Kaj naredi tlačni ventil?

Vodnik za tlačni ventil

Tlačni ventili so bistvene varnostne naprave, ki nadzorujejo, uravnavajo in lajšajo tlak v tekočih sistemih. Ta obsežni vodnik zajema tlačne ventile, ventile za zmanjšanje tlaka, regulatorje tlaka in naprave za nadzor tlaka v industrijskih aplikacijah.

Nadzor tlaka je kritičen pri vseh sistemih, ki ravnajo s tekočinami ali plini pod pritiskom. Ne glede na to, ali imate opravka s parnimi kotli, hidravličnimi sistemi ali omrežji za distribucijo vode, tlačni ventili služijo kot primarni varnostni mehanizem, ki preprečuje katastrofalne okvare in optimizira delovanje sistema.

Kaj je tlačni ventil? (Definicija in temeljne funkcije)

Tlačni ventil je naprava za samodejno krmiljenje pretoka, ki je zasnovana za uravnavanje sistemskega tlaka z odpiranjem, da sprosti presežek tlaka ali zapiranje, da se ohrani stabilni delovni pogoji. Ti ventili za nadzor tlaka delujejo tako kot varnostne naprave in optimizatorji zmogljivosti.

Primarne funkcije:

Ureditev tlaka:Vzdržuje sistemski tlak v vnaprej določenih mejah
Zaščita nad pritiskom:Preprečuje poškodbe opreme s sproščanjem presežka
Nadzor pretoka:Prilagodi pretok tekočine, da optimizira učinkovitost sistema
Varnostno zagotovilo:Deluje kot zadnja obrambna linija pred neuspehi, povezanimi s pritiskom

Tehnična definicija:

V skladu z razdelkom I ASME BPVC je naprava za razbremenitev tlaka "naprava, ki se aktivira z vhodnim statičnim tlakom in zasnovana za odpiranje med nujnimi ali nenormalnimi pogoji, da se prepreči dvig notranjega tlaka, ki presega določeno vrednost."

Kako delujejo ventili za nadzor tlaka: tehnična načela

Osnovni delovni mehanizem

Vzponki za razbremenitev tlaka delujejo na načelu ravnotežja sile:

Enačba ravnotežja sile:F₁ (vhodna tlačna sila) = f₂ (vzmetna sila) + f₃ (silo zadnje pritiska)

Kje:

F₁ = p₁ × A (vhodni tlak × učinkovito območje diska)
F₂ = vzmetna konstanta × stiskalna razdalja
F₃ = P₂ × A (območje zadnjega tlaka × Disc)

Delovno zaporedje:

Nastavi pritisk:Ventil ostane zaprt, ko sistemski tlak
Tlak razpoka:Začetna odprtina se pojavi pri 95-100% nastavljenega tlaka
Popolno dvigalo:Popolna odprtina pri 103-110% nastavljenega tlaka (na API 526)
Ponovni pritisk:Ventil se zapre pri 85-95% nastavljenega tlaka (tipično pihanje)

Ključni tehnični parametri:

Parameter	Opredelitev	Tipičen obseg
Nastavi pritisk	Pritisk, pri katerem se začne odpirati ventil	10-6000 psig
Prekomerna tlak	Tlak nad nastavljanjem tlaka med odvajanjem	3-10% nastavljenega tlaka
Razstrelitev	Razlika med nastavitvijo in reseat tlakom	5-15% nastavljenega tlaka
Hrbtni pritisk	Nadaljni tlak, ki vpliva na delovanje ventila	<10% nastavljenega tlaka (običajni)
Koeficient pretoka (CV)	Faktor zmogljivosti ventila	Se razlikuje glede na velikost/dizajn

Vrste naprav za nadzor tlaka: tehnične specifikacije

1. Varnostni ventili (PSV) in varnostni reliefni ventili (SRV)

Tehnični standardi:ASME BPVC ACTION I & VIII, API 520/526

Pomladni varnostni ventili

Območje delovanja:15 psig do 6000 psig
Temperaturno območje:-320 ° F do 1200 ° F.
Območje zmogljivosti:1 do 100.000+ scfm
Materiali:Carbon Steel, nerjavno jeklo 316/304, Inconel, Hastelloy

Izračun zmogljivosti (storitev plina):W = ckdp₁kshkv√ (m/t)

Kje:

W = zahtevana zmogljivost (lb/h)
C = koeficient praznjenja
KD = faktor koeficienta koeficienta praznjenja
P₁ = nastavite tlak + nadtlak (PSIA)
KSH = faktor korekcije nad pregretjem
KV = faktor korekcije viskoznosti
M = molekulska teža
T = absolutna temperatura (° R)

Pilotski varnostni ventili (POSRV)

Prednosti:Tesno zaustavitev, velika zmogljivost, zmanjšano klepetanje
Območje tlaka:25 psig do 6000 psig
Natančnost:± 1% nastavljenega tlaka
Prijave:Servis plinov z visoko zmogljivostjo, kritične aplikacije za procese

2. ventili za zmanjšanje tlaka (regulatorji tlaka)

