Što radi tlačni ventil?

Vodič za ventil za tlake

Ventili tlaka su ključni sigurnosni uređaji koji kontroliraju, reguliraju i ublažavaju tlak u tekućim sustavima. Ovaj sveobuhvatni vodič pokriva ventile za ublažavanje tlaka, ventile za smanjenje tlaka, regulatore tlaka i uređaje za kontrolu tlaka kroz industrijske primjene.

Kontrola tlaka je kritična u bilo kojoj tekućini ili plinovima pod pritiskom. Bez obzira na to da li se bavite parnim kotlovima, hidrauličkim sustavima ili mrežama za distribuciju vode, tlačni ventili služe kao primarni sigurnosni mehanizam koji sprečava katastrofalne kvarove i optimiziraju performanse sustava.

Što je tlačni ventil? (Definicija i osnovne funkcije)

Tlačni ventil je automatski uređaj za upravljanje protokom dizajniran za regulaciju tlaka sustava otvaranjem za oslobađanje viška tlaka ili zatvaranja za održavanje stabilnih radnih uvjeta. Ovi ventili za kontrolu tlaka funkcioniraju i kao sigurnosni uređaji i optimizatori performansi.

Primarne funkcije:

Regulacija pritiska:Održava tlak sustava unutar unaprijed određenih granica
Zaštita nadtlaka:Sprječava oštećenje opreme oslobađanjem viška tlaka
Kontrola protoka:Prilagođava protok tekućine kako bi se optimizirala učinkovitost sustava
Sigurnosno osiguranje:Djeluje kao posljednja linija obrane od neuspjeha povezanih s pritiskom

Tehnička definicija:

Prema ASME BPVC odjeljku I, uređaj za oslobađanje tlaka je "uređaj aktiviran ulaznim statičkim tlakom i dizajniran je za otvaranje tijekom hitnih ili nenormalnih uvjeta kako bi se spriječio porast unutarnjeg tlaka tekućine koji je veći od navedene vrijednosti."

Kako rade ventili za kontrolu tlaka: Tehnički principi

Osnovni operativni mehanizam

Ventili za uklanjanje tlaka djeluju na principu sile uravnoteženja:

Jednadžba ravnoteže sile:F₁ (sila ulaznog tlaka) = F₂ (sila opruge) + F₃ (sila za tlak)

Gdje:

F₁ = P₁ × A (Ulazni tlak × Efektivno područje diska)
F₂ = konstanta opruge × Udaljenost kompresije
F₃ = P₂ × A (Područje diska za povratak)

Operativni slijed:

Postavite pritisak:Ventil ostaje zatvoren kada tlak sustava
Pritisak pucanja:Početno otvaranje događa se na 95-100% postavljenog tlaka
Potpuno dizanje:Kompletni otvor pri 103-110% postavljenog tlaka (po API 526)
Ponovno pritisak:Ventil se zatvara na 85-95% postavljenog tlaka (tipični puhanje)

Ključni tehnički parametri:

Parametar	Definicija	Tipičan raspon
Pod pritiskom	Tlak pri kojem se ventil počinje otvarati	10-6000 psig
Preko pritiska	Tlak iznad postavljenog tlaka tijekom pražnjenja	3-10% postavljenog pritiska
Puhanje	Razlika između tlaka i pritiska na reseaciju	5-15% postavljenog pritiska
Pod pritiskom	Tlak nizvodno koji utječe na performanse ventila	<10% postavljenog pritiska (konvencionalno)
Koeficijent protoka (CV)	Faktor kapaciteta ventila	Varira po veličini/dizajnu

Vrste uređaja za kontrolu tlaka: Tehničke specifikacije

1. Sigurnosni ventili tlaka (PSV) i sigurnosni ventili za pomoć (SRV)

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

Sigurnosni ventili s oprugom

Radni raspon:15 psig do 6000 psig
Raspon temperature:-320 ° F do 1.200 ° F
Raspon kapaciteta:1 do 100.000+ SCFM
Materijali:Ugljični čelik, nehrđajući čelik 316/304, Inconel, Hastelloy

Izračun kapaciteta (usluga plina):W = CKDP₁KSHKV√ (m/t)

Gdje:

W = potreban kapacitet (lb/hr)
C = koeficijent pražnjenja
Kd = faktor korekcije koeficijenta pražnjenja
P₁ = Postavite pritisak + nadtlak (PSIA)
KSH = faktor korekcije pregrijavanja
KV = faktor korekcije viskoznosti
M = molekularna masa
T = Apsolutna temperatura (° R)

Ventili za sigurnosne reljefne za pilot (POSRV)

Prednosti:Čvrsto zatvaranje, veliki kapacitet, smanjeno brbljanje
Raspon tlaka:25 psig do 6000 psig
Točnost:± 1% postavljenog tlaka
Prijave:Usluga plina velikog kapaciteta, kritične procesne aplikacije

2. Ventili za smanjenje tlaka (regulatori tlaka)

Tehnički standardi:ANSI/ISA 75.01, IEC 60534

Regulatori tlaka izravnog djelovanja

Omjer smanjenja tlaka:Do 10: 1
Točnost:± 5-10% postavljenog tlaka
Raspon protoka:0,1 do 10 000+ GPM
Vrijeme odgovora:1-5 sekundi

