Выберите лучшую модель для двухфазного определения рельефа, Прогресс химического машиностроения, , том 97, № 5, стр. 56.

Дарби, Р., Селф, Ф. Е., Эдвардс, В. Х. (2002). Правильно подобрать размер предохранительных клапанов для двухфазного потока, Engineering Practice

Леунг, Дж. К. (1986). Упрощенные уравнения размеров вентиляционных отверстий для требований к аварийному сбросу в реакторах и резервуарах для хранения, , журнал AICHE, Vol.32, №10

Леунг, Дж. К. (1990). Обобщенная корреляция для двухфазного однородного потока без вспышки, Transactions of ASME, Vol. 112

Леунг, Дж. К., Эпштейн, М. (1991). Мигающий двухфазный поток, включая влияние неконденсируемых газов, Journal of Heat Transfer, Vol. 113/269

Шмидт, Дж., Иган, С. (2009). Примеры подбора предохранительного клапана для двухфазного потока, Chem. англ. Технол., Том. 32, № 2, 263-272

Избегайте ловушек системы сброса давления | AIChE

Прежде чем приступить к проектированию системы сброса давления, обратите внимание на эти распространенные ошибки при определении сценариев избыточного давления, выполнении расчетов размеров и установке системы в полевых условиях.

Ошибки при проектировании и установке устройств сброса давления (PRD) и соответствующих им систем сброса давления (PRS) создают риск.Например, неполная документация сбивает с толку, создает неприятные переделки и может поставить объект под угрозу цитирования. Неправильный выбор и установка оборудования также могут представлять реальную угрозу безопасности.

Как неопытные, так и опытные инженеры неизбежно совершают или обнаруживают ошибки в какой-то момент своей карьеры. Если в разработке ССБ допущена ошибка, мы должны извлечь урок из этой ошибки и сообщить об этом знании. Эта статья поможет вам распознать распространенные причины, размеры и ошибки при установке, а также устранить ненужный риск при первой же возможности.

Начните с фундаментального уровня

Рис. 1. Легче контролировать стоимость, безопасность процесса и другие факторы в начале процесса проектирования, чем на заключительных этапах проекта.

Поговорка «Наиболее эффективное и действенное снижение или устранение риска достигается на самом раннем этапе и на самом фундаментальном уровне», может применяться практически к любой дисциплине и любой ситуации, включая безопасность процессов и сброс давления Системный дизайн.В любом проекте существует наименьший риск (например, , финансовый, безопасность и т. д.) и максимальный контроль над изменениями в самом начале; обратное становится верным в конце проекта (рис. 1).

Чтобы обнаружить и устранить недостатки конструкции и установки, вы должны понимать физические компоненты PRS, а также реализацию системы. Другими словами, понять общую картину. В этой статье сначала описываются потенциальные ловушки, обнаруженные на ранних этапах общей картины, когда мы имеем наибольшее влияние на результат проектирования. Затем в нем рассматриваются подводные камни, обнаруженные на более поздних этапах проектирования и после установки.

Перед началом работы ССБ

Несмотря на мнение об обратном, организации не просят инженеров разрабатывать ССБ, чтобы скоротать время; работа целеустремленная и важная для безопасной эксплуатации объектов. Точно так же, как использование тупого ножа для нарезки мяса увеличивает риск, обращение к неразумному инженеру спроектировать PRS увеличивает риск. Остаются острыми! Инженеры, которым не хватает знаний или которые считают, что разработка ССБ — это кропотливая работа, будут разрабатывать системы, подверженные риску.Инженеры и супервайзеры должны задавать себе ключевые вопросы, чтобы выявить потенциальные подводные камни и обострить свой ум, если обнаружится тупость.

Инженер. Для целей этой статьи предположим, что инженером является любой участник, выполняющий задачи, связанные с проектированием PRS или PRD. Независимо от того, отвечает ли инженер за отдельное проектное задание или за весь проект «от колыбели до могилы», перед началом работы он должен задать следующие вопросы:

  • Каков объем работ? Объем работ предусматривает специфику и граничные условия.
  • Зачем этому учреждению нужен этот PRS или этот PRD? Интеллектуальное убеждение себя в необходимости PRS заставит вас быть более добросовестным во время работы.
  • За какие задачи я буду отвечать? Знание своей роли и ролей других предотвращает двойную работу и упущения.
  • Знаю ли я, как выполнять эту работу? Предыдущий опыт не всегда является обязательным условием, но вы должны быть в состоянии определить шаги, необходимые для выполнения задачи.
  • К кому мне обратиться, если у меня есть вопросы? Даже самым опытным инженерам нужен кто-то еще, с кем они могут обсуждать идеи и задавать вопросы.Не бойтесь задавать вопросы — так вы учитесь.
  • Какие рабочие документы необходимы? Ознакомьтесь с кодами, стандартами, практиками и правилами, используемыми вашим предприятием или организацией для обеспечения согласованности и соответствия конструкций, например код ASME для сосудов высокого давления ASME VIII (1) и стандарт Американского института нефти для систем сброса давления, API 521 (2) .

Супервайзер. Супервайзер отвечает за управление инженерами и их работой, но может также выступать в качестве отдельного участника, выполняя задачи, подобные тем, которые выполняет инженер.

В дополнение к предыдущим вопросам, перед началом работы руководитель также должен задать следующие вопросы:

  • Могу ли я ответить на вопросы? Перегруженный руководитель препятствует свободному обмену информацией внутри группы; надзорные органы должны делегировать обязанности для предотвращения узких мест.
  • Правильные ли задачи выполняют нужные люди? В то время как очевидно, что младший инженер не должен выполнять сложную задачу, такую ​​как сценарий отказа градирни, в первый день, менее очевидно, что ваш старший инженер-технолог не должен сосредотачиваться на инженерных задачах младшего уровня, таких как заполнение спецификаций для жидкостные тепловые предохранительные клапаны.

Организация. По моему опыту, некоторые организации выполняют проектирование, установку или обслуживание PRS лучше, чем другие. Некоторые из лучших сотрудников имеют несколько общих характеристик:

  • Статус программы добровольной защиты OSHA (VPP) (3) . Предприятие получает статус VPP, когда оно превышает минимальные требования Управления по охране труда и здоровья США (OSHA). Это обозначение указывает на коллективную заинтересованность объекта в безопасной и соответствующей требованиям эксплуатации от высшего руководства до отдельных участников.
  • специальный персонал PRS. Наличие персонала, занимающегося проектированием, установкой и обслуживанием ССБ, помогает гарантировать, что институциональные знания поддерживаются, а проектирование и установка ССБ выполняются последовательно. Организация, в которой сотрудники сосредоточены только на единичных операциях, или где сотрудники не знакомы с отраслевыми стандартами, такими как API 521, не будут столь же эффективны в обслуживании своих систем сброса давления.
  • эффективная система управления изменениями (MOC). Хорошая программа MOC активно привлекает персонал, ответственный за разработку PRS.
  • сильная междисциплинарная командная работа. Строительство и техническое обслуживание PRS требует совместной работы представителей различных дисциплин и ремесел, включая инженеров-технологов, проектировщиков трубопроводов, монтажников трубопроводов, инспекторов и других специалистов. Во многих организациях есть все эти типы людей, но если нет установленного протокола общения или командной работы для поддержки межфункциональных усилий, будет сложно эффективно создавать или поддерживать PRS.

Некоторые объекты, не подпадающие под действие правила OSHA (4) по управлению безопасностью процессов (PSM), должны, тем не менее, иметь внутренний эквивалент для соответствия PSM. В противном случае у них может не быть ни системы, показывающей, почему и где существуют ССБ, ни внутреннего стимула обращать внимание на свои ССБ.

Конечно, эти качества не гарантируют успеха, а их отсутствие не обрекает организацию на провал.

Определение сценариев избыточного давления

Первым шагом в разработке ССБ является определение сценариев избыточного давления и уточнение каждого сценария с помощью рационализации.Например: Сценарий А применим, потому что огонь вскипит жидкое содержимое этого сосуда; Сценарий B неприменим, так как нет источника давления выше по течению, которое может превысить расчетное давление защищаемой системы.

Если вы предполагаете, что сценарий применим, хотя на самом деле это не так, ваш PRD будет рассчитан на непредвиденные обстоятельства, которые никогда не произойдут. С другой стороны, игнорирование применимого сценария может привести к риску, поскольку требования к размеру PRD не реализованы. В оставшейся части этого раздела рассматривается последний случай и рассматриваются некоторые часто упускаемые из виду сценарии.

Засорение выпускного отверстия и переполнение. Обратный клапан может заклинить в закрытом состоянии и не пропускать поток. Или он мог быть установлен задом наперёд и открываться не в ту сторону. Любая из этих ситуаций может привести к переполнению и избыточному давлению.

Давление в головке центробежного насоса следует рассчитывать на основе максимально возможного давления всасывания, а не нормального давления на входе. Никогда не рассчитывайте мертвое давление только на основе полного динамического напора насоса при нулевом расходе — давление всасывания необходимо добавить к общему динамическому напору, чтобы обеспечить правильный размер предохранительного устройства.

