Mitä paineventtiili tekee?

Paineventtiilasopas

Paineventtiilit ovat välttämättömiä turvalaitteita, jotka hallitsevat, säätelevät ja lievittävät painetta nestejärjestelmissä. Tämä kattava opas kattaa paineenalennusventtiilit, paineen vähentävät venttiilit, paineen säätelijät ja paineenhallintalaitteet teollisuussovelluksissa.

Paineenhallinta on kriittistä kaikissa järjestelmien käsittelyssä tai kaasuissa paineen alla. Paineventtiilit ovat tekemisissä höyrykattiloiden, hydraulijärjestelmien tai vedenjakeluverkkojen kanssa, paineventtiilit toimivat ensisijaisena turvamekanismina, joka estää katastrofaalisia vikoja ja optimoi järjestelmän suorituskykyä.

Mikä on paineventtiili? (Määritelmä ja ydinfunktiot)

Paineventtiili on automaattinen virtauksen ohjauslaite, joka on suunniteltu säätelemään järjestelmän painetta avautumalla ylimääräisen paineen vapauttamiseksi tai sulkemisen vakaalla käyttöolosuhteilla. Nämä paineenhallintaventtiilit toimivat sekä turvalaitteina että suorituskyvyn optimoijina.

Ensisijaiset toiminnot:

Paineen säätely:Ylläpitää järjestelmäpainetta ennalta määrättyjen rajojen sisällä
Ylipainesuoja:Estää laitteiden vaurioita vapauttamalla ylimääräinen paine
Virtauksen hallinta:Säätää nesteen virtausta järjestelmän tehokkuuden optimoimiseksi
Turvallisuusvarmuus:Toimii viimeisenä puolustuslinjana paineisiin liittyviä epäonnistumisia vastaan

Tekninen määritelmä:

ASME BPVC -osaston I mukaan paineenhelpotuslaite on "laite, jota staattinen paine, joka on suunniteltu avaamaan hätä- tai epänormaalien olosuhteiden aikana, estämään sisäisen nesteen paineen nousu ylittäen määritetyn arvon".

Kuinka paineenhallintaventtiilit toimivat: tekniset periaatteet

Peruskäyttömekanismi

Paineenalennusventtiilit toimivat voiman tasapainon periaatteessa:

Voiman tasapainoyhtälö:F₁ (sisääntulon painevoima) = f₂ (jousvoima) + f₃ (takapainema)

Jossa:

F₁ = p₁ × A (sisääntulon paine × efektiivinen levyalue)
F₂ = jousen vakio × puristusetäisyys
F₃ = p₂ × A (takapaineen × levy -alue)

Käyttöjärjestys:

Aseta paine:Venttiili pysyy kiinni, kun järjestelmäpaine
Halkeamispaine:Alku avaus tapahtuu 95-100%: lla asetetusta paineesta
Täysi nosto:Täydellinen aukko 103-110% asetetusta paineesta (API 526)
Palauta paine:Venttiili sulkeutuu 85-95%: lla asetetusta paineesta (tyypillinen puhallus)

Tärkeimmät tekniset parametrit:

Parametri	Määritelmä	Tyypillinen alue
Asettaa paine	Paine, jossa venttiili alkaa avautua	10-6000 psig
Liiallinen paine	Paine asetetun paineen yläpuolella purkauksen aikana	3-10% asetetusta paineesta
Puhallus	Ero asetus- ja palautuspaineen välillä	5-15% asetetusta paineesta
Takapaine	Alavirran paine, joka vaikuttaa venttiilin suorituskykyyn	<10% asetetusta paineesta (tavanomainen)
Virtauskerroin (CV)	Venttiilin kapasiteettikerroin	Vaihtelee koon/suunnittelun mukaan

Paineenhallintalaitteiden tyypit: Tekniset eritelmät

1. Painevahtiventtiilit (PSV) ja turvaventtiilit (SRV)

Tekniset standardit:ASME BPVC Action I & VIII, API 520/526

Jousikuormitetut turvaventtiilit

Käyttöalue:15 psig - 6000 psig
Lämpötila -alue:-320 ° F -1 200 ° F
Kapasiteettialue:1 - 100 000+ SCFM
Materiaalit:Hiiliteräs, ruostumattomasta teräksestä 316/304, Inconel, Hastelloy

Kapasiteetin laskenta (kaasupalvelu):W = CKDP₁KSHKVVIN (M/T)

Jossa:

W = vaadittu kapasiteetti (lb/h)
C = purkauskerroin
KD = purkauskerroin korjauskerroin
P₁ = aseta paine + ylipaine (psi)
KSH = ylikuumenemisen korjauskerroin
KV = viskositeetin korjauskerroin
M = molekyylipaino
T = absoluuttinen lämpötila (° r)

Pilottitoimenpiteiset turvaventtiilit (POSRV)

Edut:Tiukka sulku, suuri kapasiteetti, vähentynyt chattering
Paine -alue:25 psig - 6000 psig
Tarkkuus:± 1% asetetusta paineesta
Sovellukset:Suuren kapasiteetin kaasupalvelu, kriittiset prosessisovellukset

2. Paine vähentävät venttiilit (paineen säätelijät)

Tekniset standardit:ANSI/ISA 75.01, IEC 60534

Suoraa toimivia paineensäätimiä

Paineen vähentämissuhde:Enintään 10: 1
Tarkkuus:± 5-10% asetetusta paineesta
Virtausalue:0,1 - 10 000+ GPM
Vastausaika:1-5 sekuntia

Koko kaava:CV = Q√ (g/(ΔP))

Jossa:

CV = virtauskerroin
Q = virtausnopeus (GPM)
G = ominaispaino
ΔP = paineen pudotus (psi)

Pilottioimattoman paineen vähentävät venttiilit

Paineen vähentämissuhde:Jopa 100: 1
Tarkkuus:± 1-2% asetetusta paineesta
Ulottuvuus:100: 1 Tyypillinen
Sovellukset:Korkean virtauksen, korkeapaineen vähentämissovellukset

3. Takapaineen säätelijät ja ohjausventtiilit

Toiminto:Pidä vakio ylävirran paine säätelemällä alavirran virtausta

Tekniset eritelmät:

Paine -alue:5 psig - 6000 psig
Virtauskerroin:0,1 - 500+ CV
Tarkkuus:± 2% asetetusta paineesta
Materiaalit:316 SS, Hastelloy C-276, Inconel 625

Teollisuussovellukset ja tapaustutkimukset

Sähköntuotanto

Höyrykattilan turvaventtiilit (ASME -osa I)

Vaadittava kapasiteetti:On purettava kaikki höyryt ylittämättä yli 6% asetetun paineen yläpuolella
Vähimmäisvaatimukset:Yksi turvaventtiili kattilaa kohti; Kaksi venttiiliä> 500 neliömetrin lämmityspinnalle
Testaus:Manuaalinen nostotesti kuuden kuukauden välein (korkea paine) tai neljännesvuosittain (matala paine)

Tapaustutkimus: 600 MW: n voimalaitos

Pää höyrynpaine: 2 400 psig
Turvaventtiilin asetettu paine: 2 465 psig (103% käyttöpaineesta)
Vaadittava kapasiteetti: 4,2 miljoonaa lb/h höyryä
Konfiguraatio: Useita 8 "x 10" jousikuormitettuja turvaventtiilejä

Öljy- ja kaasuteollisuus

Putkilinjan paineturvajärjestelmät (API 521)

Suunnittelupaine:1,1 × maksimaalinen sallittu käyttöpaine (MAOP)
Turvaventtiilin koko:Perustuu maksimaaliseen odotettuun virtaus- ja paineskenaarioon
Materiaalit:Hapan kaasupalvelu vaatii NACE MR0175 -vaatimusten noudattamista

Tapaustutkimus: Maakaasuputkilinjan asema

Käyttöpaine: 1000 psig
Turvaventtiilin asetettu paine: 1 100 psig
Kapasiteettivaatimus: 50 mmscfd
Asennus: 6 "x 8" pilottitoimenpiteinen turvaventtiili

Vedenkäsittely ja jakelu

Paine vähentävät venttiiliasemat

Sisäänpaine:150-300 psig (kunnallinen tarjonta)
Poistopaine:60-80 PSIG (jakeluverkko)
Virtausalue:500-5 000 gpm
Ohjaustarkkuus:± 2 psi

Hydraulinen laskentaesimerkki:

6 tuuman vettä PRV vähentäen 200 psig: tä 75 psig: iin 2 000 gpm: n:

Vaadittu CV = 2 000√ (1,0/125) = 179
Valitse 6 "venttiili CV: llä = 185

Kemiallinen ja petrokemian prosessi

Reaktorisuojausjärjestelmät

Käyttöolosuhteet:500 ° F, 600 psig
Apu -skenaariot:Lämpölaajennus, pakenevat reaktiot, jäähdytyshäiriö
Materiaalit:Hastelloy C-276 syövyttämiseen
Koko:Perustuu pahimman tapauksen skenaarioanalyysiin API 521

Valintakriteerit ja tekniikan laskelmat

Suorituskykyparametrit

Paineluokitukset (ASME B16.5):

Luokka	Painekorvaus @ 100 ° F
Luokka 150	285 psig
Luokka 300	740 psig
Luokka 600	1 480 psig
Luokka 900	2220 psig
Luokka 1500	3 705 psig

Lämpötilan nousu:

Paineluokitukset on annettava kohonneille lämpötiloille ASME B16.5 -lämpöpainetaulukoiden mukaan.