Tehnični standardi:ANSI/ISA 75.01, IEC 60534

Regulatorji tlaka z neposrednim delovanjem

Razmerje zmanjšanja tlaka:Do 10: 1
Natančnost:± 5-10% nastavljenega tlaka
Območje toka:0,1 do 10.000+ gpm
Odgovorni čas:1-5 sekund

Formula velikosti:Cv = q√ (g/(Δp))

Kje:

CV = koeficient pretoka
Q = pretok (GPM)
G = specifična teža
ΔP = padec tlaka (psi)

Pilotskim ventilom za zmanjšanje tlaka

Razmerje zmanjšanja tlaka:Do 100: 1
Natančnost:± 1-2% nastavljenega tlaka
Rangeabibity:100: 1 tipično
Prijave:Aplikacije za zmanjšanje z visokim pretokom, visokim pretokom

3. Regulatorji hrbtnega tlaka in krmilni ventili

Delovanje:Ohranite konstanten tlak navzgor z nadzorom pretoka nižjega toka

Tehnične specifikacije:

Območje tlaka:5 psig do 6000 psig
Koeficient pretoka:0,1 do 500+ cv
Natančnost:± 2% nastavljenega tlaka
Materiali:316 SS, Hastelloy C-276, Inconel 625

Industrijske aplikacije in študije primerov

Industrija proizvodnje električne energije

Varnostni ventili parni kotla (ASME oddelek I)

Zahtevana zmogljivost:Mora izpustiti vso paro, ustvarjeno brez več kot 6% nad nastavljenim tlakom
Minimalne zahteve:En varnostni ventil na kotel; Dva ventila za> 500 kvadratnih metrov ogrevalne površine
Testiranje:Ročni preskus dvigovanja vsakih 6 mesecev (visok tlak) ali četrtletno (nizki tlak)

Študija primera: 600 MW elektrarna

Glavni parni tlak: 2400 psig
Varnostni ventil Tlak: 2.465 psig (103% delovnega tlaka)
Zahtevana zmogljivost: 4,2 milijona lb/uro pare
Konfiguracija: več 8 "x 10" varnostnih ventilov, napolnjenih

Naftna in plinska industrija

Sistemi za varnost tlaka cevovoda (API 521)

Oblikovalni pritisk:1,1 × Največji dovoljeni delovni tlak (MAOP)
Velikost varnostnega ventila:Na podlagi največjih pričakovanih scenarijev pretoka in tlaka
Materiali:Servis za kislo plin zahteva skladnost z NACE MR0175

Študija primera: cevovodna postaja za zemeljski plin

Operativni tlak: 1.000 psig
Varnostni ventil Tlak: 1.100 psig
Zahteva za zmogljivost: 50 mmscfd
Namestitev: 6 "x 8" pilotski varnostni ventil

Čiščenje in porazdelitev vode

Postaje za zmanjšanje tlaka

Pritisk na dovod:150-300 PSIG (komunalna dobava)
Odtočni pritisk:60-80 PSIG (distribucijsko omrežje)
Območje toka:500-5.000 GPM
Natančnost nadzora:± 2 psi

Primer hidravličnega izračuna:

Za 6 "vodni PRV zmanjšuje 200 psig na 75 psig pri 2000 gpm:

Zahtevani cv = 2000√ (1,0/125) = 179
Izberite 6 "ventil s CV = 185

Kemična in petrokemijska predelava

Sistemi za zaščito reaktorja

Pogoji delovanja:500 ° F, 600 PSIG
Scenariji olajšanja:Toplotna ekspanzija, bežne reakcije, odpoved hlajenja
Materiali:Hastelloy C-276 za jedko
Velikost:Na podlagi analize scenarijev v najslabšem primeru na API 521

Izbirna merila in inženirski izračuni

Parametri uspešnosti

Ocene tlaka (ASME B16.5):

Razred	Ocena tlaka @ 100 ° F
Razred 150	285 psig
Razred 300	740 PSIG
Razred 600	1.480 psig
Razred 900	2.220 psig
Razred 1500	3.705 PSIG

Temperaturna deracija:

Ocene tlaka je treba za povišane temperature odstraniti v skladu s tabelami ASME B16.5 temperature.

Vodnik za izbiro materiala

Postrežba	Telesni material	Obložni material	Spomladanski material
Voda	Ogljikovo jeklo, bron	316 ss	Glasbena žica
Para	Carbon Steel, 316 ss	316 SS, stellit	Inconel X-750
Kislo plin	316 SS, dupleks SS	Stellit, nezavesten	Inconel X-750
Kriogeni	316 SS, 304 SS	316 ss	316 ss
Visoka temp	Karbonsko jeklo, zlitinsko jeklo	Stellit, nezavesten	Inconel X-750

Velikost izračunov

Za tekoče storitve (API 520):

Zahtevano območje:A = (gpm × √g) / (38,0 × kd × kw × kc × √Δp)

Kje:

A = zahtevano učinkovito območje izpusta (v²)
GPM = zahtevana hitrost pretoka
G = specifična teža
KD = koeficient praznjenja (0,62 za tekočine)
KW = faktor za korekcijo tlaka
Kc = kombinirani korekcijski faktor
Δp = nastavi tlak + nadtlak - zadnji tlak