Центробежные насосы, работающие в горячем состоянии, могут работать по-разному при холодном пуске, когда выпускные отверстия чаще забиваются, чем при нормальных условиях эксплуатации. Ищите насосы, которые работают при очень высоких температурах (например, , 400–700°F), и сравните удельный вес жидкости (SG) при рабочей температуре с ее SG при температуре окружающей среды.

Давление насоса прямо пропорционально удельному весу жидкости. Например, предположим, что насос имеет максимальное давление всасывания 100 фунтов на квадратный дюйм при любых обстоятельствах и максимальный общий динамический напор 425 футов. Предположим также, что он перекачивает жидкость, имеющую горячую рабочую удельную плотность 0,6 и холодную окружающую удельную плотность 0,8. Мы можем рассчитать абсолютное давление насоса для горячих и холодных условий:

Полный динамический напор можно преобразовать в давление:

, где Δ p — давление в фунтах на квадратный дюйм, ч — напор насоса в футах, 2,304 — коэффициент преобразования единиц измерения.

Таким образом, можно рассчитать горячий и холодный напор:

Горячий напор = 100 фунтов на квадратный дюйм + (425 футов × 0.6/2,304) = 211 фунтов на кв. дюйм, ман.

Холодный перепускной патрубок = 100 фунтов на кв. но это будет применяться в условиях холодного запуска.

Не путайте объемный насос или компрессор с динамической машиной, такой как центробежный насос или осевой компрессор. В то время как заблокированная динамическая машина может продолжать работать, не вызывая избыточного давления, сценарии с заблокированным выпускным отверстием почти всегда применимы к машинам объемного типа, которые работают, перемещая фиксированный объем жидкости с заданной скоростью. Объемные машины втягивают жидкость в фиксированный объем, а затем выталкивают жидкость, не допуская одновременного входа или обратного потока. В условиях заблокированного выпускного отверстия сжимаемые жидкости (газы и пары) будут продолжать накапливаться в фиксированном объеме нагнетания до тех пор, пока не накопится столько жидкости, что давление в конечном итоге превысит механические ограничения машины. Несжимаемые жидкости (жидкости) гораздо менее щадящие, поскольку дальнейшее сжатие жидкости практически невозможно.

Тепловой и материальный дисбаланс (охлаждение, нарушение обратного потока и т. д.). Учитывайте энтальпию (тепло) потоков, входящих и выходящих из системы защищенных колонн, а не только функции нагрева и охлаждения. Например, предположим, что некоторые теплообменники верхнего погона перестают работать, но их остаточная холодопроизводительность составляет 20 млн БТЕ/ч, а ребойлер имеет постоянную, но сокращенную производительность 19 млн БТЕ/ч. Вы можете предположить, что облегчение не требуется, поскольку режим охлаждения превышает режим обогрева. Однако сырьевой поток может быть насыщен энтальпией, склоняя чашу весов в сторону жизнеспособного сценария избыточного давления.

Рассмотрим защищенную колонную систему, расположенную после другой колонной системы ( например, дебутанизатор после депропанизатора). В случае сбоя нагрева на входе более легкие компоненты на входе могут перемещаться вниз по потоку в систему с более низким давлением, что может привести к скоплению неконденсирующихся примесей, засорению выпускного отверстия для пара и другим нарушениям. Вы должны изучить все эти сценарии избыточного давления при разработке PRS.

Отказ автоматического управления. Клапан управления может выйти из строя в любом положении. Никогда не предполагайте, что регулирующий клапан выйдет из строя только в положении, указанном на схеме трубопроводов и КИПиА (P&ID). Закон Мерфи — все, что может пойти не так, пойдет не так — применим к регулирующим клапанам.

Многие клапаны регулирования расхода, давления и температуры представляют собой запорные клапаны, которые обеспечивают значительно большее сопротивление потоку, чем задвижки, дроссельные и шаровые клапаны. Однако не все регулирующие клапаны являются запорными клапанами. Поскольку символы регулирующих клапанов иногда неоднозначны на P&ID, инженеры могут ошибочно принять один тип клапана за другой, что может привести к недооценке серьезности сценария или вообще упустить применимость сценария.

Сценарий прорыва газа (, т. е. прорыв пара) обычно происходит, когда система клапана контроля уровня жидкости выше по потоку выходит из строя и уровень жидкости снижается, что позволяет газу или пару под высоким давлением течь через жидкостную линию в нижнюю — система давления ниже по течению.

Каждый из этапов этого сценария должен быть оценен: Во-первых, проверьте запасы жидкости вверх и вниз по течению. Во-вторых, размер переполнения жидкостью, который может произойти, если запас жидкости выше по потоку превысит пустой объем ниже по потоку.Затем размер вытеснения жидкости, которое могло бы произойти, если бы газ или пар под высоким давлением поступали в расположенную ниже по потоку систему, заполненную жидкостью (выталкивая жидкость с объемной скоростью, с которой поступает газ или пар). Затем размер возможного выброса газа, который мог бы произойти, если бы вся жидкость была вытеснена. Обратите внимание, что прорыв газа не будет предотвращен, если система ниже по потоку будет сначала переполнена жидкостью выше по потоку из-за неисправного регулятора уровня — действительно, это сначала создаст сброс жидкости, за которым следует вытеснение жидкости, прежде чем, наконец, станет прорывом газа.

Непреднамеренное открытие клапана (включая обратный поток). Байпасы регулирующих клапанов обычно представляют собой задвижки. Это может не повлиять на применимость конкретного сценария, но повлияет на серьезность сценария, поскольку задвижки, как правило, имеют гораздо меньше ограничений, чем регулирующие клапаны. Байпасные задвижки могут пропускать значительно больше жидкости под высоким давлением в систему с более низким давлением, чем их аналог регулирующего клапана. В дополнение к непреднамеренному открытию байпаса многие проектировщики учитывают одновременное 100% открытие регулирующих клапанов и их байпасов в сценарии отказа регулирующего клапана, что подчеркивает, насколько серьезен отказ байпаса по сравнению с отказом регулирующего клапана.

Поскольку проверка непреднамеренного открытия клапана в коллекторах или резервуарных парках является утомительной задачей, инженер может легко пропустить сценарий просто из-за умственной усталости. Рассмотрите подход к этим сценариям, сначала определяя источники избыточного давления, а не клапаны, которые можно открыть.

Обратные клапаны часто упускают из виду как источники обратного потока, потому что многие инженеры предполагают, что они не открываются с ошибкой ( т.Однако обе эти ситуации случаются, и стандарт API 521 (2) рекомендует инженерам рассмотреть этот сценарий. Отказ обратного клапана может остаться незамеченным во время нормальной работы, что также известно как латентный отказ.

Химическая реакция. При определении сценариев избыточного давления учитывайте все возможные химические реакции. Если у вас или вашего руководителя нет опыта или ресурсов, необходимых для определения размеров сброса реактивной системы, обратитесь за помощью к сторонним организациям. Никогда не игнорируйте реактивную химию.

Пожар. Учтите, что близлежащий огонь может вызвать избыточное давление в интересующем сосуде или резервуаре. Проверьте расстояние до возможных источников огня и определите тепловое излучение, которое может произвести огонь.

Жидкости с высоким давлением паров могут быстро испаряться при атмосферном давлении вместо того, чтобы скапливаться на земле. Если эти жидкости просачиваются через сломанные фитинги, фланцы или отверстия, они могут вызвать струйное возгорание. Существует распространенное мнение, что предохранительные клапаны не могут защитить от струйных пожаров, поскольку струйные пожары имеют очень узкую направленность и вызывают только локальный нагрев с быстрым разрушением стенки сосуда.Однако это наихудший сценарий; струйные пожары могут рассеивать тепло на большой площади поверхности, что может вызвать сценарий избыточного давления в столкнувшемся сосуде. Рекомендации и формулы из API 521 (2) могут помочь вам рассчитать тепловложение для такого сценария.

Добавление PRD к сосуду, который может столкнуться с струйным огнем, может обеспечить сброс давления до катастрофического отказа сосуда.

Неисправность теплообменника. Всегда проверяйте максимально допустимое рабочее давление (МДРД) другого оборудования и трубопроводов, подсоединенных к теплообменнику.В случае течи или разрыва трубки в теплообменнике сторона высокого давления не должна создавать избыточное давление на стороне низкого давления теплообменника. Однако трубопроводы и оборудование, подключенные к стороне низкого давления теплообменника, могут быть подвержены избыточному давлению.

Размер устройства сброса давления

После того, как вы определили возможный сценарий избыточного давления, вы должны выбрать PRD соответствующего размера. В то время как общие ошибки при определении сценария избыточного давления носят концептуальный характер и их легко не заметить, проще предотвратить и выявить ошибки при определении размера PRD из-за его количественного характера.

Размеры API и ASME. Как правило, клапаны сброса давления рассчитываются с использованием уравнений, приведенных в API 520, часть 1 (5) , которые принимают несколько разные формы в зависимости от сбрасываемой фазы жидкости.

