Hvað gerir þrýstiventill?

2024-09-20

Uppfært 2025-09-21
Vilhjálmur Leó
Þrýstiventill

Þrýstilokar eru nauðsynleg öryggistæki sem stjórna, stjórna og létta þrýsting í vökvakerfum. Þessi alhliða handbók fjallar um þrýstilokunarventla, þrýstiminnkunarventla, þrýstijafnara og þrýstistýribúnað í iðnaði.

Þrýstingsstýring er mikilvæg í öllum kerfum sem meðhöndla vökva eða lofttegundir undir þrýstingi. Hvort sem þú ert að fást við gufukatla, vökvakerfi eða vatnsdreifingarkerfi, þjóna þrýstiventlar sem aðal öryggisbúnaður sem kemur í veg fyrir skelfilegar bilanir og hámarkar afköst kerfisins.

Hvað er þrýstiventill? (Skilgreining og kjarnaaðgerðir)

Þrýstiventill er sjálfvirkur flæðisstýribúnaður sem er hannaður til að stjórna kerfisþrýstingi með því að opna til að losa um ofþrýsting eða loka til að viðhalda stöðugum rekstrarskilyrðum. Þessir þrýstistýringarlokar virka bæði sem öryggistæki og hagræðingartæki.

Aðalaðgerðir:

Þrýstistjórnun:Viðheldur kerfisþrýstingi innan fyrirfram ákveðinna marka
Yfirþrýstingsvörn:Kemur í veg fyrir skemmdir á búnaði með því að losa um ofþrýsting
Rennslisstýring:Stillir vökvaflæði til að hámarka skilvirkni kerfisins
Öryggistrygging:Virkar sem síðasta varnarlínan gegn þrýstingstengdum bilunum

Tæknileg skilgreining:

Samkvæmt ASME BPVC kafla I er þrýstiafléttarbúnaður "búnaður sem er virkjaður af inntaksstöðuþrýstingi og hannaður til að opna við neyðartilvik eða óeðlilegar aðstæður til að koma í veg fyrir hækkun innri vökvaþrýstings umfram tilgreint gildi."

Hvernig þrýstistýringarlokar virka: Tæknilegar reglur

Grunnrekstrarbúnaður

Þrýstingslokar starfa eftir kraftjafnvægisreglunni:

Kraftjafnvægisjafna:F₁(inntaksþrýstingskraftur) = F₂(gormkraftur) + F₃(bakþrýstingskraftur)

Hvar:

F₁ = P₁×A (inntaksþrýstingur×virkt disksvæði)
F₂ = Fjaðurfasti×þjöppunarfjarlægð
F₃ = P₂×A (bakþrýstingur×diskflatarmál)

Rekstrarröð:

Stilla þrýsting:Loki er áfram lokaður þegar kerfisþrýstingur < stilltur þrýstingur
Sprunguþrýstingur:Upphafleg opnun á sér stað við 95-100% af stilltum þrýstingi
Full lyfta:Algjör opnun við 103-110% af stilltum þrýstingi (í hverju API 526)
Endursetja þrýstingur:Loki lokar við 85-95% af stilltum þrýstingi (venjulegt útblástur)

Helstu tæknilegar færibreytur:

Parameter	Skilgreining	Dæmigert svið
Stilltu þrýsting	Þrýstingur sem loki byrjar að opnast við	10-6000 psig
Yfirþrýstingur	Þrýstingur yfir innstilltum þrýstingi við losun	3-10% af stilltum þrýstingi
Útblástur	Mismunur á stilliþrýstingi og endurstillingarþrýstingi	5-15% af settum þrýstingi
Bakþrýstingur	Niðurstreymisþrýstingur sem hefur áhrif á afköst lokans	<10% af stilltum þrýstingi (hefðbundinn)
Rennslisstuðull (Cv)	Valve getu þáttur	Mismunandi eftir stærð/hönnun

Tegundir þrýstistýringartækja: Tæknilýsingar

1. Þrýstiöryggislokar (PSV) og öryggisventlar (SRV)

