EN
En tryckavlastningsventil är den sista försvarsraden mot övertryck i tryckbehållare och rörsystem. API 520 (del I och del II) reglerar dimensionering, val och installation av tryckavlastningsanordningar inom petroleumraffinering och relaterade industrier. API 521 ger den tekniska metodiken för identifiering av övertrycksscenarier och utformning av avlastningssystem. API 526 standardiserar öppningsareor, mått och tryckklasser för flänsade ståltryckavlastningsventiler. Den här artikeln, avsedd för ingenjörer och inköpsansvariga, sammanfattar principerna för inställning av arbetsdruck, logiken bakom ventilverktyg och metoden för beräkning av avlastningskapacitet.
Fig. 1 Genomsnitt av en konventionell fjäderbelastad säkerhetsventil — säte, skiva och fjäderanordning
1. Utrustning som kräver tryckavlastningsskydd
API 521 kräver tryckavlastningsskydd för tryckbehållare, värmeväxlare, eldade uppvärmare samt alla rördelar som kan spärras av termisk expansion eller trycksvängningar från uppströms.
Gruppskyddsprincip: en tryckavlastningsventil skyddar en grupp utrustning – alltså den utrustning som finns mellan två avspärrningsventiler och som utsätts för samma övertryckskälla – snarare än varje behållare individuellt. Följande övertrycksscenarier måste utvärderas:
- Spärrad utgång – stängning av ett nedströms avspärrningsventil som fänger systemet under övertryck;
- Yttre värmetillförsel vid brandförhållanden;
- Okontrollerad kemisk reaktion eller termisk expansion av det inneslutna mediet;
- Förlust av hjälpsystem (kylvatten, elström eller instrumentluft);
- Trycköverskridning orsakad av fel på en uppströms tryckregleringsventil.
I en svavelsydfabrik är omvandlaren, SO₂-bläsrans utloppspåfyllningsbehållare, ångahuvudet och mellantryckets avgasvärmeåtervinningens ångatank de viktigaste objekten som ska skyddas.
2. Viktiga urvalskriterier
Ventiltyp: den fjäderbelastade säkerhetsventil är den mest använda typen. API 526 definierar fjorton standardöppningsbokstavsbeteckningar från D till T (D, E, F, G, H, J, K, L, M, N, P, Q, R, T), vilka täcker hela spannet av vanliga krav på avbläsningskapacitet. När mottrycket överskrider 10 % av inställningstrycket bör en balanserad bellowsventil väljas. Pilotstyrda ventiler kan hantera högre och mer varierande mottryck och är lämpliga för rena tjänster med hög ΔP.
Inställningstryck: enligt ASME Section VIII och API 520 är det maximala avbläsningsstrycket för icke-brandfall 110 % av konstruktionstrycket (10 % ackumulering). För brandfall tillåts 121 % (21 % övertryck).
Kontroll av mottryck: För en konventionell fjäderbelastad ventil minskar lyftet och utloppskapaciteten om mottrycket överstiger 10 % av inställningstrycket. En balanserad bellowsventil använder en bellows vars effektiva area är lika med sätesarean, vilket eliminerar effekten av mottryck på inställningstrycket.
Fig. 2 Genomsnitt av en fjäderbelastad säkerhetsventil — med bellowsmontering
3. Avbläsningskapacitet och öppningsdimensionering
Nippelns halsarea måste dimensioneras för den maximala avbläsningshastigheten vid den ovanliga driftsituationen. API 520 Del I innehåller dimensioneringsmetoder för gas/våtånga, vätska och tvåfasflöde.
Gas/våtånga (kritiskt flöde):
A = (W / (C·Kd·P1·Kb)) × √(T·Z / M)
där:
- A — krävd effektiv utloppsarea;
- W — massavbläsningshastighet (kg/h);
- C — gaskoefficient, en funktion av värmekapacitetsförhållandet k;
- Kd — effektiv utloppskoefficient (0,975 för gas/ånga enligt API 520);
- P1 — tryck vid tryckutsläpp, absolut;
- Kb — korrektionsfaktor för mottryck;
- T — temperatur vid tryckutsläpp (K);
- Z — kompressibilitetsfaktor;
- M — molekylvikt för mediet.