Чтобы определить площадь рельефа для звукового потока пара или газа:

, где A — площадь рельефа, W — расход, C — функция отношения удельных теплоемкостей идеального газа ( C p и C v ), K d — эффективный коэффициент расхода по API, P 1 — давление сброса на входе, b — поправочный коэффициент пропускной способности противодавление, K c — комбинированный поправочный коэффициент для установок с разрывной мембраной перед предохранительным клапаном (PRV), T — температура сброса пара или газа, Z — коэффициент сжимаемости для пара или газа, а M — молекулярная масса пара или газа.

Для определения площади сброса для потока жидкости:

где Q объемный расход, K w поправочный коэффициент пропускной способности для противодавления, K v 9005 G 1 — удельный вес жидкости при температуре разгрузки, а P 2 — общее противодавление.

Для определения площади рельефа для двухфазного потока:

где G – массовый поток.

Все эти уравнения расчета можно привести к общей форме пропорциональности:

где K – коэффициент расхода. В форме пропорциональности можно использовать любой непротиворечивый набор единиц.

Предварительный размер может быть рассчитан с использованием установленных API эффективных площадей отверстий и эффективного коэффициента расхода ( K d ). Но API 520, часть 1, рекомендует определять окончательный размер и выбирать его с использованием фактической площади и номинального коэффициента расхода, которые часто можно получить из ссылки. 6 (известный как ASME Redbook NB-18).

При выборе предохранительного клапана никогда не смешивайте значения ASME со значениями API. Смешивание этих значений в расчетах может привести к переоценке производительности PRD, что может привести к разрыву сосуда во время события избыточного давления (таблица 1).

4

9 × K α W

Note

4

2

Таблица 1. Смешение значений API и ASME может привести к завышению производительности устройства сброса давления. Эти значения относятся к предохранительному клапану давления 2″×J×3″.
Действующий A API = 1.287 в 2 (PER API Standard 526 (7) )

Эффективный газ K D = 0,975

Фактический A ASME A ASME = 1.496 в 2 (на NB-18 )

рейтинг газ K ASME K ASME = 0,86 (на NB-18)

4

Значения API 1. 287 × 0.975 = 1.2555 Консервативные емкости потока
1.496 × 0.86 = 1.2866 Номинальная емкость
A AP I и Gas K ASME 1.287 × 0.86 = 1.1068 Достыша от 14%
A ASME AS K D 1.496 × 0.975 = 1,4586 Емкость завышена на 13%!

Предположим, что предохранительный клапан давления (PSV) имеет 2-дюймовый клапан. входное соединение, отверстие API J и 3-дюймовый. выходное соединение; это называется PSV 2 ″ × J × 3 ″. Многие PSV используют это обозначение для обозначения относительного размера (, например, 3″×K×4″, 8″×T×10″). Таблица 1 показывает, что самый высокий риск возникает, когда фактическая площадь отверстия ( A ASME ) используется с коэффициентом расхода газа API ( K d ), поскольку пропускная способность PRD будет завышена — i .е., PRD будет малогабаритным. Малогабаритный PRD не будет сбрасывать столько, сколько должен, что может привести к избыточному давлению, превышающему допустимое накопленное давление оборудования, и привести к потере герметичности.

Эти типы перепутывания случаются чаще, когда PSV не является стандартным клапаном; например, полнопроходной клапан или другой клапан, не обозначенный буквой API. Избегайте соблазна использовать фактическую площадь, указанную производителем, со значением K d , указанным в API 520 во время предварительного определения размеров.

Путаница в проклейке жидкости может представлять меньший риск, поскольку значения для жидкости K ASME , как правило, выше, чем для жидкости API K d , но, тем не менее, следует избегать путаницы.

Подводные камни при расчете параметров жидкостного сценария

До 1980-х годов не существовало различий между жидкостными и паровыми запорными клапанами, используемыми в системах сброса — большинство клапанов предназначались для паров. Сценарии с жидкостью, как правило, не могли привести к полному открытию уравнительного клапана для паров до тех пор, пока не было достигнуто примерно 25% избыточного давления.После 1986 г. клапаны жидкостной запорной арматуры были сертифицированы на полное открытие при избыточном давлении 10 %.

Существует распространенное заблуждение, что обычные или сильфонные клапаны приспособлены для работы как с паром, так и с жидкостью (код , т. е. с двойным затвором). Не думайте, что отсечной клапан для пара может сбрасывать жидкость так же хорошо, как и аналогичный отсечной клапан для жидкости. Только некоторые клапаны имеют эту характеристику двойного трима; наиболее широко используется регулирующий пилотный предохранительный клапан. Обычные и сбалансированные сильфонные клапаны с двойным затвором встречаются крайне редко.

Если клапан оснащен затвором для пара (, т.е. не сертифицирован для жидкости), его пропускная способность для жидкостей должна быть снижена с использованием коэффициента K p , который равен 0,6 для 10% избыточного давления. сценарии. В противном случае емкость может быть завышена на 66% и более!

Подводные камни при выборе размера для сценария с паром

Клапаны с жидкостной затвором имеют геометрию, которая позволяет им правильно открываться для сценариев с избыточным давлением жидкости. Хотя уравнительные клапаны для жидкости также будут открываться для паровых сценариев, коэффициент расхода газа для жидкостного уравнительного клапана не будет идентичен коэффициенту расхода аналогичного уравнительного клапана для пара.Нет опубликованного консенсуса в отношении коэффициента расхода газа, скорректированного для клапанов с жидкостной запорной арматурой, но продолжается обсуждение в Проектном институте систем аварийного сброса AIChE (DIERS), а также в Подкомитете API по системам сброса давления (SCPRS). .

Широко распространено мнение и принято считать, что обычные или сильфонные клапаны с жидкостной затвором будут иметь такой же коэффициент расхода газа, что и аналогичный запорный клапан для пара, но это не всегда так. Коэффициент расхода газа в жидкостном клапане будет снижен по сравнению с его эквивалентом в паровом клапане ( i.е. , K d будет меньше 0,975 для пара, проходящего через жидкостный клапан).

Следите за клапанами с жидкостной отсечкой на уровне или близком к их пропускной способности для сценариев с паром и помните, что в этих ситуациях пропускная способность может быть завышена.

Коэффициент сжимаемости

PRD для жидкостей с коэффициентом сжимаемости ( Z ) за пределами диапазона 0,8–1,1 следует определять с использованием метода прямого интегрирования, описанного в приложении B к API 520, часть 1 (5) , поскольку стандартный метод определения размера пара для критического потока не всегда подходит для этих условий. В то время как стандартные уравнения определения размеров паров учитывают сжимаемость только при давлении на входе в PRD, метод прямого интегрирования следует за поведением жидкости (плотность , т. е. ) вдоль изэнтропического пути расширения по мере того, как она сбрасывает давление через сопло PRD от давления на входе до давления на выходе. . Последний подход может обеспечить более точное предсказание поведения жидкости и, следовательно, расхода через PRD.

Большинство современных программ направляет пользователей к применимым уравнениям, если сжимаемость жидкости выходит за пределы установленного диапазона.Размеры старых установок могли быть рассчитаны с использованием неправильного метода или формул. Часто неправильные формулы определения размеров применяются, когда дизайнеры используют более простые инструменты определения размера, такие как расчеты на обратной стороне салфетки и электронные таблицы Excel.

Эта ловушка не так распространена для установок, размер или повторная валидация которых проводилась в течение последних десяти лет. Имейте в виду, что более мелкие или старые объекты со многими услугами по газу и пару под высоким давлением, скорее всего, использовали традиционный размер пара, а не прямую интеграцию, поэтому завышенная оценка пропускной способности клапана, вероятно, является проблемой только там, где установленные устройства соответствуют или близки к их возможностям.

Выбор размера для двухфазного сценария: переохлажденный вход, выход мгновенного испарения

Выбор правильной начальной температуры сброса жидкости важен, поскольку она может значительно повлиять на последующее мгновенное испарение. Технологическая жидкость может быть переохлаждена на входе в предохранительное устройство, а затем начать быстрое вскипание по мере сброса давления через PRD в систему утилизации (или атмосферу).

Например, предположим, что сосуд под давлением содержит насыщенную воду, обычно имеющую температуру 300°F (рабочее давление 52 фунта на кв. дюйм), и имеет выход PRD в атмосферу, установленный на 100 фунтов на квадратный дюйм. Однако тот же сосуд может работать при температуре до 326°F (83 фунта/кв. дюйм изб.). Если переполнение жидкостью является допустимым сценарием избыточного давления, у инженера может возникнуть соблазн определить размер PRD, используя нормальную рабочую температуру (300°F). Когда жидкая вода выходит из PRD и попадает в атмосферу, она вскипает, потому что точка кипения при атмосферном давлении составляет приблизительно 212°F. Однако количество миганий зависит от начальной температуры. На самом деле количество испарения (объем жидкости, которая превращается в пар) будет больше, если начальная температура разгрузки составляет 326°F.Поскольку требования к объемному расходу и размеру PRD выше при большем количестве вскипаний, целесообразно выбрать более высокую, хотя и ненормальную, температуру.

