Mit csinál a nyomásszelep?

A nyomásszelepek alapvető biztonsági berendezések, amelyek szabályozzák, szabályozzák és csökkentik a nyomást a folyadékrendszerekben. Ez az átfogó útmutató a nyomáscsökkentő szelepekre, nyomáscsökkentő szelepekre, nyomásszabályozókra és nyomásszabályozó eszközökre vonatkozik az ipari alkalmazásokban.

A nyomásszabályozás kritikus fontosságú minden olyan rendszerben, amely nyomás alatt lévő folyadékokat vagy gázokat kezel. Legyen szó gőzkazánokról, hidraulikus rendszerekről vagy vízelosztó hálózatokról, a nyomásszelepek elsődleges biztonsági mechanizmusként szolgálnak a katasztrofális meghibásodások megelőzésére és a rendszer teljesítményének optimalizálására.

Mi az a nyomásszelep? (Definíció és alapvető funkciók)

Elsődleges funkciók:

• Nyomásszabályozás:A rendszer nyomását előre meghatározott határokon belül tartja
• Túlnyomás elleni védelem:Megakadályozza a berendezés károsodását a túlnyomás felszabadításával
• Áramlásszabályozás:Beállítja a folyadékáramlást a rendszer hatékonyságának optimalizálása érdekében
• Biztonsági garancia:Utolsó védelmi vonalként működik a nyomással összefüggő hibák ellen

A nyomásszabályozó szelepek működése: Műszaki alapelvek

Alapvető működési mechanizmus

A nyomáshatároló szelepek az erő-kiegyenlítés elvén működnek:

Ahol:

• F₁ = P₁×A (bemeneti nyomás × effektív tárcsaterület)
• F₂ = rugóállandó × kompressziós távolság
• F₃ = P₂×A (ellennyomás × tárcsa területe)

Működési sorrend:

1. Nyomás beállítása:A szelep zárva marad, ha a rendszernyomás < beállított nyomás
2. Repedési nyomás:A kezdeti nyitás a beállított nyomás 95-100%-ánál történik
3. Teljes emelés:Teljes nyitás a beállított nyomás 103-110%-ánál (API 526 szerint)
4. Újratelepítési nyomás:A szelep a beállított nyomás 85-95%-ánál zár (tipikus lefújás)

Főbb műszaki paraméterek:

Nyomásszabályozó készülékek típusai: Műszaki adatok

1. Nyomásbiztonsági szelepek (PSV) és biztonsági szelepek (SRV)

Műszaki szabványok:ASME BPVC Creator I & VIII, API 520/526

Rugós biztonsági szelepek

Ahol:

• W = szükséges kapacitás (lb/óra)
• C = Kisülési együttható
• Kd = Kisülési együttható korrekciós tényezője
• P₁ = beállított nyomás + túlnyomás (psia)
• Ksh = Túlhevítés korrekciós tényezője
• Kv = viszkozitás korrekciós tényező
• M = molekulatömeg
• T = abszolút hőmérséklet (°R)

Pilóta által működtetett biztonsági nyomáscsökkentő szelepek (POSRV)

2. Nyomáscsökkentő szelepek (nyomásszabályozók)

Műszaki szabványok:ANSI/ISA 75.01, IEC 60534

Közvetlen működésű nyomásszabályozók

Ahol:

• Cv = áramlási együttható
• Q = Áramlási sebesség (GPM)
• G = fajsúly
• ΔP = nyomásesés (psi)

Pilóta által működtetett nyomáscsökkentő szelepek

3. Ellennyomás-szabályozók és vezérlőszelepek

Funkció:Tartsa fenn az állandó felfelé irányuló nyomást a lefelé irányuló áramlás szabályozásával

Ipari alkalmazások és esettanulmányok

Energiatermelő ipar

Gőzkazán biztonsági szelepek (ASME I. szakasz)

• Szükséges kapacitás:Az összes keletkező gőzt úgy kell elvezetni, hogy a nyomás ne haladja meg a beállított nyomás 6%-át
• Minimális követelmények:Egy biztonsági szelep kazánonként; két szelep >500 négyzetláb fűtőfelülethez
• Tesztelés:Kézi emelési teszt 6 havonta (nagy nyomás) vagy negyedévente (alacsony nyomás)

Olaj- és gázipar

Pipeline Pressure Safety Systems (API 521)

• Tervezési nyomás:1,1 × Maximális megengedett üzemi nyomás (MAOP)
• Biztonsági szelep mérete:A várható maximális áramlási és nyomási forgatókönyvek alapján
• Anyagok:A savanyú gázszolgáltatás NACE MR0175-ös megfelelést igényel