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

Fjaðraðir öryggisventlar

Rekstrarsvið:15 psig til 6.000 psig
Hitastig:-320°F til 1.200°F
Getusvið:1 til 100.000+ SCFM
Efni:Kolefnisstál, ryðfrítt stál 316/304, Inconel, Hastelloy

Afkastagetuútreikningur (gasþjónusta):W = CKdP₁KshKv√(M/T)

Hvar:

W = Áskilið afköst (lb/klst.)
C = Losunarstuðull
Kd = Leiðréttingarstuðull losunarstuðuls
P₁ = Stilliþrýstingur + yfirþrýstingur (psia)
Ksh = Ofurhitunarleiðréttingarstuðull
Kv = Seigjuleiðréttingarstuðull
M = Mólþyngd
T = Alger hiti (°R)

Flugmannastýrðir öryggisventlar (POSRV)

Kostir:Þétt lokun, mikil afköst, minnkað þvaður
Þrýstisvið:25 psig til 6.000 psig
Nákvæmni:±1% af stilltum þrýstingi
Umsóknir:Gasþjónusta með mikla afkastagetu, mikilvægar vinnsluforrit

2. Þrýstiminnkandi lokar (þrýstingsstillar)

Tæknistaðlar:ANSI/ISA 75.01, IEC 60534

Beinvirkir þrýstijafnarar

Þrýstingalækkunarhlutfall:Allt að 10:1
Nákvæmni:±5-10% af stilltum þrýstingi
Flæðisvið:0,1 til 10.000+ GPM
Svartími:1-5 sekúndur

Stærðarformúla:Cv = Q√(G/(ΔP))

Hvar:

Cv = Rennslisstuðull
Q = Flæðishraði (GPM)
G = Eðlisþyngd
ΔP = Þrýstingsfall (psi)

Þrýstiminnkandi lokar með flugmennsku

Þrýstingalækkunarhlutfall:Allt að 100:1
Nákvæmni:±1-2% af stilltum þrýstingi
Fjarlægni:100:1 dæmigert
Umsóknir:Mikið flæði, háþrýstingsminnkun forrit

3. Bakþrýstingsstýringar og stjórnventlar

Virkni:Haltu stöðugum uppstreymisþrýstingi með því að stjórna niðurstreymi

Tæknilýsing:

Þrýstisvið:5 psig til 6.000 psig
Rennslisstuðull:0,1 til 500+ CV
Nákvæmni:±2% af stilltum þrýstingi
Efni:316 SS, Hastelloy C-276, Inconel 625

Iðnaðarforrit og dæmisögur

Orkuframleiðsluiðnaður

Öryggislokar gufuketils (ASME hluti I)

Nauðsynleg afkastageta:Verður að losa alla gufu sem myndast án þess að fara yfir 6% yfir settum þrýstingi
Lágmarkskröfur:Einn öryggisventill á hvern ketil; tveir lokar fyrir >500 sq ft hitaflöt
Próf:Handvirkt lyftipróf á 6 mánaða fresti (háþrýstingur) eða ársfjórðungslega (lágur þrýstingur)

Dæmi: 600 MW virkjun

Aðalgufuþrýstingur: 2.400 psig
Stilliþrýstingur öryggisloka: 2.465 psig (103% af rekstrarþrýstingi)
Nauðsynleg afkastageta: 4,2 milljónir punda/klst gufu
Uppsetning: Margir 8" x 10" gormhlaðnir öryggisventlar

Olíu- og gasiðnaður

Leiðsluþrýstingsöryggiskerfi (API 521)

Hönnunarþrýstingur:1,1 × hámarks leyfilegur rekstrarþrýstingur (MAOP)
Stærð öryggisventils:Byggt á hámarks fyrirséðu flæði og þrýstingssviðsmyndum
Efni:Súrgasþjónusta krefst samræmis við NACE MR0175