Рабочий проект

Шаг между определением размеров и установкой PRD является этапом рабочего проекта, во время которого разрабатывается остальная часть проекта PRS. Инженеры обычно не несут ответственности за детальное проектирование новых установок PRS. Например, инженер может указать, что выпуск PRD должен быть 6 дюймов. Ш. 40, но может не определять точную геометрию системы утилизации.

Две ловушки обычно мешают инженерам (и организациям) успешно преодолеть разрыв между определением размеров PRD и правильной установкой — карманы и непредусмотренные размеры труб.

Рис. 2. Жидкость может скапливаться в кармане, т. е. в нижней точке горизонтального трубопровода, что ограничивает пропускную способность сброса.

Карманы. Карман — это нижняя точка в системе трубопроводов (рис. 2), которая может ограничивать пропускную способность, блокировать поток, вызывать пробковое течение и способствовать накоплению жидкости.

Инженеры-технологи часто пишут «НЕ КАРМАНЫ» на схемах P&ID, которые они отправляют проектировщикам труб для детального проектирования, но, тем не менее, иногда установка заканчивается карманами. Существует много удобных оправданий для размещения карманов в выпускном трубопроводе PRD (например, , , прокладка трубопровода вокруг существующих конструкций), но настоящей причиной часто является отсутствие связи. Инженеры должны обязательно общаться и работать с проектировщиками труб, чтобы избежать карманов. Проектировщики труб будут делать все возможное, чтобы следовать указаниям инженеров по проектированию P&ID, но они могут не знать, куда обратиться, если что-то мешает безкарманному видению инженера.

Непредусмотренные размеры труб и врезки. В установках предохранительных устройств часто желательны более короткие трубы с большим диаметром, поскольку они имеют меньшие перепады давления, чем более длинные трубы меньшего диаметра. Инженеры, разрабатывающие PRD, часто не работают на объекте, где будут установлены PRD, и могут не знать, где расположены платформы, переходы или другие трубопроводы и клапаны. Таким образом, маршрут для нового трубопровода PRS часто определяется только после того, как кто-то пройдет по объекту, чтобы определить физическое местоположение и ограничения.Несмотря на то, что инженер мог предусмотреть PRS с 5-футовым впускным и 40-футовым выпускным трубопроводом, в действительности детальный проект может потребовать гораздо большей длины с большим количеством фитингов, что неблагоприятно влияет на перепад давления и желаемое место врезки. В этом случае инженер должен скорректировать расчеты размеров с учетом более длинных трубопроводов, поскольку может увеличиться перепад давления и уменьшиться пропускная способность.

Ключом к предотвращению этой ловушки также является общение с проектировщиками труб! Важность диалога во время детального проектирования часто упускается из виду, но может иметь решающее значение, если перепад давления становится слишком большим.

Выявление неправильных установок на P&ID

После того, как оборудование спроектировано, приобретено и установлено, оно становится готовым. Термин «как построено» просто относится к тому, как оборудование существует в полевых условиях и как его установка изображается на технических чертежах. Иногда проекты, которые кажутся хорошими на бумаге, плохо применяются в полевых условиях.

Просмотр того, как PRS отображается на исполнительных схемах P&ID, может выявить проблемные установки.

Рис. 3. Входы PRD не должны быть больше, чем подключение к защищаемому оборудованию.

Расширители на входном трубопроводе PSV. Размер входа PRD должен быть меньше или такого же размера, как соединение на оборудовании, которое защищает PRD (рис. 3). Это требование кодекса ASME VIII, и его нарушение влечет за собой риск ссылки OSHA. Расширители во входном трубопроводе PRD могут ограничивать производительность PRD и вызывать повышенный перепад давления на входе.

Давление срабатывания предохранительного устройства выше, чем давление срабатывания защищаемого оборудования. За некоторыми особыми исключениями, давление настройки PRD всегда должно быть указано на уровне или ниже МДРД оборудования.Если заданное давление PRD выше, чем MAWP на P&ID, обычно это типографская ошибка. Но если это исходное состояние, это представляет более высокий риск потери герметичности, поскольку PRD предназначены для защиты при накоплении давления 10%, 16% или 21% в соответствии с рекомендациями ASME VIII (1) . Эта проблема, скорее всего, возникнет, когда МДРД единицы оборудования занижены или система MOC не использует активно персонал PRS.

Предохранительное устройство, устанавливаемое на дно жидкостной системы. В идеале PSV следует устанавливать в паровом пространстве оборудования. Предохранители, установленные в пространстве с жидкостью, гораздо более восприимчивы к вытеснению жидкости или двухфазному потоку, что могло быть упущено из виду при оценке сценариев пара (, например, пожар). Эта проблема установки несет в себе физический риск неадекватного размера для работы с вытеснением жидкости или двухфазным потоком.

Обратные клапаны в выпускном трубопроводе предохранительного устройства. Невозможно гарантировать, что обратные клапаны останутся открытыми, и их нельзя контролировать открытыми с помощью административных средств.Потенциальная блокировка обратного клапана несет в себе физический риск того, что предохранительное устройство не сможет справиться с избыточным давлением. По этой причине обратные клапаны не должны располагаться на пути разгрузки.

Обнаружение некачественных установок в полевых условиях

Для любых проблем с установкой, которые могут быть обнаружены на P&ID, требуется последующее визуальное подтверждение в полевых условиях. В дополнение к подводным камням, которые вы можете найти на P&ID, визуальная проверка также может выявить:

Длинный впускной трубопровод. Длинный или извилистый впускной или выпускной трубопровод может привести к значительному падению давления. Несмотря на то, что проектная основа сброса давления, не отражающая ситуацию с трубопроводом в исходном состоянии, может представлять риск штрафа, чрезмерный перепад давления может привести к нестабильности предохранительного устройства и ограниченной пропускной способности противодавления, что создает физические риски. Эти опасения наиболее выражены в больших рельефных устройствах (например, , 4″×P×6″, 6″×Q×8″, 6″×R×8″, 8″×T×10″).

Рис. 4. (a) Вентиляционные отверстия сильфона не должны быть заблокированы или закрыты.(b) Закрытый сильфонный вентиляционный клапан практически не имеет пропускной способности, когда противодавление превышает избыточное давление.

Заглушенный сильфонный вентиль. Некоторые PSV уравновешиваются противодавлением с помощью сильфона, который выпускается из PSV в атмосферу. Сильфонные вентиляционные отверстия часто имеют маркировку НЕ БЛОКИРОВАТЬ, но ошибки случаются (рис. 4). Блокировка сильфонного вентиляционного отверстия превращает сбалансированный PSV в обычный несбалансированный PSV, что представляет физический риск малой или нулевой предохранительной способности, когда противодавление превышает избыточное давление.

Промежуточные задвижки устанавливаются штоком вверх. Задвижки позволяют изолировать предохранительные устройства в целях технического обслуживания и герметично закрываются во время нормальной работы. Долговременная коррозия или вибрация могут сломать или расшатать ворота со штока, что может остаться незамеченным; если задвижка в горизонтальном трубопроводе установлена ​​штоком вверх, смещенная задвижка может полностью заблокировать путь разгрузки. Поэтому очень важно, чтобы эти клапаны были установлены на боку.

Боковые предохранительные клапаны. PSV следует устанавливать в вертикальном положении. Боковые клапаны могут работать не так, как предполагалось — либо открываться неожиданно, либо протекать.

Выходной трубопровод в атмосферу на расстоянии вытянутой руки. Предохранительные устройства, выходящие в атмосферу, должны отводиться в безопасное место. Если вы можете заглянуть в конец выхлопной трубы PRD, НЕ ДЕЛАЙТЕ. Этот PRD и выпускной трубопровод были установлены неправильно.

Заключение

Если вы обнаружите, что допустили какую-либо из ошибок проектирования и установки PRS, описанных в этой статье, важно:

  • признать ошибку
  • подготовить предварительные решения
  • сообщить об ошибке
  • исправить ошибка с доработанными решениями
  • учитесь на собственном опыте и больше не повторяйте ту же ошибку.

Легче сказать, чем сделать, но хорошие инженеры обязаны признавать и сообщать о своих ошибках, чтобы они не повторялись.

