EN
Bir basınç tahliye valfi, basınçlı kaplar ve boru sistemlerinde aşırı basıncın önlenmesi için son savunma hattıdır. API 520 (Bölüm I ve Bölüm II), petrol rafinerisi ve ilgili sektörlerde basınç tahliye cihazlarının boyutlandırılması, seçilmesi ve montajını düzenler. API 521, aşırı basınç senaryolarının belirlenmesi ve tahliye sistemlerinin tasarımı için mühendislik metodolojisini sağlar. API 526 ise flanşlı çelik basınç tahliye vanalarının açıklık alanlarını, boyutlarını ve basınç sınıflarını standartlaştırır. Bu makale, mühendisler ve satın alma profesyonelleri için hazırlanmış olup, ayar basıncı seçimine ilişkin ilkeleri, valf seçim mantığını ve tahliye kapasitesi hesaplama yöntemini özetler.
Şek. 1 Geleneksel yaylı bir valfin kesiti güvenlik vanası — koltuk, disk ve yay montajı
1. Emniyet Ventili Koruması Gerektiren Ekipmanlar
API 521, basınçlı kaplar, ısı değiştiriciler, ateşli ısıtıcılar ve termal genleşme veya yukarı akış basıncı dalgalanmaları nedeniyle tıkanabilen herhangi bir boru hattı bölümü için aşırı basınç koruması gerektirir.
Grup koruma ilkesi: Bir emniyet ventili, her bir ekipmanı ayrı ayrı değil, aynı aşırı basınç kaynağına maruz kalan ve iki izolasyon vanası arasında bulunan ekipmanlar grubunu korur. Aşağıdaki aşırı basınç senaryoları değerlendirilmelidir:
- Tıkanmış çıkış — sistemi aşırı basınç altında hapsetmek için aşağı akıştaki bir izolasyon vanasının kapanması;
- Yangın koşullarında dış ısı girişi;
- Kontrollü olmayan kimyasal reaksiyon veya içindeki ortamın termal genleşmesi;
- Yardımcı sistemlerin (soğutma suyu, elektrik enerjisi veya enstrümantasyon havası) kesilmesi;
- Yukarı akıştaki bir basınç kontrol vanasının arızalanması nedeniyle oluşan basınç aşımı.
Bir sülfürik asit tesisi içinde korunması gereken temel bileşenler, dönüştürücü (konvertör), SO₂ üfleyici çıkış tampon tankı, buhar toplama borusu ve orta basınçlı atık ısı kazanı buhar tamburu olarak belirlenmiştir.
2. Temel Seçim Kriterleri
Vana tipi: yayla yüklenmiş vana güvenlik vanası en yaygın kullanılan vana türüdür. API 526 standardı, D ile T harfleri arasında (D, E, F, G, H, J, K, L, M, N, P, Q, R, T) on dört adet standart açıklık harfi tanımlar ve bu açıklıklar, yaygın olarak karşılaşılan tüm tahliye kapasitesi gereksinimlerini kapsar. Geri basıncı ayar basıncının %10’unu aştığında, dengeli burunlu (balanslı balonlu) bir vana seçilmelidir. Pilot işletmeli vanalar, daha yüksek ve değişken geri basıncı tolere edebilir ve temiz, yüksek ΔP uygulamalarına uygundur.
Ayarlama basıncı: ASME Bölüm VIII ve API 520’ye göre, yangın dışı durumlar için maksimum tahliye basıncı tasarım basıncının %110’udur (%10 birikim). Yangın durumları için ise %121’e kadar izin verilir (%21 fazla basınç).
Geri basıncı kontrolü: Geleneksel yayla çalışan bir vana için, ayar basıncının %10’unu aşan bir geri basıncı, açılış miktarını ve boşaltma kapasitesini azaltır. Dengelemeli burunlu (balonlu) bir vana, oturma yüzeyi alanına eşit etkin alana sahip bir burun kullanarak, geri basıncının ayar basıncı üzerindeki etkisini ortadan kaldırır.
Şek. 2 Yayla çalışan bir vananın kesiti güvenlik vanası — burun montajı ile birlikte
3. Boşaltma Kapasitesi ve Açıklık Boyutlandırması
Nozul boğaz alanı, anormal koşullar altında maksimum boşaltma hızı için boyutlandırılmalıdır. API 520 Bölüm I, gaz/buhar, sıvı ve iki fazlı akış için boyutlandırma yöntemlerini sağlar.
Gaz/buhar uygulaması (kritik akış):
A = (W / (C·Kd·P1·Kb)) × √(T·Z / M)
nerede:
- A — gerekli etkin boşaltma alanı;
- W — kütle boşaltma hızı (kg/sa);
- C — gaz katsayısı, özgül ısı oranı k’nin bir fonksiyonudur;
- Kd — Deşarj verimlilik katsayısı (API 520’ye göre gaz/buhar için 0,975);
- P1 — Basınç boşaltma basıncı, mutlak;
- Kb — Arkabasınç düzeltme katsayısı;
- T — Basınç boşaltma sıcaklığı (K);
- Z — Sıkıştırılabilirlik katsayısı;
- M — Ortamın moleküler ağırlığı.
