Что делает клапан под давлением?

Клапаны давления являются важными устройствами безопасности, которые контролируют, регулируют и снимают давление в системах жидкости. Это всеобъемлющее руководство охватывает клапаны сброса давления, клапаны с уменьшением давления, регуляторы давления и устройства управления давлением в промышленных применениях.

Контроль давления имеет решающее значение в любой системе обработки жидкостей или газов под давлением. Независимо от того, имеете ли вы дело с паровыми котлами, гидравлическими системами или сетями распределения воды, клапаны давления служат основным механизмом безопасности, предотвращая катастрофические сбои и оптимизацию производительности системы.

Что такое клапан давления? (Определение и основные функции)

Основные функции:

• Регламент давления:Поддерживает давление системы в заранее определенных пределах
• Защита от чрезмерного давления:Предотвращает повреждение оборудования, выпустив избыточное давление
• Управление потоком:Регулирует поток жидкости для оптимизации эффективности системы
• Обеспечение безопасности:Действует как последняя линия защиты от связанных с давлением неудач

Как работают клапаны управления давлением: технические принципы

Основной эксплуатационный механизм

Клапаны для снятия давления работают по принципу силового баланса:

Где:

• F₁ = p₁ × a (давление впускной давление × эффективная область диска)
• F₂ = Постоянная пружина × расстояние сжатия
• F₃ = p₂ × a (область обратного давления × disc)

Эксплуатационная последовательность:

1. Установить давление:Клапан остается закрытым, когда давление системы <установленное давление
2. Давление растрескивания:Первоначальное открытие происходит в 95-100% от установленного давления
3. Полный лифт:Полное отверстие в 103-110% от установленного давления (по API 526)
4. Давление на отсрочку:Клапан закрывается на 85-95% от установленного давления (типичный продурок)

Ключевые технические параметры:

Типы устройств управления давлением: технические характеристики

1. Клапаны безопасности давления (PSV) и клапаны с охраной безопасности (SRV)

Технические стандарты:ASME BPVC Creator I & VIII, API 520/526

Спринг-загруженные защитные клапаны

Где:

• W = требуемая емкость (фунт/час)
• C = коэффициент разряда
• KD = коэффициент коррекции коэффициента разряда
• P₁ = установить давление + избыточное давление (PSIA)
• KSH = коэффициент коррекции перегрева
• КВ = коррекционный коэффициент вязкости
• М = молекулярная масса
• T = абсолютная температура (° R)

Управляемые пилотом Клапаны по охране безопасности (POSRV)

2. Клапаны с уменьшением давления (регуляторы давления)

Технические стандарты:ANSI/ISA 75.01, IEC 60534

Регуляторы давления прямого действия

Где:

• CV = коэффициент потока
• Q = скорость потока (GPM)
• G = удельный вес
• Δp = падение давления (PSI)

Пилотные клапаны, управляющие пилотом

3. Регуляторы обратного давления и управляющие клапаны

Функция:Поддерживайте постоянное давление вверх по течению, контролируя поток вниз по течению

Промышленные применения и тематические исследования

Индустрия производства электроэнергии

Защитные клапаны парового котла (ASME Раздел I)

• Требуемая емкость:Должен разряжать весь пара, генерируемый без превышения 6% выше установленного давления
• Минимальные требования:Один защитный клапан на котел; два клапана для> 500 кв.
• Тестирование:Испытание на ручное подъем каждые 6 месяцев (высокое давление) или ежеквартально (низкое давление)

Нефтяная промышленность

Системы безопасности давления трубопровода (API 521)

• Проектное давление:1,1 × максимально допустимое рабочее давление (MAOP)
• Размеры в предохранительном клапане:На основании максимально ожидаемых сценариев потока и давления
• Материалы:Служба кислого газа требует соответствия NACE MR0175

Очистка и распределение воды

Станции с уменьшением давления

Химическая и нефтехимическая обработка

Системы защиты реакторов

• Условия эксплуатации:500 ° F, 600 фунтов на квадратный дюйм
• Сценарии помощи:Тепловое расширение, сбежавшие реакции, сбой охлаждения
• Материалы:Hastelloy C-276 для коррозийного обслуживания
• Размеры:Основываясь на анализе сценария наихудшего случая на API 521

Критерии отбора и инженерные расчеты

Параметры производительности

Рейтинги давления (ASME B16.5):

Руководство по выбору материала

Расчеты размера

Для обслуживания жидкости (API 520):

Где:

• A = Требуемая эффективная площадь сброса (в²)
• GPM = требуемая скорость потока
• G = удельный вес
• KD = коэффициент разряда (0,62 для жидкостей)
• КВт = коэффициент коррекции обратного давления
• KC = комбинированный коррекционный коэффициент
• Δp = установить давление + избыточное давление - обратное давление

Для обслуживания газа/пара (API 520):

Стандарты установки и обслуживания

Требования к установке (ASME BPVC)

Установка предохранительного клапана:

• Входной трубопровод:Короткий и прямой, избегайте локтей в диаметре 5 труб
• Выпускной трубопровод:Размер на 10% максимум обратного давления
• Монтаж:Вертикальный предпочтительный, горизонтальный приемлемый с поддержкой
• Изоляция:Блочные клапаны запрещены в входе; приемлемо в выходе, если заблокирован открыт

Установка с уменьшением давления:

• Вверх по течению сито:Минимум на 20 метров для чистого обслуживания
• Обходная линия:Для технического обслуживания и экстренной работы
• Датчики давления:Мониторинг вверх и вниз по течению
• Клапан рельефа:Защита вниз по течению от избыточного давления