Formula dimenzija:Cv = q√ (g/(Δp))

Gdje:

CV = koeficijent protoka
Q = brzina protoka (gpm)
G = specifična težina
ΔP = pad tlaka (PSI)

Ventili za smanjenje tlaka

Omjer smanjenja tlaka:Do 100: 1
Točnost:± 1-2% postavljenog tlaka
Vjernost:100: 1 tipično
Prijave:Aplikacije za smanjenje visokog tlaka

3. Regulatori povratnog tlaka i upravljački ventili

Funkcija:Održavajte konstantni tlak uzvodno kontrolirajući protok nizvodno

Tehničke specifikacije:

Raspon tlaka:5 psig do 6000 psig
Koeficijent protoka:0,1 do 500+ CV
Točnost:± 2% postavljenog tlaka
Materijali:316 SS, Hastelloy C-276, Inconel 625

Industrijske primjene i studije slučaja

Industrija proizvodnje električne energije

Sigurnosni ventili za parni kotlov (ASME odjeljak I)

Potrebni kapacitet:Mora ispustiti svu paru generiranu bez prekoračenja od 6% iznad postavljenog tlaka
Minimalni zahtjevi:Jedan sigurnosni ventil po kotlu; Dva ventila za površinu grijanja od 500 četvornih metara
Testiranje:Ručno test za podizanje svakih 6 mjeseci (visoki tlak) ili tromjesečno (niski tlak)

Studija slučaja: 600 MW elektrana

Glavni tlak pare: 2.400 psig
Sigurni ventil Postavljeni tlak: 2.465 psig (103% radnog tlaka)
Potrebni kapacitet: 4,2 milijuna lb/h pare
Konfiguracija: Višestruki sigurnosni ventili opruga 8 "x 10"

Naftna i plinska industrija

Sigurnosni sustavi tlaka cjevovoda (API 521)

Dizajnerski pritisak:1,1 × maksimalno dopušteni radni tlak (MAOP)
Veličina sigurnosnog ventila:Na temelju maksimalno očekivanog scenarija protoka i tlaka
Materijali:Usluga kiselog plina zahtijeva usklađenost s MR0175

Studija slučaja: Stanica cjevovoda za prirodni plin

Radni tlak: 1.000 psig
Sigurnosni ventil Postavi tlak: 1.100 psig
Zahtjev za kapacitet: 50 MMSCFD
Instalacija: 6 "x 8" ventil za sigurnosno reljefno upravljanje pilotom

Proizvodnja i distribucija vode

Stanice ventila za smanjenje tlaka

Ulazni pritisak:150-300 PSIG (općinska opskrba)
Utični pritisak:60-80 PSIG (distribucijska mreža)
Raspon protoka:500-5.000 GPM
Točnost kontrole:± 2 psi

Primjer hidrauličkog izračuna:

Za 6 "vode PRV smanjuje 200 psig na 75 psig pri 2.000 GPM:

Potrebni cv = 2.000√ (1,0/125) = 179
Odaberite 6 "ventil s CV = 185

Kemijska i petrokemijska obrada

Sustavi zaštite reaktora

Radni uvjeti:500 ° F, 600 psig
Scenariji reljefa:Termičko širenje, odbjegle reakcije, kvar hlađenja
Materijali:Hastelloy C-276 za korozivnu uslugu
Veličina:Na temelju najgoreg scenarija analize po API-ju 521

Kriteriji za odabir i izračunavanje inženjera

Parametri performansi

Ocjene tlaka (ASME B16.5):

Klasa	Ocjena tlaka @ 100 ° F
Klasa 150	285 psig
Klasa 300	740 psig
Klasa 600	1.480 psig
Klasa 900	2.220 psig
Klasa 1500	3.705 psig

Temperatura se uvlači:

Ocjene tlaka moraju se napustiti za povišene temperature prema ASME B16,5 tablica temperature i tlaka.

Vodič za odabir materijala

Servis	Materijal za tijelo	Podređeni materijal	Proljetni materijal
Voda	Ugljični čelik, bronca	316 SS	Glazbena žica
Pari	Ugljični čelik, 316 SS	316 SS, Stellit	UNELEL X-750
Kiseli plin	316 SS, dupleks SS	Stellet, nesvjestan	UNELEL X-750
Kriogeni	316 SS, 304 SS	316 SS	316 SS
Visoka temperatura	Ugljični čelik, legura čelika	Stellet, nesvjestan	UNELEL X-750

Proračuni dimenzija

Za tekuću uslugu (API 520):

Potrebno područje:A = (gpm × √g) / (38,0 × kd × kW × kc × √δp)

Gdje:

A = potrebno djelotvorno područje pražnjenja (u²)
Gpm = potrebna brzina protoka
G = specifična težina
KD = koeficijent pražnjenja (0,62 za tekućine)
KW = faktor korekcije povratnog tlaka
KC = Kombinirani korekcijski faktor
ΔP = Postavite tlak + nadtlak - Povratni tlak