Hesaplama notları: Her anormal kaynak ayrı ayrı tanımlanmalıdır. Örneğin bir atık ısı kazanı için basınç boşaltma debisi, maksimum buhar üretimi ile yangın girdisi ısısı nedeniyle oluşan ek buharlaşma miktarını da içermelidir; aksi takdirde açıklık yetersiz kalır ve koruma başarısız olur.
Deşarj hedefi: API 521, yanıcı ve toksik ortamların bir flare sistemine veya kapalı toplama sistemine yönlendirilmesini gerektirir. Buhar bulutu patlaması riski oluşturan basınç boşaltma senaryaları, bir flare sistemi, düşük basınçlı bir sistem, HIPS veya yeniden tasarım yoluyla ele alınmalıdır.
4. Montaj ve Borulama Gereksinimleri
Giriş borusu: API 520 Bölüm II, emniyet valfinin korunan ekipmana mümkün olduğunca yakın yerleştirilmesini ve giriş borusundaki basınç kaybının ayar basıncının %3'ünü ("%3 kuralı") aşmamasını gerektirir. Aşırı kayıp, titreşim veya gecikmeli açılma gibi sorunlara neden olur.
Çıkış borusu: Çıkış borusu valf gövdesi tarafından desteklenmemelidir; bağımsız bir destek gerektirir ve termal genleşmeye izin vermelidir. Boşaltım hattı, yoğuşma birikiminden kaynaklanan geri basıncı etkilememesi için yerçekimiyle boşalacak şekilde düzenlenmelidir.
Ortak toplama hattına bağlı birden fazla valf: Birden fazla emniyet valfi ortak bir toplama hattına boşaltıyorsa, her valfin kaldırma performansını etkileyen toplam toplama hattı geri basıncı değerlendirilmelidir.
5. Sahada Gerçekleştirilen Vaka Çalışması
Bir sülfürik asit tesisi içindeki %98,5 H₂SO₄ geri dönüş tankı, 'atmosferik tank' olarak tasarlandı ve emniyet ventiliyle donatılmadı. Başlangıç sırasında buhar izleme vanası sızdı, tanktaki asidin sıcaklığı yükseldi ve buhar birikti. Basınç kısa süreliğine 0,04 MPa’ya çıktı; bu da tank kapağındaki insan deliği contasını patlattı ve sülfürik asitin dışarı çıkmasına neden oldu.
Daha sonra API 2000 standartlarına göre atmosferik ve düşük basınçlı depolama tankları için öngörülen havalandırma gereksinimleri doğrultusunda, 0,03 MPa ayar basıncına sahip ve maksimum buhar üretim hızına göre boyutlandırılmış tahliye kapasitesine sahip birleşik nefes alma vanası–emniyet vanası ünitesi monte edildi.
Temel nokta: Atmosferik tasarım, aşırı basınç oluşumunun hiçbir zaman gerçekleşemeyeceği anlamına gelmez. Isınma, kimyasal reaksiyon ve yanlış işlem gibi durumlar, aşırı basınç senaryosu analizine mutlaka dahil edilmelidir.
Sonuç
Emniyet valfleri için mühendislik mantığı şu şekilde özetlenebilir: valfleri aşırı basınç kaynağına göre (grup koruması) konfigüre edin, anormal akışa göre delik boyutunu belirleyin, geri basıncı ve ortamı dikkate alarak valf tipini seçin ve giriş basıncı kaybını %3 kuralına göre kontrol edin. API 520/521/526 çerçevesi, senaryo tanımlama ve boyutlandırma ile montaj doğrulamasına kadar tam bir zincir sağlar. Bir sonraki makalede patlama diskleri ve emniyet valfleriyle birlikte kullanım durumları ele alınacaktır.
Referanslar
API 520 Bölüm I / Bölüm II — Basınç Emniyet Cihazlarının Boyutlandırılması, Seçilmesi ve Montajı, American Petroleum Institute (API).
API 521 — Basınç Emniyet ve Basınç Düşürme Sistemleri, American Petroleum Institute (API).
API 526 — Flanşlı Çelik Basınç Emniyet Valfleri, American Petroleum Institute (API).
API 2000 — Atmosferik ve Düşük Basınçlı Depolama Tanklarının Havalandırılması, American Petroleum Institute (API).
ASME Kazan ve Basınçlı Kaplar Kodu, Bölüm VIII, Bölüm 1 — yangın dışı durumlar için maksimum %10 birikim, yangın durumları için ise %21 birikim.
Shanghai Xiazhao Valve — basınç tahliye vanaları ve özel vana çözümleri. API standardına uygun seçim desteği veya teknik sorularınız için lütfen mühendislik ekibimizle iletişime geçin.
