Čo robí tlakový ventil?

2024-09-20

Vodítko tlakového ventilu

Tlakové ventily sú základné bezpečnostné zariadenia, ktoré riadia, regulujú a zmierňujú tlak v tekutých systémoch. Tento komplexný sprievodca pokrýva ventily na zmiernenie tlaku, ventily znižujúce tlak, regulátory tlaku a zariadenia na reguláciu tlaku v priemyselných aplikáciách.

Riadenie tlaku je kritické v akomkoľvek systéme, ktorý manipuluje s kvapalinami alebo plynmi pod tlakom. Či už máte čo do činenia s parnými kotlami, hydraulickými systémami alebo sieťami distribúcie vody, tlakové ventily slúžia ako primárny bezpečnostný mechanizmus, ktorý bráni katastrofickému zlyhaniu a optimalizácii výkonu systému.

Čo je tlakový ventil? (Definícia a základné funkcie)

Tlakový ventil je automatické regulačné zariadenie na reguláciu toku určené na reguláciu tlaku systému otvorením na uvoľnenie prebytočného tlaku alebo uzavretie, aby sa udržali stabilné prevádzkové podmienky. Tieto ventily na reguláciu tlaku fungujú ako bezpečnostné zariadenia aj optimalizátory výkonu.

Primárne funkcie:

Regulácia tlaku:Udržiava tlak systému v rámci vopred určených limitov
Ochrana pretlaku:Zabraňuje poškodeniu zariadenia uvoľnením nadmerného tlaku
Ovládanie toku:Upravuje tok tekutín tak, aby sa optimalizovala účinnosť systému
Zabezpečenie bezpečnosti:Pôsobí ako posledná obranná línia proti zlyhaniam súvisiacim s tlakom

Technická definícia:

Podľa oddielu ASME BPVC je zariadenie na zmiernenie tlaku „zariadenie ovládané vstupným statickým tlakom a navrhnuté tak, aby sa otvorili počas núdzových alebo abnormálnych podmienok, aby sa zabránilo zvýšeniu vnútorného tlaku tekutiny presahujúceho špecifikovanú hodnotu“.

Ako fungujú ventily na reguláciu tlaku: technické princípy

Základný operačný mechanizmus

Ventily na zmiernenie tlaku pracujú na zásade vyváženia sily:

Rovnováha vyváženia:F₁ (sila vstupného tlaku) = f₂ (pružinová sila) + f₃ (backpresná sila)

Kde:

F₁ = p₁ × A (vstupný tlak × Efektívna oblasť disku)
F₂ = pružinová konštanta × Vzdialenosť kompresie
F₃ = p₂ × A (BacktRlaksurár × oblasť disku)

Prevádzková sekvencia:

Nastaviť tlak:Ventil zostáva uzavretý, keď tlak systému
Praskajúci tlak:Počiatočný otvor sa vyskytuje pri 95-100% stanoveného tlaku
Celý výťah:Kompletné otvorenie pri 103-110% stanoveného tlaku (na API 526)
Reseat tlak:Ventil sa uzatvára pri 85-95% stanoveného tlaku (typické vyfúknutie)

Kľúčové technické parametre:

Parameter	Definícia	Typický rozsah
Tlak	Tlak, pri ktorom sa začína otvárať ventil	10-6000 psig
Pretlak	Tlak nad nastaveným tlakom počas vypúšťania	3-10% stanoveného tlaku
Odfúknutie	Rozdiel medzi tlakom a opätovným tlakom	5-15% stanoveného tlaku
Tlak	Po prúde tlaku ovplyvňujúceho výkon ventilu	<10% stanoveného tlaku (konvenčné)
Koeficient prietoku (CV)	Kapacita ventilu	Líši sa podľa veľkosti/dizajnu

Typy zariadení na reguláciu tlaku: technické špecifikácie

1. Bezpečnostné ventily tlaku (PSV) a ventily reliéfu bezpečnosti (SRV)

Technické štandardy:ASME BPVC Tvorca I & VIII, API 520/526

Bezpečnostné ventily s pružinou

Prevádzkový rozsah:15 psig až 6 000 psig
Teplotný rozsah:-320 ° F na 1 200 ° F
Kapacita:1 až 100 000+ SCFM
Materiály:Uhlíková oceľ, nehrdzavejúca oceľ 316/304, Inconel, Hastelloy

Výpočet kapacity (plynárenská služba):W = ckdp₁kshkv√ (m/t)

