EN
A nyomáscsökkentő szelep a nyomástartó edények és csővezeték-rendszerek túlnyomás elleni utolsó védelmi vonala. Az API 520 (I. és II. rész) szabályozza a nyomáscsökkentő berendezések méretezését, kiválasztását és telepítését a kőolaj-finomítási és kapcsolódó iparágakban. Az API 521 az átmeneti túlnyomás-helyzetek azonosítására és a lefúvatási rendszerek tervezésére szolgáló mérnöki módszertant tartalmazza. Az API 526 szabványosítja a peremes acél nyomáscsökkentő szelepek nyílásfelületeit, méreteit és nyomástartási osztályait. Ezt a cikket mérnököknek és beszerzési szakembereknek írták, és összefoglalja a beállított nyomás kiválasztásának elveit, a szelepek kiválasztásának logikáját, valamint a lefúvatási kapacitás kiszámításának módszerét.
1. ábra: Hagyományos rugós szelep metszete biztonsági csap — ülőfelület, korong és rugóegység
1. Biztonsági szelep védelmet igénylő berendezések
Az API 521 szabvány előírja a túlnyomás elleni védelmet nyomástartó edények, hőcserélők, tüzelőberendezések és bármely olyan csővezeték-szakasz esetében, amelyet hőtágulás vagy felsőbb szintű nyomásingerek miatt lezárható („blocked-in”) rendszer zár be.
Csoportos védelem elve: egy biztonsági szelep egy berendezéscsoportot véd – azaz két elzárószelep közötti, ugyanazon túlnyomásforrással terhelt berendezéseket – nem pedig minden egyes edényt külön-külön. A következő túlnyomás-helyzeteket kell értékelni:
- Lezárt kimenet – egy lefelé irányuló elzárószelep bezárása, amely túlnyomás alatt zárja le a rendszert;
- Tűz esetén külső hőbevitel;
- Futó kémiai reakció vagy a tartalmazott közeg hőtágulása;
- Segédüzemek elvesztése (hűtővíz, villamos energia vagy műszeri levegő);
- Felsőbb szintű nyomásszabályozó szelep meghibásodása miatti nyomásfelülbírálás.
Kén-dioxid-gyártó üzemben a konverter, az SO₂-fúvóka kifolyó pufferedénye, a gőzgyűjtő és a közepes nyomású hulladékhő-hasznosító kazán gőzdobja a legfontosabb védendő elemek.
2. Kulcsfontosságú kiválasztási szempontok
Szelep típusa: a rugóterheléses biztonsági csap a leggyakrabban használt típus. Az API 526 szabvány tizennégy szabványos nyílásbetű-jelölést határoz meg D-től T-ig (D, E, F, G, H, J, K, L, M, N, P, Q, R, T), amelyek lefedik a gyakori lefúvató-teljesítmény-igények teljes skáláját. Amikor a visszanyomás meghaladja a beállított nyomás 10%-át, egy kiegyensúlyozott harangcsöves szelepet kell választani. A pilótavezérelt szelepek nagyobb és változóbb visszanyomást is elviselnek, és tisztább, nagy ΔP-ű alkalmazásokhoz alkalmasak.
Beállított nyomás: az ASME Section VIII és az API 520 szerint nem tűz esetén a maximális lefúvató nyomás a tervezési nyomás 110%-a (10% túltöltés). Tűzesetben 121% (21% túlnyomás) engedélyezett.
Ellennyomás-ellenőrzés: hagyományos, rugóval terhelt szelep esetén az ellennyomás a beállított nyomás 10%-ánál nagyobb értéke csökkenti a szelep emelkedését és a kiáramlási teljesítményt. A kiegyensúlyozott harangcsöves szelep egy olyan harangcsövet használ, amelynek hatékony felülete megegyezik a szelepfülke felületével, így kizárja az ellennyomás hatását a beállított nyomásra.
2. ábra: Rugóval terhelt szelep metszete biztonsági csap — harangcsöves szerelvényekkel
3. Biztonsági szelep kiáramlási teljesítménye és nyílás méretezése
A fúvóka torka területét úgy kell méretezni, hogy az a rendkívüli feltételek mellett fellépő maximális kiáramlási sebességet biztosítsa. Az API 520 I. része a gáz/gőz, folyadék és kétfázisú áramlás méretezési módszereit tartalmazza.
Gáz/gőz üzem (kritikus áramlás):
A = (W / (C·Kd·P1·Kb)) × √(T·Z / M)
ahol:
- A — szükséges hatékony kiáramlási terület;
- W — tömegáramlás (kg/h);
- C — gázegyüttható, a fajhőviszony (k) függvénye;
- Kd — hatékony kiáramlási együttható (0,975 gáz/gőz esetén az API 520 szerint);
- P1 — nyomáscsökkentési nyomás, abszolút;
- Kb — visszanyomás-korrekciós tényező;
- T — nyomáscsökkentési hőmérséklet (K);
- Z — összenyomhatósági tényező;
- M — a közeg molekulatömege.