NomeClature

A = Рельефная зона

C = Функция соотношения идеального газа Удельные нагрева

C P = Идеальное газовое тепло для постоянного давления

C V = идеальное газовое тепло для постоянного объема

G = массовый потоки

G

G

G

G

G 1 = жидкость удельных тяжестей при снятии температуры

H = Насос головки

K = коэффициент разряда

K b = поправочный коэффициент пропускной способности для противодавления

K c = комбинированный поправочный коэффициент для установок с разрывной мембраной перед клапаном сброса давления

K d API = эффективный коэффициент расхода

K v = поправочный коэффициент вязкости

9005 4 k w = коррекцию емкости фактор для обратного снятия

м = молекулярная масса паров или газа

P 5 1 = Высшее давление вверх по течению

P 2 = полное противодавление

Q = объемный расход

SG = Удельный вес

T

T 5 = Сброс температуры пара или газа 5 = FlowRate 4 W = FlowRate

Z = Коэффициент сжимания паров или газа

Греческий Буквы

Δ p = изменение давления

Процитированная литература

  1. Американское общество инженеров-механиков, «Правила строительства сосудов под давлением», BPVC Section VIII Div. 1, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк (2015).
  2. Американский институт нефти, «Системы сброса и сброса давления», Стандарт 521, 6-е изд., API, Вашингтон, округ Колумбия (январь 2014 г.).
  3. Управление по охране труда и здоровья США, «Программы добровольной защиты», Управление совместных и государственных программ, OSHA, Департамент труда США, Вашингтон, округ Колумбия, www.osha.gov/dcsp/vpp/index.html ( по состоянию на февраль 2016 г.).
  4. Управление по охране труда и технике безопасности США, «Управление технологической безопасностью особо опасных химических веществ», 29 CFR 1910.119, Министерство труда США, Вашингтон, округ Колумбия, www.osha.gov/pls/oshaweb/owadisp.show_document?p_table=STANDARDS&p_id=9760 (по состоянию на февраль 2016 г.).
  5. Американский нефтяной институт, «Определение размеров, выбор и установка устройств для сброса давления, часть I — определение размеров и выбор», стандарт 520, часть I, 9-е изд. , API, Вашингтон, округ Колумбия (июль 2014 г.).
  6. Национальный совет инспекторов по сосудам под давлением, «Сертификация устройств сброса давления Национального совета», NB-18, Колумбус, Огайо, www.nationalboard.org/Index.aspx?pageID=64 (по состоянию на февраль 2016 г.).
  7. Американский институт нефти, «Фланцевые стальные предохранительные клапаны», стандарт 526, 6-е изд., API, Вашингтон, округ Колумбия (май 2009 г.).

Узнайте больше на вебинарах AIChE

Эта статья основана на вебинаре AIChE «Ого! Я сделал ошибку при выборе размера моего устройства для сброса давления, а затем неправильно его установил!» Чтобы посмотреть этот вебинар, а также другие вебинары, представленные Джастином Филлипсом, P.E., посетите сайт www.aiche.org/академия.

1

Предохранительные клапаны котла — PexUniverse

Часто задаваемые вопросы

В: Как подобрать размер/выбрать предохранительный клапан для водогрейного котла?
О: Существует множество факторов, которые вместе определяют правильный тип и размер предохранительного клапана для водогрейного котла, но чаще всего это:
1. Величина БТЕ котла (см. заводскую табличку или технические характеристики) — должна быть ниже номинала предохранительного клапана (также в БТЕ).
2. Котел макс. рабочее давление или МДРД (максимально допустимое рабочее давление, указанное на заводской табличке или в спецификациях) должно быть как минимум таким же или выше, чем у предохранительного клапана, чтобы клапан открывался на уровне или ниже МДРД.
3. Рабочее/рабочее давление в системе — определить рабочее давление в системе особенно сложно, так как оно неравномерно ни во времени, ни в пространстве. Большинство систем водяного отопления работают в диапазоне 12-25 фунтов на квадратный дюйм, поэтому для большинства применений достаточно предохранительного клапана на 30 фунтов на квадратный дюйм.

В: Как определить рабочее давление в системе?
A: В общем, одним из основных факторов, определяющих рабочее давление в системе (учитывая, что был выбран расширительный бак соответствующего размера), является «холодное» давление котла или настройка клапана регулировки давления, который подает подпиточную холодную воду в систему. система обогрева. Она, в свою очередь, в первую очередь зависит от высоты здания. Чтобы преодолеть гравитационное притяжение, давление холодной воды должно быть достаточным для доставки воды на самый верхний этаж.Для очень 2,3 фута водяного столба требуется давление 1 фунт на квадратный дюйм, а при средней высоте пола 12 футов мы можем определить «холодное» давление по следующей формуле: P холод = N этажей x 12 футов / 2,3
Пример : в 5-этажном здании с высотой этажа 12 футов минимальное давление для подачи воды должно быть 5 x 12 / 2,3 = 26 фунтов на квадратный дюйм. В данных условиях предохранительный клапан на 30 фунтов на квадратный дюйм может не сработать, учитывая увеличение давления из-за расширения горячей воды и дополнительный коэффициент безопасности на 5 фунтов на квадратный дюйм.На 4-х этажах уравнение даст ~21 psi, что находится в приемлемом диапазоне для предохранительного клапана на 30 psi. Для 2-этажного дома результат составляет ~ 11 фунтов на квадратный дюйм, что в основном совпадает с давлением холода / заполнения 12 фунтов на квадратный дюйм, характерным для большинства двухэтажных жилых домов в США.
Излишне говорить, что настройка предохранительного клапана всегда должна быть ниже максимального номинального давления котла.

В: Почему разные цены на клапаны с одинаковыми характеристиками?
A: Разница в конструкционных материалах и особенно в рельефной шайбе, седле и пружине.Клапаны более высокого качества будут изготовлены из лучших материалов, что обеспечит длительную безотказную работу, в то время как менее дорогие модели используют базовые материалы и, хотя и соответствуют отраслевым стандартам, будут иметь более короткий срок службы и могут потребовать обслуживания или замены (читай, затрат) раньше. чем более качественные.

Показать больше

ДОМАШНЯЯ КЛИНИКА; КОГДА ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ ВЫДАЕТ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ

В домах, которые отапливаются циркуляционной системой горячего водоснабжения, домовладелец часто приходит в ужас, когда внезапно обнаруживает, что из предохранительного клапана, расположенного на одной из труб горячего водоснабжения, бьет струя воды. чуть выше или рядом с котлом.В некоторых установках он может находиться на трубе, проходящей рядом с котлом. Этот клапан представляет собой предохранительное устройство, которое выпускает достаточное количество воды для сброса давления, а затем снова закрывается. Клапан имеет шарнирный рычаг сверху, который можно щелкать вверх и вниз; поднятие этого рычага вручную всегда будет выпускать некоторое количество воды из выпускного отверстия клапана или из подсоединенной к нему трубы (обычно заканчивающейся у пола). В большинстве случаев брызги воды из этого клапана указывают на необходимость слива расширительного бачка.Этот бак, обычно расположенный непосредственно над котлом или, по крайней мере, рядом с ним, должен быть наполовину заполнен воздухом и наполовину водой. Воздух внутри сжимается нагретой водой и помогает создать необходимое давление внутри системы без образования пара. Он также действует как подушка, чтобы компенсировать расширение и сжатие воды внутри закрытой системы, когда она нагревается и остывает. В конце концов резервуар теряет воздушную подушку и наполняется водой, потому что захваченный воздух постепенно растворяется в воде.Когда это происходит, давление в системе становится слишком высоким, и предохранительный клапан «срабатывает» — выбрасывает воду через перелив. Другим результатом может быть плохая эффективность нагрева в частях системы или это может привести к тому, что несколько радиаторов будут связаны воздухом, и они не смогут нагреваться. Чтобы этого не произошло, расширительный бачок нужно периодически сливать. Обычно достаточно одного раза в год, хотя некоторые системы могут работать дольше без слива воды. Обычно вы можете сказать, когда бак нуждается в опорожнении, пощупав его снаружи во время работы системы; нижняя половина должна быть немного горячее верхней.Если он равномерно горячий на всем протяжении, скорее всего, он полон воды. (В некоторых новых системах расширительный бачок никогда не нужно сливать — внутри него есть резиновая диафрагма, которая разделяет воду и воздух. В этих бачках нет сливного клапана, и к ним ведет только одна труба. заболачивается из-за разрыва диафрагмы, ее необходимо полностью заменить.) Чтобы слить те баки, которые необходимо слить, выполните следующие действия: 1. Выключите систему и подождите, пока система остынет, затем выключите впускной или подающий клапан в трубе, ведущей в бак.2. Держите ведро под сливным клапаном или присоедините к нему шланг, затем откройте клапан и дайте воде вытечь, пока бак не станет пустым. 3. Закройте сливной клапан, затем откройте впускной клапан, чтобы вода снова попала в бак. Запустите систему, и когда котел нагреется, манометр снова должен показывать нормальное значение (стрелка должна совпадать с постоянно установленной на манометре). На некоторых расширительных бачках сливной клапан является одновременно и продувочным – он пропускает воздух в бачок по мере слива воды.С ними вам не нужно перекрывать впускной клапан или полностью сливать воду из бака. После того, как система остынет, вы просто сливаете три или четыре ведра воды, затем закрываете сливной клапан и перезапускаете систему. Ответ на почту В. Недавно мы установили в одном потолке встраиваемые светильники в виде высоких шляп, которые выступают в утепленный пол чердака. Поскольку небезопасно размещать изоляцию вокруг или поверх огней, мы оставили ее вокруг них. Теперь через прорезанные в потолке отверстия сверху дуют холодные сквозняки.У вас есть идеи, как вылечить эту проблему? — C.C., Wyckoff, N.J.A. Установите короб поверх светильников там, где они выступают на чердак. Просто убедитесь, что коробка достаточно велика, чтобы учесть тепло, выделяемое каждым прибором (проконсультируйтесь с производителем). Кроме того, обеспечьте несколько небольших отверстий с двух сторон каждой коробки, чтобы отводить тепло. Некоторое количество холодного воздуха все еще может проникать через эти отверстия, когда свет выключен, но гораздо меньше, чем сейчас. В. Мой дом много раз красили масляной краской.Теперь я хочу перейти на латексную краску, потому что с ней легче работать. Это возможно? — L.D.L., Саутбери, Коннектикут, А. Да. Просто убедитесь, что вы избавились от чрезмерного меления и / или порошка на старой краске, и что вы притупили все глянцевые места, прежде чем наносить на нее латексную краску. В. Я снял обои с наших оштукатуренных стен и потолков и теперь собираюсь их покрасить. Кажется, что на гипсе остались блестящие остатки проклейки или, возможно, пасты. Нужно ли это все удалять, и если да, то нужно ли заново подбирать размер гипса? — М.T., Tenafly, N.J.A. Вы должны удалить все остатки горячей водой с моющим средством. Дайте штукатурке полностью высохнуть, затем нанесите слой грунтовки, а затем краску по вашему выбору. Для последнего слоя можно использовать масло или латекс, но я бы посоветовал использовать алкидную грунтовку для первого слоя.