Kde:

W = požadovaná kapacita (LB/HR)
C = koeficient výtoku
Kd = korekčný faktor koeficientu výbojov
P₁ = nastavený tlak + pretlak (psia)
KSH = korekčný faktor prehriatia
KV = korekčný faktor viskozity
M = molekulová hmotnosť
T = Absolútna teplota (° R)

Ventily pre bezpečnostné reliéfy ovládané pilotom (POSRV)

Výhody:Tesné vypnutie, veľká kapacita, znížené chatovanie
Rozsah tlaku:25 psig až 6 000 psig
Presnosť:± 1% stanoveného tlaku
Aplikácie:Vysokokapacitné plynové služby, aplikácie kritického procesu

2. Ventily znižujúce tlak (regulátory tlaku)

Technické štandardy:ANSI/ISA 75,01, IEC 60534

Regulátory priameho pôsobenia tlaku

Pomer redukcie tlaku:Do 10: 1
Presnosť:± 5-10% stanoveného tlaku
Rozsah prietoku:0,1 až 10 000+ GPM
Čas odozvy:1-5 sekúnd

Vzorec veľkosti:CV = Q√ (G/(AP))

Kde:

CV = koeficient prietoku
Q = prietok (GPM)
G = špecifická hmotnosť
Δp = pokles tlaku (PSI)

Ventily znižujúce tlak na pilot

Pomer redukcie tlaku:Do 100: 1
Presnosť:± 1-2% stanoveného tlaku
Zárava:100: 1 Typické
Aplikácie:Aplikácie s vysokým prietokom, vysokotlakovou redukciou

3. Regulátory tlaku zadného tlaku a regulačné ventily

Funkcia:Udržiavajte konštantný tlak proti prúdu reguláciou toku po prúde

Technické špecifikácie:

Rozsah tlaku:5 psig až 6 000 psig
Koeficient prietoku:0,1 až 500+ CV
Presnosť:± 2% stanoveného tlaku
Materiály:316 SS, Hastelloy C-276, Inconel 625

Priemyselné aplikácie a prípadové štúdie

Priemysel výroby energie

Bezpečnostné ventily parného kotla (ASME SECTION I)

Požadovaná kapacita:Musí vypustiť všetku paru generovanú bez prekročenia 6% nad stanoveným tlakom
Minimálne požiadavky:Jeden bezpečnostný ventil na kotol; Dva ventily pre vykurovací povrch> 500 štvorcových stôp
Testovanie:Test manuálneho zdvíhania každých 6 mesiacov (vysoký tlak) alebo štvrťročný (nízky tlak)

Prípadová štúdia: Elektráreň 600 MW

Hlavný tlak pary: 2 400 psig
Tlak bezpečnostného ventilu: 2 465 psig (103% prevádzkového tlaku)
Požadovaná kapacita: 4,2 milióna lb/h pary
Konfigurácia: Viaceré 8 "x 10" pružinové bezpečnostné ventily

Ropný a plynárenský priemysel

Bezpečnostné systémy potrubia (API 521)

Konštrukčný tlak:1,1 × maximálny povolený prevádzkový tlak (MAOP)
Veľkosť bezpečnostného ventilu:Na základe maximálneho očakávaného scenárov prietoku a tlaku
Materiály:Service s kyslým plynom vyžaduje súlad NACE MR0175

Prípadová štúdia: Potrubná stanica zemného plynu

Prevádzkový tlak: 1 000 psig
Tlak bezpečnostného ventilu: 1 100 psig
Požiadavka na kapacitu: 50 mmscfd
Inštalácia: 6 "x 8" Pilotný ventil s bezpečnostným reliéfom

Úprava a distribúcia vody

Tlakové ventilové stanice

Vstupný tlak:150-300 psig (obecná zásoba)
Výstupný tlak:60-80 psig (distribučná sieť)
Rozsah prietoku:500-5 000 gpm
Presnosť riadenia:± 2 psi

Príklad hydraulického výpočtu:

Pre 6 -"vodu PRV, ktorá znížila 200 psig na 75 psig pri 2 000 GPM:

Požadovaný CV = 2 000 √ (1,0/125) = 179
Vyberte 6 "ventil s CV = 185

Chemické a petrochemické spracovanie

Systémy na ochranu reaktorov

Prevádzkové podmienky:500 ° F, 600 psig
Scenáre reliéfov:Tepelná expanzia, utečenecké reakcie, zlyhanie chladenia
Materiály:Hastelloy C-276 pre korozívnu službu
Veľkosť:Na základe analýzy najhorších scenárov na API 521

