Размери, тестване и поддръжка на клапани за облекчаване на налягането в преработвателни заводи

Роля и видове клапани за облекчаване на налягането

Клапанът за облекчаване на налягането (PRV) е устройство с пружина, което се отваря автоматично, когато налягането преди клапана надвиши предварително зададена стойност. Той изпуска флуид, за да облекчи състоянието на прекомерно налягане, след което се затваря отново, когато налягането спадне до налягането на затваряне. PRV защитават налягането съдове, топлообменници, тръбопроводи и помпи от превишаване на техните проектни граници на налягане.

• Обикновен клапан с пружина: Най-често срещаният тип. Силата на пружината държи диска притиснат към седалката на дюзата. Чувствителен е към обратно налягане в изпускателния колектор — увеличаването на обратно налягане намалява ефективното зададено налягане и може да предизвика трептене.
• Балансен клапан с мехурче: Изолира пружинната камера от изпускателната страна чрез гъвкав мехур. Поноси променливо или наслагващо се обратно налягане до 50% от зададеното налягане. Предпочитан за корозивни среди и ситуации с значително натрупано обратно налягане.
• Клапан с пилотно управление (PORV): Използва системното налягане, за да държи основния бутален клапан затворен. Може да се настрои в рамките на 5% от работното налягане без фалшиво отваряне или трептене. Широко използван при високо налягане и голям капацитет в газови услуги.

Точното наблюдение на налягането преди клапана е от съществено значение за защитните системи на PRV. Yokogawa EJA530E трансмитер за манометърно налягане осигурява високоточни измервания на налягането, необходими за наблюдение на работното налягане на съда спрямо зададеното налягане на PRV в приложения в процесната индустрия.

Основи на оразмеряването според API 520 и ASME кодекса

Недоразмерените клапани за облекчаване не могат да освободят проектното прекомерно налягане достатъчно бързо. Преоразмерените клапани трептят — бързо се отварят и затварят многократно — което поврежда седалката и диска и причинява преждевременно изтичане. Основният стандарт за оразмеряване е API Standard 520 (Оразмеряване, избор и монтаж на устройства за облекчаване на налягане). Съпътстващият стандарт API 526 определя класове на фланци, обозначения на отвори и стандартни размери на вход/изход.

Основното уравнение за оразмеряване на течен поток определя необходимата ефективна площ на изпускане A:

За течна услуга: A = Q / (38 × Kd × Kw × Kc × √(ΔP / G))

където Q е обемният дебит (US гал/мин), Kd е ефективният коефициент на изпускане (обикновено 0,65 за течна услуга), Kw е корекционният коефициент за обратно налягане, Kc е корекционният коефициент за инсталиране на предпазен диск, ΔP е налягането на диференциала при зададените условия (psi), а G е относителната плътност спрямо вода. За газова и парна услуга в уравнението влизат факторът на компресируемост Z и отношението на специфичните топлини k, като преди прилагане на формулата за оразмеряване трябва да се определи дали потокът е критичен или подкритичен.

Кодексът ASME Section VIII позволява съдовете да бъдат защитени при 110% от MAWP с един клапан за облекчаване или при 116% за пожарна защита с два клапана. Прекомерните налягания, които трябва да се вземат предвид, включват: блокиран изход, отказ на обратен поток, външен пожар, разкъсване на тръба в топлообменници, термично разширение на блокирани течности и сценарии на отказ на комунални услуги. Продуктовите линии на Emerson Anderson Greenwood и Crosby покриват пълния диапазон от обикновени, балансирани с мехур и пилотно управлявани клапани за API процесни услуги.

Настройка и проверка на зададеното налягане

Кодексът ASME изисква действителното студено диференциално тестово налягане (CDTP) да бъде в рамките на ±3% от зададеното налягане на табелката за налягания над 70 psig и в рамките на ±2 psi за налягания на или под 70 psig. Настройката на зададеното налягане изисква изваждане на клапана от експлоатация за тест на стенд с сертификат.

