วิธีปรับขนาดวาล์วนิรภัย: คู่มือทางเทคนิคฉบับสมบูรณ์

คำตอบสั้นๆ: วิธีปรับขนาดวาล์วนิรภัย

ถึงขนาดก วาล์วนิรภัย คุณต้องคำนวณความสามารถในการระบายที่ต้องการในมวลหรือการไหลตามปริมาตร จากนั้นเลือกพื้นที่ปากวาล์วที่ใหญ่พอที่จะส่งผ่านการไหลนั้นที่ความดันที่ตั้งไว้ของวาล์วบวกกับแรงดันเกินที่อนุญาต สูตรควบคุมขึ้นอยู่กับเฟสของไหล เช่น แก๊ส ไอน้ำ หรือของเหลว และมาตรฐาน เช่น API 520 ส่วนที่ 1 , เอพีไอ 526 และ ASME หมวด VIII Div 1 กำหนดวิธีการคำนวณที่แน่นอน

ในทางปฏิบัติ การกำหนดขนาดวาล์วระบายแรงดันหรือวาล์วระบายความปลอดภัยเกี่ยวข้องกับปัจจัยอินพุตหลักสี่ประการ:

• อัตราการไหลบรรเทาที่ต้องการ (กก./ชม. หรือ ปอนด์/ชม.)
• ตั้งค่าความดันและแรงดันเกินที่อนุญาต (โดยทั่วไปคือ 10% สำหรับการติดตั้งวาล์วเดี่ยวต่อ ASME)
• แรงดันย้อนกลับที่ทางออกของวาล์ว
• คุณสมบัติทางกายภาพของของไหลในสภาวะบรรเทา

เมื่อคุณคำนวณพื้นที่ออริฟิซที่ต้องการ คุณจะเลือกขนาดออริฟิซมาตรฐานถัดไปที่ใหญ่ขึ้นจากตาราง API 526 โดยไม่เคยเล็กลงเลย วาล์วนิรภัยขนาดเล็กไม่สามารถปกป้องภาชนะได้ การพูดคุยเรื่องใหญ่ การกัดเซาะ และการรั่วไหล

เหตุใดขนาดวาล์วนิรภัยที่เหมาะสมจึงมีความสำคัญมากกว่าที่วิศวกรส่วนใหญ่ตระหนัก

วาล์วนิรภัยเป็นแนวป้องกันสุดท้ายระหว่างการทำงานปกติและเหตุการณ์แรงดันเกินที่เป็นภัยพิบัติ การลดขนาดหมายความว่าวาล์วไม่สามารถไหลเร็วพอที่จะป้องกันไม่ให้ถังเกินแรงดันใช้งานสูงสุดที่อนุญาต (MAWP) การเพิ่มขนาดมากเกินไปจะสร้างปัญหาที่แตกต่างแต่ร้ายแรงพอๆ กัน คือ วาล์วจะเปิดขึ้น ลดปริมาณของเหลวลงเล็กน้อย ปิดแล้วเปิดอีกครั้งอย่างรวดเร็วติดต่อกัน ซึ่งเป็นสภาวะการทำลายล้างที่เรียกว่า พูดพล่อย .

การพูดคุยทำให้เบาะเสียหายภายในไม่กี่นาที วาล์วนิรภัยที่สั่นซึ่งควรมีอายุการใช้งาน 10 ปีอาจถูกทำลายได้ในเหตุการณ์เดียวซึ่งใช้เวลาน้อยกว่าหนึ่งชั่วโมง ค่าบำรุงรักษาบ่าวาล์ว จาน และหัวฉีดมีราคาตั้งแต่ 2,000 ถึง 20,000 ดอลลาร์ต่อวาล์ว ไม่นับการสูญเสียการผลิต

นอกเหนือจากเศรษฐศาสตร์แล้ว การปฏิบัติตามกฎระเบียบถือเป็นข้อบังคับ ในเขตอำนาจศาลส่วนใหญ่ ภาชนะรับความดันจะต้องได้รับการปกป้องด้วยอุปกรณ์บรรเทาทุกข์ที่มีขนาดและประทับตราตามรหัสที่เป็นที่ยอมรับ ในประเทศสหรัฐอเมริกา รหัสหม้อไอน้ำและภาชนะรับความดัน ASME มาตรา VIII เป็นมาตรฐานเบื้องต้น ในยุโรป ข้อกำหนดเกี่ยวกับอุปกรณ์แรงดัน (PED) และ EN ISO 4126 จะควบคุมการออกแบบ การไม่ปฏิบัติตามจะก่อให้เกิดความรับผิดทางกฎหมายและอาจทำให้การประกันอุปกรณ์เป็นโมฆะ

ข้อกำหนดสำคัญที่คุณต้องเข้าใจก่อนปรับขนาด

การกำหนดขนาดวาล์วนิรภัยมีคำศัพท์เป็นของตัวเอง ความเข้าใจผิดแม้แต่คำเดียวอาจนำไปสู่ข้อผิดพลาดในการคำนวณที่แพร่กระจายผ่านแบบฝึกหัดการวัดขนาดทั้งหมด