Предохранительные клапаны и системы сброса

Система сброса – это аварийная система для сброса газа в ненормальных условиях вручную или с помощью управляемых средств или с помощью автоматического клапана сброса давления из сосуда под давлением или системы трубопроводов в атмосферу для сброса давления в превышение максимально допустимого рабочего давления (МДРД).

Компоненты

Система помощи может включать:

  • Разгрузочное устройство
  • Коллектор трубопровода
  • Защита от обратного удара
  • Газоотвод

Для отделения жидкости следует предусмотреть скруббер, если ожидается наличие жидких углеводородов. Выход системы сброса давления может быть либо вентилируемым, либо развальцованным. При правильном проектировании вентиляционные или факельные системы аварийного сброса давления из сосудов под давлением могут быть объединены.

Некоторые установки включают системы для сброса давления в сосудах под давлением в случае аварийного отключения.Регулирующие клапаны системы сброса давления могут быть приспособлены для сброса в вентиляционную, факельную или сбросную системы. Следует учитывать возможность замерзания и образования гидратов при выбросах высокого давления в атмосферу.

Вопросы дизайна

При проектировании или модификации системы сброса давления необходимо учитывать три основных технических аспекта:

  • Определение требований по разгрузке отдельных единиц оборудования и выбор подходящих устройств для работы с возлагаемыми нагрузками.
  • Проектирование системы разгрузочного коллектора, которая выдержит возложенные нагрузки или модификации расширения.
  • Определение разумных общих разгрузочных нагрузок для комбинированного разгрузочного коллектора или системы захоронения и проектирование соответствующей системы захоронения с минимальным неблагоприятным воздействием на безопасность персонала, целостность производственной системы и окружающую среду.

Эти соображения взаимосвязаны таким образом, что невозможно установить процессуальное руководство, которое было бы применимо для большинства случаев.Дизайн одной части системы сброса должен рассматриваться в свете ее воздействия на систему сброса.

Выбор предохранительного устройства

Определение отдельных разгрузочных нагрузок

Существует ряд отраслевых норм, стандартов и рекомендуемых практик, которые содержат рекомендации по определению размеров, выбору и установке предохранительных устройств и систем. Американская соц. Кодекс инженеров-механиков (ASME) по сосудам под давлением, гл. VIII, раздел 1, параграф UG-127, перечислены требования к кодам предохранительных клапанов. [1] RP 520 , часть 1, содержит обзор типов предохранительных устройств, причин избыточного давления, определения предохранительной нагрузки и процедур выбора и определения размеров предохранительных устройств. [2] RP 520 , часть 2, содержит рекомендации по установке предохранительных устройств, [3] и RP 521 содержит рекомендации по выбору и проектированию систем утилизации. [4]

Причины избыточного давления

Наиболее распространенными причинами избыточного давления на входе являются блокировка нагнетания, прорыв газа и пожар.Когда наихудшая разгрузочная нагрузка вызвана тем, что регулирующий клапан не открывается (заблокирован выпуск), размер предохранительного устройства должен быть рассчитан с полноразмерным затвором в регулирующем клапане, даже если фактический клапан имеет уменьшенный затвор. Когда наихудшая разгрузочная нагрузка вызвана прорывом газа, размер разгрузочного устройства должен быть рассчитан с полноразмерным тримом в наименьшем клапане на линии выхода жидкости, даже если фактический клапан имеет уменьшенный трим. Многие сосуды изолированы для экономии энергии. Теплоизоляция ограничивает поглощение тепла от воздействия огня, пока она не повреждена.Очень важно обеспечить эффективную защиту от атмосферных воздействий, чтобы изоляция не могла быть удалена высокоскоростными потоками пожарных рукавов.

Типы устройств сброса давления

Двумя основными типами предохранительных устройств являются предохранительный клапан и разрывная мембрана.

Предохранительные клапаны

Три основных типа клапанов сброса давления: обычные подпружиненные, уравновешенные подпружиненные и пилотные.

  • Обычная пружина. В обычном подпружиненном клапане ( Рис.1 ), крышка, пружина и направляющая подвергаются воздействию вытекающих жидкостей. Если крышка вентилируется в атмосферу, противодавление в системе сброса снижает установленное давление. Если крышка вентилируется изнутри к выпускному отверстию, противодавление системы сброса увеличивает установленное давление. Обычный подпружиненный клапан используется в неагрессивных средах и там, где противодавление составляет менее 10% от заданного значения.
  • Сбалансированный подпружиненный. Сбалансированный подпружиненный клапан включает в себя средства для защиты крышки, пружины и направляющей от высвобождаемых жидкостей и минимизирует влияние обратного давления.Площадь диска, выбрасываемая в атмосферу, в точности равна площади диска, подверженной противодавлению. Эти клапаны могут использоваться в коррозионных или грязных средах и с переменным противодавлением.
  • Пилот управляется. Клапан с пилотным управлением объединен с вспомогательным пилотным клапаном и управляется им. Силе сопротивления поршня в главном клапане способствует технологическое давление через отверстие. Чистое усилие прилегания к поршню фактически увеличивается по мере того, как давление процесса приближается к заданному значению.
  • Рис. 1—Величина сброса давления в обычном подпружиненном состоянии.

Устройства с разрывными дисками

Устройство с разрывным диском представляет собой устройство перепада давления без повторного включения, приводимое в действие статическим давлением на входе. Разрывной диск рассчитан на разрыв при установленном давлении на входе. Устройство включает в себя разрывной диск и держатель диска. Разрывной диск может использоваться отдельно, параллельно или в сочетании с клапанами сброса давления.Они изготавливаются из различных материалов с различными покрытиями для защиты от коррозии.

Соображения по системе сброса давления

Перед выбором соответствующего предохранительного устройства необходимо рассмотреть всю систему сброса давления. Разгрузочные коллекторы должны быть спроектированы таким образом, чтобы свести к минимуму падение давления, что позволит в будущем расширяться и создавать дополнительные разгрузочные нагрузки.

  • Обычный подпружиненный предохранительный клапан. Для обычных клапанов требуется, чтобы противодавление предохранительного коллектора (суммарное плюс избыточное) составляло менее 10 % от установочного давления предохранительного клапана с наименьшим значением настройки, подключенного к коллектору.
  • Рекомендации по клапану со сбалансированной пружиной. Сбалансированные подпружиненные клапаны позволяют использовать разгрузочные коллекторы меньшего размера из-за больших перепадов давления, допустимых в условиях максимального сбросного потока, в результате более высокого допустимого противодавления (40%). Сбалансированные клапаны и предохранительные коллекторы спроектированы как система для работы при более высоком противодавлении. Сбалансированный клапан дороже обычных клапанов; однако общая стоимость использования уравновешенных клапанов плюс система меньшего коллектора может быть ниже.Производительность снижается при большем противодавлении, поэтому это не может быть решением всех проблем с противодавлением. В сильфонной модели сильфон представляет собой гибкий сосуд под давлением, который имеет максимальный предел обратного давления, который ниже для клапанов большего размера. Сильфоны доступны в ограниченном количестве материалов и могут быстро испортиться при определенных условиях воздействия. Сильфоны следует периодически проверять на наличие утечек. Негерметичный сильфон не обеспечивает компенсации противодавления и позволяет разгрузочному коллектору просачиваться в атмосферу.Сбалансированный клапан обычно используется для привязки новой нагрузки сброса низкого давления к существующему сильно загруженному коллектору сброса или для защиты верхней части предохранительного клапана от коррозионно-активных газов в коллекторе сброса.
  • Пилотный клапан. Клапаны с пилотным управлением следует рассматривать для всех чистых сред в пределах их температурных ограничений. Они хорошо подходят для давлений ниже 15 фунтов на кв. дюйм и доступны с линией измерения управляющего давления, подсоединенной либо к входу клапана, либо к другой точке. Клапаны с пилотным управлением обеспечивают плотную отсечку с очень узким диапазоном между рабочим давлением и давлением срабатывания.

Особые соображения

При выборе подходящих разгрузочных устройств для обработки возникающих нагрузок необходимо учитывать несколько вопросов.