• Стъпка 1 — Корекция за студена диференция: Ако работната температура на процеса се различава значително от температурата на теста на стенда, приложете температурен корекционен коефициент за промени в твърдостта на пружината с температурата.
• Стъпка 2 — Настройка на пружината: Регулирайте зададеното налягане чрез затягане или отпускане на регулиращия винт на капачката на пружината. Затягането повишава зададеното налягане. Всяко четвърт завъртане обикновено променя налягането с 2–15 psi в зависимост от диапазона на пружината.
• Стъпка 3 — Тест на отваряне: Прилагайте входно налягане бавно с азот или вода. Запишете налягането, при което дискът се повдига, и налягането на затваряне, при което се връща на място. Потвърдете, че и двете стойности са в рамките на толеранса на ASME. За клапани с пружина, налягането на затваряне обикновено е 7–10% под зададеното налягане.
• Стъпка 4 — Тест за изтичане на седалката: След връщане на място, приложете 90% от зададеното налягане и потвърдете, че няма видимо изтичане на седалката поне за една минута. Изтичането показва повреда или замърсяване на седалката. Изравнете или сменете седалката и диска при необходимост.
• Стъпка 5 — Печат против манипулация и документация: Поставете печат против манипулация върху капачката на регулиращия винт след успешно преминаване на теста. Издайте сертификат за калибриране с запис на зададеното налягане, дата на теста, техник, сериен номер на тестовото оборудване и следваща дата за тест.

Програма за инспекция и поддръжка в експлоатация

API Препоръчителна практика 576 (Инспекция на устройства за облекчаване на налягане) предоставя рамка за интервали на инспекция и критерии за приемане. Методологията за инспекция, базирана на риска (RBI) от API 580 позволява на заводите да удължават или съкращават интервалите за инспекция според скоростта на корозия, тежестта на услугата и историческата работа на клапаните. Обичайните интервали за инспекция на клапани за облекчаване в обща въглеводородна услуга са 5 години. Корозивни или замърсяващи услуги изискват интервали от 2–3 години. Клапани в чисти комунални услуги могат да имат 10-годишни интервали при RBI програма с документирано инженерно обоснование.

• Изтичане на седалката: Най-честата повреда в експлоатация. Корозия, ерозия или процесни отлагания повреждат полираните повърхности на седалката. Лека повреда може да се коригира с ръчно полиранe. Тежките повреди изискват нови компоненти на седалката и диска.
• Корозия и напукване на пружината: Напукване от стрес корозия (SCC) в H2S или корозивни услуги може да причини катастрофална повреда на пружината. Пружините трябва да се инспектират визуално за ръжда, корозия и пукнатини. Подменяйте пружини с видими повреди.
• Запушване на входната дюза: Полимеризиращи се течности, варовик или коксова отлагания частично блокират входната дюза, намалявайки реалния капацитет на облекчаване под проектираната стойност. Клапаните в замърсяващи услуги изискват по-кратки интервали за инспекция и евентуално отопляема или поддържана с промивка входна връзка.
• Състояние на заседнал отворен клапан: Причинено от процесни отлагания, които задържат диска отворен след събитие на облекчаване. Частично отворен клапан тече непрекъснато, губи продукт и не осигурява пълна защита при следващо прекомерно налягане. Винаги инспектирайте и тествайте на стенд след всяко известно събитие на облекчаване.

Клапаните за облекчаване на налягане GE Oil and Gas (сега Baker Hughes), използвани в офшорни и високоналягани газови приложения, включват компоненти от дуплексна неръждаема стомана, специално проектирани за услуги с водороден сулфид (H2S) съгласно NACE MR0175. При избор на клапани за кисела газова услуга, проверявайте дали всички метални части, които са в контакт с флуида, отговарят на изискванията за твърдост и материал на NACE, за да се предотврати напукване от сулфиден стрес.

Заключение и препоръки за действие

Клапаните за облекчаване на налягането защитават както персонала, така и активите на завода, но само когато са правилно оразмерени, коректно настроени и редовно поддържани. Прилагайте дисциплината на оразмеряване според API 520 за всички сценарии на прекомерно налягане. Създайте документирана програма за инспекция според API 576 с RBI обосновка за удължени интервали. Тествайте всеки клапан на стенд в определения му интервал или след всяко известно събитие на облекчаване. Записвайте корекциите за студено диференциално тестово налягане при всяка високо температурна инсталация. Никога не връщайте клапан в експлоатация с изтичане на седалката — дори малко непрекъснато изтичане ускорява повредата на седалката и в крайна сметка предотвратява повторното затваряне на клапана след следващото прекомерно налягане. Добре поддържаната програма за PRV струва част от цената на едно непланирано разкъсване на съд или спиране на процеса.

Автор: Лю Мингже е инженер по индустриална автоматизация с над 10 години опит в PLC, DCS и системи за управление.