Pagsusukat at Pagpili ng Safety Valve: Isang Gabay sa Inhinyeriyang Batay sa mga Pamantayan ng API

Ang isang pressure relief valve ang huling linya ng depensa laban sa sobrang presyon sa mga pressure vessel at mga sistemang tubo. Ang API 520 (Bahagi I at Bahagi II) ang namamahala sa pagsusukat, pagpili, at pag-install ng mga pressure-relieving device sa industriya ng petroleum refining at mga kaugnay na larangan. Ang API 521 ang nagbibigay ng inhinyeriyang pamamaraan para tukuyin ang mga senaryo ng sobrang presyon at idisenyo ang mga relieving system. Ang API 526 naman ang nagpapalaganap ng mga pamantayan sa orifice areas, mga dimensyon, at mga pressure rating ng mga flanged steel pressure-relief valve. Ang artikulong ito—na isinulat para sa mga inhinyero at mga propesyonal sa procurement—ay naglalahad ng mga prinsipyo sa pagpili ng set-pressure, lohika ng pagpili ng valve, at paraan ng kalkulasyon ng relieving-capacity.

Fig. 1 Cross-section ng isang karaniwang spring-loaded safety Valve — pwesto, disc, at pagsasama ng spring

1. Mga Kagamitan na Nangangailangan ng Proteksyon Laban sa Sobrang Presyon

Ang API 521 ay nangangailangan ng proteksyon laban sa sobrang presyon para sa mga pressure vessel, heat exchanger, fired heater, at anumang seksyon ng tubo na maaaring mablock dahil sa thermal expansion o mga pagbabago sa presyon mula sa upstream.

Prinsipyo ng group-protection: isang relief valve ang nagpaprotekta sa isang grupo ng kagamitan — yaong nasa pagitan ng dalawang isolation valve at napapailalim sa parehong pinagmumulan ng sobrang presyon — imbes na bawat vessel nang hiwalay. Ang mga sumusunod na senaryo ng sobrang presyon ay kailangang suriin:

• Nablock na outlet — ang pagkakasara ng isang downstream isolation valve na nakakapigil sa sistema sa ilalim ng sobrang presyon;
• Panlabas na init sa ilalim ng kondisyon ng sunog;
• Hindi kontroladong reaksyon sa kemikal o thermal expansion ng nilalaman ng sistema;
• Kawalan ng utilities (tubig para sa paglamig, kuryente, o instrument air);
• Pagtaas ng presyon dahil sa kabiguan ng isang upstream pressure control valve.

Sa isang halaman ng sulfuric acid, ang converter, ang SO₂ blower discharge buffer vessel, ang steam header, at ang intermediate-pressure waste-heat boiler steam drum ang mga pangunahing bahagi na kailangang protektahan.

2. Mga Pangunahing Pamantayan sa Pagpili

Uri ng valve: ang spring-loaded safety Valve ang pinakakaraniwang ginagamit na uri. Ang API 526 ay nagtatakda ng labing-apat na pamantayang orifice letter designation mula sa D hanggang T (D, E, F, G, H, J, K, L, M, N, P, Q, R, T), na sumasaklaw sa buong saklaw ng karaniwang mga kinakailangan sa relieving-capacity. Kapag ang backpressure ay lumalampas sa 10% ng set pressure, dapat piliin ang balanced-bellows valve. Ang pilot-operated valves ay kayang tumanggap ng mas mataas at mas baryable na backpressure at angkop para sa malinis na serbisyo na may mataas na ΔP.

Set pressure: ayon sa ASME Section VIII at API 520, para sa mga hindi fire-related na kaso, ang maximum relieving pressure ay 110% ng design pressure (10% accumulation). Para sa mga fire-related na kaso, pinapayagan ang 121% (21% overpressure).

Pagsusuri ng likod na presyon: Para sa isang karaniwang balbula na may paitaas na paitaas na paitaas, ang isang likod na presyon na higit sa 10% ng itinakdang presyon ay nagpapababa sa pagtaas at sa kakayahan ng paglabas. Ang isang balbula na may balanseng bellows ay gumagamit ng isang bellows na ang epektibong lugar ay katumbas ng lugar ng upuan, kaya't inaalis ang epekto ng likod na presyon sa itinakdang presyon.

Fig. 2 Pahalang na pagputol ng isang balbula na may paitaas na paitaas safety Valve — kasama ang pagkakabit ng bellows

3. Kakayahang Magpalabas at Sukat ng Butas

Ang lugar ng lalamunan ng nozzle ay dapat sukatin para sa pinakamataas na rate ng pagpapalabas sa ilalim ng hindi normal na kondisyon. Ang API 520 Part I ay nagbibigay ng mga pamamaraan sa pag-sukat para sa gas/usok, likido, at dalawang-phase na daloy.

Serbisyo ng gas/usok (kritikal na daloy):

A = (W / (C·Kd·P1·Kb)) × √(T·Z / M)

kung saan:

• A — kinakailangang epektibong lugar ng paglabas;
• W — rate ng mass na pagpapalabas (kg/h);
• C — koepisyente ng gas, isang pag-andar ng ratio ng tiyak na init na k;
• Kd — epektibong koepisyente ng daloy (0.975 para sa gas/usok ayon sa API 520);
• P1 — presyur ng pagpapalabas, absolut;
• Kb — paktor ng koreksyon para sa backpressure;
• T — temperatura ng pagpapalabas (K);
• Z — paktor ng compressibility;
• M — molecular weight ng daluyan.

