Ce face o supapă de presiune?

Valvele de presiune sunt dispozitive esențiale de siguranță care controlează, reglează și ameliorează presiunea în sistemele de fluide. Acest ghid cuprinzător acoperă supapele de reducere a presiunii, supapele de reducere a presiunii, regulatoarele de presiune și dispozitivele de control al presiunii în aplicațiile industriale.

Controlul presiunii este esențial în orice sistem de gestionare a lichidelor sau a gazelor sub presiune. Indiferent dacă aveți de -a face cu cazane cu aburi, sisteme hidraulice sau rețele de distribuție a apei, valvele de presiune servesc ca mecanism principal de siguranță care împiedică defecțiunile catastrofale și optimizarea performanței sistemului.

Ce este o supapă de presiune? (Definiție și funcții de bază)

Funcții primare:

• Reglarea presiunii:Menține presiunea sistemului în limite prestabilite
• Protecția suprapresiunii:Împiedică deteriorarea echipamentelor prin eliberarea excesului de presiune
• Controlul fluxului:Ajustează fluxul de fluid pentru a optimiza eficiența sistemului
• Asigurarea siguranței:Acționează ca ultima linie de apărare împotriva eșecurilor legate de presiune

Cum funcționează supapele de control al presiunii: Principii tehnice

Mecanism de funcționare de bază

Supapele de reliefare a presiunii funcționează pe principiul forței-echilibru:

Unde:

• F₁ = P₁ × A (Presiune de intrare × Zona de disc efectivă)
• F₂ = constantă de arc × distanță de compresie
• F₃ = P₂ × A (Backpressure × DISC Area)

Secvență de operare:

1. Setați presiunea:Supapa rămâne închisă când presiunea sistemului
2. Presiune de fisură:Deschiderea inițială are loc la 95-100% din presiunea stabilită
3. Ridicare completă:Deschiderea completă la 103-110% din presiunea stabilită (pe API 526)
4. Resea presiunea:Valva se închide la 85-95% din presiunea stabilită (explozie tipică)

Parametri tehnici cheie:

Tipuri de dispozitive de control al presiunii: specificații tehnice

1. Valve de siguranță la presiune (PSV) și supape de relief de siguranță (SRV)

Standarde tehnice:ASME BPVC Creator I & VIII, API 520/526

Supape de siguranță încărcate cu arc

Unde:

• W = capacitatea necesară (lb/h)
• C = coeficient de descărcare
• Kd = factorul de corecție al coeficientului de descărcare
• P₁ = presiune setată + suprapresiune (PSIA)
• Ksh = factorul de corecție a supraîncălzirii
• Kv = factor de corecție a vâscozității
• M = greutate moleculară
• T = temperatură absolută (° R)

Valve de relief de siguranță funcționate de pilot (POSRV)

2. Valvele de reducere a presiunii (regulatoare de presiune)

Standarde tehnice:ANSI/ISA 75.01, IEC 60534

Regulatoare de presiune cu acțiune directă

Unde:

• CV = coeficient de flux
• Q = debit (gpm)
• G = Gravitate specifică
• ΔP = cădere de presiune (PSI)

Supape de reducere a presiunii pilotului

3. Regulatoare de presiune din spate și supape de control

Funcţie:Mențineți o presiune constantă în amonte controlând debitul din aval

Aplicații industriale și studii de caz

Industria generației de energie

Supape de siguranță a cazanului cu aburi (secțiunea I)

• Capacitatea necesară:Trebuie să descărcați tot aburul generat fără a depăși cu 6% peste presiunea stabilită
• Cerințe minime:O supapă de siguranță pe cazan; două supape pentru> suprafață de încălzire de 500 mp
• Testare:Test de ridicare manuală la fiecare 6 luni (presiune ridicată) sau trimestrial (presiune scăzută)

Industria petrolului și a gazelor

Sisteme de siguranță a presiunii conductelor (API 521)

• Presiune de proiectare:1,1 × presiune maximă de funcționare admisă (MAOP)
• Dimensiunea supapei de siguranță:Pe baza scenariilor maxime de debit și presiune anticipate
• Materiale:Serviciul de gaze acre necesită respectarea NACE MR0175

