Өндірістік зауыттардағы қысым түсіру клапандарының өлшемін анықтау, сынау және техникалық қызмет көрсету

PRV таңдау, API 520/526 өлшемдері, орнату қысымын реттеу және орнында сынау процедуралары бойынша инженерлік негіздер мен алаң тәжірибелері

Қысым төмендету клапандарының рөлі мен түрлері

Қысым төмендету клапаны (PRV) – алдын ала белгіленген қысым шегінен жоғары болғанда автоматты түрде ашылатын серіппелі құрылғы. Ол артық қысымды төмендету үшін сұйықтықты шығарады, содан кейін қысым төмендегенде қайта жабылады. PRV қысым ыдыстарын, жылу алмастырғыштарды, құбыр жүйелерін және сорғыларды жобалық қысым шегінен асып кетуден қорғайды.

Өнеркәсіптік процестік зауыттарда үш түрі басым. Біріншісі, дәстүрлі серіппелі қысым төмендету клапаны ең көп таралған түрі. Серіппе дискті сопло орнына басып ұстайды. Кіріс қысымы орнатылған қысымнан асқанда, диск көтеріледі де, ағын қысым төмендету желісіне шығады. Бұл түр шығару желісіндегі артқы қысымға сезімтал – артқы қысымның өсуі орнатылған қысымды төмендетіп, дірілге әкелуі мүмкін.

Екіншісі, балансталған манжеталы қысым төмендету клапаны серіппе камерасын шығару жағынан икемді манжет элементі арқылы оқшаулайды. Бұл дизайн ашылу өнімділігіне әсер етпей, орнатылған қысымның 50%-ына дейін өзгермелі немесе қосымша артқы қысымды көтере алады. Ол коррозиялық қызметтер мен айтарлықтай артқы қысым жиналатын жағдайларда артықшылықты таңдау болып табылады.

Үшіншісі, пилоттық басқарылатын қысым төмендету клапаны (PORV) негізгі поршеньді жабық ұстау үшін жүйе қысымын пайдаланады. Кішігірім пилот клапан кіріс қысымын сезіп, орнатылған қысымға жеткенде негізгі поршеньді ашады. PORV-лар жалған ашылу немесе дірілсіз жұмыс қысымына (5% шегінде) жақын орнатылуы мүмкін. Олар дәстүрлі серіппелі клапандар тым үлкен болатын жоғары қысымды және жоғары сыйымдылықтағы газ қызметінде кеңінен қолданылады.

API 520 және ASME кодексі бойынша өлшем негіздері

Кішірейтілген қысым төмендету клапандары жобалық артық қысымды жеткілікті жылдам төмендете алмайды. Үлкейтілген клапандар дірілдейді – олар тез ашылып-жабылып, орын мен дискіні зақымдап, ерте ағып кетуге әкеледі. Сондықтан дұрыс өлшем қауіпсіздік пен сенімділік үшін өте маңызды.

Процестік зауыттар үшін негізгі өлшем стандарты – API Standard 520 (Қысым төмендету құрылғыларын өлшеу, таңдау және орнату). Қосымша стандарт API 526 фланец рейтингтерін, саңылау белгілерін және стандартты кіріс/шығыс өлшемдерін анықтайды.

Негізгі сұйықтық ағынының өлшем теңдеуі қажетті тиімді шығару ауданын A анықтайды:

Сұйықтық қызметі үшін: A = Q / (38 × Kd × Kw × Kc × √(ΔP / G))

Мұндағы Q – көлемдік ағын жылдамдығы (АҚШ гал/мин), Kd – тиімді шығару коэффициенті (сұйықтық қызметі үшін әдетте 0.65), Kw – артқы қысым түзету коэффициенті, Kc – жарылғыш диск орнату үшін түзету коэффициенті, ΔP – орнатылған жағдайдағы қысым айырмасы (psi), G – судың салыстырмалы тығыздығы.

Газ және бу қызметі үшін сығымдалу коэффициенті Z және арнайы жылу қатынасы k теңдеуге кіреді, және өлшем формуласына қолданар алдында критикалық және субкритикалық ағын режимі анықталуы керек.