Výberové kritériá a výpočty inžinierstva

Parametre výkonu

Hodnotenia tlaku (ASME B16.5):

Triedny	Hodnotenie tlaku @ 100 ° F
Trieda 150	285 psig
Trieda 300	740 psig
Trieda 600	1 480 psig
Trieda 900	2 220 psig
Trieda 1500	3 705 psig

Odkazovanie teploty:

Tlakové ratingy sa musia ukladať pri zvýšených teplotách podľa tabuliek ASME B16.5.

Sprievodca výberom materiálu

Služba	Telesný materiál	Materiál	Jarný materiál
Vodná voda	Uhlíková oceľ, bronz	316 SS	Hudobný drôt
Pary	Uhlíková oceľ, 316 ss	316 SS, Stellite	Inconel X-750
Kyslý plyn	316 SS, Duplex SS	Stellite, v bezvedomí	Inconel X-750
Kryogénny	316 SS, 304 ss	316 SS	316 SS
Vysoká teplota	Uhlíková oceľ, zliatinová oceľ	Stellite, v bezvedomí	Inconel X-750

Výpočty

Pre tekutú službu (API 520):

Požadovaná oblasť:A = (gpm × √g) / (38,0 × kd × kw × kc × √p)

Kde:

A = požadovaná účinná plocha vybíjania (In²)
GPM = požadovaný prietok
G = špecifická hmotnosť
KD = koeficient výboja (0,62 pre kvapaliny)
KW = faktor korekcie spätného tlaku
KC = korekčný faktor kombinácie
Δp = nastavený tlak + pretlak - tlak chrbta

Pre plynovú/parnú službu (API 520):

Kritický tok:A = w/(ckdp₁kb)
Subkritický tok:A = 17,9 W√ (TZ/MKDP₁ (p₁-p₂) kb)

Inštalácia a údržba

Požiadavky na inštaláciu (ASME BPVC)

Inštalácia bezpečnostného ventilu:

Vstupné potrubie:Krátke a priame, vyhnite sa lakťom v rámci 5 priemerov rúrky
Výstupné potrubie:Veľkosť pre maximum spätného tlaku 10%
Montáž:Vertikálne preferované, horizontálne prijateľné s podporou
Izolácia:Blokové ventily zakázané vo vstupnej; Prijateľné v výstupe, ak sú otvorené uzamknuté

Inštalácia ventilového ventilu znižuje tlak:

Proti prúdu:Minimum 20-mesh pre čistú službu
Obtokový riadok:Na údržbu a núdzovú prevádzku
Tlakové meradlá:Monitorovanie proti prúdu a po prúde
Reliéfny ventil:Po prúde ochrany pred pretlakom

Plány a postupy údržby

Požiadavky na kontrolu API 510:

Vizuálna kontrola:Každých 6 mesiacov
Operačný test:Ročne
Test kapacity:Každých 5 rokov
Kompletná prepracovanie:Každých 10 rokov alebo na výrobcu odporúčania

Testovacie postupy:

Nastavte tlakový test:Overte otvárací tlak v rámci ± 3% nastavenia
Test úniku sedadla:API 527 trieda IV (maximum 5 000 cc/h)
Test kapacity:Overte, že výkon toku spĺňa požiadavky na dizajn
Test zadného tlaku:Vyhodnotiť výkon za systémových podmienok

Prediktívne technológie údržby

Testovanie akustických emisií:

Detekcia:Vnútorný únik, opotrebovanie sedadla, jarná únava
Frekvenčný rozsah:20 kHz až 1 MHz
Citlivosť:Dokáže zistiť úniky <0,1 gpm

Analýza vibrácií:

Aplikácie:Pilotné chatovanie ventilu, jarná rezonancia
Parametre:Amplitúda, frekvencia, fázová analýza
Trendy:Historické údaje pre predpoveď zlyhania

Normy a certifikácie dodržiavania predpisov

ASME kotol a kód tlakových plavidiel

Sekcia I (kotly napájania):

Požiadavky na kapacitu:Bezpečnostné ventily musia zabrániť zvýšeniu tlaku o 6% nad stanoveným tlakom
Minimálne bezpečnostné ventily:Jeden na kotol, dva, ak vykurovacie povrchy> 500 štvorcových stôp
Testovanie:Manuálne zdvíhanie každých 6 mesiacov (vysoký tlak) alebo štvrťročné (nízky tlak)