Графики и процедуры технического обслуживания

API 510 Требования к проверке:

• Визуальный осмотр:Каждые 6 месяцев
• Операционный тест:Ежегодно
• Тест емкости:Каждые 5 лет
• Полный капитальный ремонт:Каждые 10 лет или на рекомендации производителя

Процедуры тестирования:

• Установите тест на давление:Проверьте давление открытия в пределах ± 3% от настройки
• Испытание на утечку сидений:API 527 класс IV (максимум 5000 куб.
• Тест емкости:Проверка производительности потока соответствует требованиям проектирования
• Тест на обратное давление:Оценить производительность в условиях системы

Прогнозирующие технологии обслуживания

Акустические испытания эмиссии:

• Обнаружение:Внутренняя утечка, износ сидений, утомляемость весной
• Частотный диапазон:От 20 кГц до 1 МГц
• Чувствительность:Может обнаружить утечки <0,1 галлон

Анализ вибрации:

• Приложения:Пилотный болтовня клапана, весенний резонанс
• Параметры:Амплитуда, частота, фазовый анализ
• Тренда:Исторические данные о прогнозировании неудачи

Стандарты и сертификаты соответствия

Код котла и сосуда давления ASME

Раздел I (Power Cotals):

• Требования к емкости:Предохранительные клапаны должны предотвратить повышение давления на 6% выше установленного давления
• Минимальные предохранительные клапаны:Один на котел, два, если нагреваемая поверхность> 500 кв.
• Тестирование:Ручная подъем каждые 6 месяцев (высокое давление) или ежеквартально (низкое давление)

Раздел VIII (сосуды под давлением):

• Требования к устройству помощи:Все сосуды давления требуют защиты от избыточного давления
• Установить давление:Не превышать MAWP защищенного оборудования
• Емкость:Основываясь на сценарии наихудшего случая на API 521

Внедрение стандартов API

API 520 (размер устройства помощи):

• Объем:Охватывает обычные, сбалансированные и управляемые пилотом рельефные клапаны
• Методы размеров:Предоставляет процедуры расчета для всех типов жидкости
• Установка:Определяет требования к трубопроводам и интеграцию системной интеграции

API 526 (фланцевые стальные рельефные клапаны):

• Стандарты дизайна:Размерные требования, оценок-давления
• Материалы:Углеродистая сталь, спецификации нержавеющей стали
• Тестирование:Требования к тестированию на завод

API 527 (коммерческая плотность сидений):

• Класс I:Нет видимой утечки
• Класс II:40 куб. См/ч на дюйм диаметра сиденья
• Класс III:300 куб. См/час на дюйм диаметра сиденья
• Класс IV:1400 куб. См/час на дюйм диаметра сиденья

Международные стандарты

IEC 61511 (Safety Instrumented Systems):

• SIL Rating:Требования уровня целостности безопасности для защиты давления
• Доказательство тестирования:Периодическое тестирование для поддержания функции безопасности
• Коэффициент отказов:Максимально допустимые показатели отказов для систем безопасности

Устранение неполадок и анализа отказов

Общие режимы сбоя

Преждевременное открытие (натиском):

Причины:

• Потери трубопровода впускного отверстия превышают 3% от установленного давления
• Вибрация или пульсация в системе
• Мусор на сиденье клапана
• Подключить давление слишком близко к эксплуатационному давлению

Решения:

• Увеличьте размер впускного отверстия (скорость <30 футов/с для жидкостей, <100 футов/с для газов)
• Установите пульсационный демпфер
• Чистое сиденье клапана и диск
• Увеличить маржу между рабочим и установленным давлением (> 10%)

Неспособность открыть:

Причины:

• Пружинная коррозия или связывание
• Чрезмерное обратное давление (> 10% установленного давления)
• Подключенная розетка или вентиляционное отверстие
• Масштаб или коррозия на движущихся частях

Решения:

• Заменить пружину, обновлять материалы
• Уменьшить обратное давление или использовать сбалансированную конструкцию клапана
• Четкие препятствия, увеличение размера трубопроводов
• Чистый и смазывать, рассмотрим разные материалы

Чрезмерная утечка:

Причины:

• Повреждение места от мусора или коррозии
• Деформированный диск из термолевого велосипеда
• Неадекватная нагрузка на сиденья (весенняя усталость)
• Химическая атака на герметизационные поверхности

Решения:

• Коленки и поверхности диска
• Заменить диск, улучшить тепловую конструкцию
• Замените пружину, проверьте установленное давление
• Обновление материалов для химической совместимости

Диагностические методы

Тестирование потока:

• Цель:Проверьте фактическую или дизайнерскую емкость
• Метод:Измерьте поток сброса при 110% от установленного давления
• Принятие:± 10% проектной мощности на API 527

Металлургический анализ:

• Приложения:Исследование сбоя, выбор материалов
• Методы:SEM -анализ, тестирование твердости, оценка коррозии
• Результаты:Определение основной причины, рекомендации по материалам

Экономическое воздействие и соображения затрат

Общая стоимость владения

Первоначальные инвестиции:

• Стандартный рельефный клапан:500-5000 долларов в зависимости от размера/материалов
• Пилотный клапан:От 2000 до 25 000 долларов за сложные приложения
• Затраты на установку:25-50% стоимости оборудования

Эксплуатационные расходы:

• Потери энергии:Протекающие клапаны тратят 1-5% энергии системы
• Обслуживание:От 200 до 2000 долларов в год на клапан
• Тестирование и сертификация:500-1500 долл. США за клапан каждые 5 лет

Затраты на неудачу:

• Повреждение оборудования:$ 50 000-