ASME VIII бөлімінің кодексі қысым ыдыстарын бір қысым төмендету клапаны орнатылғанда максималды рұқсат етілген жұмыс қысымының (MAWP) 110%-ында, ал екі клапанмен өрт жағдайында 116%-ында қорғауға мүмкіндік береді. Қысым төмендету клапанының орнатылған қысымы ыдыстың атау тақтасындағы MAWP-дан аспауы тиіс.

Өлшем кезінде қарастырылатын артық қысым жағдайлары: шығыс бөгеті, қайтару сәтсіздігі, сыртқы өрт, жылу алмастырғыштағы түтік жарылуы, бөгелген сұйықтықтардың термиялық кеңеюі және коммуналдық қызметтің сәтсіздігі. Барлық сенімді жағдайлардан ең үлкен қажетті шығару ауданы соңғы клапан таңдауын анықтайды.

Emerson компаниясының Anderson Greenwood және Crosby өнім желілері API процестік қызмет үшін дәстүрлі, балансталған манжеталы және пилоттық басқарылатын қысым төмендету клапандарының толық ауқымын қамтиды. Олардың онлайн өлшем құралдары API 520 теңдеулерін іске асырады және қысым ыдысын тіркеу үшін ASME талаптарына сай құжаттамалық пакеттер жасайды.

Орнатылған қысымды реттеу және тексеру

Орнатылған қысым – қысым төмендету клапаны ашылуға арналған кіріс манометрлік қысымы. ASME кодексі нақты суық дифференциалдық сынақ қысымы (CDTP) орнатылған қысымнан 70 psig жоғары болғанда ±3%, ал 70 psig және одан төмен болғанда ±2 psi шегінде болуын талап етеді.

Орнатылған қысымды реттеу клапанды қызметтен алу арқылы жүзеге асады. Клапан сертификатталған сынақ стендінде калибрленген қысым көзіне қарсы сынақтан өтеді.

1-қадам: Суық дифференциалдық түзету — Егер процестің жұмыс температурасы сынақ стендінің бөлме температурасынан айтарлықтай өзгеше болса, серіппенің қаттылығының температураға байланысты өзгеруін ескеру үшін температура түзету коэффициенті қолданылады. CDTP жұмыс орнатылған қысымнан осы түзету мөлшерімен өзгеше болады.

2-қадам: Серіппені реттеу — Орнатылған қысым серіппе қақпағындағы реттеу бұрандасын қатайту немесе босату арқылы өзгереді. Бұранда қатайтылғанда серіппе күші артып, орнатылған қысым көтеріледі. Әрбір төрттен бір бұрылыс орнатылған қысымды өндіруші белгілеген мөлшерде өзгертеді – әдетте 2–15 psi, серіппенің диапазонына байланысты.

3-қадам: Ашылу сынағы — Кіріс қысымын аз-аздан азот немесе сумен арттырыңыз. Диск көтерілгендегі және қайта жабылғандағы қысымды тіркеңіз. Екі мәннің де ASME рұқсат шегінде екеніне көз жеткізіңіз. Серіппелі клапандар үшін қайта жабылу қысымы орнатылған қысымнан әдетте 7–10% төмен болады.

4-қадам: Орын ағып кету сынағы — Қайта жабылғаннан кейін орнатылған қысымның 90%-ын қолданып, диск орнының жанында кемінде бір минут бойы көрінетін ағып кету жоқтығын растаңыз. Ағып кету орынның зақымдалғанын немесе ластанғанын білдіреді. Қажет болса, орынды және дискіні тегістеңіз немесе ауыстырыңыз.

5-қадам: Құлыптау және құжаттау — Сынақтан өткеннен кейін реттеу бұрандасының қақпағына құлыптау мөрін қойыңыз. Орнатылған қысым, сынақ күні, техник, сынақ жабдықтарының сериялық нөмірлері және келесі сынақ мерзімі туралы калибрлеу сертификатын шығарыңыз.

Қызметтегі тексеру және техникалық қызмет көрсету бағдарламасы

API ұсынылған тәжірибе 576 (Қысым төмендету құрылғыларын тексеру) тексеру аралықтары мен қабылдау критерийлерінің негізін береді. API 580-дің тәуекелге негізделген тексеру (RBI) әдістемесі коррозия жылдамдығы, қызметтің қаттылығы және клапанның тарихи өнімділігіне байланысты тексеру аралықтарын ұзарту немесе қысқартуға мүмкіндік береді.