ตั้งค่าความดัน

แรงดันขาเข้าที่วาล์วนิรภัยถูกตั้งค่าให้เปิด สำหรับเรือที่มี MAWP 100 barg ความดันที่ตั้งไว้จะต้องไม่เกิน 100 barg แรงดันที่ตั้งไว้จะถูกประทับบนแผ่นป้ายวาล์ว และทดสอบในระหว่างการตั้งม้านั่ง

แรงดันเกิน

แรงดันเพิ่มขึ้นเหนือแรงดันที่ตั้งไว้ซึ่งเกิดขึ้นในขณะที่วาล์วเปิดและไหล ASME อนุญาต แรงดันเกิน 10% สำหรับวาล์วนิรภัยตัวเดียว และ 16% สำหรับกรณีอัคคีภัย แรงดันระบายเท่ากับแรงดันที่ตั้งไว้บวกแรงดันเกิน

แรงดันย้อนกลับ

แรงดันที่ทางออกของวาล์ว เกิดจากระบบท่อระบาย แรงดันต้านจะลดแรงดันส่วนต่างที่ขวางวาล์ว ดังนั้นจึงลดความจุลง มีสองประเภท:

• แรงกดดันด้านหลังซ้อนทับ — มีอยู่ก่อนที่วาล์วจะเปิด เนื่องจากมีส่วนหัวที่มีแรงดันหรือทางออกที่ปิด
• แรงดันย้อนกลับที่สร้างขึ้น — พัฒนาเฉพาะเมื่อวาล์วไหลเนื่องจากการสูญเสียแรงเสียดทานในท่อระบาย

วาล์วนิรภัยแบบทั่วไปไวต่อแรงดันต้าน หากแรงดันต้านที่สะสมเกิน 10% ของแรงดันที่ตั้งไว้ a เครื่องเป่าลมที่สมดุลหรือวาล์วระบายแรงดันที่ควบคุมโดยนักบิน ควรได้รับการพิจารณา

ค่าสัมประสิทธิ์การคายประจุ (เคดี)

ปัจจัยไร้มิติที่อธิบายถึงการสูญเสียการไหลผ่านตัววาล์ว API 520 ใช้ค่าสัมประสิทธิ์การปล่อยประจุ เคดี ซึ่งโดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 0.975 สำหรับบริการก๊าซ/ไอ และ 0.65 สำหรับบริการของเหลว ผู้ผลิตเผยแพร่ค่า Kd ที่ได้รับการรับรองจากการทดสอบการไหล ASME

พื้นที่ปากที่ต้องการ (A)

พื้นที่การไหลขั้นต่ำคำนวณจากหน้าที่บรรเทาทุกข์ของคุณ จากนั้นคุณจับคู่สิ่งนี้กับการกำหนดออริฟิซมาตรฐานที่ใหญ่กว่าถัดไปจาก API 526 (D, E, F, G, H, J, K, L, M, N, P, Q, R, T)

ทีละขั้นตอน: วิธีปรับขนาดวาล์วนิรภัยสำหรับบริการแก๊สหรือไอ

การกำหนดขนาดก๊าซและไอใช้สมการการไหลแบบอัดได้ วิธีการ API 520 ส่วนที่ 1 เป็นมาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับสิ่งนี้ ทำตามขั้นตอนเหล่านี้ตามลำดับ

ขั้นตอนที่ 1: ระบุสถานการณ์พื้นฐานการออกแบบ

คุณต้องพิจารณาก่อนว่าอะไรทำให้เกิดแรงดันเกิน สถานการณ์ทั่วไป ได้แก่ ทางออกที่ถูกปิดกั้น น้ำหล่อเย็นขัดข้อง การสัมผัสเพลิงไหม้ ท่อแลกเปลี่ยนความร้อนแตก และปฏิกิริยาที่หนีไม่พ้น แต่ละสถานการณ์จะสร้างขั้นตอนการบรรเทาทุกข์ที่จำเป็นที่แตกต่างกัน ขนาดสำหรับกรณีเดียวที่น่าเชื่อถือที่สุด เว้นแต่ปรัชญาการติดตั้งจำเป็นต้องมีกรณีพร้อมกัน

ขั้นตอนที่ 2: คำนวณการไหลบรรเทาที่ต้องการ

ซึ่งมาจากการจำลองกระบวนการหรือความสมดุลของความร้อนและวัสดุ สำหรับทางออกที่ถูกบล็อกบนคอมเพรสเซอร์ อัตราการไหลที่ต้องการจะเท่ากับปริมาณงานของคอมเพรสเซอร์ทั้งหมด สำหรับกรณีเพลิงไหม้ เอพีไอ 521 จะให้สูตรการป้อนความร้อน:

ถาม = 43,200 × F × A ^0.82 (สำหรับพื้นผิวเปียก มีหน่วยเป็น BTU/ชม. หน่วยอิมพีเรียล)

โดยที่ F คือปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม (1.0 สำหรับภาชนะเปล่า 0.3 สำหรับภาชนะที่มีฉนวนเพียงพอ) และ A คือพื้นที่ผิวเปียก หน่วยเป็นตารางฟุต

ขั้นตอนที่ 3: ตรวจสอบการไหลที่สำคัญหรือต่ำกว่าวิกฤต

การไหลผ่านหัวฉีดวาล์วนิรภัยจะวิกฤต (สำลัก) เมื่ออัตราส่วนของแรงดันต้านต่อแรงดันระบายลดลงต่ำกว่าอัตราส่วนแรงดันวิกฤติ Cf สำหรับก๊าซในอุดมคติ Cf ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของความร้อนจำเพาะ (k หรือ γ):

Cf = (2/(k 1)) ^k/(k-1)

สำหรับไฮโดรคาร์บอนและอากาศส่วนใหญ่ k µ 1.3–1.4 โดยให้ Cf µ 0.545–0.528 หากแรงดันต้าน / แรงดันระบายต่ำกว่า Cf แสดงว่าคุณมีการไหลวิกฤตและใช้สมการการไหลวิกฤตที่ง่ายกว่า มิฉะนั้น ให้ใช้การแก้ไขแบบ Subcritical

ขั้นตอนที่ 4: ใช้สูตรกำหนดขนาดก๊าซ API 520

สำหรับการไหลของก๊าซวิกฤต (API 520 ส่วนที่ 1 สมการที่ 3):

A = W / (C × Kd × ป1 × กิโลไบต์ × √(M / (T × Z)))

• A = พื้นที่ปากที่ต้องการ (in²)
• W = ความสามารถในการระบายที่ต้องการ (ปอนด์/ชม.)
• C = ค่าคงที่ของก๊าซที่ได้มาจาก k (ไม่มีมิติ ทำเป็นตารางใน API 520 ภาคผนวก B)
• Kd = ค่าสัมประสิทธิ์การปล่อยประจุที่มีประสิทธิผล (ใช้ 0.975 สำหรับการวัดขนาดเบื้องต้น)
• P1 = ระบายแรงดันใน psia (ตั้งค่าความดัน × 1.1 14.7 สำหรับการปล่อยบรรยากาศ)
• Kb = ปัจจัยการแก้ไขแรงดันต้าน (จากตัวเลข API 520; 1.0 ถ้าแรงดันต้านมีค่าเล็กน้อย)
• M = น้ำหนักโมเลกุลของก๊าซ
• T = อุณหภูมิบรรเทาในแรงคิน (°F 460)
• Z = ปัจจัยการอัดตัวที่สภาวะบรรเทา (1.0 สำหรับก๊าซในอุดมคติ)

ขั้นตอนที่ 5: เลือกขนาดปากมาตรฐาน

ใช้พื้นที่ A จากการคำนวณ และค้นหาการกำหนดออริฟิซมาตรฐานถัดไปที่ใหญ่กว่าใน API 526 ตัวอย่างเช่น หาก A = 0.85 นิ้ว², ปาก D (0.110 นิ้ว²) มีขนาดเล็กเกินไป E (0.196 นิ้ว²) ก็เล็กเกินไป และไปเรื่อยๆ จนกว่าคุณจะพบขนาดที่พอดี อย่าปัดเศษลง ช่องที่เลือกจะต้องมีขนาดเท่ากับหรือใหญ่กว่าพื้นที่ที่ต้องการ

การปรับขนาดวาล์วนิรภัยสำหรับบริการ Steam

การกำหนดขนาดไอน้ำใช้สมการแก๊สเวอร์ชันที่เรียบง่าย เนื่องจากคุณสมบัติของไอน้ำที่ความอิ่มตัวนั้นมีลักษณะเฉพาะที่ดี API 520 ส่วนที่ 1 มีสูตรเฉพาะสำหรับไอน้ำ:

A = W / (51.45 × Kd × กช × น × Kb × P1)

• Ksh = ปัจจัยแก้ไขความร้อนยวดยิ่ง (1.0 สำหรับไอน้ำอิ่มตัว; น้อยกว่า 1.0 สำหรับไอน้ำร้อนยวดยิ่ง จาก API 520 ตารางที่ 6)
• Kn = การแก้ไข Napier สำหรับไอน้ำแรงดันสูง (ใช้เมื่อความดันที่ตั้งไว้เกิน 1,500 psia)
• ตัวแปรอื่น ๆ ได้แก่ การให้บริการก๊าซ

ตัวอย่างเช่น วาล์วนิรภัยหม้อไอน้ำที่มีความสามารถในการระบายที่ต้องการ ไอน้ำอิ่มตัว 50,000 ปอนด์/ชม. ที่ความดัน 250 psig (แรงดันบรรเทา = 275 psia) และไม่ต้องใช้แรงดันต้านกลับที่มีนัยสำคัญ:

A = 50,000 / (51.45 × 0.975 × 1.0 × 1.0 × 1.0 × 275) data 3.62 นิ้ว²

จาก API 526 ช่องมาตรฐานที่ใหญ่กว่าถัดไปที่สูงกว่า 3.62 นิ้ว² จะเป็นช่อง P ที่ 6.38 นิ้ว² ซึ่งมีขนาดใหญ่เกินไป ในทางปฏิบัติ คุณอาจใช้วาล์วขนาดเล็กสองตัวขนานกันเพื่อให้แต่ละวาล์วมีขนาดที่เหมาะสมมากขึ้นโดยสัมพันธ์กับพื้นที่ปากของมัน ซึ่งจะช่วยเพิ่มความซ้ำซ้อนด้วย

การปรับขนาดวาล์วนิรภัยสำหรับบริการของเหลว

การกำหนดขนาดของเหลวโดยพื้นฐานแล้วแตกต่างไปจากการกำหนดขนาดของเหลวแบบอัดได้ ของเหลวไม่สามารถบีบอัดได้ ดังนั้นความจุจึงถูกขับเคลื่อนด้วยรากที่สองของความดันแตกต่าง แทนที่จะเป็นความดันสัมบูรณ์

สูตรการกำหนดขนาดของเหลว API 520 คือ:

A = Q / (38 × Kd × กิโลวัตต์ × เคซี × เควี × √(∆พี / G))

• Q = ปริมาณการระบายที่ต้องการ เป็นแกลลอนสหรัฐฯ ต่อนาที (gpm)
• Kd = 0.65 สำหรับบริการของเหลว (ไม่ใช่ 0.975)
• Kw = การแก้ไขแรงดันต้านสำหรับวาล์วที่สมดุล (1.0 สำหรับวาล์วธรรมดา)
• Kc = การแก้ไขแบบรวม (1.0 ถ้าไม่มีดิสก์ที่แตกอัพสตรีม, 0.9 ถ้าติดตั้งดิสก์ที่แตกเป็นอนุกรม)
• Kv = ค่าปัจจัยการแก้ไขความหนืด (1.0 สำหรับขนาดเริ่มต้น ทำซ้ำหากของไหลมีความหนืด)
• ΔP = แรงดันต่างข้ามวาล์ว มีหน่วยเป็น psi (ระบายแรงดันลบด้วยแรงดันต้าน)
• G = ความถ่วงจำเพาะของของเหลวสัมพันธ์กับน้ำที่อุณหภูมิ 60°F

วาล์วนิรภัยของเหลวมักต้องมีการประทับตรา UV ASME มาตรา VIII และต้องใช้ตัววาล์วมาตรฐานรุ่นตัดแต่งของเหลวพิเศษ โดยทั่วไปแล้ว การใช้ตัววาล์วแก๊ส/ไอน้ำเพื่อบริการของเหลวโดยไม่มีการเล็มของเหลว การลดกำลังการผลิตอย่างมีนัยสำคัญ และความไม่แน่นอนที่เป็นไปได้

การแก้ไขความหนืดของของเหลวที่มีความหนา

หากความหนืดของของเหลวที่สภาวะการบรรเทาเกินประมาณ 100 SSU (Saybolt Seconds Universal) ปัจจัยการแก้ไขความหนืด Kv จะมีนัยสำคัญ การแก้ไขจะใช้หมายเลข Reynolds ผ่านทางปาก เริ่มต้นด้วย Kv = 1.0 คำนวณพื้นที่ทดลอง กำหนดหมายเลข Reynolds ค้นหา Kv จากแผนภูมิ API 520 จากนั้นคำนวณใหม่ ทำซ้ำจนกระทั่งบริเวณปากมาบรรจบกัน โดยปกติภายในสองหรือสามครั้งสำหรับของเหลวในกระบวนการทั่วไป

ขนาดปากมาตรฐาน: ตารางอ้างอิง API 526

เมื่อคุณคำนวณพื้นที่ออริฟิซที่ต้องการ คุณจะเลือกการกำหนดออริฟิซมาตรฐานถัดไปจาก API 526 ตารางด้านล่างแสดงการกำหนดออริฟิสมาตรฐานและพื้นที่ที่ระบุ ตรวจสอบกับเอกสารข้อมูลของผู้ผลิตเฉพาะเสมอ เนื่องจากพื้นที่รูที่มีประสิทธิภาพจริงอาจแตกต่างกันเล็กน้อยจากค่า API 526 ที่ระบุ

แรงดันย้อนกลับส่งผลต่อการเลือกและขนาดของวาล์วนิรภัยอย่างไร

แรงดันต้านถือเป็นลักษณะหนึ่งของขนาดวาล์วระบายแรงดันที่มักได้รับการจัดการอย่างไม่ถูกต้อง วิศวกรที่เพิกเฉยจะจบลงด้วยวาล์วที่ทำงานแตกต่างจากการออกแบบ ซึ่งบางครั้งก็เป็นอันตรายเช่นกัน