Vízkezelés és -elosztás

Nyomáscsökkentő szelepállomások

Vegyi és petrolkémiai feldolgozás

Reaktorvédelmi rendszerek

• Üzemeltetési feltételek:500°F, 600 psig
• Megkönnyebbülési forgatókönyvek:Hőtágulás, elszabaduló reakciók, hűtési hiba
• Anyagok:Hastelloy C-276 korrozív szervizhez
• Méretezés:Az API 521 szerinti legrosszabb forgatókönyv elemzése alapján

Kiválasztási kritériumok és mérnöki számítások

Teljesítményparaméterek

Nyomásértékek (ASME B16.5):

Anyagválasztási útmutató

Méretezési számítások

Liquid Service (API 520) esetén:

Ahol:

• A = Szükséges effektív kibocsátási terület (in²)
• GPM = Szükséges áramlási sebesség
• G = fajsúly
• Kd = Kibocsátási együttható (0,62 folyadékoknál)
• Kw = Ellennyomás korrekciós tényező
• Kc = Kombinációs korrekciós tényező
• ΔP = Beállított nyomás + túlnyomás - ellennyomás

Gáz/gőz szolgáltatás (API 520):

Telepítési és karbantartási szabványok

Telepítési követelmények (ASME BPVC)

Biztonsági szelep beszerelése:

• Bemeneti csövek:Rövid és közvetlen, kerülje a könyököket 5 csőátmérőn belül
• Kimeneti csövek:Maximum 10%-os ellennyomásra méretezve
• Felszerelés:Függőleges előnyben, vízszintes alátámasztással elfogadható
• Elkülönítés:Blokkszelepek tilosak a bemenetben; elfogadható a kimenetben, ha nyitva van

Nyomáscsökkentő szelep beszerelése:

• Upstream szűrő:Minimum 20 mesh a tiszta kiszolgáláshoz
• Kerülő vezeték:Karbantartáshoz és vészhelyzeti üzemeltetéshez
• Nyomásmérők:Upstream és downstream monitorozás
• Lefúvató szelep:Lefelé irányuló védelem túlnyomás ellen

Karbantartási ütemtervek és eljárások

API 510 vizsgálati követelmények:

• Szemrevételezéses ellenőrzés:6 havonta
• Működési teszt:Évente
• Kapacitás teszt:5 évente
• Teljes körű felújítás:10 évente vagy a gyártó ajánlásai szerint

Tesztelési eljárások:

• Nyomásvizsgálat beállítása:Ellenőrizze a nyitási nyomást a beállítástól számított ±3%-on belül
• Ülés szivárgási teszt:API 527 Class IV (maximum 5000 cm3/óra)
• Kapacitás teszt:Ellenőrizze, hogy az áramlási teljesítmény megfelel-e a tervezési követelményeknek
• Hátnyomás teszt:A teljesítmény értékelése rendszerkörülmények között

Prediktív karbantartási technológiák

Akusztikus kibocsátás vizsgálata:

• Érzékelés:Belső szivárgás, üléskopás, rugófáradás
• Frekvencia tartomány:20 kHz és 1 MHz között
• Érzékenység:0,1 GPM-nél kisebb szivárgást észlel

Rezgéselemzés:

• Alkalmazások:Pilótaszelep csattogás, rugórezonancia
• Paraméterek:Amplitúdó, frekvencia, fázisanalízis
• Felkapott:Korábbi adatok a hiba előrejelzéséhez

Megfelelőségi szabványok és tanúsítványok

ASME kazán és nyomástartó edény kódja

I. szakasz (Energiakazánok):

• Kapacitásigény:A biztonsági szelepeknek meg kell akadályozniuk a nyomás több mint 6%-os emelkedését a beállított nyomás fölé
• Minimális biztonsági szelepek:Egy kazánonként, kettő, ha a fűtőfelület > 500 négyzetláb
• Tesztelés:Kézi emelés 6 havonta (nagy nyomás) vagy negyedévente (alacsony nyomás)

VIII. szakasz (nyomás alatt álló edények):

• A tehermentesítő eszköz követelményei:Minden nyomástartó edény túlnyomás elleni védelmet igényel
• Nyomás beállítása:Nem haladhatja meg a védett berendezések MAWP-jét
• Kapacitás:Az API 521 szerinti legrosszabb forgatókönyv alapján

API szabványok megvalósítása

API 520 (Relief Device Sizing):