Za uslugu plina/pare (API 520):

Kritični tok:A = w/(ckdp₁kb)
Podkritički protok:A = 17,9W√ (TZ/MKDP₁ (P₁-P₂) KB)

Standardi instalacije i održavanja

Zahtjevi za instalaciju (ASME BPVC)

Instalacija sigurnosnih ventila:

Ulazne cijevi:Kratki i izravni, izbjegavajte laktove unutar 5 promjera cijevi
Outlet cijevi:Veličine za 10% maksimalnog tlaka
Montaža:Okomita preferirana, horizontalno prihvatljiva s potporom
Izolacija:Blokirani ventili zabranjeni u ulazu; prihvatljivo u utičnici ako je zaključana otvorena

Ugradnja ventila za smanjenje tlaka:

Cjedilo uzvodno:Minimum od 20 mreža za čistu uslugu
Linija zaobilaznica:Za održavanje i rad u hitnim slučajevima
Mjerači pritiska:Uzvodno i nizvodno praćenje
Ventil za pomoć:Zaštita nizvodno od nadtlaka

Raspored i postupci održavanja

API 510 zahtjevi za inspekciju:

Vizualni pregled:Svakih 6 mjeseci
Operativni test:Godišnje
Test kapaciteta:Svakih 5 godina
Kompletni remont:Svakih 10 godina ili po preporukama proizvođača

Postupci ispitivanja:

Postavite test tlaka:Provjerite pritisak otvaranja unutar ± 3% od postavljanja
Ispitivanje propuštanja sjedala:API 527 Klasa IV (maksimalno 5000 cc/hr)
Test kapaciteta:Provjerite performanse protoka zadovoljava zahtjeve za dizajnom
Ispitivanje povratnog tlaka:Procijenite izvedbu u uvjetima sustava

Prediktivne tehnologije održavanja

Testiranje akustičke emisije:

Otkrivanje:Unutarnje propuštanje, trošenje sjedala, umor proljeća
Raspon frekvencije:20 kHz do 1 MHz
Osjetljivost:Može otkriti curenje <0,1 gpm

Analiza vibracija:

Prijave:Brbljanje pilot ventila, proljetna rezonanca
Parametri:Amplituda, učestalost, fazna analiza
Trendi:Povijesni podaci za predviđanje neuspjeha

Standardi usklađenosti i potvrde

ASME Bojler i kôd pod tlakom

Odjeljak I (kotlovi za napajanje):

Zahtjevi kapaciteta:Sigurnosni ventili moraju spriječiti porast tlaka> 6% iznad postavljenog tlaka
Minimalni sigurnosni ventili:Jedan po kotlu, dvije ako je površina za zagrijavanje> 500 četvornih metara
Testiranje:Ručno dizanje svakih 6 mjeseci (visoki pritisak) ili tromjesečno (niski tlak)

ODJELJAK VIII (tlačne posude):

Zahtjevi uređaja za pomoć:Sve posude za pritisak zahtijevaju zaštitu od preko pritiska
Postavite pritisak:Ne premašiti MAWP zaštićene opreme
Kapacitet:Na temelju najgorih scenarija po API-ju 521

Provedba API standarda

API 520 (dimenzioniranje uređaja za pomoć):

Opseg:Pokriva konvencionalne, uravnotežene i pilot-operacije reljefnih ventila
Metode veličine:Pruža postupke izračunavanja za sve vrste tekućine
Montaža:Određuje zahtjeve za cjevovodom i integraciju sustava

API 526 (ventili za pomoć u prirubnici):

Standardi dizajna:Dimenzionalni zahtjevi, ocjene temperature tlaka
Materijali:Ugljični čelik, specifikacije od nehrđajućeg čelika
Testiranje:Zahtjevi testa tvorničkih prihvaćanja

API 527 (komercijalna stezanja sjedala):

Razred I:Nema vidljivog curenja
Klasa II:40 cc/hr po inču promjera sjedala
Klasa III:300 cc/hr po inču promjera sjedala
Klasa IV:1.400 cc/hr po inču promjera sjedala

Međunarodni standardi

IEC 61511 (Sigurnosni sustavi):

SIL ocjena:Zahtjevi razine sigurnosnog integriteta za zaštitu tlaka
ISPITIVANJE DOKAZA:Periodično ispitivanje za održavanje sigurnosne funkcije
Stopa neuspjeha:Maksimalne dopuštene stope neuspjeha za sigurnosne sustave

Rješavanje problema i analiza neuspjeha

Uobičajeni načini neuspjeha

Preurano otvaranje (lagano):

Uzroci:

Gubici u ulaznom cjevovodu premašuju 3% postavljenog tlaka
Vibracija ili pulsacija u sustavu
Krhotine na sjedištu ventila
Postavite tlak preblizu radnom tlaku

Rješenja:

Povećajte veličinu cjevovoda ulaznih cjevovoda (brzina <30 ft/sec za tekućine, <100 ft/sec za plinove)
Ugradite prigušivač pulsacije
Očistite sjedalo ventila i disk
Povećajte maržu između radnog i postavljenog tlaka (> 10%)