วาล์วนิรภัยแบบธรรมดา

วาล์วนิรภัยแบบสปริงตรงแบบธรรมดาจะมีช่องสปริงระบายออกไปที่ทางออก ซึ่งหมายความว่าแรงดันต้านจะกระทำโดยตรงกับแรงสปริง ส่งผลให้แรงดันที่ตั้งไว้เพิ่มขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพ หากดันกลับทับซ้อนกันอยู่ สม่ำเสมอและเป็นที่รู้จัก สามารถติดตั้งวาล์วแบบตั้งโต๊ะเพื่อชดเชยได้ แต่หากแรงดันต้านกลับแปรผัน แรงดันที่ตั้งไว้ก็จะเปลี่ยนไปตามไปด้วย ซึ่งเป็นสถานการณ์ที่อันตราย API 520 แนะนำว่า แรงดันย้อนกลับที่สะสมบนวาล์วธรรมดาไม่เกิน 10% ของแรงดันที่ตั้งไว้ ในมาตรวัด

วาล์วนิรภัยแบบเบลโลว์แบบสมดุล

วาล์วระบายแรงดันของเครื่องสูบลมที่สมดุลใช้องค์ประกอบที่ยืดหยุ่นเพื่อแยกสปริงออกจากแรงดันต้าน ทำให้แรงดันที่ตั้งไว้คงที่โดยไม่คำนึงถึงสภาพของทางออก วาล์วเหล่านี้สามารถรองรับแรงดันย้อนกลับได้สูงสุดถึง ประมาณ 50% ของแรงดันที่ตั้งไว้ โดยไม่ทำให้ประสิทธิภาพลดลงอย่างมีนัยสำคัญ แม้ว่าความจุจะยังคงลดลงตามแรงดันย้อนกลับที่เพิ่มขึ้น และการแก้ไข Kb ยังคงมีผลอยู่

วาล์วระบายแรงดันที่ควบคุมโดยนักบิน

วาล์วระบายที่ควบคุมโดยนำร่องใช้แรงดันในกระบวนการเพื่อปิดบ่าวาล์วหลัก วาล์วหลักจะเปิดเฉพาะเมื่อนักบินสัมผัสได้ถึงแรงดันเกิน วาล์วเหล่านี้มีภูมิต้านทานต่อผลกระทบจากแรงดันต้านต่อแรงดันที่ตั้งไว้ และสามารถทำงานโดยมีแรงดันต้านสูงถึง 80% ของแรงกดที่ตั้งไว้ในบางการออกแบบ . มักถูกเลือกสำหรับการใช้งานที่มีแรงดันสูง ส่วนหัวของแฟลร์ที่มีแรงดันต้านที่สะสมไว้อย่างมาก และสถานการณ์ที่แรงดันที่กำหนดไว้อย่างแม่นยำเป็นสิ่งสำคัญ

การบรรเทาแบบสองเฟสและแบบผสม: ข้อพิจารณาพิเศษ

เมื่อของเหลวบรรเทาเป็นส่วนผสมของของเหลว-ไอสองเฟส จะไม่ใช้วิธีการกำหนดขนาดก๊าซหรือของเหลวโดยตรง ของเหลวที่กระพริบ ระบบปฏิกิริยา และวงจรทำความเย็นมักทำให้เกิดสถานการณ์บรรเทาทุกข์แบบสองเฟส ในกรณีเหล่านี้การลดขนาดเป็นเรื่องปกติและเป็นอันตราย

วิธีการที่ได้รับการยอมรับสำหรับการกำหนดขนาดสองเฟส ได้แก่ :

• ระเบียบวิธีของ DIERS (สถาบันออกแบบระบบบรรเทาเหตุฉุกเฉิน) - แนวทางที่เข้มงวดที่สุด พัฒนาขึ้นโดยเฉพาะสำหรับระบบสองเฟสที่มีปฏิกิริยาและไม่สมดุล
• วิธีโอเมก้า - แบบจำลองสมดุลแบบง่ายจาก Leung (1986) นำมาใช้ใน API 520 ภาคผนวก C ใช้พารามิเตอร์ตัวเดียว ω ซึ่งได้มาจากการคำนวณแบบแฟลชที่ 90% และ 100% ของการลดแรงกด
• HEM (แบบจำลองสมดุลที่เป็นเนื้อเดียวกัน) — ถือว่าสมดุลทางอุณหพลศาสตร์เต็มรูปแบบและการผสมที่เป็นเนื้อเดียวกัน อนุรักษ์นิยมสำหรับการใช้งานส่วนใหญ่