Mga tala sa kalkulasyon: dapat tukuyin nang hiwalay ang bawat abnormal na pinagmumulan. Halimbawa, sa isang waste-heat boiler, ang rate ng pagpapalabas ay dapat kasama ang maximum na pagbuo ng steam at ang karagdagang pag-evaporate dahil sa init mula sa apoy; kung hindi, ang orifice ay magiging sobrang maliit at mabigo ang proteksyon.

Destinasyon ng daloy: Ang API 521 ay nangangailangan na ang mga madudulas at toxic na daluyan ay i-reroute patungo sa isang flare o isang saradong sistema ng koleksyon. Ang mga senaryo ng pagpapalabas na nagdudulot ng panganib ng vapor-cloud explosion ay dapat tugunan gamit ang isang flare, isang low-pressure system, HIPS, o pamamaraan ng redesign.

4. Mga kinakailangan sa instalasyon at piping

Piping ng inlet: Kinakailangan ng API 520 Part II na ilagay ang relief valve nang malapit hanggang sa maaari sa kagamitang pinoprotektahan, at ang pressure loss sa inlet piping ay hindi dapat lalampas sa 3% ng set pressure (ang "3% rule"). Ang labis na pressure loss ay nagdudulot ng chattering o huling pagbukas.

Piping ng outlet: Ang outlet pipe ay hindi dapat suportahan ng katawan ng valve; kailangan nito ng hiwalay na suporta at dapat magbigay-daan sa thermal expansion. Ang discharge line ay dapat isasaayos para sa gravity drainage upang maiwasan ang pag-akumula ng condensate na maaaring makaapekto sa backpressure.

Maraming valves sa isang karaniwang header: Kapag ang ilang relief valves ay nagpapalabas ng daloy sa isang karaniwang header, kinakailangan suriin ang nakapiling header backpressure sa bawat valve's lift performance.

5. Pag-aaral ng aktwal na kaso sa field

Ang isang tangke para sa pag-recycle ng 98.5% H₂SO₄ sa isang halaman ng sulfuric acid ay idinisenyo bilang "atmospheric tank" at hindi kinabigyan ng relief valve. Sa panahon ng pagsisimula, lumikas ang steam tracing valve, tumataas ang temperatura ng acid sa loob ng tangke, at nag-akumula ang steam. Ang presyon ay pansamantalang tumataas hanggang 0.04 MPa, na nagpaputok sa manhole gasket sa bubong ng tangke at nagbigay-daan sa paglabas ng sulfuric acid.

Kasunod nito, alinsunod sa mga kinakailangan sa venting ng API 2000 para sa atmospheric at low-pressure storage tanks, isang pinagsamang breather-valve-at-relief-valve assembly ang inilagay, na may set pressure na 0.03 MPa at relieving capacity na sukat para sa pinakamataas na rate ng pagbuo ng steam.

Mahalagang punto: ang atmospheric design ay hindi nangangahulugan na hindi kailanman mangyayari ang overpressure. Ang heating, chemical reaction, at maling operasyon ay dapat lahat isama sa overpressure scenario analysis.

Konklusyon

Ang inhenyeriyang lohika para sa mga balbula ng pagaalis ng presyon ay maaaring buuin bilang sumusunod: i-configure ang mga balbula ayon sa pinagmulan ng labis na presyon (proteksyon sa grupo), sukatin ang butas para sa di-normal na daloy, piliin ang uri ng balbula batay sa likod na presyon at sa daluyan, at kontrolin ang pagkawala ng presyon sa inlet ayon sa 3% na patakaran. Ang API 520/521/526 na balangkas ay nagbibigay ng kumpletong kadena mula sa pagkilala sa senaryo at pag-sizing hanggang sa pagpapatunay ng instalasyon. Ang isang susunod na artikulo ay tatalakayin ang mga rupture disc at ang kanilang pinagsamang paggamit kasama ang mga balbula ng pagaalis ng presyon.

Sa mga pagpipilian mula sa kahoy hanggang sa marangyang kahon ng balat, may mga istilo na angkop sa anumang kagustuhan.

API 520 Bahagi I / Bahagi II — Pag-sizing, Pagpili, at Instalasyon ng mga Device na Pumapagaalis ng Presyon, American Petroleum Institute (API).

API 521 — Mga Sistema ng Pagaalis ng Presyon at Depresurization, American Petroleum Institute (API).

API 526 — Mga Flanged Steel Pressure-relief Valves, American Petroleum Institute (API).

API 2000 — Venting ng Atmospheric at Low-pressure Storage Tanks, American Petroleum Institute (API).

ASME Boiler and Pressure Vessel Code, Section VIII, Division 1 — maximum na 10% accumulation para sa mga non-fire cases at 21% accumulation para sa mga fire cases.

Shanghai Xiazhao Valve — pressure relief valve at mga special valve solutions. Para sa API-standard selection support o technical inquiries, mangyaring makipag-ugnayan sa aming engineering team.