Turvaventili suuruse määramine ja valik: API standardite insenerijuhanduslik juhend

Rõhukaitseventil on viimane kaitsevahend üleõhutuse eest rõhutankides ja torustikusüsteemides. API 520 (osa I ja osa II) reguleerib naftatööstuses ja seotud valdkondades rõhuvabade seadmete suuruse määramist, valikut ja paigaldamist. API 521 pakub insenerimeetodit üleõhutussituatsioonide tuvastamiseks ja rõhuvaba süsteemide projekteerimiseks. API 526 standardiseerib liitventilite (terasest, liitpindadega) avapindu, mõõtmeid ja rõhuklassi. See artikkel on koostatud inseneridele ja ostuosakonna spetsialistidele ning kokkuvõttes esitatakse seadistusrõhu valiku põhimõtted, ventili valiku loogika ning rõhuvaba võimsuse arvutamise meetod.

Joon. 1 Tavalise vedrukoormatud ventili läbilõikepilt turvaventil — istme, ketas ja vedru komplekt

1. Seadmed, millele on vaja rõhukaitset

API 521 nõuab rõhukaitset rõhunäitajatele, soojusvahetitele, põletussoojenditele ja igale torujuhtmele, mida saab blokeerida soojuspaisumise või ülempiirkonna rõhukõikumiste tõttu.

Grupikaitse printsiip: rõhukaitseklapp kaitseb seadmete rühma — st seadmeid kahe isoleerimisklapi vahel, mis on kõik ühe ja sama ülerõhuallika mõjus — mitte iga paagi eraldi. Tuleb hinnata järgmisi ülerõhuolukordi:

• Blokeeritud väljund — allavoolu poole asuva isoleerimisklapi sulgemine, mis põhjustab süsteemi ülerõhu tekkimise;
• Välise soojuse sisenemine tulekorral;
• Keemiline reaktsioon, mis ei ole enam kontrollitav, või sisaldatava keskkonna soojuspaisumine;
• Abivahendite kaotus (jahutusvesi, elektritoode või tööriistapõhine õhk);
• Ülempiirkonna rõhukontrollklapi rike põhjustatud rõhuületus.

Päikesekraavihappe tehases on konverter, SO₂-pumbaga ühendatud rõhukorraldusmahuti, aurukoguja ja keskmise rõhu jäätmeauru kütteseadme aurutoru kaitseks olulised elemendid.

2. Peamised valikukriteeriumid

Ventiililiik: vedrukoormatud turvaventil on kõige laialdasemalt kasutatav liik. API 526 määratleb neliteist standardset ava täht-tähistust (D kuni T: D, E, F, G, H, J, K, L, M, N, P, Q, R, T), mis hõlmavad kõiki tavalisi rõhulaskumisvõimsuse nõudeid. Kui tagarõhk ületab seadistus rõhku rohkem kui 10%, tuleb valida tasakaalustatud kummikottventiil. Juhtventiiliga ventiilid suudavad taluda kõrgemat ja muutlikumat tagarõhku ning sobivad puhtade, suure rõhukao (ΔP) tingimustega teenuste jaoks.

Seadistusrõhk: vastavalt ASME jaos VIII ning API 520, mitte-tulesüündide puhul on maksimaalne rõhulaskumisrõhk 110% disainirõhust (10% akumulatsioon). Tulesüündide puhul on lubatud 121% (21% üleõhk).

Tagasurve kontroll: tavalise vedruga ventiili puhul vähendab tagasurve, mis ületab seadistuspinge 10%, avanemist ja väljutusvõimet. Tasakaalustatud kummikottventiil kasutab kummikotti, mille efektiivne pindala võrdub istiku pindalaga, mistõttu ei mõjuta tagasurve seadistuspinget.

Joonis 2 Vedruga ventiili läbilõikevaade turvaventil — kummikottkoosseisuga

3. Väljutusvõimsus ja ava suuruse määramine

Pihusti sügavuse pindala tuleb määrata maksimaalse väljutuskiiruse jaoks ebanormaalsetel tingimustel. API 520 Osa I sisaldab suuruse määramise meetodeid gaasi/auru, vedeliku ja kahefaasilise voolu jaoks.

Gaasi/auru kasutus (kriitiline vool):

A = (W / (C·Kd·P1·Kb)) × √(T·Z / M)

kus:

• A — nõutav efektiivne väljutuspindala;
• W — massiline väljutuskiirus (kg/h);
• C — gaasikoefitsient, mis sõltub erisoojusnäitajast k;
• Kd — tõhus väljumistegur (0,975 gaasile/aurule vastavalt API 520);
• P1 — rõhukahjutuse rõhk, absoluutne;
• Kb — tagarõhu korrigeerimistegur;
• T — rõhukahjutuse temperatuur (K);
• Z — kokkusurumise tegur;
• M — keskkonna molekulaarmass.