Materiaalivalintaopas

Huolto	Rungon materiaali	Leikata materiaali	Kevätmateriaali
Vettä	Hiiliteräs, pronssi	316 SS	Musiikkilanka
Höyryä	Hiiliteräs, 316 SS	316 SS, Stellite	Inconel X-750
Hapan kaasu	316 SS, Duplex SS	Stelliitti, tajuton	Inconel X-750
Kryogeeninen	316 SS, 304 SS	316 SS	316 SS
Korkea lämpötila	Hiiliteräs, seosteräs	Stelliitti, tajuton	Inconel X-750

Mitoituslaskelmat

Nestemäistä palvelua varten (API 520):

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

Jossa:

A = vaadittu tehokas purkausalue (in²)
GPM = vaadittu virtausnopeus
G = ominaispaino
KD = purkauskerroin (0,62 nesteille)
KW = takapaineen korjauskerroin
KC = yhdistelmäkorjauskerroin
Δp = aseta paine + ylipaine - takapaine

Kaasu/höyrypalvelu (API 520):

Kriittinen virtaus:A = w/(CKDP₁KB)
Subkriittinen virtaus:A = 17,9w√ (tz/mkdp₁ (p₁-p₂) kb)

Asennus- ja huoltostandardit

Asennusvaatimukset (ASME BPVC)

Turvaventtiilin asennus:

Sisääntulehdus:Lyhyt ja suora, vältä kyynärpäitä 5 putken halkaisijan sisällä
Putkistot:Koko 10%: n takapaineen maksimiarvo
Asennus:Pystysuora suositeltava, vaakasuora hyväksyttävä tuella
Eristäytyminen:Lohkoventtiilit, jotka on kielletty sisääntulossa; hyväksyttävä poistoaukossa, jos se on lukittu

Paineen vähentävä venttiilin asennus:

Ylävirran suodatin:20 mesh vähimmäismäärä puhdasta palvelua varten
Ohitusviiva:Huolto- ja hätätilanteisiin
Painemittarit:Ylä- ja alavirran seuranta
Asetusventtiili:Alavirran suoja

Ylläpito -aikataulut ja menettelyt

API 510 Tarkastusvaatimukset:

Visuaalinen tarkastus:Kuuden kuukauden välein
Operatiivinen testi:Vuosittain
Kapasiteettitesti:Joka viides vuosi
Täydellinen kunnostus:10 vuoden välein tai valmistajan suosituksia kohti

Testausmenettelyt:

Aseta painekoe:Varmista avauspaine ± 3%: n sisällä asetuksesta
Istuinvuototesti:API 527 luokka IV (5000 cm3/h: n maksimiarvo)
Kapasiteettitesti:Varmista, että virtauksen suorituskyky täyttää suunnitteluvaatimukset
TAKAISIN TAKAISIN TESTI:Arvioi suorituskyky järjestelmäolosuhteissa

Ennustavat huoltotekniikat

Akustinen päästötestaus:

Havaitseminen:Sisäinen vuoto, istuimen kuluminen, jousen väsymys
Taajuusalue:20 kHz - 1 MHz
Herkkyys:Voi havaita vuodot <0,1 gpm

Tärinäanalyysi:

Sovellukset:Pilottiventtiilin chattering, kevään resonanssi
Parametrit:Amplitudi, taajuus, vaiheanalyysi
Trendikäs:Historialliset tiedot epäonnistumisen ennustamisesta

Vaatimustenmukaisuusstandardit ja sertifikaatit

ASME -kattila- ja paineastiakoodi

Osa I (voimakattilat):

Kapasiteettivaatimukset:Turvaventtiilien on estettävä paineen nousu> 6% asetetun paineen yläpuolella
Vähimmäisvallanhoitoventtiilit:Yksi kattilaa kohden, kaksi jos lämmityspinta> 500 neliömetriä
Testaus:Manuaalinen nosto kuuden kuukauden välein (korkea paine) tai neljännesvuosittain (matala paine)

Osa VIII (paineastiat):