Қысым төмендету клапандарының дәстүрлі тексеру аралығы жалпы көмірсутек қызметінде 5 жыл. Коррозиялық немесе ластанатын қызметтерде 2–3 жыл. Бу немесе таза азот сияқты таза коммуналдық қызметтерде клапандар RBI бағдарламасы аясында инженерлік негіздемемен 10 жылға дейінгі аралыққа ие болуы мүмкін.

Тексеру кезінде кездесетін жалпы ақау түрлері:

• Орыннан ағып кету — қызметтегі ең жиі кездесетін ақау. Коррозия, эрозия немесе процестік қалдықтар орын беттерін зақымдайды. Жеңіл зақым қолмен тегістеумен түзетілуі мүмкін. Ауыр зақым жаңа орын мен диск компоненттерін қажет етеді.
• Серіппенің коррозиясы және жарықтары — H2S немесе коррозиялық қызметтерде стресс коррозия жарықтары (SCC) серіппенің апатты сынуына әкелуі мүмкін. Серіппелерді шұңқырлар, коррозия және жарықтар үшін визуалды тексеру қажет. Көрінетін зақымдары бар серіппелерді ауыстырыңыз.
• Кіріс сопласының ластануы — полимерленетін сұйықтықтар, масштаб немесе кокс қалдықтары кіріс сопласын жартылай бітеп, нақты төмендету сыйымдылығын жобаланған мәннен төмендетеді. Ластанатын қызметтердегі клапандар қысқа тексеру аралықтарын және мүмкін жылытылатын немесе тазаланатын кіріс қосылымын талап етеді.
• Ашық қалып қою жағдайы — процестік қалдықтар релиз оқиғасынан кейін дискіні орнында ұстамауы себепті. Жартылай ашық клапан үздіксіз ағып, өнімді ысырап етеді және келесі артық қысым оқиғасына толық қорғаныс бермейді. Кез келген белгілі релиз оқиғасынан кейін әрқашан тексеріп, сынақтан өткізіңіз.

GE Oil and Gas (қазіргі Baker Hughes) компаниясының қысым төмендету клапандары оффшорлық және жоғары қысымды газ қолданбаларында NACE MR0175 талаптарына сай сутегі сульфидіне (H2S) төзімді қосалқы Duplex тот баспайтын болат компоненттерін қамтиды. Қышқыл газ қызметі үшін клапандарды таңдағанда, барлық сұйықтыққа тиетін металл бөлшектердің NACE қаттылығы мен материал талаптарына сай екеніне көз жеткізіңіз, бұл сульфидті стресс жарықтарын болдырмауға көмектеседі.

Қорытынды және іс-әрекетке кеңес

Қысым төмендету клапандары қызметкерлер мен зауыт активтерін қорғайды, бірақ тек дұрыс өлшенген, дұрыс орнатылған және үнемі техникалық қызмет көрсетілген жағдайда ғана. Барлық артық қысым жағдайлары үшін API 520 өлшем ережесін қолданыңыз – бір жағдайға өлшем жасап, қалғандарын консервативті деп есептемеу керек. API 576 бойынша құжатталған тексеру бағдарламасын орнатыңыз және RBI негіздемесімен аралықтарды ұзарту мүмкіндігін қарастырыңыз. Әр клапанды жоспарлы аралықта немесе белгілі релиз оқиғасынан кейін сынақтан өткізіңіз. Жоғары температуралы орнатулар үшін суық дифференциалдық сынақ қысымының түзетулерін тіркеңіз. Орыннан ағып кетуі бар клапанды қызметке қайтармаңыз – тіпті аз мөлшердегі үздіксіз ағып кету орынның зақымдалуын жылдамдатып, келесі артық қысым оқиғасынан кейін клапанның қайта жабылуына кедергі болады. Жақсы күтім жасалған PRV бағдарламасының құны бір жоспарланбаған ыдыстың жарылуы немесе процестің тоқтауының шығынынан әлдеқайда төмен.