• Hatály:Lefedi a hagyományos, kiegyensúlyozott és előtét-működtetésű biztonsági szelepeket
• Méretezési módszerek:Számítási eljárásokat biztosít minden folyadéktípushoz
• Telepítés:Meghatározza a csővezeték-követelményeket és a rendszerintegrációt

API 526 (karimás acél tehermentesítő szelepek):

• Tervezési szabványok:Méretkövetelmények, nyomás-hőmérséklet értékek
• Anyagok:Szénacél, rozsdamentes acél specifikációk
• Tesztelés:Gyári átvételi vizsgálat követelményei

API 527 (kereskedelmi üléstömörség):

• I. osztály:Nincs látható szivárgás
• II. osztály:40 cc/óra az ülés átmérőjének hüvelykjeként
• III. osztály:300 cc/óra per hüvelyk ülésátmérő
• IV. osztály:1400 cc/óra per hüvelyk ülésátmérő

Nemzetközi szabványok

IEC 61511 (Biztonsági műszeres rendszerek):

• SIL minősítés:Biztonsági integritási szintű követelmények a nyomásvédelemhez
• Bizonyító teszt:Időszakos tesztelés a biztonsági funkció fenntartása érdekében
• Meghibásodási arány:A biztonsági rendszerek megengedett legnagyobb meghibásodási aránya

Hibaelhárítás és hibaelemzés

Gyakori hibamódok

Korai nyitás (forrós):

Okok:

• A bemeneti csövek veszteségei meghaladják a beállított nyomás 3%-át
• Rezgés vagy pulzáció a rendszerben
• Törmelék a szelepüléken
• Állítsa be a nyomást túl közel az üzemi nyomáshoz

Megoldások:

• Növelje a bemeneti cső méretét (sebesség <30 láb/sec folyadékoknál, <100 láb/sec gázoknál)
• Szerelje be a pulzációcsillapítót
• Tisztítsa meg a szelepülést és a tárcsát
• Növelje az üzemi és a beállított nyomás közötti különbséget (>10%)

Megnyitási hiba:

Okok:

• Rugós korrózió vagy bekötés
• Túlzott ellennyomás (a beállított nyomás > 10%-a)
• Dugaszolt aljzat vagy szellőző
• Vízkő vagy korrózió a mozgó alkatrészeken

Megoldások:

• Cserélje ki a rugót, frissítse az anyagokat
• Csökkentse az ellennyomást, vagy használjon kiegyensúlyozott szelepkonstrukciót
• Távolítsa el az akadályokat, növelje a kimeneti cső méretét
• Tisztítsa meg és kenje, vegye figyelembe a különböző anyagokat

Túlzott szivárgás:

Okok:

• Az ülés sérülései törmelék vagy korrózió miatt
• A hőciklus miatt megvetemedett lemez
• Nem megfelelő ülésterhelés (rugói fáradtság)
• Kémiai támadás a tömítőfelületeken

Megoldások:

• Körülés és tárcsafelületek
• Cserélje ki a lemezt, javítsa a hőkezelést
• Cserélje ki a rugót, ellenőrizze a beállított nyomást
• Frissítse az anyagokat a kémiai kompatibilitás érdekében

Diagnosztikai technikák

Flow tesztelés:

• Cél:Ellenőrizze a tényleges és a tervezett kapacitást
• Módszer:Mérje meg a kimeneti áramlást a beállított nyomás 110%-án
• Elfogadás:A tervezési kapacitás ±10%-a API 527-enként

Kohászati ​​elemzés:

• Alkalmazások:Hibavizsgálat, anyagválasztás
• Technikák:SEM elemzés, keménységvizsgálat, korrózióértékelés
• Eredmények:Kiváltó ok meghatározása, anyagi ajánlások

Gazdasági hatás- és költségmegfontolások

Teljes tulajdonlási költség

Kezdeti befektetés:

• Szabványos nyomáscsökkentő szelep:500-5000 dollár mérettől/anyagtól függően
• Pilóta működtetésű szelep:2000-25 000 dollár komplex alkalmazások esetén
• Telepítési költségek:A felszerelés költségének 25-50%-a

Működési költségek:

• Energiaveszteségek:A szivárgó szelepek a rendszer energiájának 1-5%-át pazarolják el
• Karbantartás:200-2000 dollár évente szelepenként
• Tesztelés és tanúsítás:500-1500 dollár szelepenként 5 évente

Meghibásodási költségek:

• A berendezés károsodása:50 000 USD-