EN
Paineenpoistoventtiili on viimeinen puolustuslinja ylipaineelta paineastioiden ja putkistojen suojassa. API 520 (osa I ja osa II) säätelee paineenpoistolaitteiden kokoilua, valintaa ja asennusta öljynjalostus- ja siihen liittyvissä teollisuudenaloissa. API 521 tarjoaa insinöörimenetelmän ylipainetilanteiden tunnistamiseen ja paineenpoistojärjestelmien suunnitteluun. API 526 standardoi liitospohjaisen teräspaineenpoistoventtiilien suutinalueet, mitat ja paineluokat. Tämä artikkeli, joka on tarkoitettu insinööreille ja hankintaprofessionaaleille, tiivistää asetuspaineen valinnan periaatteet, venttiilin valintalogiikan sekä paineenpoistokyvyn laskentamenetelmän.
Kuva 1 Perinteisen jousikuormitettu venttiilin leikkauskuva turvallisuusventtiili — istuin, kiekko ja jousiryhmä
1. Laitteet, jotka vaativat turvaventtiilisuojaa
API 521 edellyttää ylipainonsuojaa paineastioille, lämmönvaihtimille, poltettaviin lämmittimiin ja kaikille putkiosuuksille, jotka voivat tukkoutua lämpölaajenemisen tai ylävirtaisen painevaihtelun vuoksi.
Ryhmäsuojaperiaate: turvaventtiili suojelee laiteryhmää – eli laitteita kahden eristysventtiilin välissä, jotka ovat alttiita samalle ylipainolähteelle – eikä jokaista astiaa erikseen. Seuraavat ylipainotilanteet on arvioitava:
- Tukkoutunut ulostulo – alavirtaisen eristysventtiilin sulkeminen, joka aiheuttaa järjestelmän jäämisen ylipaineeseen;
- Ulkoinen lämmöntulo tulotilanteessa;
- Kontrolloimaton kemiallinen reaktio tai sisältämän aineen lämpölaajeneminen;
- Apupalveluiden menetys (jäähdytysvesi, sähkövirta tai mittausilma);
- Ylävirtaisen painesäätöventtiilin vian aiheuttama paineen ylitys.
Rikkihappotehtaassa muuntimen, SO₂-puhaltimen poistopuskastin, höyryjakajan ja keskipaineisen kaukokäyttölämmön talteenottokattilahöyrykattilan ovat tärkeimmät suojeltavat kohteet.
2. Tärkeimmät valintakriteerit
Venttiilin tyyppi: jousikuormitettu turvallisuusventtiili on laajimmin käytetty tyyppi. API 526 määrittelee neljätoista standardikirjainmerkintää (D–T: D, E, F, G, H, J, K, L, M, N, P, Q, R, T) suuttimille, jotka kattavat kaiken tavallisimman purkukapasiteetin vaatimukset. Kun takapaine ylittää 10 % asetetusta paineesta, on valittava tasapainotettu kelkaventtiili. Ohjattuja venttiilejä voidaan käyttää korkeammalla ja vaihteluvallisemmalla takapaineella, ja ne soveltuvat puhdaisiin, korkean ΔP:n tehtäviin.
Asetuspaine: ASME Section VIII:n ja API 520:n mukaan ei-palotapauksissa suurin purkupaine on 110 % suunnittelupaineesta (10 % kertymä). Palotapauksissa sallitaan 121 % (21 % ylipaine).
Takapaineen tarkistus: perinteisessä jousikuormitettussa venttiilissä takapaine, joka ylittää 10 % asetuspaineesta, heikentää venttiilin avautumista ja poistokykyä. Tasapainotetussa kelkaventtiilissä käytetään kelkaa, jonka tehollinen pinta-ala vastaa istukkakalvon pinta-alaa, mikä poistaa takapaineen vaikutuksen asetuspaineeseen.
Kuva 2 Jousikuormitettu venttiili leikattuna turvallisuusventtiili — kelkakokoonpanolla
3. Poistokyky ja suutinkoon määrittäminen
Suutinkanavan kurkun pinta-ala on mitoitettava maksimaaliseen poistovirtaukseen poikkeavassa tilanteessa. API 520, osa I, sisältää kokoamismenetelmät kaasuille/höyryille, nesteille ja kahden vaiheen virtaukselle.
Kaasu/höyrykäyttö (kriittinen virtaus):
A = (W / (C·Kd·P1·Kb)) × √(T·Z / M)
mistä:
- A — vaadittu tehollinen poistopinta-ala;
- W — massapoistovirtaus (kg/h);
- C — kaasukerroin, joka riippuu ominaislämpösuhteesta k;
- Kd — tehollinen purkukerroin (0,975 kaasuille/ höyryille API 520 -standardin mukaan);
- P1 — purkupaine, absoluuttinen;
- Kb — takapaineen korjauskerroin;
- T — purkulämpötila (K);
- Z — puristuvuuskerroin;
- M — väliaineen molekyylipaino.
