EN
Криогенный предохранительный клапан прямого действия серии Shanghai Xiazhao TOXD (от −196 °C до +80 °C, класс 150–2500)
1. Механика силы уплотнения: давление в куполе против релаксации пружины
В обычном предохранительном клапане с пружинным приводом результирующая сила прижатия вниз создаётся исключительно сжатой механической пружиной: F_net = F_spring − (P_in × A_seat). По мере приближения рабочего давления к давлению срабатывания контактное напряжение падает ниже порога пластической деформации. При 88–92 % давления срабатывания начинается микротечь («кипение»), вызывающая эрозию седла и потери газа испарения.
В пилотном клапане серии TOXD входное давление передаётся в верхнюю купольную камеру над основным поршнем. Поскольку площадь поршня купола A_piston в 1,28–1,35 раза больше площади седла сопла A_seat, результирующая сила прижатия от пилотного управления равна: F_net,pilot = P_in × (A_piston − A_seat). По мере роста системного давления сила прижатия вниз возрастает пропорционально, обеспечивая герметичность «без пузырьков» по стандарту API 527 вплоть до 98 % давления срабатывания.
Принцип работы в поперечном сечении: уравновешивание давления в куполе при давлении ниже заданного значения по сравнению с управлением через пилотный клапан
2. Инженерная сравнительная матрица
Инженерные параметры |
Прямодействующий пружинный криогенный предохранительный клапан |
Криогенный пилотный предохранительный клапан (модель TOXD) |
Минимальная рабочая температура |
−196 °C (требуется удлинённый корпус большой длины) |
−196 °C (архитектура термического развязывания) |
Максимальное рабочее давление (соотношение) |
Максимум 85–90 % от заданного давления |
До 95–98 % от заданного давления |
Утечка через седло (стандарт API 527) |
Утечка начинается при давлении выше 88 % заданного значения |
0 пузырьков/мин до 98 % заданного давления |
Перепад давления при повторном закрытии (ΔP) |
10–15 % (гистерезис пружины) |
≤ 7 % (быстрое и чёткое повторное закрытие, минимальные потери BOG) |
Допустимое противодавление |
≤ 10 % (обычный тип); ≤ 30 % (сильфонный тип) |
До 70 % заданного давления (уравновешенный поршень) |
Чувствительность к противодавлению |
Значение уставки смещается при изменении давления в коллекторе |
Заданное значение остается на 100 % постоянным |
Конструктивная оболочка |
Тяжелая (крупные кованые пружины и крышки) |
Компактная: на 40–50 % легче, чем пружинный предохранительный клапан |
Внешний контур термического развязывания и сбалансированный управляющий блок в серии TOXD
3. Экономический анализ газа испарения (BOG)
Для резервуара для хранения СПГ объемом 160 000 м³ с давлением срабатывания предохранительного клапана 1,0 МПа (10,0 бар) и требуемой пропускной способностью 25 000 кг/ч:
• Традиционный пружинный клапан (сброс на 12 %): повторное закрытие при 0,88 МПа; продолжительность сброса — 480 с; сбрасывается 3333 кг СПГ = потери в размере 2166 USD на каждый случай сброса.
• Управляющий клапан Xiazhao (сброс на 6 %): повторное закрытие при 0,94 МПа; продолжительность сброса — 220 с; сбрасывается 1527 кг СПГ = потери в размере 992 USD на каждый случай сброса.
• Прямая экономия: 1174 USD на каждом цикле сброса; годовая экономия свыше 9300 USD, а также устранение неорганизованных выбросов газа испарения.
