Клапани за облекчаване на налягането: зададено налягане, оразмеряване и тестване

Предпазни клапани за облекчаване на налягане: зададено налягане, оразмеряване и изпитване е практическата основа, от която всеки инженер по надеждност се нуждае, за да защити съдове, тръбопроводи и технологични системи от свръхналягане. Предпазният клапан за облекчаване на налягане (PRV) е последната линия на защита между съдържащия се процес и катастрофален пробив. Ако зададете неправилно зададеното налягане, подоразмерите отвора или пропуснете поп теста, той се превръща в отговорност, а не в защитна мярка.

Защо съществува защита от свръхналягане

Съдове, колони, топлообменници и тръбопроводи са проектирани за максимално допустимо работно налягане (MAWP). Запушени изходи, външен пожар, повреда на управляващ клапан, термично разширение на уловена течност или екзотермично бягане могат да повишат вътрешното налягане над този праг за секунди. Устройството за облекчаване е оразмерено и настроено да се отвори преди съдът да достигне налягане, което би причинило пробив, отвеждайки излишната течност на безопасно място, докато нарушението не бъде коригирано.

Ключови термини: зададено налягане, свръхналягане, blowdown, натрупване и наименования

Тези термини се използват прецизно в кодекси и спецификации; смесването им води до грешки при оразмеряването и документацията.

• Зададено налягане: входното налягане, при което клапанът започва да се отваря; щамповано върху клапана и записвано в регистъра за поддръжка.
• Свръхналягане: доколко налягането се повишава над зададеното налягане по време на обезналягане. Според ASME Section VIII и API 520 обикновено е 10% за единичен клапан при не-пожарен случай, до 16% при допълнителни клапани и до 21% за случаи с пожар.
• Blowdown: спадът на налягането между внезапното (pop) отваряне и повторното затваряне. ASME Section VIII не фиксира процент за blowdown както Section I за котли; това е параметър от изпитването на производителя и може да се регулира чрез blowdown пръстен или настройка на пилота.
• Натрупване: повишението на налягането над MAWP, разрешено по време на обезналягане, отнасящо се към проектното налягане, а не към зададеното налягане.

Имената са специфични за средата, а не маркетингови: relief valve (предпазен клапан за течности) се отваря пропорционално при течна експлоатация; safety valve (предпазен клапан за пара/газ) прави рязко пълно отваряне (pop) при зададеното налягане; safety-relief valve е подходящ за и двете и е най-често срещаното означение на табелката.

Пружинно задвижвани срещу пилотно управлявани клапани

Пружинно задвижваните клапани държат диск притиснат към седлото на дюзата с помощта на спирална пружина: просто и надеждно решение, но близо до зададената стойност те могат да пропускат или да „симват“ (да имат леко непрекъснато отваряне), а натрупаното обратно налягане може да промени ефективното зададено налягане.

Пилотно управляваните клапани използват малък пилот, който контролира основен бутален елемент или диафрагма, която държи клапана затворен с помощта на самото процесно налягане, осигурявайки по-плътно управление на седлото и по-добра толерантност към променливо обратно налягане, за сметка на по-голяма сложност и чувствителност към замърсени пилотни сензорни линии.

Основи на оразмеряването: съвпадение на капацитета с най-лошия сценарий

Оразмеряването на PRV започва с идентифициране на всеки правдоподобен сценарий на свръхналягане: излагане на пожар, запушен изход, повреда на контролния клапан, скъсване на тръба, термично разширение и изчисляване на изисквания капацитет за обезналягане за управляващия случай. След това се избира площта на отвора така, че номиналният капацитет при допустимото зададено налягане и свръхналягане да отговаря на това изискване, като се вземат предвид свойствата на флуида, обратното налягане и намаленията при изпускане. Подоразмеряването оставя съда изложен; предоразмеряването предизвиква тракане (chatter).

Упътване за опростени данни за оразмеряване

Chatter: причини и последствия

Chatter е бързо, повтарящо се отваряне и затваряне на диска по време на обезналягане. То уврежда седлото, водещите и пружината и намалява капацитета в момента, когато той е най-необходим. Чести причини: предоразмеряване спрямо реалното натоварване, прекалено голямо падане на входното налягане и прекомерно обратно налягане. Решението е преглед на базата за оразмеряване и разположението на тръбопровода, а не просто смяна на клапана.

Периодични изпитвания и повторна сертификация

Клапан, който никога не е бил изпитван след инсталацията, е непроверено предположение, а не защитна мярка. Поп тест на стенд, или на място за пилотно управлявани клапани, които го поддържат, потвърждава, че клапанът се отваря при щампованото зададено налягане и се затваря в рамките на допускаемия blowdown. Клапаните се отклоняват от корозия, отлагания, релаксация на пружината и повреди на седлото, затова кодовете и юрисдикционните правила ограничават интервалите за изпитване според тежестта на услугата и миналата история. Резултатите „as-found“ и „as-left“ трябва да се регистрират срещу табелния номер на клапана, така че отклоненията да са видими през цикли, а не само след авария.

Проследяването на този регистър по график, със същата дисциплина, приложена към инструментацията за защита на критична машинна техника, сигнализира за клапани, приближаващи крайния си срок преди отклонението да стане несъответствие. CMMS на Fabrico е създаден точно за този вид проследяване, базирано на доказателства; запишете демонстрация на Fabrico, ако вашият регистър все още е на електронни таблици. Също така проверявайте за корозия под изолацията на дюзата (corrosion under insulation) и излагане на downstream вода-удар (water hammer) по време на същите обходи.

Стандарти, които уреждат практиката за предпазни клапани

Три документа на API и един код на ASME формират гръбнака на инженерната практика при предпазните клапани. API 520 покрива оразмеряване, подбор и инсталация. API 521 разглежда системите за облекчаване и снижаване на налягането, идентификация на сценарии и отвеждане. API 526 стандартизира обозначенията на фланцирани стоманени отвори на safety-relief клапани, така че клапани от различни производители да бъдат взаимозаменяеми на обща дюза. ASME Section VIII урежда проектирането на съдове и изисква защита от свръхналягане в съответствие с тези практики на API.

Често задавани въпроси

Каква е разликата между зададеното налягане и MAWP?

Зададеното налягане е точката, при която клапанът е калибриран да се отвори. MAWP е максималното налягане, което съдът е проектиран да издържи. Зададеното налягане обикновено е равно или по-ниско от MAWP, а допускаемото натрупване при облекчаване е ограничено до процент над MAWP.

Защо пилотно управляваните клапани по-добре устояват на chatter в някои среди?

Те използват самото процесно налягане за да държат основния клапан отворен и затворен, осигурявайки по-плътно управление близо до зададеното налягане и по-добра толерантност към променящо се обратно налягане, което намалява колебанията, предизвикващи chatter в пружинно задвижван дизайн.

Колко често трябва да се изпитва предпазен клапан за облекчаване на налягане?

Интервалите варират според юрисдикцията, експлоатационната среда и критичността; те се определят от приложимия код, изискванията на застрахователя и историята „as-found“ на клапана. В чисти среди интервалите между изпитванията могат да са по-дълги; интервалът трябва да се стесни, ако резултатите показват отклонения.