Beräkningsanteckningar: varje ovanlig källa måste identifieras separat. För en återvinningsångpanna, till exempel, måste utsläppshastigheten inkludera maximal ångproduktion plus den ytterligare förgasningen som orsakas av värme från brand; annars blir öppningen för liten och skyddet misslyckas.
Utsläppsmål: API 521 kräver att brännbara och giftiga medier ledes till en fackla eller ett slutet insamlingsystem. Tryckutsläppsscenarier som innebär risk för explosion av ångmoln måste hanteras via en fackla, ett lågtryckssystem, HIPS eller omkonstruktion.
4. Installations- och rörföringskrav
Inloppsledning: API 520 Del II kräver att tryckavlastningsventilen placeras så nära den skyddade utrustningen som möjligt, och tryckförlusten i inloppsledningen får inte överstiga 3 % av inställningstrycket (”3%-regeln”). För stor förlust orsakar vibrerande eller fördröjd öppning.
Utgångsledning: utgångsröret får inte stödjas av ventilkroppen; det kräver oberoende stöd och måste tillåta termisk expansion. Avblåsningsledningen ska anordnas för gravitationsdränering för att förhindra att kondensatansamling påverkar mottrycket.
Flera ventiler på en gemensam sammanflödesledning: när flera tryckavlastningsventiler avblåser till en gemensam sammanflödesledning måste det ackumulerade mottrycket i ledningen utvärderas med avseende på varje ventils lyftprestanda.
5. Fallstudie från fältet
En återvinningstank för 98,5 % H₂SO₄ i en svaveltsyranläggning var utformad som en "atmosfärisk tank" och saknade säkerhetsventil. Vid uppstart läckte ångspårningsventilen, vilket gjorde att syratemperaturen i tanken steg och ånga ackumulerades. Trycket steg kortvarigt till 0,04 MPa, vilket blåste loss manöverluckans packning på tankens tak och ledde till att svaveltsyra läckte ut.
Därefter installerades, i enlighet med API 2000:s ventileringskrav för atmosfäriska och lågtrycksförda lagringstankar, en kombinerad andnings- och säkerhetsventil med inställt tryck på 0,03 MPa och avlastningskapacitet dimensionerad för den maximala ångbildningshastigheten.
Nyckelpunkt: En atmosfärisk konstruktion innebär inte att överttryck aldrig kan uppstå. Uppvärmning, kemiska reaktioner och felaktig drift måste alla inkluderas i analysen av överttrycksscenarier.
Slutsats
Konstruktionslogiken för säkerhetsventiler kan sammanfattas som följer: konfigurera ventiler efter överspänningskälla (gruppskydd), dimensionera öppningen för den ovanliga flödesmängden, välj ventiltyp utifrån mottryck och medium samt begränsa inloppstrycksförlusten enligt 3-procentregeln. API 520/521/526-ramverket ger en komplett kedja från scenarioidentifikation och dimensionering till verifiering av installationen. En uppföljande artikel kommer att behandla sprängskivor och deras kombinerade användning med säkerhetsventiler.
Referenser
API 520 Del I / Del II – Dimensionering, val och installation av tryckavlastningsanordningar, American Petroleum Institute (API).
API 521 – Tryckavlastnings- och dekompressionsystem, American Petroleum Institute (API).
API 526 – Flänsade stålsäkerhetsventiler, American Petroleum Institute (API).
API 2000 – Ventilation av atmosfäriska och lågtryckslagertankar, American Petroleum Institute (API).
ASME:s kärlkod för ångpannor och tryckkärl, avdelning VIII, del 1 — maximal ackumulation på 10 % för icke-brandfall och 21 % för brandfall.
Shanghai Xiazhao Valve — tryckavlastningsventiler och specialventillösningar. För stöd vid val av API-standard eller tekniska frågor, kontakta vårt ingenjörsteam.
