Типы предохранительных клапанов

Углубленное изучение процесса определения размеров для ряда приложений, включая уравнения определения размеров для AD Merkblatt, DIN, TRD, ASME, API, BS6759 и других. Охватывает более сложные вопросы, такие как двухфазный поток и перегрев.

Введение в определение размеров предохранительного клапана

Размер предохранительного клапана всегда должен быть таким, чтобы он мог вентилировать любой источник пара таким образом, чтобы давление в защищаемом аппарате не превышало максимально допустимого накопленного давления (MAAP). Это означает, что клапан должен быть не только правильно расположен, но и правильно отрегулирован. Предохранительный клапан также должен иметь правильный размер, чтобы он мог пропускать необходимое количество пара при требуемом давлении при всех возможных неисправностях.

После определения типа предохранительного клапана, его установочного давления и положения в системе необходимо рассчитать требуемую пропускную способность клапана. Как только это станет известно, требуемая площадь отверстия и номинальный размер могут быть определены с использованием спецификаций производителя.

Чтобы установить максимальную требуемую производительность, необходимо учитывать потенциальный расход через все соответствующие ответвления перед клапаном.

В приложениях, где имеется более одного возможного пути потока, размер предохранительного клапана становится более сложным, поскольку может существовать ряд альтернативных методов определения его размера. Там, где существует более одного потенциального пути потока, следует рассмотреть следующие альтернативы:

Предохранительный клапан может быть рассчитан на максимальный расход, возникающий на пути потока с наибольшей величиной потока.

Размер предохранительного клапана может быть рассчитан на выпуск потока из комбинированных путей потока.

Этот выбор определяется риском одновременного выхода из строя двух или более устройств. Если есть малейшая вероятность того, что это может произойти, размер клапана должен быть таким, чтобы можно было сбросить объединенные потоки вышедшего из строя устройства. Однако там, где риск незначителен, из соображений экономии может потребоваться, чтобы размер клапана подбирался только для максимального расхода разлома. Выбор метода в конечном итоге лежит на компании, ответственной за страхование завода.

Например, рассмотрим сосуд под давлением и автоматическую систему «насос-ловушка» (APT), как показано на рис. 9.4.1. Маловероятная ситуация состоит в том, что и APT, и редукционный клапан (PRV «A») могут выйти из строя одновременно. Пропускная способность предохранительного клапана «А» может быть либо нагрузкой при отказе самого большого предохранительного клапана, либо, альтернативно, совокупной нагрузкой при отказе как APT, так и предохранительного клапана «А».

В этом документе рекомендуется, чтобы при наличии нескольких путей потока размер любого соответствующего предохранительного клапана всегда определялся с учетом возможности одновременного отказа соответствующих клапанов регулирования давления выше по потоку.

Поиск потока ошибок

Для того чтобы определить аварийный поток через предохранительный клапан или любой клапан или отверстие, необходимо учитывать следующее:

Потенциальное аварийное давление – его следует принять за давление срабатывания соответствующего входного предохранительного клапана.
Давление сброса калибруемого предохранительного клапана
Полная открытая емкость (К_VS) вышестоящего регулирующего клапана, см. уравнение 3.21.2.

Рассмотрим расположение предохранительного клапана на рис. 9.4.2.

Давление подачи этой системы (рисунок 9.4.2) ограничивается входным предохранительным клапаном с установленным давлением 11.6 бари. Дефектный поток через предохранительный клапан можно определить с помощью уравнения массового расхода пара (уравнение 3.21.2):

Следовательно, предохранительный клапан должен быть рассчитан на пропускную способность не менее 953 кг/ч при давлении 4 бари.

После того, как аварийная нагрузка определена, обычно достаточно определить размер предохранительного клапана, используя диаграммы пропускной способности производителя. Типичный пример диаграммы пропускной способности показан на рис. 9.4.3. Зная требуемое установочное давление и пропускную способность, можно выбрать подходящий номинальный размер. В этом примере заданное давление составляет 4 бар изб., а пропускная способность составляет 953 кг/ч. Требуется предохранительный клапан DN32/50 производительностью 1 284 кг/ч.

Если таблицы размеров недоступны или не учитывают определенные жидкости или условия, такие как противодавление, высокая вязкость или двухфазный поток, может потребоваться рассчитать минимальную требуемую площадь проходного сечения. Методы для этого изложены в соответствующих руководящих стандартах, таких как:

AD-Merkblatt A2, DIN 3320, TRD 421
ASME/API РП 520
EN ISO 4126

Методы, изложенные в этих стандартах, основаны на коэффициенте расхода, который представляет собой отношение измеренной пропускной способности к теоретической пропускной способности сопла с эквивалентным проходным сечением.

Коэффициент разряда

Коэффициенты расхода зависят от конкретного диапазона предохранительных клапанов и должны быть одобрены производителем. Если клапан получил независимое одобрение, ему присваивается «сертифицированный коэффициент расхода».