Apuvälineiden vaatimukset:Kaikki paineastiat vaativat ylipainesuojaa
Aseta paine:EI ylitä suojattujen laitteiden MAWP
Kapasiteetti:Perustuu pahimpaan tapaukseen API 521

API -standardien toteutus

API 520 (helpotuslaitteen koko):

Soveltamisala:Kattaa tavanomaiset, tasapainoiset ja pilottihoidotut helpotusventtiilit
Kokomenetelmät:Tarjoaa laskentamenetelmiä kaikille nestetyypeille
Asennus:Määrittää putkistovaatimukset ja järjestelmän integroinnin

API 526 (laipatut teräsalennusventtiilit):

Suunnittelustandardit:Mittavaatimukset, paineenlämpötilat
Materiaalit:Hiiliteräs, ruostumattomasta teräksestä valmistettu tekniset tiedot
Testaus:Tehtaan hyväksymistestivaatimukset

API 527 (kaupallinen istuimen kireys):

Luokka I:Ei näkyvää vuotoa
Luokka II:40 cm3/h tuumaa istuimen halkaisijaa
Luokka III:300 cm3/tunti tuumaa istuimen halkaisijaa
Luokka IV:1 400 cm3/h tuumaa istuimen halkaisijaa

Kansainväliset standardit

IEC 61511 (turvallisuuslaitejärjestelmät):

SIL -luokitus:Turvallisuuden eheystason vaatimukset painosuojaukselle
Todistustestaus:Säännöllinen testaus turvallisuustoiminnon ylläpitämiseksi
Epäonnistumisaste:Turvajärjestelmien suurin sallittu vikaantumisaste

Vianetsintä ja vika -analyysi

Yleiset vikatilat

Ennenaikainen avaaminen (hauduta):

Syyt:

Sisustusputken menetykset ylittävät 3% asetetusta paineesta
Järjestelmän tärinä tai pulsaatio
Roskia venttiilin istuimella
Aseta paine liian lähelle käyttöpainetta

Ratkaisut:

Lisää sisääntulon putkistoa (nopeus <30 jalkaa/s nesteille, <100 jalkaa/s kaasulle)
Asenna pulsaatiovaimennus
Puhdas venttiilin istuin ja levy
Lisää marginaalia toiminnan ja asetetun paineen välillä (> 10%)

Avaamisen epäonnistuminen:

Syyt:

Jousikorroosio tai sitoutuminen
Liiallinen selkäpaine (> 10% asetetusta paineesta)
Kytketty pistorasia tai tuuletusaukko
Asteikko tai korroosio liikkuvissa osissa

Ratkaisut:

Vaihda jousi, päivitysmateriaalit
Vähennä takapainoa tai käytä tasapainotettua venttiilin suunnittelua
Selkeät esteet, lisää poistoputken kokoa
Puhdista ja voitelua, harkitse erilaisia materiaaleja

Liiallinen vuoto:

Syyt:

Roskien tai korroosion istuinvauriot
Vääntynyt levy lämpöpyöräilystä
Riittämätön istuinkuorma (jousen väsymys)
Kemiallinen hyökkäys tiivistyspintoihin

Ratkaisut:

Kierros- ja levypinnat
Korvaa levy, paranna lämmön suunnittelua
Vaihda jousi, tarkista asetettu paine
Päivitysmateriaalit kemialliseen yhteensopivuuteen

Diagnoositekniikat

Virtaustestaus:

Tarkoitus:Varmista todellinen vs. suunnittelukapasiteetti
Menetelmä:Mittaa purkausvirta 110%: lla asetettua painetta
Hyväksyminen:± 10% suunnittelukapasiteetista API 527

Metallurginen analyysi:

Sovellukset:Epäonnistumistutkimus, materiaalivalinta
Tekniikat:SEM -analyysi, kovuustestaus, korroosion arviointi
Tulokset:Perussyyn määritys, aineelliset suositukset

Taloudelliset vaikutukset ja kustannusnäkökohdat

Omistuskustannukset

Alkuinvestointi:

Tavallinen helpotusventtiili:500–5000 dollaria koosta/materiaaleista riippuen
Pilottitoimenpiteinen venttiili:2 000–25 000 dollaria monimutkaisista sovelluksista
Asennuskustannukset:25-50% laitteiden kustannuksista

Käyttökustannukset:

Energiahäviöt:Vuotavat venttiilit jätävät 1-5% järjestelmän energiasta
Huolto:200–2 000 dollaria vuodessa venttiiliä kohden
Testaus ja sertifiointi:500 dollaria-1 500 dollaria venttiiliä kohti 5 vuoden välein