Tratarea și distribuția apei

Stații de supapă pentru reducerea presiunii

Procesare chimică și petrochimică

Sisteme de protecție a reactorului

• Condiții de operare:500 ° F, 600 psig
• Scenarii de relief:Expansiune termică, reacții fugite, defecțiune de răcire
• Materiale:Hastelloy C-276 pentru servicii corozive
• Dimensiune:Bazat pe analiza scenariului cel mai rău pe API 521

Criterii de selecție și calcule de inginerie

Parametri de performanță

Evaluări de presiune (ASME B16.5):

Ghid de selecție a materialelor

Calcule de dimensionare

Pentru serviciul lichid (API 520):

Unde:

• A = Zona de descărcare eficientă necesară (in²)
• Gpm = debitul necesar
• G = Gravitate specifică
• Kd = coeficient de descărcare (0,62 pentru lichide)
• Kw = factor de corecție a presiunii din spate
• Kc = factor de corecție combinat
• ΔP = presiune setată + suprapresiune - presiunea din spate

Pentru serviciul de gaz/vapori (API 520):

Standarde de instalare și întreținere

Cerințe de instalare (ASME BPVC)

Instalarea supapei de siguranță:

• Conducare de intrare:Scurt și direct, evitați coatele în 5 diametre ale conductelor
• Conducte de ieșire:Dimensionate pentru maximum presiunea înapoi
• Montare:Vertical preferat, orizontal acceptabil cu suport
• Izolare:Supapele blocate interzise în intrare; acceptabil în priză dacă este blocat deschis

Instalarea valvei de reducere a presiunii:

• Filter în amonte:Minim de 20 de ochiuri pentru servicii curate
• Linia de bypass:Pentru întreținere și operație de urgență
• Indicatoare de presiune:Monitorizarea în amonte și în aval
• Supapă de relief:Protecția în aval împotriva suprapresiunii

Programe și proceduri de întreținere

API 510 Cerințe de inspecție:

• Inspecție vizuală:La fiecare 6 luni
• Test operațional:Anual
• Test de capacitate:La fiecare 5 ani
• Revizuire completă:La fiecare 10 ani sau pe recomandările producătorului

Proceduri de testare:

• Setați testul de presiune:Verificați presiunea de deschidere în ± 3% din setare
• Test de scurgere a scaunelor:API 527 Clasa IV (maxim 5.000 cc/oră)
• Test de capacitate:Verificați performanța fluxului îndeplinește cerințele de proiectare
• Test de presiune din spate:Evaluați performanța în condiții de sistem

Tehnologii de întreținere predictivă

Testarea emisiilor acustice:

• Detectare:Scurgeri interne, uzură a scaunului, oboseală de primăvară
• Interval de frecvență:20 kHz până la 1 MHz
• Sensibilitate:Poate detecta scurgeri <0,1 gpm

Analiza vibrațiilor:

• Aplicații:Supapa pilot care vac, rezonanță de primăvară
• Parametri:Amplitudine, frecvență, analiză de fază
• Tendință:Date istorice pentru predicția eșecului

Standarde și certificări de conformitate

Cazanul și codul vasului sub presiune

Secțiunea I (cazane electrice):

• Cerințe de capacitate:Supapele de siguranță trebuie să prevină creșterea presiunii> cu 6% peste presiunea stabilită
• Supape de siguranță minimă:Unul pe cazan, două dacă suprafața de încălzire> 500 mp
• Testare:Ridicare manuală la fiecare 6 luni (presiune ridicată) sau trimestrială (presiune scăzută)

Secțiunea VIII (vase sub presiune):

• Cerințe ale dispozitivului de relief:Toate vasele sub presiune necesită protecție împotriva suprapresiunii
• Setați presiunea:Să nu depășească MAWP de echipamente protejate
• Capacitate:Bazat pe un scenariu cel mai rău pe API 521

Implementarea standardelor API

API 520 (dimensionarea dispozitivului de relief):