Этот показатель часто занижают, умножая его на коэффициент безопасности 0.9, чтобы получить пониженный коэффициент расхода. Пониженный коэффициент расхода обозначается K_dr = К_d х 0.9

При использовании стандартных методов расчета требуемой площади проходного сечения может потребоваться учитывать следующие моменты:

Критический и подкритический поток – поток газа или пара через отверстие, такое как проходное сечение предохранительного клапана, увеличивается по мере снижения давления на выходе. Это справедливо до тех пор, пока не будет достигнуто критическое давление и не будет достигнут критический расход. В этот момент любое дальнейшее снижение давления на выходе не приведет к дальнейшему увеличению расхода.

Между критическим давлением и фактическим давлением сброса существует взаимосвязь (называемая отношением критического давления), которая для газов, протекающих через предохранительные клапаны, показана уравнением 9.4.2.

Для газов со свойствами, подобными идеальному газу, «k» представляет собой отношение удельной теплоемкости при постоянном давлении (c_p) до постоянного объема (c_v), т.е. с_p : c_v. k всегда больше единицы и обычно находится в диапазоне от 1 до 1.4 (см. табл. 9.4.8).

Для пара, хотя «k» является изэнтропическим коэффициентом, на самом деле это не отношение c_p : с. В качестве приближения для насыщенного пара «k» можно принять равным 1.135, а для перегретого пара — 1.3. Ориентировочно для насыщенного пара критическое давление принимается равным 58% от накопленного давления на входе в абсолютном выражении.

Избыточное давление – перед определением размера необходимо установить расчетное избыточное давление клапана. Не допускается рассчитывать пропускную способность клапана при меньшем избыточном давлении, чем то, при котором был установлен коэффициент расхода. Однако допускается использование более высокого избыточного давления (см. Таблицу 9.2.1, Модуль 9.2, для типовых значений избыточного давления). Для клапанов полного подъема типа DIN (Vollhub) расчетный подъем должен достигаться при избыточном давлении 5 %, но для определения размеров может использоваться значение избыточного давления 10 %.

Для жидкостей избыточное давление составляет 10% в соответствии с AD-Merkblatt A2, DIN 3320, TRD 421 и ASME, но для несертифицированных клапанов ASME довольно часто используется цифра 25%.

Противодавление – расчеты размеров в стандартах AD-Merkblatt A2, DIN 3320 и TRD 421 учитывают противодавление в функции оттока (Ψ), которая включает поправку на противодавление.

Однако стандарты ASME/API RP 520 и EN ISO 4126 требуют определения дополнительного поправочного коэффициента противодавления, который затем включается в соответствующее уравнение.

Двухфазный поток – При выборе предохранительных клапанов для кипящих жидкостей (например, горячей воды) необходимо учитывать возможность испарения (вскипания) во время нагнетания. Предполагается, что среда находится в жидком состоянии, когда предохранительный клапан закрыт, и что, когда предохранительный клапан открывается, часть жидкости испаряется из-за падения давления через предохранительный клапан. Результирующий поток называется двухфазным потоком.

Требуемая площадь проходного сечения должна быть рассчитана для жидкой и паровой составляющих сбрасываемой жидкости. Затем сумма этих двух площадей используется для выбора соответствующего размера отверстия из выбранного диапазона клапанов. (см. пример 9.4.3)

Многие стандарты на самом деле не определяют формулу расчета для двухфазного потока и рекомендуют в таких случаях напрямую обращаться к производителю за консультацией.

Расчетные уравнения для предохранительных клапанов, разработанных в соответствии со следующими стандартами

Следующие методы используются для расчета минимальной требуемой площади проходного сечения предохранительного клапана, как указано в наиболее часто используемых национальных стандартах.

Стандарт – AD-Merkblatt A2, DIN 3320, TRD 421

Используйте уравнение 9.4.3 для расчета минимальной требуемой площади проходного сечения для предохранительного клапана, используемого в системах с паром:

Используйте уравнение 9.4.4 для расчета минимальной требуемой площади проходного сечения для предохранительного клапана, используемого в системах с воздухом и газом:

Используйте уравнение 9.4.5 для расчета минимальной требуемой площади проходного сечения для предохранительного клапана, используемого в жидких средах:

Функция оттока (Ψ) для воздуха и газа

Коэффициент среды под давлением для паровых применений

Коэффициент сжимаемости (Z)

Для газов также необходимо определить коэффициент сжимаемости Z. Этот фактор объясняет отклонение характеристик реального газа от характеристик идеального газа. Часто рекомендуется использовать Z = 1, если данных недостаточно. Z можно рассчитать по формуле уравнения 9.4.6:

Определите минимальную требуемую площадь проходного сечения предохранительного клапана при следующих условиях:

Следовательно, выбранный предохранительный клапан должен иметь проходное сечение не менее 1 678 мм 2 .

