EN
En trykafbryderventil er den sidste forsvarslinje mod overtryk i trykbeholdere og rørsystemer. API 520 (del I og del II) regulerer dimensionering, udvælgelse og installation af trykafbrydende enheder inden for olie- og petrokemisk raffinering samt beslægtede industrier. API 521 beskriver den ingeniørmæssige metode til identificering af overtryksscenarioer og dimensionering af afgangssystemer. API 526 standardiserer åbningsarealer, mål og trykniveauer for flangemontable ståltrykafbryderventiler. Denne artikel, der er skrevet til ingeniører og indkøbsprofessionelle, opsummerer principperne for valg af indstillet tryk, logikken bag ventiludvælgelse samt metoden til beregning af afgangskapacitet.
Fig. 1 Tegning i gennemskæringsvisning af en almindelig fjederbelastet ventils sikkerhedsventil — sæde-, skive- og fjedermontage
1. Udstyr, der kræver trykudligningsbeskyttelse
API 521 kræver trykudligningsbeskyttelse for trykbeholdere, varmevekslere, forbrændingsopvarmede opvarmere og alle rørledningsafsnit, der kan blive spærret af termisk udvidelse eller tryksvingninger fra opstrøms.
Gruppebeskyttelsesprincippet: en trykudligningsventil beskytter en gruppe udstyr – altså de enheder, der ligger mellem to isoleringsventiler og er udsat for samme overtrykkild – frem for hver beholder individuelt. Følgende overtryksscenarier skal vurderes:
- Spærret udløb – lukning af en nedstrøms isoleringsventil, der fanger systemet under overtryk;
- Ekstern varmetilførsel under brandforhold;
- Ukontrolleret kemisk reaktion eller termisk udvidelse af det indeholdte medium;
- Tab af hjælpefunktioner (kølevand, elektrisk strøm eller instrumentluft);
- Trykoverskridelse forårsaget af svigt i en opstrøms trykreguleringsventil.
I en svovlsyreanlæg er konverteren, SO₂-blæserens afladningsbufferbeholder, dampkollektoren og mellemtryksaffaldsvarme-kedelens damptromle de vigtigste komponenter, der skal beskyttes.
2. Vigtige udvælgelseskriterier
Ventiltypen: den fjederbelastede sikkerhedsventil er den mest udbredte type. API 526 definerer fjorten standardåbningsbogstavbetegnelser fra D til T (D, E, F, G, H, J, K, L, M, N, P, Q, R, T), som dækker hele intervallet af almindelige afladningskapacitetskrav. Når modtrykket overstiger 10 % af indstillingstrykket, skal der vælges en balanceret blæsebalgeventil. Pilotstyrede ventiler kan håndtere højere og mere variable modtryk og er velegnede til rene tjenester med højt ΔP.
Indstillingstryk: Ifølge ASME Section VIII og API 520 er det maksimale afladningstryk for ikke-brandtilfælde 110 % af konstruktionspresset (10 % akkumulation). For brandtilfælde er 121 % (21 % overtryk) tilladt.
Tilbagedrukstest: For en konventionel fjederbelastet ventil degraderes løft og afladningskapacitet ved en tilbagedruk på over 10 % af indstillingstrykket. En balanceret bælgventil bruger en bælg, hvis effektive areal svarer til sædearealet, hvilket eliminerer virkningen af tilbagedruk på indstillingstrykket.
Fig. 2 Gennemskæring af en fjederbelastet sikkerhedsventil — med bælgmontage
3. Afladningskapacitet og åbningsdimensionering
Dysens halsareal skal dimensioneres til den maksimale afladningshastighed under den unormale betingelse. API 520 Del I indeholder dimensioneringsmetoder for gas/damp, væske og tofasestrømning.
Gas/damp-drift (kritisk strømning):
A = (W / (C·Kd·P1·Kb)) × √(T·Z / M)
hvor:
- A — krævet effektiv afladningsareal;
- W — masseafladningshastighed (kg/t);
- C — gas-koefficient, en funktion af specifik varmekapacitetsforholdet k;
- Kd — effektiv udstrømningskoefficient (0,975 for gas/damp ifølge API 520);
- P1 — tryk ved udstrømning, absolut;
- Kb — korrektionsfaktor for modtryk;
- T — temperatur ved udstrømning (K);
- Z — kompressibilitetsfaktor;
- M — molekylvægt af mediet.