Dæmi: Jarðgasleiðslustöð

Vinnuþrýstingur: 1.000 psig
Stilliþrýstingur öryggisventils: 1.100 psig
Stærðarþörf: 50 MMSCFD
Uppsetning: 6" x 8" flugmannsstýrður öryggisventill

Vatnsmeðferð og dreifing

Þrýstiminnkandi ventlastöðvar

Inntaksþrýstingur:150-300 psig (sveitarfélög)
Úttaksþrýstingur:60-80 psig (dreifingarkerfi)
Flæðisvið:500-5.000 GPM
Stýringarnákvæmni:±2 psi

Vökvareikningsdæmi:

Fyrir 6" vatns PRV sem minnkar 200 psig í 75 psig við 2.000 GPM:

Áskilið ferilskrá = 2.000√(1,0/125) = 179
Veldu 6" loki með Cv = 185

Efna- og jarðolíuvinnsla

Reactor verndarkerfi

Rekstrarskilyrði:500°F, 600 psig
Líknarsviðsmyndir:Hitaþensla, hlaupandi viðbrögð, bilun í kælingu
Efni:Hastelloy C-276 fyrir ætandi þjónustu
Stærð:Byggt á versta tilvikagreiningu samkvæmt API 521

Valviðmið og verkfræðilegir útreikningar

Árangursbreytur

Þrýstieinkunnir (ASME B16.5):

bekk	Þrýstingastig @ 100°F
flokkur 150	285 psig
flokkur 300	740 psig
flokkur 600	1.480 psig
flokkur 900	2.220 psig
flokkur 1500	3.705 psig

Lækkun hitastigs:

Lækka verður þrýstingsgildi fyrir hækkað hitastig samkvæmt ASME B16.5 hita-þrýstingstöflum.

Leiðbeiningar um efnisval

Þjónusta	Líkamsefni	Snyrtiefni	Spring efni
Vatn	Kolefnisstál, brons	316 SS	Tónlistarvír
Gufa	Kolefnisstál, 316 SS	316 SS, Stellite	Inconel X-750
Súrt gas	316 SS, Duplex SS	Stellite, Inconel	Inconel X-750
Cryogenic	316 SS, 304 SS	316 SS	316 SS
Hátt hitastig	Kolefnisstál, álstál	Stellite, Inconel	Inconel X-750

Stærðarútreikningar

Fyrir vökvaþjónustu (API 520):

Nauðsynlegt svæði:A = (GPM × √G) / (38,0 × Kd × Kw × Kc × √ΔP)

Hvar:

A = Áskilið virkt losunarsvæði (in²)
GPM = Áskilið flæði
G = Eðlisþyngd
Kd = Losunarstuðull (0,62 fyrir vökva)
Kw = Leiðréttingarstuðull bakþrýstings
Kc = Samsett leiðréttingarstuðull
ΔP = Stilliþrýstingur + yfirþrýstingur - bakþrýstingur

Fyrir gas/gufuþjónustu (API 520):

Mikilvægt flæði:A = W/(CKdP₁Kb)
Undirkritískt flæði:A = 17,9W√(TZ/MKdP₁(P₁-P₂)Kb)

Uppsetningar- og viðhaldsstaðlar

Uppsetningarkröfur (ASME BPVC)

Uppsetning öryggisventils:

Inntaksrör:Stutt og beint, forðastu olnboga innan 5 pípuþvermáls
Úttaksrör:Stærð fyrir 10% bakþrýsting að hámarki
Uppsetning:Lóðrétt valinn, lárétt ásættanleg með stuðningi
Einangrun:Loka lokar bönnuð í inntakinu; viðunandi í innstungu ef læst er opið

Uppsetning þrýstingsminnkunarventils:

Uppstreymis sía:20 möskva lágmark fyrir hreina þjónustu
Hjáveitulína:Til viðhalds og neyðaraðgerða
Þrýstimælar:Vöktun andstreymis og downstream
Afléttingarventill:Niðurstraumsvörn gegn yfirþrýstingi