Чтобы определить минимальную площадь отверстия для системы с двухфазным потоком (например, горячая вода), сначала необходимо установить, какая часть сброса будет состоять из пара (n). Это делается с помощью уравнения 9.4.7:

Для горячей воды значения энтальпии можно получить из паровых таблиц.

Чтобы определить долю потока, который составляет пар, пропускная способность умножается на n. Таким образом, остальная часть потока будет находиться в жидком состоянии.

Расчет размера площади по уравнениям 9.4.3, 9.4.4 и 9.4.5 затем можно использовать для расчета требуемой площади для выпуска паровой части, а затем жидкой части. Затем сумма этих площадей используется для определения минимально необходимой площади отверстия.

Рассмотрите горячую воду при следующих условиях:

Стандарт – ASME/API RP 520

Следующие формулы используются для расчета минимальной требуемой площади проходного сечения предохранительного клапана в соответствии со стандартами ASME и рекомендациями API RP 520.

Используйте уравнение 9.4.8 для расчета минимальной требуемой площади проходного сечения для предохранительного клапана, используемого в системах с паром:

Используйте уравнение 9.4.9 для расчета минимальной требуемой площади проходного сечения для предохранительного клапана, предназначенного для работы с воздухом и газом:

Используйте уравнение 9.4.10 для расчета минимальной требуемой площади проходного сечения для предохранительного клапана, используемого в жидких средах:

Газовая постоянная сопла C_g рассчитывается по уравнению 9.4.11 для воздуха и газа и применяется к уравнению 9.4.9.

Поправочные коэффициенты перегрева для ASME/API RP 520

Поправочный коэффициент постоянного противодавления газа и пара для ASME/API 520

Поправочный коэффициент противодавления (КБ) – отношение производительности к противодавлению, C₁, к емкости при сбросе в атмосферу, С₂, см. уравнение 9.4.12.

Значение KB можно установить с помощью кривых, показанных на рис. 9.4.6–рис. 9.4.8. Они применимы к установленному давлению 50 фунтов на кв. дюйм и выше. Для данного заданного давления эти значения ограничиваются противодавлением, меньшим критического давления, а именно критическими условиями потока.

Для докритического расхода и противодавления ниже 50 фунтов на кв. дюйм следует проконсультироваться с производителем по поводу значений KB.

Сбалансированные сильфонные клапаны

Обычные клапаны

Поправочный коэффициент постоянного противодавления жидкости для ASME/API RP 520

Сбалансированные сильфонные клапаны

Поправочный коэффициент вязкости для ASME/API RP 520 и EN ISO 4126

Это используется для учета жидкостей с высокой вязкостью. Чтобы учесть это, сначала необходимо установить размер клапана, предполагая, что жидкость не вязкая. После выбора размера вычисляется число Рейнольдса для клапана, которое используется для установления поправочного коэффициента из рисунка 9.4.9.

Затем следует проверить размер клапана, чтобы убедиться, что исходный размер соответствует расходу после применения поправочного коэффициента вязкости. В противном случае этот процесс следует повторить со следующим по величине размером клапана.

Число Рейнольдса можно рассчитать с помощью уравнений 9.4.15 и 9.4.16:

Стандарт – EN ISO 4126: 2004

Используйте уравнение 9.4.17 для расчета минимальной требуемой площади проходного сечения для предохранительного клапана, используемого в системах с сухим насыщенным паром, перегретым паром, воздухом и газом при критическом расходе:

Используйте уравнение 9.4.18 для расчета минимальной требуемой площади проходного сечения для предохранительного клапана, используемого в системах с влажным паром при критическом расходе; Примечание: влажный пар должен иметь коэффициент сухости более 0.9:

Используйте уравнение 9.4.19 для расчета минимальной требуемой площади проходного сечения для предохранительного клапана, используемого в системах с воздухом и газом при докритическом расходе:

Используйте уравнение 9.4.20 для расчета минимальной требуемой площади проходного сечения для предохранительного клапана, используемого в жидких средах:

Значение C как функция «k» для пара, воздуха и газа в соответствии со стандартом EN ISO 4126.

Значения «k» включены в стандарт ISO 4126: (Часть 7).

Кроме того, значения «k» можно получить из паровых таблиц на веб-сайте Spirax Sarco.

Поправочные коэффициенты производительности для противодавления в соответствии со стандартом EN ISO 4126 для систем с паром, воздухом и газом.

Определите минимальное проходное сечение, необходимое для предохранительного клапана, разработанного в соответствии с EN ISO 4126, для сброса избыточного давления в системе с перегретым паром.

Условия паровой системы

Приложение А – Свойства промышленных жидкостей

Таблица 9.4.5 Свойства некоторых распространенных промышленных жидкостей

Для удельного веса (G), используемого в расчетах размера жидкости ASME, разделите плотность на 998 (плотность воды).

