Penentuan Saiz dan Pemilihan Injap Keselamatan: Panduan Kejuruteraan Piawaian API

Injap pelepas tekanan merupakan barisan pertahanan terakhir terhadap tekanan berlebihan dalam bekas tekanan dan sistem paip. API 520 (Bahagian I dan Bahagian II) mengawal penentuan saiz, pemilihan, dan pemasangan peranti pelepas tekanan dalam industri pemprosesan petroleum dan bidang berkaitan. API 521 menyediakan metodologi kejuruteraan untuk mengenal pasti senario tekanan berlebihan serta merekabentuk sistem pelepasan. API 526 menstandardkan luas lubang, dimensi, dan kadar tekanan injap pelepas tekanan keluli berflens. Artikel ini, yang ditulis khusus untuk jurutera dan profesional pembelian, merumuskan prinsip-prinsip pemilihan tekanan tetapan, logik pemilihan injap, serta kaedah pengiraan kapasiti pelepasan.

Rajah 1 Keratan rentas injap biasa berjenis spring katkup keselamatan — pemasangan tempat duduk, cakera, dan spring

1. Peralatan yang Memerlukan Perlindungan Pelepasan Tekanan

API 521 menghendaki perlindungan terhadap tekanan lebih bagi bekas tekanan, penukar haba, pemanas berapi, dan mana-mana bahagian paip yang boleh terhalang akibat pengembangan termal atau turun naik tekanan hulu.

Prinsip perlindungan kelompok: injap pelepasan tekanan melindungi sekumpulan peralatan — iaitu peralatan di antara dua injap pengasingan yang mengalami sumber tekanan lebih yang sama — dan bukannya setiap bekas secara berasingan. Senario tekanan lebih berikut mesti dinilai:

• Saluran keluar terhalang — penutupan injap pengasingan hilir yang menyebabkan sistem terperangkap di bawah tekanan lebih;
• Input haba luaran dalam keadaan kebakaran;
• Tindak balas kimia tidak terkawal atau pengembangan termal medium yang dikandung;
• Kehilangan utiliti (air penyejuk, kuasa elektrik, atau udara instrumen);
• Lampauan tekanan akibat kegagalan injap kawalan tekanan hulu.

Dalam loji asid sulfurik, penukar, bekas penimbal saluran keluar penghembus SO₂, paip utama stim, dan dram stim ketuhar haba buangan tekanan sederhana merupakan item utama yang perlu dilindungi.

2. Kriteria Pemilihan Utama

Jenis injap: jenis berpegas katkup keselamatan ialah jenis yang paling banyak digunakan. API 526 menetapkan empat belas huruf lubang piawai dari D hingga T (D, E, F, G, H, J, K, L, M, N, P, Q, R, T), yang merangkumi keseluruhan julat keperluan kapasiti pelupusan biasa. Apabila tekanan balik melebihi 10% daripada tekanan tetapan, injap belangsungkawa seimbang harus dipilih. Injap kendali pilot boleh menampung tekanan balik yang lebih tinggi dan lebih berubah-ubah serta sesuai untuk perkhidmatan bersih dengan ΔP tinggi.

Tekanan tetapan: mengikut Seksyen VIII ASME dan API 520, bagi kes bukan kebakaran, tekanan pelupusan maksimum ialah 110% daripada tekanan reka bentuk (penumpukan 10%). Bagi kes kebakaran, dibenarkan sehingga 121% (lebihan tekanan 21%).

Pemeriksaan tekanan balik: bagi injap berpegas konvensional, tekanan balik melebihi 10% daripada tekanan tetapan akan mengurangkan angkat dan kapasiti pelepasan. Injap berkelompok seimbang menggunakan belos yang luas permukaan berkesannya sama dengan luas permukaan tempat duduk, seterusnya menghilangkan kesan tekanan balik terhadap tekanan tetapan.

Rajah 2 Keratan rentas injap berpegas katkup keselamatan — dengan pemasangan belos

3. Kapasiti Pelepasan dan Penyesuaian Saiz Lubang

Luas tekak muncung mesti disesuaikan untuk kadar pelepasan maksimum dalam keadaan abnormal. API 520 Bahagian I menyediakan kaedah penyesuaian saiz untuk aliran gas/wap, cecair, dan dua fasa.

Perkhidmatan gas/wap (aliran genting):

A = (W / (C·Kd·P1·Kb)) × √(T·Z / M)

di mana:

• A — luas pelepasan berkesan yang diperlukan;
• W — kadar pelepasan jisim (kg/j);
• C — pekali gas, suatu fungsi nisbah haba tentu k;
• Kd — pekali pembuangan berkesan (0.975 untuk gas/wap mengikut API 520);
• P1 — tekanan pelepasan, mutlak;
• Kb — faktor pembetulan tekanan belakang;
• T — suhu pelepasan (K);
• Z — faktor mampatan;
• M — jisim molekul medium.