โดยทั่วไปการกำหนดขนาดแบบสองเฟสต้องใช้เครื่องจำลองกระบวนการ (เช่น Aspen HYSYS, SimSci PRO/II หรือ VMGSim) เพื่อสร้างข้อมูลแฟลชในสภาวะบรรเทา มักจะเกิดบริเวณปากที่ต้องการ ใหญ่กว่า 2 ถึง 5 เท่า มากกว่าสิ่งที่การคำนวณไอบริสุทธิ์จะแนะนำสำหรับอัตราการไหลเดียวกัน นี่คือเหตุผลว่าทำไมโรงงานหลายแห่งที่ใช้วาล์วระบายขนาดโดยถือว่าให้บริการเฉพาะไอระเหยเท่านั้น พบว่าวาล์วเหล่านี้มีขนาดเล็กลงอย่างมากเมื่อของไหลจริงเป็นแบบสองเฟส

แรงดันขาเข้าลดลง: กฎ 3% ที่ถูกละเลย

ความดันที่ทางเข้าวาล์วขณะไหลจะต้องไม่ลดลงต่ำกว่าความดันที่ตั้งไว้เกิน 3% (ตาม API 520 ส่วนที่ 2 และ API 526) ขีดจำกัด 3% ของแรงดันขาเข้าลดลงเป็นหนึ่งในข้อจำกัดที่ถูกละเมิดบ่อยที่สุดในการปฏิบัติงานติดตั้ง และทำให้เกิดเสียงสะท้าน

นี่คือสาเหตุ: วาล์วนิรภัยแบบสปริงจะเริ่มปิดเมื่อแรงดันขาเข้าลดลง หากท่อทางเข้ามีความต้านทานสูง ความดันที่ทางเข้าวาล์วจะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อวาล์วเปิด หากการหยดนั้นเกินกว่าค่าความดันสูงสุด (ต้องลดความดันเพื่อติดตั้งวาล์วใหม่ โดยทั่วไปคือ 7–10% ของแรงดันที่ตั้งไว้สำหรับวาล์วกระบวนการ) วาล์วจะปิดก่อนที่ความดันของระบบจะกลับคืนมา จากนั้นจึงเปิดอีกครั้ง วงจรเกิดขึ้นซ้ำ นี่คือการพูดคุย และทำลายบ่าวาล์ว

ในทางปฏิบัติ กฎ 3% หมายความว่าท่อทางเข้าจะต้องมีขนาดรูที่สั้นและใหญ่ คำแนะนำคร่าวๆ: ควรมีหัวฉีดน้ำเข้า อย่างน้อยที่สุดเท่ากับขนาดการเชื่อมต่อทางเข้าวาล์ว จากตาราง API 526 และควรลดความยาวของท่อทางเข้าให้เหลือน้อยที่สุด คำนวณแรงดันตกที่เกิดขึ้นจริงที่การไหลบรรเทาเต็มที่โดยใช้สมการดาร์ซี-ไวส์บาค ก่อนที่จะสรุปการออกแบบการติดตั้ง

การกำหนดขนาดกรณีอัคคีภัย: เมื่อการระบายความร้อนเข้ามาครอบงำ

กรณีอัคคีภัยมักจะควบคุมขนาดวาล์วนิรภัยสำหรับภาชนะจัดเก็บและอุปกรณ์กระบวนการซึ่งตั้งอยู่ในพื้นที่ที่มีสินค้าคงเหลือที่ติดไฟได้ สถานการณ์จำลองสันนิษฐานว่าเกิดเพลิงไหม้ในสระน้ำที่อยู่รอบๆ ตัวเรือ ทำให้เนื้อหาร้อนขึ้นและเกิดไอซึ่งจะต้องบรรเทาลง

API 521 มีสมการสองสมการสำหรับการป้อนความร้อนจากไฟ สมการหนึ่งสำหรับพื้นผิวเปียก (ของเหลวใต้เปลวไฟ) และอีกสมการสำหรับพื้นผิวที่ไม่เปียก (พื้นที่ไอ) โดยทั่วไปสมการพื้นผิวเปียกจะควบคุมและให้ค่าความร้อนในหน่วย BTU/ชม. หรือกิโลวัตต์ จากนั้นความร้อนที่ป้อนเข้านี้จะถูกหารด้วยความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอของของเหลวที่สภาวะบรรเทาลงเพื่อให้ได้อัตราการไหลของไอที่ต้องการ

รายละเอียดสำคัญประการหนึ่ง: คดีไฟไหม้อนุญาต แรงดันเกิน 21% ภายใต้ ASME มาตรา VIII (เทียบกับ 10% ในกรณีปกติ) ซึ่งจะช่วยลดพื้นที่รูจมูกที่ต้องการลงบ้าง อย่างไรก็ตาม ASME ยังกำหนดให้ต้องจัดการกรณีอัคคีภัยด้วยวาล์วระบายอัคคีภัยโดยเฉพาะที่ตั้งไว้ที่ 110% ของ MAWP (ในขณะที่วาล์วหลักอยู่ที่ 100%) หรือโดยการแสดงให้เห็นว่าวาล์วหลักมีความจุเพียงพอสำหรับทั้งสองสถานการณ์