Свойства промышленных газов

Таблица 9.4.6 Свойства некоторых распространенных промышленных газов

Для удельного веса (G), используемого в расчетах размера газа ASME, разделите молярную массу на 28.96 (молярная масса воздуха).

Предохранительные клапаны

Существует широкий ассортимент предохранительных клапанов, отвечающих множеству различных применений и критериев производительности, требуемых в различных отраслях промышленности. Кроме того, национальные стандарты определяют множество различных типов предохранительных клапанов.

Стандарт ASME I и стандарт ASME VIII для котлов и сосудов высокого давления, а также стандарт ASME/ANSI PTC 25.3 для предохранительных клапанов и предохранительных клапанов дают следующее определение. Эти стандарты устанавливают рабочие характеристики, а также определяют различные типы используемых предохранительных клапанов:

Клапан ASME I – Предохранительный клапан, соответствующий требованиям Раздела I норм ASME для сосудов под давлением для котлов, который открывается в пределах 3 % избыточного давления и закрывается в пределах 4 %. Обычно он имеет два продувочных кольца и обозначается штампом «V» Национального совета.

Клапан ASME VIII – Предохранительный клапан, соответствующий требованиям Раздела VIII норм ASME для сосудов под давлением для сосудов высокого давления, который открывается в пределах 10 % избыточного давления и закрывается в пределах 7 %. Обозначается штампом «UV» Национального совета.

Предохранительный клапан низкого подъема – Фактическое положение диска определяет площадь нагнетания клапана.
Предохранительный клапан полного подъема – Площадь разряда не определяется положением диска.
Полнопроходной предохранительный клапан – предохранительный клапан, не имеющий выступов в отверстии и в котором клапан поднимается до степени, достаточной для того, чтобы минимальная площадь в любом сечении, на седле или под седлом, стала регулирующим отверстием.
Обычный предохранительный клапан – Корпус пружины вентилируется на стороне нагнетания, поэтому на рабочие характеристики напрямую влияет изменение противодавления на клапане.
Сбалансированный предохранительный клапан – Сбалансированный клапан включает в себя средства минимизации влияния противодавления на рабочие характеристики клапана.
Предохранительный клапан с пилотным управлением – Основное устройство сброса давления совмещено с автоматическим вспомогательным устройством сброса давления и управляется им.
Предохранительный клапан с механическим приводом – Клапан сброса давления, в котором основное устройство сброса давления объединено с устройством, требующим внешнего источника энергии, и управляется им.

Следующие типы предохранительных клапанов определены в стандарте DIN 3320, который относится к предохранительным клапанам, продаваемым в Германии и других частях Европы:

Стандартный предохранительный клапан – Клапан, который после открытия достигает степени подъема, необходимой для выпуска массового расхода при повышении давления не более чем на 10%. (Клапан характеризуется хлопковым действием и иногда известен как высокий подъем).
Предохранительный клапан полного подъема (Vollhub) – Предохранительный клапан, который после начала подъема быстро открывается в пределах 5% повышения давления до полного подъема, что ограничено конструкцией. Величина подъема до быстрого открытия (пропорциональный диапазон) не должна превышать 20%.
Вынагруженный предохранительный клапан – Предохранительный клапан, в котором открывающей силе под тарелкой клапана противодействует закрывающая сила, например, пружина или груз.
Пропорциональный предохранительный клапан – Предохранительный клапан, который открывается более или менее равномерно при повышении давления. Внезапное открытие в пределах диапазона подъема 10% не произойдет без повышения давления. После открытия при давлении не более 10% эти предохранительные клапаны достигают подъемной силы, необходимой для выпуска массового потока.
Мембранный предохранительный клапан – Предохранительный клапан с прямой нагрузкой, в котором линейные подвижные и вращающиеся элементы и пружины защищены от воздействия жидкости диафрагмой.
Сильфонный предохранительный клапан – Предохранительный клапан прямого действия, в котором скользящие и (частично или полностью) вращающиеся элементы и пружины защищены от воздействия жидкостей сильфоном. Сильфон может иметь такую конструкцию, которая компенсирует влияние противодавления.
Управляемый предохранительный клапан – Состоит из основного клапана и регулирующего устройства. К ним также относятся предохранительные клапаны прямого действия с дополнительной нагрузкой, в которых до достижения заданного давления дополнительная сила увеличивает усилие закрытия.

Читайте также:

Можно ли закрашивать обои? Это возможно

В EN ISO 4126 перечислены следующие определения типов предохранительных клапанов:

Предохранительный клапан – Предохранительный клапан, который автоматически, без помощи какой-либо другой энергии, кроме энергии соответствующей жидкости, сбрасывает такое количество жидкости, чтобы предотвратить превышение заданного безопасного давления, и который предназначен для повторного закрытия и предотвращения дальнейшего потока жидкости. жидкости после восстановления нормальных условий эксплуатации под давлением. Примечание; клапан может характеризоваться либо хлопком (быстрым открытием), либо открытием пропорционально (не обязательно линейно) увеличению давления сверх установленного давления.