Nota pengiraan: setiap sumber tidak normal mesti dikenal pasti secara berasingan. Sebagai contoh, bagi sebuah ketuhar haba buangan, kadar pelepasan mesti merangkumi penjanaan stim maksimum ditambah dengan penguapan tambahan akibat haba input api; jika tidak, lubang akan terlalu kecil dan perlindungan akan gagal.

Destinasi pancutan: API 521 mensyaratkan medium mudah terbakar dan toksik dihantar ke sistem flare atau sistem pengumpulan tertutup. Senario pelepasan yang menimbulkan risiko letupan awan wap mesti ditangani melalui sistem flare, sistem tekanan rendah, HIPS, atau rekabentuk semula.

4. Keperluan Pemasangan dan Paip

Paip masuk: API 520 Bahagian II menghendaki injap pelepasan diletakkan sedekat mungkin dengan peralatan yang dilindungi, dan kehilangan tekanan dalam paip masuk tidak boleh melebihi 3% daripada tekanan tetapan ("peraturan 3%"). Kehilangan berlebihan menyebabkan getaran atau pembukaan terlambat.

Paip keluar: paip keluar tidak boleh disokong oleh badan injap; ia memerlukan sokongan bebas dan mesti membenarkan pengembangan haba. Saluran pelucutan harus disusun untuk saliran graviti bagi mengelakkan pengumpulan kondensat yang boleh menjejaskan tekanan balik.

Beberapa injap pada pemimpin sepunya: apabila beberapa injap pelepasan melucut ke dalam pemimpin sepunya, tekanan balik terkumpul dalam pemimpin tersebut terhadap prestasi angkat setiap injap mesti dinilai.

5. Kajian Kes di Tapak

Tangki daur semula H₂SO₄ 98.5% dalam loji asid sulfurik direka sebagai "tangki atmosfera" dan tidak dilengkapi injap pelepas tekanan. Semasa permulaan operasi, injap pengesan stim bocor, suhu asid dalam tangki meningkat, dan stim terkumpul. Tekanan meningkat secara ringkas sehingga 0.04 MPa, menyebabkan gasket lubang inspeksi pada bumbung tangki terlucut dan membenarkan asid sulfurik terlepas.

Setelah itu, mengikut keperluan pelepasan API 2000 untuk tangki penyimpanan atmosfera dan tekanan rendah, satu pemasangan gabungan injap pernafasan dan injap pelepas tekanan dipasang, dengan tekanan tetapan 0.03 MPa dan kapasiti pelepasan yang disesuaikan dengan kadar penjanaan stim maksimum.

Titik utama: reka bentuk atmosfera tidak bermaksud keadaan lebih tekanan tidak pernah berlaku. Pemanasan, tindak balas kimia, dan salah operasi semua mesti dimasukkan dalam analisis senario lebih tekanan.

Kesimpulan

Logik kejuruteraan untuk injap pelepasan tekanan boleh diringkaskan sebagai: konfigurasikan injap mengikut sumber tekanan berlebihan (perlindungan kelompok), saiz lubang aliran bagi aliran tidak normal, pilih jenis injap berdasarkan tekanan balik dan medium, serta kawal kehilangan tekanan di saluran masuk mengikut peraturan 3%. Kerangka API 520/521/526 menyediakan rangkaian lengkap dari pengenalpastian senario dan penentuan saiz hingga pengesahan pemasangan. Artikel susulan akan membincangkan cakera pecah dan penggunaannya secara bersama-sama dengan injap pelepasan tekanan.

Rujukan

API 520 Bahagian I / Bahagian II — Penentuan Saiz, Pemilihan, dan Pemasangan Peranti Pelepasan Tekanan, American Petroleum Institute (API).

API 521 — Sistem Pelepasan Tekanan dan Pengurangan Tekanan, American Petroleum Institute (API).

API 526 — Injap Pelepasan Tekanan Keluli Berflens, American Petroleum Institute (API).

API 2000 — Pengudaraan Tangki Simpanan Atmosfera dan Tekanan Rendah, American Petroleum Institute (API).

Kod ASME untuk Ketuhar dan Bekas Tekanan, Bahagian VIII, Bahagian 1 — pengumpulan maksimum 10% untuk kes bukan kebakaran dan 21% untuk kes kebakaran.

Shanghai Xiazhao Valve — penyelesaian injap pelepasan tekanan dan injap khas. Untuk sokongan pemilihan mengikut piawaian API atau pertanyaan teknikal, sila hubungi pasukan kejuruteraan kami.