ตัวอย่าง: ถังแนวนอนที่บรรจุแนฟทา 10,000 แกลลอน โดยมีพื้นผิวเปียก 2,000 ตารางฟุต ไม่มีการระบายน้ำ ไม่มีฉนวน และไม่มีการใช้น้ำดับเพลิง (F = 1.0):

ถาม = 43,200 × 1.0 × 2,000 ^0.82 ≈ 34,200,000 บีทียู/ชม

หากความร้อนแฝงของแนฟทาที่สภาวะบรรเทาคือ 120 บีทียู/ปอนด์ การไหลของไอที่ต้องการคือ 285,000 ปอนด์/ชม ซึ่งเป็นข้อกำหนดการระบายขนาดใหญ่มากที่น่าจะขับเคลื่อนการเลือกวาล์วนิรภัยที่มีปากขนาดใหญ่หลายอันหรือวาล์วที่ทำงานโดยนำร่อง

ข้อผิดพลาดเกี่ยวกับขนาดทั่วไปและวิธีหลีกเลี่ยง

การใช้เฟสของไหลผิด

สมมติว่าการผ่อนปรนเป็นไอทั้งหมดเมื่อของไหลจริงที่สภาวะการระบายเป็นแบบสองเฟสสามารถลดขนาดวาล์วลงได้ 3 เท่าหรือมากกว่า ดำเนินการคำนวณแบบแฟลชเพื่อลดความดันและอุณหภูมิเสมอ เพื่อกำหนดเฟสและองค์ประกอบที่แท้จริงของของไหลที่ไหล

ละเว้นแรงดันต้านในระบบแฟลร์

เมื่อพืชมีอายุมากขึ้นและมีการเพิ่มภาระผ่อนปรนให้กับส่วนหัวของแฟลร์ แรงดันต้านกลับจะเพิ่มขึ้น วาล์วที่มีขนาดสำหรับแรงดันต้าน 5 psi ในปีแรกอาจเห็นแรงดันต้าน 25 psi ในอีกสิบปีต่อมา เนื่องจากการขยายการผลิตจะโหลดระบบแฟลร์ ตรวจสอบสมมติฐานด้านแรงกดดันย้อนกลับในระหว่างการทบทวนการจัดการการเปลี่ยนแปลง

การเลือกวาล์วขนาดใหญ่ "เพื่อความปลอดภัย"

สัญชาตญาณในการเพิ่มระยะขอบโดยการเลือกวาล์วที่ใหญ่ขึ้นนั้นเป็นผลเสีย วาล์วนิรภัยขนาดใหญ่เกิดการพูดคุย ทำให้เกิดความเสียหายทางกลไกและการรั่วไหล API 520 ตอนที่ฉันเตือนอย่างชัดเจน: ช่องที่เลือกควรอยู่ใกล้กับพื้นที่ที่คำนวณได้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้โดยไม่ไปต่ำกว่านั้น หากการเพิ่มขนาดมาตรฐานครั้งถัดไปส่งผลให้วาล์วมีขนาดใหญ่เกินความจำเป็นมากกว่า 10% ให้พิจารณาใช้แรงดันที่ตั้งน้อยลงหรือวาล์วที่เล็กกว่าสองตัวขนานกัน

ลืมปัจจัยการแก้ไขแบบรวม Kc

เมื่อมีการติดตั้งดิสก์กันแตกที่ต้นน้ำของวาล์วนิรภัย การรวมกันจะทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์เดียวและความจุจะลดลง API 520 ระบุ Kc = 0.9 เว้นแต่ชุดค่าผสมเฉพาะจะได้รับการทดสอบและรับรอง วิศวกรหลายคนใช้ปัจจัยนี้กับสูตรการกำหนดขนาดของเหลวเท่านั้น และลืมไปว่าจะใช้กับการกำหนดขนาดก๊าซด้วย

ไม่คำนึงถึงแรงดันใช้งานเทียบกับแรงดันที่ตั้งไว้

ASME มาตรา VIII กำหนดให้วาล์วนิรภัยต้องปิดอยู่และไม่รั่วไหลในสภาวะการทำงานปกติ API แนะนำขั้นต่ำ อัตรากำไรจากการดำเนินงาน 10% ระหว่างแรงดันใช้งานปกติและแรงดันที่ตั้งไว้ (เช่น แรงดันที่ตั้งไว้ควรมีอย่างน้อย 1.1× ของแรงดันใช้งานปกติสูงสุด) วาล์วทำงานใกล้กับแรงดันที่ตั้งไว้มากเกินไป เบาะนั่งรั่ว และสึกหรอก่อนเวลาอันควร