Предохранительный клапан с прямой нагрузкой – Предохранительный клапан, в котором нагрузке из-за давления жидкости под диском клапана противодействует только прямое механическое нагружающее устройство, такое как груз, рычаг и груз или пружина.
Вспомогательный предохранительный клапан – Предохранительный клапан, который с помощью механизированного вспомогательного механизма может быть дополнительно поднят при давлении ниже установленного давления и даже в случае отказа вспомогательного механизма будет соответствовать всем требованиям к предохранительным клапанам, приведенным в стандарт.
Дополнительный нагруженный предохранительный клапан – Предохранительный клапан, имеющий до тех пор, пока давление на входе в предохранительный клапан не достигнет заданного значения, дополнительное усилие, увеличивающее усилие запирания.

Примечание; это дополнительное усилие (дополнительная нагрузка), которое может быть обеспечено за счет внешнего источника энергии, надежно снимается, когда давление на входе в предохранительный клапан достигает давления срабатывания. Величина дополнительной нагрузки устроена таким образом, что, если такая дополнительная нагрузка не будет снята, предохранительный клапан достигнет своей сертифицированной пропускной способности при давлении, не превышающем более чем в 1.1 раза максимально допустимое давление защищаемого оборудования.

Предохранительный клапан с пилотным управлением – Предохранительный клапан, работа которого инициируется и управляется жидкостью, выходящей из пилотного клапана, который сам по себе является предохранительным клапаном с прямой нагрузкой, на который распространяются требования стандарта.

В следующей таблице приведены рабочие характеристики различных типов предохранительных клапанов, установленных различными стандартами.

Предохранительные клапаны

Важные рекомендации по установке, включая обращение, условия установки, конфигурацию трубопровода, маркировку и шум.

Плотность сиденья

Герметичность седла является важным фактором при выборе и установке предохранительного клапана, так как это может привести не только к постоянной утечке жидкости в системе, но и к повреждению уплотнительных поверхностей, что может привести к преждевременному подъему клапана.

На герметичность седла влияют три основных фактора; во-первых, по характеристикам предохранительного клапана, во-вторых, по установке предохранительного клапана и, в-третьих, по работе предохранительного клапана.

Характеристики предохранительного клапана

Чтобы клапан с металлическим седлом обеспечивал приемлемую герметичность, уплотнительные поверхности должны иметь высокую степень плоскостности с очень хорошей обработкой поверхности. Диск должен шарнирно сочленяться со штоком, а направляющая штока не должна вызывать чрезмерного трения. Типичные значения, необходимые для приемлемой отсечки для клапана с металлическим седлом, составляют 0.5 мкм для чистоты поверхности и две световые оптические полосы для плоскостности. Кроме того, для разумного срока службы сопрягаемые и уплотняющие поверхности должны иметь высокую износостойкость.

В отличие от обычных запорных клапанов, чистое усилие закрытия, действующее на диск, относительно невелико из-за небольшой разницы между давлением системы, действующим на диск, и силой пружины, противодействующей ему.

Упругие или эластомерные уплотнения, встроенные в диски клапана, часто используются для улучшения перекрытия, если это позволяют условия системы. Однако следует отметить, что мягкое уплотнение часто более подвержено повреждениям, чем металлическое седло.

Установка предохранительного клапана

Повреждение седла часто может произойти при первом подъеме клапана в рамках общей процедуры ввода установки в эксплуатацию, поскольку очень часто в системе присутствует грязь и мусор. Чтобы посторонние вещества не проходили через клапан, перед установкой предохранительного клапана необходимо промыть систему, а клапан должен быть установлен в месте, где не могут скапливаться грязь, накипь и мусор.

При работе с паром также важно уменьшить склонность к утечкам, установив клапан таким образом, чтобы конденсат не мог собираться на входной стороне диска. Этого можно добиться, установив предохранительный клапан над паровой трубой, как показано на рис. 9.5.1.

Если предохранительные клапаны установлены под трубой, пар будет конденсироваться, заполнять трубу и смачивать входную сторону седла предохранительного клапана. Этот тип установки не рекомендуется, но показан на рис. 9.5.2 для справки.

Кроме того, важно всегда следить за тем, чтобы трубопроводы, расположенные ниже по течению, были хорошо дренированы, чтобы не произошло затопления ниже по течению (которое также может способствовать коррозии и утечкам), как показано на рис. 9.5.3.

Работа предохранительного клапана

Утечка также может наблюдаться, когда на поверхности седла есть грязь или накипь. Обычно это происходит во время периодического подъема, требуемого страховыми компаниями и программами планового технического обслуживания. Дальнейшее поднятие рычага, как правило, очищает поверхность седла от грязи.