Laskentahuomautukset: jokainen poikkeuksellinen lähtö on tunnistettava erikseen. Esimerkiksi jäte-lämmön käyttöboilerissa purkuvirtaus on laskettava siten, että se sisältää suurimman mahdollisen höyryn tuotannon sekä tulipalosta aiheutuvan lisähöyrystymisen; muussa tapauksessa suutin on liian pieni ja suojaus ei toimi.
Purkualue: API 521 -standardin mukaan syttyvät ja myrkylliset aineet on ohjattava polttotorniin tai suljettuun keräysjärjestelmään. Höyrypilvi-rikkoontumisriskin aiheuttavat purkutilanteet on huomioitava polttotornilla, alapainejärjestelmällä, HIPS-järjestelmällä tai uudelleensuunnittelulla.
4. Asennus- ja putkisto-vaatimukset
Tuloletkut: API 520, osa II vaatii turvaventtiilin sijainnin olevan mahdollisimman lähellä suojeltavaa laitetta, ja tuloletkun painehäviön ei saa ylittää 3 % venttiilin asetettua painetta (”3 % -sääntö”). Liiallinen painehäviö aiheuttaa räristelyä tai viivästynyttä avaumista.
Poistoletkut: poistoletkua ei saa tukea venttiilin rungolla; se vaatii itsenäisen tuen ja sen on sallittava lämpölaajeneminen. Poistolinjan on järjestettävä niin, että neste virtaa pois painovoiman avulla, jotta kondenssin kertyminen ei vaikuttaisi takapaineeseen.
Useita venttiilejä yhteisessä keräysputkessa: kun useita turvaventtiilejä purkaa yhteiseen keräysputkeen, on arvioitava kunkin venttiilin kohdalla kertynyt keräysputken takapaine venttiilin nostokäyttäytymiseen.
5. Käytännön tapaustutkimus
98,5 %:n H₂SO₄-kierrätysastia rikkihappotehtaassa suunniteltiin "ilmapaineastiana", eikä siihen asennettu turvaventtiiliä. Käynnistyksen aikana höyrylämmityksen venttiili vuoti, astian happolämpötila nousi ja höyryä kertyi. Paine nousi lyhyeksi aikaa 0,04 MPa:n, mikä irrotti astian katon katkoskannen tiivisteet ja mahdollisti rikkihapon pääsyn ulos.
Myöhemmin API 2000 -standardin mukaisesti ilmapaine- ja alipainevarastointiastioille asennettiin yhdistetty hengitys- ja turvaventtiiliryhmä, jonka asetuspaine on 0,03 MPa ja joka on mitoitettu suurimman mahdollisen höyryn tuotantonopeuden mukaan.
Tärkeä huomio: ilmapaine-suunnittelu ei tarkoita, että ylipaine ei koskaan voi syntyä. Lämmitys, kemialliset reaktiot ja virheellinen käyttö on otettava kaikki huomioon ylipainetilanteiden analyysissä.
Yhteenveto
Puristusventtiilien suunnittelulogiikka voidaan tiivistää seuraavasti: venttiilit asennetaan ylipaineen lähteen mukaan (ryhmäsuojelu), niiden aukeama mitoitetaan poikkeavalle virtaukselle, venttiilin tyyppi valitaan takapaineen ja väliaineen perusteella, ja sisääntulevan paineen menetys rajoitetaan 3 %:n säännön mukaisesti. API 520/521/526 -kehys tarjoaa täydellisen ketjun skenaarioiden tunnistamisesta ja mitoittamisesta asennuksen tarkistukseen saakka. Seuraavassa artikkelissa käsitellään rikkoutumislevyjä ja niiden yhdistettyä käyttöä puristusventtiilien kanssa.
Viittaukset
API 520 Osa I / Osa II – Paineventtiilien mitoitus, valinta ja asennus, American Petroleum Institute (API).
API 521 – Paineventtiili- ja painonpussutusjärjestelmät, American Petroleum Institute (API).
API 526 – Liitoslaippaiset teräspaineventtiilit, American Petroleum Institute (API).
API 2000 – Ilmanvaihto ilmanpaineisia ja alhapaineisia varastotankkeja varten, American Petroleum Institute (API).
ASME:n kattiloiden ja paineastioiden koodi, osa VIII, jakso 1 — enintään 10 %:n ylitys ei-palotapauksissa ja 21 %:n ylitys palotapauksissa.
Shanghai Xiazhao Valve — paineenvapautusventtiilit ja erikoisventtiiliratkaisut. API-standardin mukaisten tuotteiden valinnan tukemiseksi tai teknisille kysymyksille ota yhteyttä insinööritiimiimme.