Za storitev plina/hlapov (API 520):

Kritični tok:A = w/(ckdp₁kb)
Podritični tok:A = 17.9W√ (TZ/MKDP₁ (P₁-P₂) KB)

Standardi namestitve in vzdrževanja

Zahteve za namestitev (ASME BPVC)

Namestitev varnostnega ventila:

Dovodni cevi:Kratki in neposredni, izogibajte se komolcih znotraj 5 premerov cevi
Cevovodi:Velikosti za 10% največjega hrbtnega tlaka
Pritrditev:Vertikalno prednostno, vodoravno sprejemljivo s podporo
Izolacija:Blok ventili, ki so prepovedani v vstopu; sprejemljivo v outlet, če je zaklenjen

Namestitev ventila za zmanjšanje tlaka:

Zgoraj cedilo:20-mrežasti minimum za čiste storitve
Obvodna črta:Za vzdrževanje in nujno delovanje
Merilniki tlaka:Nadzor nad tokom in navzdol
Relief ventil:Zaščita na nižji stopnji pred pritiskom

Urniki in postopki vzdrževanja

API 510 Zahteve za pregled:

Vizualni pregled:Vsakih 6 mesecev
Operativni test:Letno
Preizkus zmogljivosti:Vsakih 5 let
Popolna remont:Vsakih 10 let ali na priporočila proizvajalca

Postopki testiranja:

Nastavite test tlaka:Preverite tlak odpiranja znotraj ± 3% nastavitve
Preskus puščanja sedeža:API 527 razred IV (največ 5.000 cc/ur)
Preizkus zmogljivosti:Preverite, ali uspešnost pretoka ustreza zahtevam oblikovanja
Preskus hrbtnega tlaka:Ocenite uspešnost v sistemskih pogojih

Prediktivne tehnologije vzdrževanja

Testiranje akustičnih emisij:

Odkrivanje:Notranje puščanje, obraba sedeža, spomladanska utrujenost
Frekvenčno območje:20 kHz do 1 MHz
Občutljivost:Lahko zazna puščanje <0,1 gpm

Analiza vibracij:

Prijave:Krehljanje pilotskih ventilov, spomladanska resonanca
Parametri:Amplituda, frekvenca, fazna analiza
Trendi:Zgodovinski podatki za napovedovanje odpovedi

Standardi in potrdila o skladnosti

Koda asme kotla in tlačne posode

Oddelek I (napajalni kotli):

Zahteve glede zmogljivosti:Varnostni ventili morajo preprečiti dvig tlaka> 6% nad nastavljenim tlakom
Minimalni varnostni ventili:En na kotel, dva, če ogrevalna površina> 500 kvadratnih metrov
Testiranje:Ročno dvigovanje vsakih 6 mesecev (visok tlak) ali četrtletno (nizki tlak)

Oddelek VIII (tlačna posoda):

Zahteve za reliefno napravo:Vse tlačne posode zahtevajo zaščito pred tlakom
Nastavi pritisk:Ne presega MAWP zaščitene opreme
Kapaciteta:Na podlagi najslabšega primera na API 521

Izvajanje standardov API

API 520 (velikosti reliefne naprave):

Obseg:Zajema običajne, uravnotežene in pilotske reliefne ventile
Metode velikosti:Zagotavlja postopke izračuna za vse vrste tekočin
Namestitev:Določi zahteve po cevovodih in sistemsko integracijo

API 526 (prirobnični jekleni razbremenilni ventili):

Oblikovalski standardi:Dimenzijske zahteve, ocene tlačne temperature
Materiali:Ogljikovo jeklo, specifikacije iz nerjavečega jekla
Testiranje:Zahteve za preskus tovarne

API 527 (komercialna tesnost sedeža):

I. razred:Brez vidnega puščanja
Razred II:40 cc/ur na palec premera sedeža
Razred III:300 cc/ur na palec premera sedeža
RAZRED IV:1.400 ccm/h na palec premera sedeža

Mednarodni standardi

IEC 61511 (varnostni instrumentirani sistemi):

Ocena tišine:Zahteve ravni varnostne integritete za zaščito pred tlakom
Dokazno testiranje:Periodično testiranje za vzdrževanje varnostne funkcije
Stopnja okvare:Največje dovoljene stopnje okvare za varnostne sisteme

Analiza odpravljanja napak in napak

Skupni načini odpovedi

Prezgodnja odprt (vremo):

Vzroki:

Izgube dovodnih cevovodov presegajo 3% nastavljenega tlaka
Vibracije ali pulza v sistemu
Naplavine na sedežu ventila
Nastavite tlak preblizu delovnega tlaka

Rešitve:

Povečajte velikost dovodnih cevovodov (hitrost <30 ft/sek za tekočine, <100 ft/sek za pline)
Namestite blažilnik pulzacije
Čist ventil sedež in disk
Povečajte maržo med delovnim in nastavljenim tlakom (> 10%)