Заданное давление

Разгрузочные устройства обычно настраиваются на сброс на МДРД. Чем больше разница между установленным давлением и рабочим давлением, тем меньше вероятность утечки. Помимо требований по компенсации избыточного противодавления, нет причин устанавливать предохранительное устройство на уровне ниже МДРД.

Противодавление

Противодавление на выходе из каждого предохранительного устройства должно быть таким, чтобы устройство могло выдерживать расчетную мощность при расчетном противодавлении в расчетных условиях сброса.

Двойные предохранительные клапаны

Обычной практикой является установка двух предохранительных клапанов в критически важных технологических процессах, где отключение недопустимо. Цель состоит в том, чтобы, если первый предохранительный клапан поднимается и не закрывается, второй предохранительный клапан может быть включен в работу до того, как первый клапан будет удален для обслуживания, без остановки или угрозы для процесса.Это достигается параллельным подключением предохранительных клапанов и установкой полнопроходного шарового или запорного клапана с «автомобильным уплотнением» на входе и выходе каждого предохранительного клапана. Один комплект запорных клапанов опломбирован в открытом положении, а другой опломбирован в закрытом состоянии. Доступны селекторные клапаны, одобренные ASME, которые упрощают переключение предохранительного клапана. Это обеспечивает блокировку параллельных входных и выходных запорных клапанов и полную защиту технологического оборудования.

Несколько предохранительных клапанов

Требуется несколько предохранительных клапанов, когда предохранительная нагрузка превышает пропускную способность самого большого доступного предохранительного клапана. Хорошей практикой является установка нескольких предохранительных клапанов для различных нагрузок, чтобы свести к минимуму вибрацию при небольших расходах. ASME Разд. VIII, Раздел 1, 3 и RP 520 , Часть 1, [2] предусматривают 10-процентное накопление сверх МДРД для одного предохранительного клапана и 16-процентное накопление сверх МДРД для нескольких предохранительных клапанов. Первичный предохранительный клапан должен быть установлен на уровне или ниже МДРД. Дополнительные предохранительные клапаны должны иметь ступенчатое давление. Максимальное давление может быть установлено не более чем на 105 % выше МДРД.Если используются предохранительные клапаны разного размера, наименьший предохранительный клапан должен быть настроен на самое низкое давление.

Калибровка разгрузочного устройства

Наиболее сложными факторами для выбора предохранительного устройства являются определение ограничивающей причины сброса давления, определение предохранительной нагрузки и свойств нагнетаемой жидкости, а также выбор надлежащего предохранительного устройства. Когда нагрузки известны, этапы определения размера просты. RP 520 , Часть 1, содержит формулы для определения площади отверстия предохранительного клапана для сброса пара, жидкости и пара. [2] На рис. 2 показаны стандартные отверстия с буквенным обозначением, площадью отверстия и размером корпуса. Размер предохранительного клапана следует проверять при следующих условиях.

  • Рис. 2—Обозначения диафрагмы для сброса давления.

Блокировка слива

Одним из расчетных условий для выбора размера предохранительного клапана является допущение, что он должен выдерживать общий расчетный расход (газ плюс жидкость) в компонент.Можно изолировать технологический компонент или сегмент трубопровода для обслуживания, заблокировав все входы и выходы. При запуске все выпускные клапаны могут быть случайно закрыты закрытыми. Если входной источник может иметь более высокое давление, чем МДРД технологического компонента, только предохранительный клапан надлежащего размера может предотвратить разрыв технологического компонента в результате избыточного давления.

Газовая продувка

В резервуарах и сосудах низкого давления, обычно принимающих жидкости из вышестоящих сосудов более высокого давления, максимальный расход через предохранительный клапан часто определяется прорывом газа.Эта ситуация возникает, когда регулятор уровня или регулирующий клапан уровня вышестоящего сосуда выходит из строя в открытом положении или сливной клапан из вышестоящего сосуда выходит из строя в открытом положении, позволяя жидкости и/или газу течь в оцениваемый компонент. В условиях прорыва газов нормальные выпускные отверстия для жидкости и газа на оцениваемом компоненте функционируют должным образом. Однако поток газа в компонент может значительно превышать пропускную способность обычного газоотвода. Этот избыточный поток газа должен регулироваться предохранительным клапаном, чтобы не допустить превышения МДРД компонента.Условия прорыва газа также могут возникать, когда регулятор давления, питающий компонент, выходит из строя в открытом положении, создавая более высокий, чем расчетный, расход газа на входе.

Скорость прорыва газа — это максимальное значение, которое может протекать при заданном перепаде давления между компонентом, расположенным выше по потоку, и компонентом, который оценивается. При расчете максимальной скорости, которая может течь из-за перепада давления, следует учитывать влияние регулирующих клапанов, дросселей и других сужающих отверстий в линии.Более консервативным подходом было бы предположить, что эти устройства были удалены или имеют отверстие максимального размера, которое можно было бы установить в устройстве.

Пожар или тепловое расширение

Давление в компонентах технологического процесса, подвергающихся воздействию тепла от огня, будет повышаться по мере расширения жидкости и испарения технологической жидкости. Для резервуаров и больших сосудов низкого давления необходимость выпуска выделяющегося газа может определять размер выпускного или предохранительного клапана. Противопожарный предохранительный клапан удерживает рост давления только на уровне менее 120% от МДРД. Если компонент подвергается воздействию огня в течение длительного времени, он может выйти из строя при давлении ниже МДРД, поскольку прочность металла снижается с повышением температуры.

В компонентах, которые могут быть изолированы от процесса, технологическая жидкость, содержащаяся в компоненте, может нагреваться. Это особенно верно для холодного (по сравнению с окружающей средой) режима работы или когда компонент нагревается (например, нагревательный бак или теплообменник). Это также относится к цилиндрам компрессоров и рубашкам охлаждения.Предохранительные клапаны на таких компонентах должны быть рассчитаны на тепловое расширение захваченных жидкостей. Обычно это не влияет на окончательный выбор размера, если для других условий не требуется предохранительный клапан.

Рекомендации по установке

Установка предохранительного устройства требует тщательного рассмотрения впускного трубопровода, линий измерения давления (если они используются) и процедур запуска. Неправильная установка может привести к выходу из строя предохранительного устройства или серьезному ограничению пропускной способности клапана.Любое условие ставит под угрозу безопасность объекта. Многие установки предохранительных клапанов имеют запорные клапаны до и после предохранительного клапана для проверки или удаления в процессе эксплуатации; однако эти запорные клапаны должны быть запломбированы или заблокированы в открытом положении.

Впускной трубопровод

RP 520 , Часть 2, [3] и код ASME [1] ограничивают потери давления на входе до PSV, равного 3% от установленного давления, где потеря давления является суммой потерь на входе, потери в линии и потери в блокировочном клапане (если он используется).Потери рассчитываются для максимального номинального расхода через предохранительный клапан. Чтобы свести к минимуму падение давления на входе в предохранительный клапан, консервативным правилом является сохранение отношения эквивалентной длины к диаметру впускного трубопровода и предохранительного клапана на уровне 5 или меньше. Ограничения по перепаду давления и типовые конфигурации трубопроводов см. в RP 520 , часть 2. [3]

Нагнетательный трубопровод

Нагнетательный трубопровод должен быть спроектирован таким образом, чтобы противодавление не превышало допустимого значения для любого предохранительного клапана в системе.Диаметр трубопровода обычно должен быть больше, чем размер выходного отверстия клапана, чтобы ограничить противодавление. Давление подъема и срабатывания предохранительных клапанов с пилотным управлением, когда пилот сбрасывается в атмосферу, не зависит от противодавления; однако, если давление нагнетания может превышать давление на входе (например, резервуары для хранения материала с низким давлением пара), необходимо использовать превентор обратного потока (вакуумный блок). Установленное давление для сбалансированных подпружиненных предохранительных клапанов не будет так зависеть от противодавления, как для обычных подпружиненных предохранительных клапанов. Сбалансированные предохранительные клапаны будут страдать от уменьшения подъема по мере увеличения противодавления.

Реактивные силы

На клапанах высокого давления реактивные силы при разгрузке значительны, и может потребоваться внешнее крепление. См. формулы в RP 520 , части 1 [2] и 2 [3] для расчета этих сил.

Рекомендации по выхлопной трубе

Предохранительные клапаны, не подключенные к закрытой системе сброса давления, должны иметь выпускные трубы для направления сбросных газов в безопасную зону вдали от персонала.Размер выхлопной трубы должен быть рассчитан на максимальную скорость на выходе 500 футов/с. Это гарантирует, что газовоздушная смесь находится ниже нижнего предела воспламенения или нижнего предела взрываемости на расстоянии примерно 120 диаметров трубы от выхлопной трубы. Выхлопные трубы должны поддерживаться в нижней части колена. Небольшое отверстие или «сливное отверстие» (минимум ¼ дюйма в диаметре) должно быть установлено в нижней части колена для слива жидкостей, поступающих через отверстие выхлопной трубы. Сливное отверстие должно быть направлено в сторону от технологических компонентов, особенно тех, которые классифицируются как источник воспламенения.