Подавляющее большинство проблем с утечкой седла предохранительного клапана возникает после первоначального изготовления и испытаний. Эти проблемы обычно возникают в результате повреждения во время транспортировки, а иногда и в результате неправильного использования и загрязнения или из-за неправильной установки.

Большинство стандартов на предохранительные клапаны не содержат подробных параметров отключения. Для тех, кто это делает, требования и рекомендуемые процедуры испытаний обычно основаны на стандарте API 527, который обычно используется в отрасли предохранительных клапанов.

Процедура проверки клапанов, настроенных на работу с воздухом, включает блокировку всех путей вторичной утечки при поддержании клапана на уровне 90 % установленного давления воздуха (см. рис. 9.5.4). Выход предохранительного клапана соединен с трубкой с внутренним диаметром 6 мм, конец которой опущен на 12.7 мм ниже поверхности воды, находящейся в подходящем прозрачном сосуде. Измеряют количество пузырьков, выходящих из этой трубки в минуту. Для большинства клапанов, настроенных на давление ниже 70 бар изб., приемлемым критерием является 20 пузырьков в минуту.

Для клапанов, настроенных на пар или воду, степень утечки следует оценивать с использованием соответствующей среды настройки. Для пара не должно наблюдаться видимых утечек на черном фоне в течение одной минуты после трехминутного периода стабилизации. В случае воды существует небольшой допуск на утечку, зависящий от площади отверстия, 10 мл в час на дюйм номинального диаметра входного отверстия.

Вышеупомянутая процедура может занять много времени, поэтому производители довольно часто используют альтернативные методы испытаний, например, используя точное оборудование для измерения расхода, откалиброванное по параметрам, установленным в API 527.

Ни в коем случае нельзя прилагать дополнительную нагрузку к рычагу демпфирования, а также нельзя затыкать клапан для увеличения герметичности седла.

Это повлияет на рабочие характеристики и может привести к тому, что предохранительный клапан не сработает в условиях избыточного давления. Если имеется неприемлемый уровень утечки седла, клапан может быть отремонтирован или отремонтирован, но только уполномоченным персоналом, работающим с одобрения производителя и с использованием информации, предоставленной производителем.

Обычно поставляемые запасные части обычно включают пружины, диски и сопла, упругие уплотнения и прокладки. Многие клапаны имеют несъемные седловые кольца, которые иногда можно перепрофилировать и повторно притереть в корпусе. Однако важно, чтобы размер отверстия седла точно соответствовал исходным чертежам, так как это может изменить эффективную площадь и впоследствии повлиять на установленное давление.

Недопустима притирка диска непосредственно к посадочному месту в корпусе, так как на диске будет создана канавка, препятствующая последовательному отключению после подъема.

В случае клапанов с упругим уплотнением обычно уплотнение (которое обычно представляет собой уплотнительное кольцо или диск) можно заменить в узле диска.

Если необходимо сохранить одобрение независимого органа, обязательно, чтобы ремонтная мастерская действовала в качестве утвержденного агента производителя. Для клапанов, одобренных ASME, ремонтник должен быть независимо одобрен Национальным советом, и впоследствии ему разрешено наносить штамп «VR», указывающий на то, что клапан был отремонтирован.

маркировка

Стандарты на предохранительные клапаны обычно содержат очень конкретную информацию, которая должна быть нанесена на клапан. Маркировка обязательна как на корпусе, обычно литом или штампованном, так и на заводской табличке, которая должна быть надежно прикреплена к арматуре. Общее резюме необходимой информации приведено ниже:

Обозначение размера.
Обозначение материала оболочки.
Название производителя или товарный знак.
Стрелка направления потока.

На идентификационной табличке:

Установочное давление (в бар изб. для европейских клапанов и фунт/кв. дюйм изб. для клапанов ASME).
Номер соответствующего стандарта (или соответствующий штамп ASME).
Ссылка на тип модели производителя.
Пониженный коэффициент расхода или сертифицированная мощность.
Площадь потока.
Подъем и избыточное давление.
Дата изготовления или регистрационный номер.

Штампы ASME, утвержденные Национальным советом, применяются следующим образом:

Предохранительные клапаны V одобрены ASME I.

Предохранительные клапаны, одобренные UV ASME VIII.

Устройства с разрывной мембраной, одобренные UD ASME VIII.

Предохранительные клапаны одобрены NV ASME III.

Авторизованный мастер ВР по ремонту предохранительных клапанов.

В Таблице 9.5.1 представлена система маркировки, требуемая TÜV, а в Таблице 9.5.2 приведены условные обозначения жидкостей.

Установка

Предохранительные клапаны являются прецизионными элементами предохранительного оборудования; они настроены на жесткие допуски и имеют точно обработанные внутренние детали. Они подвержены смещению и повреждению при неправильном обращении или неправильной установке.

