सुरक्षा वाल्व के आकार निर्धारण और चयन: एक एपीआई मानक इंजीनियरिंग गाइड

दबाव राहत वाल्व दबाव वाले बर्तनों और पाइपिंग प्रणालियों में अधिक दबाव के खिलाफ रक्षा की अंतिम पंक्ति है। एपीआई ५२० (भाग I और भाग II) पेट्रोलियम शोधन और संबंधित उद्योगों में दबाव-राहत उपकरणों के आकार निर्धारण, चयन और स्थापना को नियंत्रित करता है। एपीआई ५२१ अधिक दबाव के परिदृश्यों की पहचान करने और राहत प्रणालियों के डिज़ाइन के लिए इंजीनियरिंग पद्धति प्रदान करता है। एपीआई ५२६ फ्लैंजयुक्त स्टील दबाव-राहत वाल्वों के ओरिफिस क्षेत्रफल, आयामों और दबाव रेटिंग को मानकीकृत करता है। यह लेख इंजीनियरों और खरीद पेशेवरों के लिए लिखा गया है, जो सेट-दबाव चयन के सिद्धांतों, वाल्व चयन के तर्क और राहत-क्षमता गणना की विधि का सारांश प्रस्तुत करता है।

चित्र १ एक पारंपरिक स्प्रिंग-लोडेड का कट-अव सुरक्षा वैल्व — सीट, डिस्क, और स्प्रिंग असेंबली

1. रिलीफ सुरक्षा की आवश्यकता वाला उपकरण

API 521 के अनुसार, दबाव पात्रों, हीट एक्सचेंजरों, फायर्ड हीटरों और उन पाइपिंग खंडों के लिए अधिदबाव सुरक्षा की आवश्यकता होती है जो तापीय प्रसार या ऊपर की ओर दबाव के उतार-चढ़ाव के कारण अवरुद्ध हो सकते हैं।

समूह-सुरक्षा सिद्धांत: एक रिलीफ वाल्व एक उपकरण समूह की सुरक्षा करता है — यानी दो अलगाव वाल्वों के बीच के उपकरण, जो एक ही अधिदबाव स्रोत के अधीन हों — न कि प्रत्येक पात्र की अलग से। निम्नलिखित अधिदबाव परिदृश्यों का मूल्यांकन किया जाना चाहिए:

• अवरुद्ध निकास — नीचे की ओर के अलगाव वाल्व का बंद होना, जिससे प्रणाली अधिदबाव के तहत फँस जाती है;
• अग्नि स्थितियों में बाहरी ऊष्मा प्रविष्टि;
• अंदर के माध्यम की अनियंत्रित रासायनिक प्रतिक्रिया या तापीय प्रसार;
• उपयोगिताओं का नुकसान (शीतलन जल, विद्युत शक्ति, या उपकरण वायु);
• ऊपर की ओर के दबाव नियंत्रण वाल्व की विफलता के कारण दबाव अतिचारित होना।

एक सल्फ्यूरिक अम्ल संयंत्र में, कन्वर्टर, SO₂ ब्लोअर डिस्चार्ज बफ़र वेसल, स्टीम हेडर और मध्य-दबाव वेस्ट-हीट बॉयलर स्टीम ड्रम सुरक्षा के लिए मुख्य वस्तुएँ हैं।

2. प्रमुख चयन मानदंड

वाल्व का प्रकार: स्प्रिंग-लोडेड सुरक्षा वैल्व यह सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला प्रकार है। API 526 में D से T तक चौदह मानक ओरिफ़िस अक्षर नामांकन (D, E, F, G, H, J, K, L, M, N, P, Q, R, T) को परिभाषित किया गया है, जो सामान्य रिलीविंग-क्षमता आवश्यकताओं की पूरी श्रृंखला को शामिल करते हैं। जब बैकप्रेशर सेट दबाव के 10% से अधिक हो जाता है, तो संतुलित-बैलोज़ वाल्व का चयन किया जाना चाहिए। पायलट-ऑपरेटेड वाल्व उच्च और अधिक परिवर्तनशील बैकप्रेशर को स्वीकार कर सकते हैं तथा शुद्ध, उच्च-ΔP सेवाओं के लिए उपयुक्त हैं।