Arvutusmärkused: iga ebatavaline allikas tuleb tuvastada eraldi. Näiteks jäätmete soojusboileri puhul peab rõhukahjutuse määr sisaldama maksimaalset aurugeneratsiooni ning lisaks tuleku soojusest põhjustatud täiendavat aurustumist; vastasel juhul on avause läbimõõt liiga väike ja kaitse ei toimi.

Väljumiskoht: API 521 nõuab, et põlevad ja mürgised keskkonnad suunataks põletusplaažile või suletud kogumissüsteemi. Rõhukahjutussituatsioonid, mis tekitavad aurupilveplahvatusohtu, tuleb lahendada põletusplaaži, madalrõhu süsteemi, HIPS-i või üleprojekteerimisega.

4. Paigaldus- ja torustusnõuded

Sisselaske torustus: API 520 osa II nõuab, et turvaventil on asetada võimalikult lähedale kaitstavale seadmele ja et sisselaske torustuse rõhukaotus ei tohi ületada seadistatud rõhu 3 % („3 % reegel“). Liialdatud kaotus põhjustab värinat või viivitust avanemisel.

Väljalaske torustus: väljalaske toru ei tohi toetuda ventiili kehale; sellel peab olema iseseisev toetus ja see peab lubama soojuspaisumist. Väljalaskejuhe tuleb paigutada nii, et tagada gravitatsiooniline drenaaž, et takistada kondensaadi kogunemist, mis mõjutaks tagarõhku.

Mitme ventiili ühine kollektor: kui mitu turvaventili juhib välja ühisesse kollektorisse, tuleb iga ventiili tõstmisomaduste suhtes hinnata kogunenud kollektori tagarõhku.

5. Väljatöötatud juhtumiuuring

98,5-protsendiline H₂SO₄ taastuspaak rääbisäete tehases oli projekteeritud „atmosfäärilise paagi“ tüüpi ja sellele ei paigaldatud rõhukaitseklappi. Käivitamise ajal lekkis aurujäädvustusventiil, paagis oleva happe temperatuur tõusis ja aur kogunes. Rõhk tõusis lühikeseks ajaks 0,04 MPa-ni, mis põhjustas paagi katte vaatlusluuka tihenduse väljalöömise ja väävelhappe väljumise.

Seejärel paigaldati API 2000 standardi nõuete kohaselt atmosfääriliste ja madalrõhuliste ladustuspaakide ventileerimiseks ühendatud hingamis- ja rõhukaitseklapp, mille seadistatud rõhk on 0,03 MPa ja mille rõhukaitsevõime on mõõdetud maksimaalse aurugeneratsioonikiiruse järgi.

Peapunkt: atmosfääriline konstruktsioon ei tähenda, et ülerõhk ei saa kunagi tekkida. Ülerõhu stsenaariumi analüüsis tuleb arvesse võtta soojenemist, keemilisi reaktsioone ja valeid toiminguid.

Kohustuslik väljaandmine

Üleõhurõhuventiilide insenerloogika võib kokku võtta järgmiselt: konfigureerida ventiile üleõhurõhu allika järgi (grupikaitse), mõõtmetada avause suurus abnormaalse vooluhulga jaoks, valida ventiili tüüp tagasrõhu ja keskkonna järgi ning reguleerida sisendrõhu kaotust 3% reegli piires. API 520/521/526 raamistik pakub täieliku ahela stsenaariumi tuvastamisest ja mõõdistamisest kuni paigaldusverifikatsioonini. Järgmine artikkel käsitleb purunemisketasid ja nende koostööd üleõhurõhuventiilidega.

Viited

API 520 Osa I / Osa II — Rõhuvabastusseadmete mõõdistamine, valik ja paigaldamine, American Petroleum Institute (API).

API 521 — Rõhuvabastus- ja rõhukahjutussüsteemid, American Petroleum Institute (API).

API 526 — Flangetsed terasest rõhuvabastusventiilid, American Petroleum Institute (API).

API 2000 — Atmosfääri- ja madalrõhuliste varustuskauskade ventileerimine, American Petroleum Institute (API).

ASME katla ja rõhukindla anuma kood, osa VIII, jaotis 1 — maksimaalne 10% rõhu tõus mittetulesjuhtudel ja 21% rõhu tõus tulesjuhtudel.

Shanghai Xiazhao Valve — rõhukaitseklappide ja eriklappide lahendused. API-standardite valiku toetuse või tehniliste küsimuste korral võtke ühendust meie insenermeeskonnaga.