EN
En trykkavlastningsventil er den siste forsvarslinjen mot overtrykk i trykktanker og rørledningssystemer. API 520 (del I og del II) regulerer utforming, valg og installasjon av trykkavlastningsanordninger i petroleumsraffinerier og relaterte industrier. API 521 gir den tekniske metodikken for identifisering av overtrykkscenarier og utforming av avlastningssystemer. API 526 standardiserer åpningstverrsnitt, dimensjoner og trykkklasser for flensede ståltrykkavlastningsventiler. Denne artikkelen, skrevet for ingeniører og innkjøpsansatte, oppsummerer prinsippene for valg av innstilt trykk, logikken bak ventilvalg og metoden for beregning av avlastningskapasitet.
Fig. 1 Tverrsnitt av en konvensjonell fjærbelastet ventils trykkhull — sete, skive og fjærmontering
1. Utstyr som krever trykkavlastningsbeskyttelse
API 521 krever trykkavlastningsbeskyttelse for trykktanker, varmevekslere, forbrenningsbaserte varmeapparater og alle rørledningsdeler som kan bli sperret av termisk utvidelse eller trykkendringer på innsiden.
Gruppebeskyttelsesprinsipp: en trykkavlastningsventil beskytter en gruppe utstyr — altså utstyret mellom to isolasjonsventiler som er utsatt for samme overtrykksskild — i stedet for hver enkelt tank individuelt. Følgende overtrykksscenarier må vurderes:
- Sperret utløp — lukking av en nedstrøms isolasjonsventil som fanger systemet under overtrykk;
- Ekstern varmetilførsel under brannforhold;
- Ukontrollert kjemisk reaksjon eller termisk utvidelse av det innholdte mediet;
- Tap av hjelpemidler (kjølevann, elektrisk kraft eller instrumentluft);
- Trykkoverskridelse forårsaket av svikt i en oppstrøms trykkreguleringsventil.
I en svovelsyreanlegg er konverteren, utløpsbufferbeholderen for SO₂-blåseren, damphovedet og dammtrommelen i mellomtrykkets avfallsvarmedampkjele de viktigste elementene som må beskyttes.
2. Viktige valgkriterier
Ventiltype: den fjærbelastede trykkhull er den mest brukte typen. API 526 definerer fjorten standard åpningstegn fra D til T (D, E, F, G, H, J, K, L, M, N, P, Q, R, T), som dekker hele rekken vanlige krav til utløsningskapasitet. Når mottrykket overstiger 10 % av innstilt trykk, bør en balansert bellowventil velges. Pilotstyrte ventiler kan håndtere høyere og mer variable mottrykk og er egnet for rene tjenester med høy ΔP.
Innstilt trykk: i henhold til ASME Section VIII og API 520 er det maksimale utløsningspresset for ikke-brann-tilfeller 110 % av konstruksjonstrykket (10 % akkumulering). For brann-tilfeller er 121 % (21 % overtrykk) tillatt.
Tilbakedtrykkskontroll: For en konvensjonell fjærbelastet ventilen reduseres løft og utløsningskapasitet ved et tilbakedtrykk som overstiger 10 % av innstilt trykk. En balansert bellowventil bruker en bellow med effektiv areal lik setearealet, noe som eliminerer virkningen av tilbakedtrykk på innstilt trykk.
Fig. 2 Skjært tegning av en fjærbelastet trykkhull — med bellowmontering
3. Utløsningskapasitet og åpningstørrelse
Dysens halsareal må dimensjoneres for den maksimale utløsningshastigheten under unormale forhold. API 520 Del I gir dimensjoneringsmetoder for gass/damp, væske og tofasestrøm.
Gass/damp-drift (kritisk strøm):
A = (W / (C·Kd·P1·Kb)) × √(T·Z / M)
hvor:
- A — nødvendig effektiv utløsningsareal;
- W — masseutløsningshastighet (kg/t);
- C — gasskoeffisient, en funksjon av spesifikk varmekapasitetsforholdet k;
- Kd — effektiv utløpskoeffisient (0,975 for gass/damp i henhold til API 520);
- P1 — utløpstrykk, absolutt;
- Kb — korreksjonsfaktor for mottrykk;
- T — utløpstemperatur (K);
- Z — kompressibilitetsfaktor;
- M — molekylvekt for mediet.