सेट दबाव: ASME खंड VIII और API 520 के अनुसार, अग्नि-संबंधित मामलों के अतिरिक्त मामलों में अधिकतम रिलीविंग दबाव डिज़ाइन दबाव का 110% (10% संचय) है। अग्नि-संबंधित मामलों में 121% (21% अतिदबाव) की अनुमति है।

पीछे का दबाव जाँच: एक पारंपरिक स्प्रिंग-लोडेड वाल्व के लिए, सेट दबाव के 10% से अधिक पीछे का दबाव उत्थान और निर्वहन क्षमता को कम कर देता है। एक संतुलित-बैलोज़ वाल्व में एक बैलोज़ का उपयोग किया जाता है जिसका प्रभावी क्षेत्रफल सीट क्षेत्रफल के बराबर होता है, जिससे सेट दबाव पर पीछे के दबाव के प्रभाव को समाप्त कर दिया जाता है।

चित्र 2 एक स्प्रिंग-लोडेड का कटआउट सुरक्षा वैल्व — बैलोज़ असेंबली के साथ

3. निर्वहन क्षमता और ओरिफिस आकार निर्धारण

नोज़ल गला क्षेत्रफल को असामान्य स्थिति के तहत अधिकतम निर्वहन दर के लिए आकारित किया जाना चाहिए। API 520 भाग I गैस/वाष्प, द्रव और दो-चरण प्रवाह के लिए आकार निर्धारण विधियाँ प्रदान करता है।

गैस/वाष्प सेवा (आलोचनिक प्रवाह):

A = (W / (C·Kd·P1·Kb)) × √(T·Z / M)

जहाँ:

• A — आवश्यक प्रभावी निर्वहन क्षेत्रफल;
• W — द्रव्यमान निर्वहन दर (kg/h);
• C — गैस गुणांक, विशिष्ट ऊष्मा अनुपात k का एक फलन;
• Kd — प्रभावी निकास गुणांक (API 520 के अनुसार गैस/वाष्प के लिए 0.975);
• P1 — रिलीविंग दबाव, निरपेक्ष;
• Kb — पीछे के दबाव सुधार कारक;
• T — रिलीविंग तापमान (K में);
• Z — संपीड़नीयता कारक;
• M — माध्यम का आणविक भार।

गणना टिप्पणियाँ: प्रत्येक असामान्य स्रोत को अलग-अलग पहचाना जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, वेस्ट-हीट बॉयलर के लिए, रिलीविंग दर में अधिकतम भाप उत्पादन के साथ-साथ आग के ऊष्मा इनपुट के कारण होने वाला अतिरिक्त वाष्पीकरण शामिल होना चाहिए; अन्यथा ओरिफिस छोटा होगा और सुरक्षा विफल हो जाएगी।

निकास का गंतव्य: API 521 के अनुसार ज्वलनशील और विषैले माध्यमों को फ्लेयर या बंद संग्रह प्रणाली में भेजा जाना चाहिए। वाष्प-बादल-विस्फोट के जोखिम वाले रिलीविंग परिदृश्यों को फ्लेयर, कम दबाव प्रणाली, HIPS, या पुनर्डिज़ाइन के माध्यम से संबोधित किया जाना चाहिए।

4. स्थापना और पाइपिंग आवश्यकताएँ

प्रवेश पाइपिंग: एपीआई 520 भाग II के अनुसार, रिलीफ वाल्व को सुरक्षित उपकरण के जितना संभव हो सके निकट स्थापित किया जाना चाहिए, और प्रवेश पाइपिंग का दबाव नुकसान सेट दबाव के 3% से अधिक नहीं होना चाहिए ("3% नियम")। अत्यधिक नुकसान के कारण वाल्व कंपन कर सकता है या खुलने में देरी हो सकती है।

निकास पाइपिंग: निकास पाइप को वाल्व बॉडी द्वारा समर्थित नहीं किया जाना चाहिए; इसके लिए स्वतंत्र समर्थन की आवश्यकता होती है और यह तापीय प्रसार के लिए अनुमति देना चाहिए। निकास लाइन को गुरुत्वाकर्षण द्वारा निकास के लिए व्यवस्थित किया जाना चाहिए ताकि संघनित द्रव के जमा होने से बैकप्रेशर प्रभावित न हो।