Számítási megjegyzések: minden rendellenes forrást külön kell azonosítani. Például egy hulladékhő-hasznosító kazán esetében a nyomáscsökkentési térfogatáramnak tartalmaznia kell a maximális gőzképződést és a tűz által bevezetett hő miatti további elpárologtatást is; ellenkező esetben a nyílás túl kicsi lesz, és a védelem nem fog működni.
Kiáramlási célhely: az API 521 előírja, hogy gyúlékony és mérgező közeg esetében a kiáramlást fáklyára vagy zárt gyűjtőrendszerre kell irányítani. A gőzfelhő-robbanási kockázatot jelentő nyomáscsökkentési forgatókönyveket fáklyával, alacsony nyomású rendszerrel, HIPS-szel vagy újratervezéssel kell kezelni.
4. Telepítési és csővezetéki követelmények
Bemeneti csövezés: Az API 520. szabvány II. része előírja, hogy a biztonsági szelepet a védett berendezéshez lehető legközelebb kell elhelyezni, és a bemeneti csövezés nyomásvesztesége nem haladhatja meg a beállított nyomás 3%-át (a „3%-os szabály”). A túlzott nyomásveszteség rezgést vagy késleltetett nyitást okozhat.
Kimeneti csövezés: a kimeneti csövet nem szabad a szelep testére támasztani; független támasztásra van szükség, és figyelembe kell venni a hőtágulást. A lefúvató vezetéket úgy kell elrendezni, hogy gravitációs lefolyás biztosított legyen, így elkerülhető a kondenzvíz felhalmozódása, amely befolyásolhatná a visszanyomást.
Több szelep közös gyűjtőn: ha több biztonsági szelep egy közös gyűjtőre fúj, akkor minden egyes szelep emelési teljesítményére gyakorolt összegyűlt gyűjtő-visszanyomást ki kell értékelni.
5. Gyakorlati esettanulmány
Egy kénsavgyártó üzemben egy 98,5%-os H₂SO₄ újrafeldolgozó tartályt „atmoszférikus tartálynak” terveztek, és nem szereltek rá nyomáscsökkentő szelepet. Üzembe helyezés közben a gőzvezetéket melegítő szelep szivárgott, a tartályban lévő sav hőmérséklete emelkedett, és gőz gyűlt össze. A nyomás rövid ideig 0,04 MPa-ra nőtt, aminek következtében a tartály tetején lévő nyitófedél tömítése kirepült, és kénsav szivárgott ki.
Később az API 2000 szabvány előírásai szerint – amelyek a légköri és alacsony nyomású tárolótartályok szellőztetését szabályozzák – egy kombinált lélegző- és nyomáscsökkentő szelepet szereltek fel, amelynek beállított nyomása 0,03 MPa, és a felszabadítási kapacitása a maximális gőzképződési sebességhez van méretezve.
Fontos megjegyezni: egy atmoszférikus kialakítás nem jelenti azt, hogy túlnyomás soha nem keletkezhet. A túlnyomás-scenáriók elemzésébe be kell vonni a melegedést, a kémiai reakciókat és a hibás működtetést is.
Összefoglalás
A nyomáscsökkentő szelepek műszaki logikája összefoglalható a következőképpen: a szelepeket a túlnyomás forrása szerint kell konfigurálni (csoportos védelem), a nyílás méretét az abnormális áramláshoz kell meghatározni, a szelep típusát a visszanyomás és a közeg alapján kell kiválasztani, valamint az elvezető nyomásveszteséget a 3%-os szabály szerint kell korlátozni. Az API 520/521/526 keretrendszer egy teljes láncot biztosít a forgatókönyv-azonosítástól és a méretezéstől az üzembe helyezés ellenőrzéséig. Egy következő cikk a robbanólemezekről és azok kombinált alkalmazásáról a nyomáscsökkentő szelepekkel fog szólni.
Hivatkozások
API 520. rész I. / rész II. – Nyomáscsökkentő berendezések méretezése, kiválasztása és telepítése, American Petroleum Institute (API).
API 521 – Nyomáscsökkentő és nyomáscsökkentő rendszerek, American Petroleum Institute (API).
API 526 – Flange-s acél nyomáscsökkentő szelepek, American Petroleum Institute (API).
API 2000 – Atmoszférikus és alacsony nyomású tárolótartályok szellőztetése, American Petroleum Institute (API).
ASME kazán- és nyomástartó edénykód, VIII. szakasz, 1. rész – legfeljebb 10 % túlterhelés nem tűz esetén és legfeljebb 21 % túlterhelés tűz esetén.
Shanghai Xiazhao Valve – nyomáscsökkentő szelepek és speciális szelepmegoldások. Az API-szabvány szerinti kiválasztáshoz vagy műszaki kérdésekhez forduljon mérnöki csapatunkhoz.