Быстрый цикл

Быстрая цикличность может возникнуть, когда давление на входе клапана снижается в начале потока через предохранительный клапан из-за чрезмерной потери давления в трубопроводе перед клапаном. В этих условиях клапан будет быстро вращаться, что называется «дребезжанием». Вибрация вызывается следующей последовательностью. Клапан реагирует на давление на входе. Если давление упадет во время потока ниже точки возврата клапана, клапан закроется; однако, как только поток прекращается, потери давления во входной трубе становятся равными нулю, а давление на входе клапана снова возрастает до давления в сосуде.Если давление в сосуде по-прежнему равно или превышает давление срабатывания предохранительного клапана, клапан откроется и снова закроется. Предохранительный клапан слишком большого размера также может вибрировать, потому что клапан может быстро сбросить достаточное количество содержащейся жидкости, чтобы позволить давлению в сосуде на мгновение упасть ниже установленного давления, но только для того, чтобы снова быстро увеличиться. Быстрая цикличность снижает производительность и разрушает седло клапана, а также приводит к чрезмерному износу всех движущихся частей клапана. Чрезмерное противодавление также может вызвать быстрое циклирование, как обсуждалось ранее.

Резонансная болтовня

Резонансная вибрация возникает, когда впускной трубопровод создает чрезмерные потери на входе клапана, а собственная акустическая частота впускного трубопровода приближается к собственной частоте движущихся частей клапана. Чем выше установленное давление, чем больше размер клапана или чем больше потеря давления во впускной трубе, тем более вероятно возникновение резонансной вибрации. Резонансная вибрация неуправляема, то есть, если она началась, ее нельзя остановить, пока не будет снято давление на входе клапана.На практике клапан может сломаться до того, как произойдет отключение, из-за очень большой величины ударной силы. Во избежание вибрации перепад давления от патрубка сосуда до предохранительного клапана не должен превышать 3% от установленного давления. RP 520 , часть 2 касается конструкции впускного трубопровода предохранительного клапана. 5 Предохранительные клапаны с пилотным управлением и пилотными клапанами с дистанционным управлением могут работать при более высоких перепадах давления во впускном трубопроводе.

Запорные (запорные) клапаны

Для запорных клапанов не существует отраслевого стандарта или RP, и методы их применения сильно различаются.Установленные запорные запорные клапаны позволяют проводить испытания подпружиненных предохранительных клапанов на месте, что устраняет необходимость вывода сосуда из эксплуатации во время стендовых испытаний предохранительного клапана, а также позволяет изолировать предохранительное устройство от закрытой предохранительной системы при проведении технического обслуживания и ремонтных работ. ремонт. Стандарт ASME для сосудов под давлением без воспламенения позволяет использовать запорные клапаны ниже предохранительных клапанов. [1] ASME Сосуд под давлением Код , Приложение M, описывает специальные обязательные требования к запорным клапанам. Кодекс ASME по котлам [1] запрещает их использование, а Управление по охране труда и технике безопасности США. [5] запрещает их использование на ресиверах приборного воздуха. Поскольку неправильное использование запорного клапана может привести к выходу из строя предохранительного клапана, необходимо тщательно оценить конструкцию, установку и управление этими запорными клапанами, чтобы гарантировать, что безопасность предприятия не будет поставлена ​​под угрозу. См. RP 520 , Часть 2, для типовых установок запорных клапанов под предохранительными клапанами. [3]

Конфигурации предохранительного клапана

Не существует отраслевого стандарта или RP, посвященных этой теме.Некоторые из наиболее распространенных конфигураций величины рельефа перечислены здесь и показаны на рис. 3 .

  • Установка полностью открытых запорных (запорных) клапанов до и после предохранительных клапанов. Запорные клапаны автомобиля должны быть опломбированы (заперты в открытом положении), и должен вестись журнал. Использование этих клапанов не рекомендуется, если потенциальное избыточное давление в два раза превышает максимально допустимое давление. На всех подпружиненных предохранительных клапанах должно быть предусмотрено тестовое соединение. Следует предусмотреть установку двух предохранительных клапанов (100% резервных), чтобы один предохранительный клапан можно было постоянно использовать.
  • Установка пилотных клапанов без запорной арматуры. Эта конфигурация позволяет проводить испытания только давления пилотной уставки и требует полной остановки установки для ремонта и технического обслуживания предохранительного клапана.
  • Установка трехходовых клапанов с одним портом, открытым к выхлопной трубе или вентиляционной трубе. Эта конфигурация позволяет проводить техническое обслуживание и ремонт клапана, не требуя остановки установки, и обеспечивает выход в атмосферу, если трехходовой клапан остается в неправильном положении.
  • Установка двух двухходовых клапанов, соединенных механической связью, и двух предохранительных клапанов. Эта конфигурация обеспечивает все преимущества запорной арматуры. Кроме того, невозможно по ошибке изолировать компонент процесса. Единственным недостатком этой конфигурации является начальная стоимость.
  • Установка обратного клапана вместо запорного клапана. Эта конфигурация не разрешена стандартом ASME для сосудов под давлением, поскольку обратный клапан может выйти из строя или вызвать чрезмерное падение давления. [1]
  • Рис. 3—Конфигурации предохранительного клапана.

Руководство по определению количества разгрузочных устройств

Не существует отраслевого стандарта или RP для определения количества предохранительных устройств, и установки сильно различаются. Иногда на судах, получающих добычу непосредственно из скважин, имеется два разгрузочных устройства (100% резерв). Первичный предохранительный клапан настроен на МДРД. Если вторым предохранительным устройством является другой предохранительный клапан, уставка давления второго предохранительного клапана устанавливается на 10 % выше основного предохранительного клапана. Если второе предохранительное устройство представляет собой разрывной диск (полностью избыточный по сравнению со всеми возможными сценариями сброса), давление устанавливается на 15–25 % выше основного предохранительного устройства. Эта настройка гарантирует, что разрывная мембрана не разорвется, когда будет достигнута расчетная первичная скорость разгрузки при установленном давлении плюс 10% избыточного давления. Первичные и резервные скорости сброса считаются достаточными для оценки размера пожара.

Некоторые компании устанавливают два предохранительных клапана на все важные установки, чтобы не требовалось останавливать установку во время испытаний и технического обслуживания.Если предполагается, что вторичное разгрузочное устройство обеспечит какую-либо часть любой требуемой разгрузочной способности (блокировка сброса, прорыв газов, пожар и т. д.), то вторичное устройство должно быть установлено в соответствии с правилами РП 520 , Части 1 [2] и 2, [3] (т. е. ASME, раздел VIII, раздел 1, параграф UG-134). [1]

Вопросы сброса жидкости

Конденсированные туманы содержат капли жидкости диаметром менее 20–30 мкм.Испытания и опыт показали, что при слабом ветре оболочка воспламеняемости для этого вида тумана такая же, как и для пара. Жидкости будут оседать до нужного уровня, что представляет опасность возгорания и загрязнения; поэтому предохранительное устройство должно быть установлено в паровом пространстве технологических емкостей с LSH, который подает сигнал тревоги и перекрывает поток при срабатывании. LSH должен быть установлен не выше, чем на 15% выше максимального рабочего уровня, а предохранительный клапан должен быть установлен не выше, чем MAWP технологического компонента.В факельных, вентиляционных и разгрузочных линиях должны быть установлены скрубберы и отбойные барабаны для отделения и удаления капель жидкости из сброса.

Ссылки

  1. 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 Сосуды под давлением. 2001. В Котлах и сосудах под давлением, Кодекс, Сек. 8, разделы 1 и 2. Нью-Йорк: ASME.
  2. 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 API RP 520, Проектирование и установка систем сброса давления на нефтеперерабатывающих заводах, часть I, седьмое издание.2000. Вашингтон, округ Колумбия: API. Ошибка цитирования: неверный тег ; имя «r2» определено несколько раз с разным содержимым. Ошибка цитирования: недопустимый тег ; имя «r2» определено несколько раз с разным содержимым. Ошибка цитирования: недопустимый тег ; имя «r2» определено несколько раз с разным содержимым. Ошибка цитирования: недопустимый тег ; имя «r2» определено несколько раз с разным содержимым
  3. 3,0 3,1 3.2 3.3 3.4 3.5 API RP 520, Проектирование и установка систем сброса давления на нефтеперерабатывающих заводах, часть 2, пятое издание. 2003. Вашингтон, округ Колумбия: API.
  4. ↑ API RP 521, Руководство по системам сброса и сброса давления, четвертое издание. 1999. Вашингтон, округ Колумбия: API.
  5. ↑ Стандарты безопасности и гигиены труда, правила, 29 CFR Part 1910. 1999. Вашингтон, округ Колумбия: Министерство труда США.

Примечательные статьи в OnePetro

Используйте этот раздел, чтобы перечислить статьи в OnePetro, которые обязательно должен прочитать читатель, желающий узнать больше.

Внешние ссылки

Стандарты API

См. также

Системы безопасности

Рекомендуемые методы анализа безопасности

Факельные и вентиляционные системы удаления

PEH:Системы безопасности

Категория

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.