Beregningsspørgsmål: Hver unormal kilde skal identificeres individuelt. For en affaldsvarme-kedel skal udstrømningshastigheden f.eks. omfatte den maksimale dampproduktion plus den ekstra fordampning, der skyldes varmetilførslen fra branden; ellers bliver åbningen for lille, og beskyttelsen fejler.
Udstrømningsdestination: API 521 kræver, at brændbare og giftige medier ledes til en flammetårn eller et lukket opsamlingsanlæg. Udstrømningscenarier, der indebærer risiko for dampskyeksplosion, skal håndteres via et flammetårn, et lavtryksanlæg, HIPS eller redesign.
4. Installations- og rørkrav
Indløbsrør: API 520, del II kræver, at trykafbryderen placeres så tæt på den beskyttede udstyr som muligt, og tryktabet i indløbsrøret må ikke overstige 3 % af indstillingstrykket (den såkaldte »3 %-regel«). Et for stort tryktab medfører klapper eller forsinket åbning.
Udløbsrør: Udløbsrøret må ikke understøttes af ventilkroppen; det kræver uafhængig understøtning og skal tillade termisk udvidelse. Afladningsledningen skal arrangeres til gravitationsdræning for at forhindre kondensatopsamling, der kan påvirke modtrykket.
Flere ventiler på en fælles hovedledning: Når flere trykafbrydere aflader til en fælles hovedledning, skal det samlede modtryk i hovedledningen på hver vents løfteegenskaber vurderes.
5. Praksisstudie fra feltet
En 98,5 % H₂SO₄-genbrugstank i en svovlsyreanlæg blev designet som en "atmosfærisk tank" og udstyret uden trykventil. Under starten lækkede dampsporingsventilen, temperaturen i syren i tanken steg, og damp akkumulerede sig. Trykket steg kortvarigt til 0,04 MPa, hvilket rev manhole-gasketten på tankens tag af og lod svovlsyre slippe ud.
Efterfølgende blev en kombineret åndings- og trykventilmontering installeret i overensstemmelse med API 2000’s ventillingskrav til atmosfæriske og lavtrykslagerde tanke, med et indstillet tryk på 0,03 MPa og en aflastningskapacitet dimensioneret til den maksimale dampgenereringshastighed.
Nøglepunkt: Et atmosfærisk design betyder ikke, at overtryk aldrig kan opstå. Opvarmning, kemiske reaktioner og fejlbetjening skal alle inkluderes i analysen af overtryksscenarier.
Konklusion
Konstruktionslogikken for trykafbrydere kan opsummeres som følger: konfigurer ventiler efter trykstigningskilde (gruppebeskyttelse), dimensionér åbningen til den unormale strøm, vælg ventiltypen ud fra bagtryk og medium samt begræns indgangstryktab til 3 %-reglen. API 520/521/526-rammen giver en komplet kæde fra scenarieidentifikation og dimensionering til installationsverificering. En efterfølgende artikel vil diskutere brudskiver og deres kombinerede anvendelse med trykafbrydere.
Referencer
API 520 Del I / Del II — Dimensionering, valg og installation af trykafbrydende enheder, American Petroleum Institute (API).
API 521 — Trykafbrydende og dekomprimerende systemer, American Petroleum Institute (API).
API 526 — Flangemonterede ståltrykafbrydere, American Petroleum Institute (API).
API 2000 — Ventilation af atmosfæriske og lavtrykslagerbeholdere, American Petroleum Institute (API).
ASME-kedel- og trykbeholderkode, afsnit VIII, division 1 — maksimalt 10 % akkumulation ved ikke-brandsituationer og 21 % akkumulation ved brandsituationer.
Shanghai Xiazhao Valve — trykafledningsventiler og specialventilløsninger. Kontakt vores ingeniørteam for teknisk support ved valg af API-standard.
