Dimenzionisanje, testiranje i održavanje ventila za rasterećenje pritiska u procesnim postrojenjima

Uloga i vrste ventila za rasterećenje pritiska

Ventil za rasterećenje pritiska (PRV) je uređaj sa oprugom koji se automatski otvara kada pritisak na ulazu premaši unapred određenu vrednost. Ispušta fluid kako bi ublažio stanje prekomernog pritiska, a zatim se ponovo zatvara kada pritisak padne na nivo pritiska za zatvaranje. PRV štite posude pod pritiskom, izmenjivače toplote, cevovodne sisteme i pumpe od prekoračenja njihovih projektnih pritisnih granica.

• Konvencionalni ventil za rasterećenje sa oprugom: Najčešći tip. Opruga drži disk pritisnutim na sedište mlaznice. Osetljiv je na povratni pritisak u izduvnoj grani — povećanje povratnog pritiska smanjuje efektivni podešeni pritisak i može izazvati podrhtavanje.
• Ventil za rasterećenje sa izbalansiranim mehom: Izoluje komoru opruge od izduvne strane pomoću fleksibilnog meha. Podnosi promenljiv ili superponirani povratni pritisak do 50% podešenog pritiska. Preferiran je za korozivne uslove i situacije sa značajnim nakupljenim povratnim pritiskom.
• Ventil za rasterećenje sa pilot upravljanjem (PORV): Koristi pritisak sistema da drži glavni klip zatvorenim. Može se podesiti unutar 5% radnog pritiska bez lažnog otvaranja ili podrhtavanja. Široko se koristi u visokopritisnim i visokokapacitetnim gasnim servisima.

Precizno praćenje pritiska na ulazu je ključno za sisteme zaštite PRV. Yokogawa EJA530E merač pritiska pruža visokoprecizno merenje pritiska neophodno za praćenje radnog pritiska posude u odnosu na podešeni pritisak PRV u procesnim postrojenjima.

Osnove dimenzionisanja prema API 520 i ASME kodu

Premali ventili za rasterećenje ne mogu dovoljno brzo osloboditi dizajnirani prekomerni pritisak. Preveliki ventili podrhtavaju — brzo se otvaraju i zatvaraju, što oštećuje sedište i disk i izaziva prevremeno curenje. Primarni standard za dimenzionisanje je API Standard 520 (Dimenzionisanje, izbor i instalacija uređaja za rasterećenje pritiska). Prateći standard, API 526, definiše ocene prirubnica, oznake otvora i standardne veličine ulaza/izlaza.

Osnovna jednačina za dimenzionisanje protoka tečnosti određuje potrebnu efektivnu površinu otvora A:

Za tečni servis: A = Q / (38 × Kd × Kw × Kc × √(ΔP / G))

Gde je Q zapreminski protok (US gal/min), Kd efektivni koeficijent protoka (obično 0,65 za tečni servis), Kw faktor korekcije povratnog pritiska, Kc kombinovani korekcioni faktor za ugradnju sigurnosnog diska, ΔP je pritisna razlika pri podešenim uslovima (psi), a G je specifična gustina u odnosu na vodu. Za gasni i parni servis, u jednačinu ulaze faktor kompresibilnosti Z i odnos specifičnih toplota k, a pre primene formule mora se odrediti da li je protok kritičan ili podkritičan.

ASME Sekcija VIII dozvoljava zaštitu posuda na 110% MAWP za pojedinačnu ugradnju ventila za rasterećenje, ili na 116% za zaštitu u slučaju požara sa dva ventila. Prekomerni pritisci koji se moraju uzeti u obzir uključuju: blokirani izlaz, kvar povratnog toka, spoljašnji požar, pucanje cevi u izmenjivačima toplote, termalno širenje blokiranih tečnosti i scenarije kvara korisnih sistema. Emerson-ove linije proizvoda Anderson Greenwood i Crosby pokrivaju pun spektar konvencionalnih, izbalansiranih mehovih i pilot upravljanih ventila za API procesni servis.

Podešavanje i verifikacija podešenog pritiska

ASME kod zahteva da stvarni hladni diferencijalni test pritiska (CDTP) bude u okviru ±3% od nazivne vrednosti podešenog pritiska za pritiske iznad 70 psig, i u okviru ±2 psi za pritiske na ili ispod 70 psig. Podešavanje pritiska zahteva uklanjanje ventila iz rada radi testiranja na sertifikovanoj testnoj stanici.