Beregningssmerker: hver unormal kilde må identifiseres separat. For en avfallsvarmekjele må utløpsraten for eksempel inkludere maksimal dampgenerering pluss ekstra fordampning forårsaket av varmeinntak fra brann; ellers blir åpningen for liten og beskyttelsen svikter.
Utløpsdestinasjon: API 521 krever at brennbare og giftige medier ledes til en flammetørn eller et lukket innsamlingsanlegg. Utløpsscenarier som innebär risiko for dampskyeksplosjon må håndteres via flammetørn, lavtrykksanlegg, HIPS eller omkonstruksjon.
4. Installasjons- og rørkrav
Innløpsrør: API 520 del II krever at trykkavlastningsventilen plasseres så nær som mulig utstyret som skal beskyttes, og trykkfall i innløpsrøret må ikke overstige 3 % av innstilt trykk («3 %-regelen»). For stort trykkfall fører til vibrasjoner (chattering) eller forsinket åpning.
Utløpsrør: utløpsrøret må ikke støttes av ventilkroppen; det krever uavhengig støtte og må tillate termisk utvidelse. Utløpsledningen skal arrangeres for gravitasjonsdrainasje for å unngå akkumulering av kondensat som kan påvirke mottrykket.
Flere ventiler på en felles hovedledning: når flere trykkavlastningsventiler utleder til en felles hovedledning, må det samlede mottrykket i hovedledningen vurderes med hensyn til hver ventils løfteytelse.
5. Tilfelle fra feltet
En 98,5 % H₂SO₄-gjenbrukstank i en svovelsyreanlegg ble utformet som en «atmosfærisk tank» og ble ikke utstyrt med trykkavlastningsventil. Under oppstart lekket dampsporingsventilen, temperaturen på syren i tanken steg, og damp samlet seg. Trykket steg kortvarig til 0,04 MPa, hvilket rev løs tetningen på mannhullet i taket og førte til utslipp av svovelsyre.
Etterpå ble, i henhold til API 2000-kravene til ventilering av atmosfæriske og lavtrykkslager, en kombinert ventil for luftutveksling og trykkavlastning installert, med innstilt trykk på 0,03 MPa og kapasitet dimensjonert for maksimal dampgenereringshastighet.
Nøkkelobservasjon: En atmosfærisk utforming betyr ikke at overtrykk aldri kan oppstå. Oppvarming, kjemiske reaksjoner og feildrift må alle inkluderes i analysen av overtrykkscenarier.
Konklusjon
Ingeniørlogikken for trykkavlastningsventiler kan oppsummeres som følger: konfigurer ventiler etter kilde til overtrykk (gruppebeskyttelse), dimensjoner åpningen for den unormale strømmen, velg ventiltypen basert på mottrykk og medium, og kontroller inntakstrykkfall i henhold til 3 % -regelen. API 520/521/526-rammeverket gir en fullstendig kjede fra scenarioidentifikasjon og dimensjonering til verifikasjon av installasjon. En påfølgende artikkel vil diskutere bruddskiver og deres kombinerte bruk med trykkavlastningsventiler.
Referanser
API 520 Del I / Del II — Dimensjonering, valg og installasjon av trykkavlastningsenheter, American Petroleum Institute (API).
API 521 — Trykkavlastnings- og dekompressjonssystemer, American Petroleum Institute (API).
API 526 — Flensede ståltrykkavlastningsventiler, American Petroleum Institute (API).
API 2000 — Ventilering av atmosfæriske og lavtrykkslagerbehov, American Petroleum Institute (API).
ASME-kjelen og trykkbeholderkoden, avsnitt VIII, del 1 — maksimalt 10 % akkumulering for ikke-brann-tilfeller og 21 % akkumulering for brann-tilfeller.
Shanghai Xiazhao Valve — trykkavlastningsventiler og spesialventilløsninger. For støtte til valg i henhold til API-standard eller tekniske spørsmål, vennligst kontakt vårt ingeniørteam.