• Domeniu de aplicare:Acoperă supapele de relief convenționale, echilibrate și cu pilot
• Metode de dimensionare:Oferă proceduri de calcul pentru toate tipurile de lichide
• Instalare:Specifică cerințele de conducte și integrarea sistemului

API 526 (supape de relief din oțel cu flanșă):

• Standarde de proiectare:Cerințe dimensionale, evaluări la temperatura presiunii
• Materiale:Oțel carbon, specificații din oțel inoxidabil
• Testare:Cerințe de testare a acceptării fabricii

API 527 (etanșeitatea scaunelor comerciale):

• Clasa I:Fără scurgeri vizibile
• Clasa a II -a:40 cc/oră pe centimetru de diametrul scaunului
• Clasa a III -a:300 cc/oră pe centimetru de diametrul scaunului
• Clasa a IV -a:1.400 cc/oră pe centimetru de diametrul scaunului

Standarde internaționale

IEC 61511 (sisteme instrumentate de siguranță):

• Rating SIL:Cerințe de nivel de integritate a siguranței pentru protecția presiunii
• Testarea dovezilor:Testare periodică pentru menținerea funcției de siguranță
• Rata de eșec:Rate maxime de eșec admisibile pentru sistemele de siguranță

Depanare și analiza eșecului

Moduri comune de eșec

Deschidere prematură (FIRE):

Cauze:

• Pierderile de conducte de intrare depășesc 3% din presiunea stabilită
• Vibrații sau pulsare în sistem
• Resturi pe scaunul supapei
• Setați presiunea prea aproape de presiunea de funcționare

Soluții:

• Creșteți dimensiunea conductelor de intrare (viteză <30 ft/sec pentru lichide, <100 ft/sec pentru gaze)
• Instalați amortizorul de pulsare
• Curățați scaunul și discul cu supapă
• Creșterea marjei dintre presiunea de funcționare și setată (> 10%)

Eșecul de a deschide:

Cauze:

• Coroziunea de primăvară sau legarea
• Presiunea excesivă a spatelui (> 10% din presiunea stabilită)
• Ieșire sau aerisire conectată
• Scară sau coroziune pe piesele mobile

Soluții:

• Înlocuiți primăvara, materialele de actualizare
• Reduceți presiunea din spate sau utilizați proiectarea echilibrată a supapei
• Obstrucții clare, creșteți dimensiunea conductei de ieșire
• Curățați și ungeți, luați în considerare diferite materiale

Scurgeri excesive:

Cauze:

• Daunele scaunelor cauzate de resturi sau coroziune
• Disc deformat de la ciclism termic
• Încărcare inadecvată a scaunului (oboseală de primăvară)
• Atac chimic pe suprafețele de etanșare

Soluții:

• SETIMENTA PAPULUI ȘI PENTRU DISCULUI
• Înlocuiți discul, îmbunătățiți designul termic
• Înlocuiți arcul, verificați presiunea setată
• Materiale de actualizare pentru compatibilitate chimică

Tehnici de diagnosticare

Testarea fluxului:

• Scop:Verificați capacitatea reală vs.
• Metodă:Măsurați fluxul de descărcare la 110% din presiunea stabilită
• Acceptare:± 10% din capacitatea de proiectare pe API 527

Analiză metalurgică:

• Aplicații:Investigarea eșecului, selecția materialelor
• Tehnici:Analiza SEM, testarea durității, evaluarea coroziunii
• Rezultate:Determinarea cauzei rădăcină, recomandări materiale

Impactul economic și considerațiile costurilor

Costul total al proprietății

Investiție inițială:

• Supapă de relief standard:500 $-5.000 USD în funcție de dimensiuni/materiale
• Supapă operată de pilot:2.000 $-25.000 USD pentru aplicații complexe
• Costuri de instalare:25-50% din costul echipamentului

Costuri de exploatare:

• Pierderi de energie:Valvele de scurgere risipesc 1-5% din energia sistemului
• Întreţinere:200 $-2.000 $ anual pe supapă
• Testare și certificare:500 $-1.500 USD pe supapă la fiecare 5 ani

Costuri de eșec:

• Daune echipamente:50.000 USD-