• Korak 1 — Korekcija hladnog diferencijala: Ako se radna temperatura procesa značajno razlikuje od temperature na testnoj klupi, primeniti faktor korekcije temperature zbog promene karakteristike opruge sa temperaturom.
• Korak 2 — Podešavanje opruge: Podesiti podešeni pritisak zatezanjem ili otpuštanjem šrafa za podešavanje na poklopcu opruge. Zatezanjem se povećava podešeni pritisak. Svaki četvrtokret obično menja pritisak za 2–15 psi u zavisnosti od opsega opruge.
• Korak 3 — Test otvaranja: Polako primeniti ulazni pritisak koristeći azot ili vodu. Zabeležiti pritisak pri kojem se disk podiže i pritisak zatvaranja pri kojem se disk ponovo zatvara. Proveriti da li su obe vrednosti u okviru ASME tolerancije. Za ventile sa oprugom, pritisak zatvaranja je obično 7–10% ispod podešenog pritiska.
• Korak 4 — Test curenja sedišta: Nakon zatvaranja, primeniti 90% podešenog pritiska i potvrditi da nema vidljivog curenja na sedištu diska najmanje jedan minut. Curenje ukazuje na oštećenje sedišta ili kontaminaciju. Izbrusiti ili zameniti sedište i disk po potrebi.
• Korak 5 — Pečat protiv neovlašćenog podešavanja i dokumentacija: Nakon uspešnog testa, naneti pečat koji pokazuje da nije bilo neovlašćenog podešavanja preko poklopca šrafa za podešavanje. Izdati sertifikat kalibracije sa zabeleženim podešenim pritiskom, datumom testa, tehničarem, serijskim brojevima testne opreme i sledećim rokom za test.

Program inspekcije i održavanja u radu

API Preporučena praksa 576 (Inspekcija uređaja za rasterećenje pritiska) pruža okvir za intervale inspekcije i kriterijume prihvatanja. Metodologija inspekcije zasnovane na riziku (RBI) iz API 580 omogućava postrojenjima da produže ili skrate intervale inspekcije na osnovu stope korozije, težine uslova rada i istorijskog učinka ventila. Konvencionalni intervali inspekcije za ventile u opštem ugljovodonikovom servisu su 5 godina. Korozivni ili uslovi sa začepljenjem zahtevaju intervale od 2–3 godine. Ventili u čistom pomoćnom servisu mogu imati intervale do 10 godina u okviru RBI programa sa dokumentovanim inženjerskim opravdanjem.

• Curenje sedišta: Najčešći kvar u radu. Korozija, erozija ili procesni naslage oštećuju brušene površine sedišta. Manja oštećenja sedišta mogu se ispraviti ručnim brušenjem. Ozbiljna oštećenja zahtevaju nove komponente sedišta i diska.
• Korozija i pucanje opruge: Pucanje usled naprezanja korozijom (SCC) u H2S ili korozivnim uslovima može izazvati katastrofalni kvar opruge. Opruge se moraju vizuelno pregledati na prisustvo udubljenja, korozije i pukotina. Zameniti opruge sa bilo kakvim vidljivim oštećenjima.
• Začepljenje ulazne mlaznice: Polimerizujući fluidi, kamenac ili naslage koksa delimično blokiraju ulaznu mlaznicu, smanjujući stvarni kapacitet rasterećenja ispod projektovanog. Ventili u uslovima sa začepljenjem zahtevaju kraće intervale inspekcije i moguće grejanu ili pročišćavanu ulaznu vezu.
• Stanje zaglavljenog otvaranja: Izazvano procesnim naslagama koje drže disk podignutim nakon događaja rasterećenja. Delimično otvoren ventil curi kontinuirano, troši proizvod i ne pruža punu zaštitu pri sledećem prekomernom pritisku. Uvek izvršiti inspekciju i testiranje na klupi nakon poznatog događaja rasterećenja.

Ventili za rasterećenje pritiska GE Oil and Gas (sada Baker Hughes) koji se koriste u offshore i visokopritisnim gasnim aplikacijama uključuju komponente od duplex nerđajućeg čelika posebno dizajnirane za usluge sa sumporovodoničnim gasom (H2S) u skladu sa NACE MR0175 standardom. Prilikom izbora ventila za usluge sa kiselim gasom, proveriti da li svi metalni delovi u kontaktu sa fluidom ispunjavaju NACE zahteve za tvrdoću i materijal kako bi se sprečilo pucanje usled sulfida.

Zaključak i preporuke za akciju

Ventili za rasterećenje pritiska štite i osoblje i imovinu postrojenja, ali samo ako su pravilno dimenzionisani, pravilno podešeni i redovno održavani. Primijeniti API 520 disciplinu dimenzionisanja za sve scenarije prekomernog pritiska. Uspostaviti dokumentovani program inspekcije prema API 576 sa RBI opravdanjem za produžene intervale. Testirati svaki ventil na klupi u predviđenom intervalu ili nakon poznatog događaja rasterećenja. Beležiti korekcije hladnog diferencijalnog testa za svaku instalaciju na visokim temperaturama. Nikada ne vraćati ventil u rad sa curenjem sedišta — čak i mala kontinuirana curenja ubrzavaju oštećenje sedišta i na kraju sprečavaju ponovno zatvaranje ventila nakon sledećeg prekomernog pritiska. Dobro održavan program PRV košta samo deo cene jedne neplanirane rupture posude ili zaustavljanja procesa.

Autor: Liu Mingzhe je inženjer industrijske automatizacije sa preko 10 godina iskustva u PLC, DCS i kontrolnim sistemima.