Клапаны следует транспортировать в вертикальном положении, если это возможно, и их никогда нельзя переносить или поднимать за рычаг демпфирования. Кроме того, защитные заглушки и протекторы фланцев нельзя снимать до фактической установки. Также следует соблюдать осторожность при перемещении клапана, чтобы не подвергать его чрезмерным ударам, так как это может привести к значительному внутреннему повреждению или смещению.

Впускной трубопровод

При проектировании впускного трубопровода одним из основных соображений является минимизация перепада давления в этом трубопроводе. EN ISO 4126 рекомендует поддерживать падение давления ниже 3% от установленного давления при выпуске. Там, где предохранительные клапаны подсоединяются с помощью коротких патрубков, размер впускного трубопровода должен быть не меньше размера впускного патрубка предохранительного клапана. Для более крупных линий или любых линий, включающих изгибы или отводы, ответвление должно быть по крайней мере на два размера трубы больше, чем входное соединение предохранительного клапана, после чего его размер уменьшается до размера входа предохранительного клапана (см. Рисунок 9.5.5a). . Чрезмерная потеря давления может привести к «вибрации», что может привести к снижению производительности и повреждению посадочных поверхностей и других частей клапана. Чтобы уменьшить потери давления на входе, могут быть приняты следующие методы:

Увеличьте диаметр трубы. (см. рис. 9.5.5 (а)).
Убедитесь, что все углы надлежащим образом закруглены. Стандарт EN ISO 4126: часть 1 рекомендует, чтобы углы имели радиус не менее одной четверти отверстия (см. рисунок 9.5.5 (b)).
Уменьшите длину впускного патрубка.
Устанавливайте клапан как минимум на 8–10 диаметров трубы ниже по потоку от любого сужающегося или расходящегося Y-образного фитинга или любого изгиба (см. Рисунок 9.5.5 (c)).
Никогда не устанавливайте патрубок предохранительного клапана прямо напротив патрубка на нижней стороне паропровода.
Избегайте ответвлений (например, для других процессов) на входном трубопроводе, так как это увеличит падение давления.

Предохранительные клапаны всегда должны устанавливаться крышкой вертикально вверх. Установка клапана в любом другом положении может повлиять на рабочие характеристики.

В рекомендациях API 520 также указано, что предохранительный клапан не следует устанавливать на конце длинной горизонтальной трубы, через которую обычно не проходит поток. Это может привести к скоплению инородного материала или конденсата в трубе, что может привести к ненужному повреждению клапана или помешать его работе.

Выходной трубопровод

Существует два возможных типа разгрузочной системы – открытая и закрытая. Открытая система сбрасывает воду прямо в атмосферу, тогда как закрытая система сбрасывает воду в коллектор вместе с другими предохранительными клапанами.

Для паровых и газовых систем рекомендуется, чтобы выпускной трубопровод поднимался вверх, а для жидкостей – опускался. Горизонтальный трубопровод должен иметь нисходящий уклон не менее 1:100 от клапана, что гарантирует самодренирование любого сброса. Важно опорожнить любой поднимающийся выпускной трубопровод. Вертикальные подъемы потребуют отдельного дренажа. Примечание: ко всем точкам дренажа системы применяются одинаковые меры предосторожности, в частности, чтобы не нарушалась работа клапана, и любая жидкость должна быть слита в безопасное место.

Очень важно убедиться, что жидкость не может скапливаться на стороне выпуска предохранительного клапана, так как это ухудшит его работу и вызовет коррозию пружины и внутренних деталей. Многие предохранительные клапаны снабжены сливным патрубком корпуса, если он не используется или не предусмотрен, то в непосредственной близости от выпускного отверстия клапана должен быть установлен сливной патрубок малого диаметра (см. рис. 9.5.3).

Одной из основных проблем в закрытых системах является падение давления или накопление противодавления в системе нагнетания. Как упоминалось в Модуле 9.2, это может существенно повлиять на работу предохранительного клапана. В стандарте EN ISO 4126: часть 1 указано, что падение давления должно поддерживаться на уровне ниже 10 % от установленного давления. Для этого размер выпускной трубы можно определить по уравнению 9.5.1.

Давление (P) следует принимать как максимально допустимое падение давления согласно соответствующему стандарту. В случае EN ISO 4126: Часть 1 это будет 10% от давления настройки, и именно при этом давлении берется vg.

Рассчитайте номинальный диаметр выпускного трубопровода для предохранительного клапана, необходимого для выпуска 1 кг/ч насыщенного пара; при условии, что пар должен отводиться в вентилируемый резервуар по трубопроводу, длина которого эквивалентна 000 м. Давление срабатывания предохранительного клапана составляет 25 бар изб., а допустимое противодавление составляет 10 % от давления срабатывания. (Предположим, что падение давления на вентиляционном отверстии бака равно нулю).

Ответ: Если допускается максимальное противодавление 10%, то манометрическое давление на выходе из предохранительного клапана будет:

Поэтому трубопровод, подсоединенный к выходу предохранительного клапана, должен иметь внутренний диаметр не менее 54 мм. Для трубы сортамента 40 потребуется труба DN65.