एक सामान्य हेडर पर कई वाल्व: जब कई रिलीफ वाल्व एक सामान्य हेडर में निकास करते हैं, तो प्रत्येक वाल्व के लिफ्ट प्रदर्शन पर संचित हेडर बैकप्रेशर का मूल्यांकन किया जाना चाहिए।

5. क्षेत्र में मामले का अध्ययन

एक सल्फ्यूरिक एसिड संयंत्र में 98.5% H₂SO₄ की पुनर्चक्रण टैंक को "वायुमंडलीय टैंक" के रूप में डिज़ाइन किया गया था और इसमें राहत वाल्व की व्यवस्था नहीं की गई थी। शुरुआत के दौरान, भाप ट्रेसिंग वाल्व रिस गया, टैंक में एसिड का तापमान बढ़ गया और भाप जमा हो गई। दबाव क्षणिक रूप से 0.04 MPa तक बढ़ गया, जिससे टैंक की छत पर लगी मैनहोल गैस्केट उड़ गई और सल्फ्यूरिक एसिड बाहर निकलने लगा।

इसके बाद, API 2000 के अनुसार वायुमंडलीय और कम दबाव वाली भंडारण टैंकों के वेंटिंग आवश्यकताओं के अनुपालन में, एक संयुक्त ब्रीदर-वाल्व-एंड-रिलीफ-वाल्व असेंबली स्थापित की गई, जिसका सेट दबाव 0.03 MPa था और जिसकी रिलीफ क्षमता अधिकतम भाप उत्पादन दर के लिए आकारित की गई थी।

मुख्य बिंदु: वायुमंडलीय डिज़ाइन का अर्थ यह नहीं है कि अतिदाब कभी भी नहीं हो सकता। अतिदाब परिदृश्य विश्लेषण में तापन, रासायनिक अभिक्रिया और गलत संचालन सभी को शामिल किया जाना चाहिए।

निष्कर्ष

रिलीफ वाल्व के लिए इंजीनियरिंग तर्क को इस प्रकार सारांशित किया जा सकता है: अतिदाब स्रोत (समूह सुरक्षा) के आधार पर वाल्व कॉन्फ़िगर करना, असामान्य प्रवाह के लिए ओरिफिस का आकार निर्धारित करना, बैकप्रेशर और माध्यम के आधार पर वाल्व प्रकार का चयन करना, और इनलेट दबाव के नुकसान को 3% नियम तक सीमित रखना। API 520/521/526 ढांचा परिदृश्य पहचान और आकार निर्धारण से लेकर स्थापना सत्यापन तक एक पूर्ण श्रृंखला प्रदान करता है। एक अनुवर्ती लेख रप्चर डिस्क्स और उनके रिलीफ वाल्व के साथ संयुक्त उपयोग पर चर्चा करेगा।

संदर्भ

API 520 भाग I / भाग II — दबाव-मुक्ति उपकरणों का आकार निर्धारण, चयन और स्थापना, अमेरिकन पेट्रोलियम इंस्टीट्यूट (API)।

API 521 — दबाव-मुक्ति और दबाव-कम करने की प्रणालियाँ, अमेरिकन पेट्रोलियम इंस्टीट्यूट (API)।

API 526 — फ्लैंजयुक्त स्टील दबाव-मुक्ति वाल्व, अमेरिकन पेट्रोलियम इंस्टीट्यूट (API)।

API 2000 — वातमंडलीय और कम-दबाव भंडारण टैंकों का वेंटिंग, अमेरिकन पेट्रोलियम इंस्टीट्यूट (API)।

एएसएमई बॉयलर और प्रेशर वेसल कोड, सेक्शन वीआईआईआई, डिवीजन 1 — गैर-आग के मामलों के लिए अधिकतम 10% संचय और आग के मामलों के लिए 21% संचय।

शंघाई ज़ियाज़हाओ वॉल्व — दबाव राहत वॉल्व और विशेष वॉल्व समाधान। एपीआई-मानक चयन समर्थन या तकनीकी पूछताछ के लिए, कृपया हमारी इंजीनियरिंग टीम से संपर्क करें।