ซอฟต์แวร์และเครื่องมือกำหนดขนาดวาล์วนิรภัย

การคำนวณด้วยตนเองโดยใช้สมการ API 520 นั้นตรงไปตรงมาสำหรับของไหลแบบเฟสเดียว แต่จะใช้เวลานานสำหรับระบบระบายขนาดใหญ่ที่มีวาล์วจำนวนมาก เครื่องมือซอฟต์แวร์หลายตัวทำให้กระบวนการเป็นไปโดยอัตโนมัติ:

• เครื่องวิเคราะห์ระบบ Aspen FLARENET / Aspen Flare — มาตรฐานอุตสาหกรรมสำหรับการสร้างแบบจำลองเครือข่ายแฟลร์ ปรับขนาดวาล์วระบายและวิเคราะห์แรงดันย้อนกลับของส่วนหัวไปพร้อมๆ กัน
• เอปคอน API — เครื่องมือปรับขนาด API 520/521/526 เฉพาะ ใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการปรับขนาดวาล์วแต่ละตัว
• เครื่องมือปรับขนาดออนไลน์ของ Crosby Engineering Handbook — จัดทำโดย Emerson/Crosby เพื่อการปรับขนาดผลิตภัณฑ์วาล์วอย่างรวดเร็ว
• เลเซอร์ วัลเวสตาร์ — เครื่องมือของผู้ผลิตในยุโรป ใช้ทั้งวิธี API และ EN ISO 4126
• COMPRESS / PV อีลิท — ซอฟต์แวร์การออกแบบภาชนะเป็นหลัก แต่มีโมดูลกำหนดขนาดวาล์วระบายในตัว

เครื่องมือเหล่านี้ช่วยลดข้อผิดพลาดในการคำนวณและสร้างเอกสารประกอบสำหรับการส่งตามกฎระเบียบ อย่างไรก็ตาม พวกเขาต้องการอินพุตที่ถูกต้อง ขยะเข้าและขยะออก การทำความเข้าใจสมการและสมมติฐานพื้นฐานเป็นสิ่งสำคัญในการตรวจจับข้อผิดพลาดในเอาท์พุตของซอฟต์แวร์

สรุปข้อกำหนดด้านกฎระเบียบและรหัส

ภูมิภาคและอุตสาหกรรมที่แตกต่างกันใช้รหัสที่แตกต่างกันกับขนาดและการติดตั้งวาล์วนิรภัย ตารางด้านล่างสรุปมาตรฐานหลัก:

รายการตรวจสอบการปฏิบัติสำหรับการกำหนดขนาดวาล์วนิรภัย

ใช้รายการตรวจสอบนี้ก่อนสรุปการคำนวณขนาดวาล์วนิรภัยและข้อกำหนดการจัดซื้อ

1. ระบุสถานการณ์แรงดันเกินที่น่าเชื่อถือทั้งหมด และกำหนดกรณีการควบคุม (การไหลบรรเทาสูงสุดที่จำเป็น)
2. ยืนยัน MAWP และตั้งค่าความดัน เพื่อให้มั่นใจว่าอัตรากำไรจากการดำเนินงานอย่างน้อย 10% สูงกว่าความดันการทำงานปกติสูงสุด
3. กำหนดเฟสของเหลวระบาย (แก๊ส ของเหลว ไอน้ำ สองเฟส) ที่ความดันที่ตั้งไว้บวกกับแรงดันเกิน
4. รวบรวมคุณสมบัติของของไหล: น้ำหนักโมเลกุล, อัตราส่วน k, ความสามารถในการอัด Z, ความหนืด, ความร้อนแฝง, ความถ่วงจำเพาะ
5. ประเมินแรงดันต้าน (ซ้อนทับและสะสม) และเลือกประเภทวาล์วตามนั้น
6. ใช้สูตร API 520 ที่ถูกต้องสำหรับเฟสของเหลวและคำนวณพื้นที่ปาก A ที่ต้องการ
7. ใช้ปัจจัยการแก้ไขทั้งหมด (Kb, Kc, Kw, Kv) ที่ใช้กับการติดตั้งของคุณ
8. เลือกออริฟิซมาตรฐานที่ใหญ่กว่าถัดไปจาก API 526 ตรวจสอบว่าพื้นที่ที่เลือกมีขนาดใหญ่กว่าที่ต้องการไม่เกินประมาณ 10% (เพื่อหลีกเลี่ยงความเสี่ยงจากการพูดคุย)
9. ตรวจสอบว่าแรงดันท่อทางเข้าลดลงที่การไหลบรรเทาเต็มที่ไม่เกิน 3% ของแรงดันที่ตั้งไว้
10. ยืนยันว่าแรงดันย้อนกลับของท่อระบายที่การไหลระบายเต็มที่อยู่ภายในขีดจำกัดที่อนุญาตของประเภทวาล์ว
11. ระบุวัสดุก่อสร้างที่เข้ากันได้กับของไหลและอุณหภูมิในกระบวนการ
12. ยืนยันว่าวาล์วมีรหัสประทับที่ถูกต้อง (UV สำหรับ ASME หมวด VIII, V สำหรับบริการหม้อไอน้ำหมวด I)