Если невозможно снизить противодавление ниже 10 % от установленного давления, следует использовать уравновешенный предохранительный клапан.

Сбалансированные предохранительные клапаны требуют, чтобы их крышка выходила в атмосферу. В случае уравновешенного сильфонного типа не будет сброса технологической жидкости, поэтому их можно выпускать непосредственно в атмосферу. Основным соображением при проектировании является обеспечение того, чтобы это вентиляционное отверстие не было заблокировано, например, посторонним материалом или льдом. При работе со сбалансированным поршнем необходимо учитывать тот факт, что технологическая среда может вытекать через вентиляционное отверстие в крышке. При выпуске в систему под давлением вентиляционное отверстие должно быть подходящего размера, чтобы над поршнем не было противодавления.

Предохранительные клапаны, устанавливаемые вне здания для сброса непосредственно в атмосферу, должны быть закрыты колпаком. Крышка позволяет сливать жидкость, но предотвращает скопление грязи и другого мусора в нагнетательном трубопроводе, что может повлиять на противодавление. Вытяжка также должна быть сконструирована так, чтобы она тоже не влияла на противодавление.

Коллекторы

Размеры коллекторов должны быть такими, чтобы в худшем случае (т. е. когда все клапаны коллектора разгружаются) трубопровод был достаточно большим, чтобы справиться с ним без создания неприемлемого уровня противодавления. В идеале объем коллектора должен увеличиваться по мере того, как в него входит каждый выпуск клапана, и эти соединения должны входить в коллектор под углом не более 45° к направлению потока (см. рис. 9.5.6). Коллектор также должен быть надлежащим образом закреплен и при необходимости слит.

Для паровых установок обычно не рекомендуется использовать коллекторы, но их можно использовать, если должным образом учитывать все аспекты конструкции и установки.

Силы реакции при разряде

В открытых системах необходимо тщательно учитывать влияние сил реакции, возникающих в системе нагнетания при подъеме клапана. В этих системах будет значительная результирующая сила, действующая в направлении, противоположном направлению разряда. Важно не допускать чрезмерной нагрузки на клапан или впускное соединение из-за этих сил реакции, поскольку они могут привести к повреждению впускного трубопровода. Величину сил реакции можно рассчитать по формуле уравнения 9.5.2:

Силы реакции обычно невелики для предохранительных клапанов с номинальным диаметром менее 75 мм, но предохранительные клапаны большего размера обычно имеют монтажные фланцы для реактивного стержня на корпусе, чтобы обеспечить фиксацию клапана.

Этими реактивными силами обычно можно пренебречь в закрытых системах, и поэтому ими можно пренебречь.

Независимо от величины сил реакции никогда не следует полагаться на сам предохранительный клапан для поддержки самого нагнетательного трубопровода, и необходимо предусмотреть опору, чтобы противостоять весу нагнетательного трубопровода. Эта опора должна располагаться как можно ближе к центральной линии вентиляционной трубы (см. рис. 9.5.7).

На рисунках 9.5.8 и 9.5.9 показаны типовые установки предохранительных клапанов как для открытых, так и для закрытых систем.

Переключающие клапаны

Перекидные клапаны (см. Рисунок 9.5.10) позволяют установить два клапана рядом, один из которых находится в рабочем состоянии, а другой изолирован. Это означает, что регулярное техническое обслуживание может выполняться без прерывания работы или защиты судна. Переключающие клапаны сконструированы таким образом, что при их работе проходное сечение никогда не ограничивается.

Перекидные клапаны также можно использовать для подсоединения выпускных отверстий предохранительных клапанов, чтобы не приходилось дублировать выпускной трубопровод. Действие как впускного, так и выпускного переключающих клапанов должно быть ограничено и синхронизировано по соображениям безопасности. Обычно это осуществляется с помощью системы цепного привода, соединяющей оба маховика.

При установлении перепада давления на входе предохранительного клапана необходимо учитывать потерю давления, вызванную переключающим клапаном, которая должна быть ограничена до 3% от установленного давления.

Уровень шума

Хотя выброс из предохранительного клапана не должен происходить часто, в случае его возникновения создаваемый шум часто может быть значительным. Поэтому необходимо определить уровень звука предохранительных клапанов, чтобы не допустить превышения соответствующих уровней безопасности и гигиены труда.

Предполагая звуковой поток на выходе из сопла, приблизительное значение уровня звука LP в децибелах на выходе из фланца можно рассчитать по формуле, приведенной в уравнении 9.5.3 (источник API 521).

Существует несколько способов снижения уровня шума, самый простой из которых заключается в использовании выпускных труб большего диаметра или запаздывании выпускной трубы (однако клапан не должен запаздывать). Также допускается использование глушителя в крайних случаях, и в этом случае необходимо учитывать любое возникающее противодавление.