Viðhaldsáætlanir og verklagsreglur

API 510 skoðunarkröfur:

Sjónræn skoðun:Á 6 mánaða fresti
Rekstrarpróf:Árlega
Getupróf:Á 5 ára fresti
Algjör yfirferð:Á 10 ára fresti eða samkvæmt ráðleggingum framleiðanda

Prófunaraðferðir:

Stilltu þrýstingsprófun:Staðfestu opnunarþrýsting innan ±3% frá stillingu
Lekaprófun á sæti:API 527 Class IV (5.000 cc/klst hámark)
Getupróf:Staðfestu flæðisframmistöðu uppfylli hönnunarkröfur
Bakþrýstingspróf:Metið árangur við kerfisaðstæður

Forspárviðhaldstækni

Hljóðútblástursprófun:

Uppgötvun:Innri leki, slit á sætum, þreyta í fjöðrum
Tíðnisvið:20 kHz til 1 MHz
Næmi:Getur greint leka <0,1 GPM

Titringsgreining:

Umsóknir:Pilot loki spjallar, gormaómun
Færibreytur:Amplitude, tíðni, fasagreining
Vinsælt:Söguleg gögn fyrir bilunarspá

Fylgnistaðlar og vottanir

ASME ketils og þrýstihylkiskóði

Hluti I (aflkatlar):

Stærðarkröfur:Öryggisventlar verða að koma í veg fyrir þrýstingshækkun >6% umfram settan þrýsting
Lágmarks öryggisventlar:Einn á hvern ketil, tveir ef hitaflötur >500 sq ft
Próf:Handvirk lyfting á 6 mánaða fresti (háþrýstingur) eða ársfjórðungslega (lágur þrýstingur)

Hluti VIII (Þrýstihylki):

Kröfur um hjálpartæki:Öll þrýstihylki þurfa yfirþrýstingsvörn
Stilla þrýsting:Má ekki fara yfir MAWP af vernduðum búnaði
Stærð:Byggt á versta tilviki samkvæmt API 521

Innleiðing API staðla

API 520 (stærð hjálpartækja):

Gildissvið:Nær yfir hefðbundna, jafnvægisbundna og flugstýrða öryggisventla
Stærðaraðferðir:Veitir útreikningsaðferðir fyrir allar vökvagerðir
Uppsetning:Tilgreinir lagnakröfur og kerfissamþættingu

API 526 (flansað stál léttir lokar):

Hönnunarstaðlar:Málkröfur, þrýstings-hitastig
Efni:Kolefnisstál, ryðfríu stáli upplýsingar
Próf:Verksmiðjuprófunarkröfur

API 527 (þéttleiki í viðskiptasæti):

flokkur I:Enginn sjáanlegur leki
Flokkur II:40 cc/klst. á tommu þvermál sætis
Flokkur III:300 cc/klst. á tommu þvermál sætis
Flokkur IV:1.400 cc/klst. á tommu þvermál sætis

Alþjóðlegir staðlar

IEC 61511 (öryggisbúnaðarkerfi):

SIL einkunn:Kröfur um öryggisheilleikastig fyrir þrýstingsvörn
Sönnunarprófun:Reglubundnar prófanir til að viðhalda öryggisvirkni
Bilanatíðni:Leyfileg hámarksbilunartíðni öryggiskerfa

Bilanaleit og bilanagreining

Algengar bilunarstillingar

Ótímabær opnun (sjóðið):

Orsakir:

Tap inntaksröra fer yfir 3% af innstilltum þrýstingi
Titringur eða púls í kerfinu
Rusl á ventilsæti
Stilltu þrýsting of nálægt vinnuþrýstingi

Lausnir:

Auka stærð inntaksröra (hraði <30 fet/sek fyrir vökva, <100 fet/sek fyrir lofttegundir)
Settu upp pulsationsdempara
Hreinsaðu ventilsæti og disk
Auka framlegð milli rekstrar- og settþrýstings (>10%)