Oddiel VIII (tlakové nádoby):

Požiadavky na pomocné zariadenie:Všetky tlakové nádoby si vyžadujú ochranu proti tlaku
Nastaviť tlak:Nepresahovať MAWP chráneného zariadenia
Kapacita:Na základe najhoršieho scenára na API 521

Implementácia štandardov API

API 520 (dimenzovanie reliéfu):

Rozsah:Pokrýva konvenčné, vyvážené a pilotné reliéfne ventily
Metódy veľkosti:Poskytuje výpočtové postupy pre všetky typy tekutín
Inštalácia:Určuje požiadavky na potrubie a integráciu systému

API 526 (prírubové oceľové reliéfne ventily):

Návrhové štandardy:Dimenzionálne požiadavky, hodnotenie tlaku teploty
Materiály:Uhlíková oceľ, špecifikácie z nehrdzavejúcej ocele
Testovanie:Požiadavky na testovanie továrne

API 527 (komerčná tesnosť sedadla):

Trieda I:Žiadny viditeľný únik
Trieda II:40 cc/h na palec priemeru sedadla
Trieda III:300 cc/h na palec priemeru sedadla
Trieda IV:1 400 cm3/h na palec priemer sedadla

Medzinárodné normy

IEC 61511 (systémy bezpečnostných prístrojov):

Hodnotenie SIL:Požiadavky na úrovni bezpečnosti na ochranu tlaku na ochranu tlaku
Dôkazné testovanie:Periodické testovanie na udržanie bezpečnostných funkcií
Miera zlyhania:Maximálne povolené miery zlyhania pre bezpečnostné systémy

Riešenie problémov a analýza zlyhania

Bežné režimy zlyhania

Predčasné otvorenie (dusenie):

Príčiny:

Straty vstupného potrubia presahujú 3% stanoveného tlaku
Vibrácie alebo pulzácia v systéme
Zvyšky na sedadle ventilu
Nastavte tlak príliš blízko k prevádzkovému tlaku

Riešenia:

Zvýšte veľkosť vstupného potrubia (rýchlosť <30 ft/s pre kvapaliny, <100 ft/s pre plyny)
Nainštalovať pulzný tlmič
Čistiť sedadlo ventilu a disk
Zvýšte maržu medzi prevádzkovým a nastaveným tlakom (> 10%)

Neotvorenie:

Príčiny:

Pružinová korózia alebo väzba
Nadmerný tlak chrbta (> 10% stanoveného tlaku)
Pripojené výstupy alebo odvzdušnenie
Mierka alebo korózia na pohyblivých častiach

Riešenia:

Vymeňte jarné, modernizované materiály
Znížte tlak chrbta alebo použite dizajn vyváženého ventilu
Jasné prekážky, zväčšiť veľkosť výstupného potrubia
Čisté a namazané, zvážte rôzne materiály

Nadmerný únik:

Príčiny:

Poškodenie sedadla z trosiek alebo korózie
Pokrivovaný disk z tepelnej cyklistiky
Nedostatočné zaťaženie sedadla (jarná únava)
Chemický útok na tesniacich povrchoch

Riešenia:

Sedadlo na kolo a povrchy diskov
Vymeňte disk, vylepšiť tepelný dizajn
Vymeňte pružinu, overte stanovený tlak
Vylepšovanie materiálov pre chemickú kompatibilitu

Diagnostické techniky

Testovanie toku:

Účel:Overte skutočnú verzus konštrukčnú kapacitu
Spôsob:Zmerajte prietok výtoku pri 110% stanoveného tlaku
Prijatie:± 10% konštrukčnej kapacity na API 527

Metalurgická analýza:

Aplikácie:Vyšetrovanie zlyhania, výber materiálu
Techniky:Analýza SEM, testovanie tvrdosti, hodnotenie korózie
Výsledky:Určenie príčin, materiálne odporúčania

Ekonomický vplyv a úvahy o nákladoch

Celkové náklady na vlastníctvo

Počiatočná investícia:

Štandardný reliéfny ventil:500-5 000 dolárov v závislosti od veľkosti/materiálov
Ventil ovládaný pilotom:2 000-25 000 dolárov za zložité aplikácie
Náklady na inštaláciu:25-50% nákladov na vybavenie