Сравните схемы с одним и двумя PSV с точки зрения резервирования, распределения пропускной способности, обслуживания при резерве и общей обвязки — и определите, что необходимо уточнить до запроса коммерческого предложения.
Схема с двумя PSV не обязательно представляет собой резервированную версию схемы с одним PSV.
Второй клапан может служить резервным для обеспечения возможности технического обслуживания, быть ещё одним действующим клапаном, чья пропускная способность учитывается при обеспечении требуемого сброса, либо входить в состав системы со ступенчатым срабатыванием нескольких устройств.
Эти назначения не взаимозаменяемы.
Поэтому проектную проверку следует начинать с функции защиты, а не с числа клапанов. Если пропускная способность второго PSV учитывается,
необходимо рассмотреть распределение требуемой пропускной способности между устройствами,
их сертифицированную пропускную способность и применимые требования к давлению для схемы с несколькими устройствами. Если второй клапан резервный, ключевыми становятся переключение,
отсечение и сохранение защиты при техническом обслуживании. Если клапаны подключены к общему входному коллектору или общему сбросному коллектору,
общие трубопроводы могут делать работу клапанов взаимозависимой, несмотря на наличие двух отдельных корпусов.
Само по себе наличие двух клапанов сброса давления на P&ID не показывает, какая пропускная способность принимается в расчёт, что произойдёт при недоступности одного устройства и являются ли два тракта гидравлически независимыми.
Поэтому полезно сравнивать не просто
один PSV и два PSV. Вопрос заключается в другом: какую функцию должен выполнять второй PSV и
какие части системы защиты вследствие этого изменяются?
Зачем нужен второй PSV?
Прежде чем рассчитывать или специфицировать систему с двумя PSV, определите назначение второго устройства.
Три схемы, которые на упрощённом чертеже могут одинаково выглядеть как «два PSV», в действительности ставят разные инженерные задачи.
Рабочий и резервный клапаны. Один PSV образует действующий тракт сброса давления,
а второй предусматривается, чтобы первый можно было осматривать или обслуживать при надлежащей схеме переключения. Инженерная цель — обеспечить доступность пригодного тракта сброса,
а не автоматически увеличить требуемую пропускную способность.
Несколько действующих PSV. Пропускная способность обоих устройств учитывается при обеспечении требуемого сброса для защищаемой системы. Если один клапан вывести из работы,
оставшейся учитываемой пропускной способности может не хватить для требуемого сброса,
если проектом специально не предусмотрен запас.
Ступенчатый сброс несколькими устройствами. В защите участвует более одного устройства, но они не обязательно
начинают сброс при одинаковых давлениях. Любая схема со ступенчато заданными
давлениями срабатывания должна соответствовать применимым нормам проектирования и принятой проектной
основе; эта статья не заменяет такую проверку универсальным процентным правилом.
Эти схемы не взаимозаменяемы. Для схемы «рабочий/резервный» главное —
доступность защиты во время обслуживания. Для схемы с несколькими действующими устройствами —
способ обеспечения требуемой пропускной способности. При ступенчатом срабатывании возникает ещё один вопрос:
как устройства должны последовательно включаться в работу по мере повышения давления.
На практике анализ защиты от избыточного давления, технические паспорта клапанов,
перечень давлений настройки, P&ID и принятая концепция эксплуатации и обслуживания должны быть согласованы. Если на схеме обозначены «2 PSV», но в расчёте не указано,
учитывается ли пропускная способность обоих, архитектура защиты остаётся неопределённой.
Первый проектный вопрос: если убрать второй PSV со схемы,
какая необходимая функция будет утрачена?
- Полная требуемая пропускная способность может перестать обеспечиваться.
- Техническое обслуживание может оказаться невозможным при сохранении действующего тракта сброса.
- Предусмотренная стратегия ступенчатого сброса перестанет действовать.
- Ни одна существенная функция не будет утрачена; в таком случае назначение второго устройства следует пересмотреть.
Ответ определяет, какие проектные проверки необходимы далее.
Действительно ли два PSV обеспечивают резервирование?
Само по себе — нет.
В этой статье функциональное резервирование означает,
что назначенная функция защиты от избыточного давления сохраняется при недоступности одного устройства сброса,
при этом сохраняются требуемая пропускная способность и действующий тракт сброса, а также соблюдаются применимые проектные или нормативные условия. Это критерий инженерной предварительной оценки в рамках статьи, а не классификация API или
ASME.
Самая быстрая проверка — мысленно вывести один PSV из работы и задать вопросы:
- Какую функцию защиты выполняло это устройство?
- Какой пригодный тракт сброса остаётся подключённым?
- Обеспечивает ли оставшаяся схема требуемую пропускную способность для рассматриваемого режима?
- Остаётся ли приемлемым входной тракт?
- Остаётся ли приемлемым сбросной тракт?
- Допускают ли применимые нормы и проектные требования такое эксплуатационное состояние?
Если эти вопросы остаются нерешёнными, наличие двух установленных клапанов недостаточно для признания схемы резервированной.
Совместное обеспечение пропускной способности — не то же самое, что её резерв. Если два действующих PSV вместе обеспечивают требуемый сброс,
при доступности обоих схема может удовлетворять требованиям,
но после вывода одного устройства — уже нет. В этом случае устройств сброса несколько, однако полноценный резерв пропускной способности автоматически не возникает.
Схема с рабочим и резервным клапанами может сохранять альтернативный тракт сброса, но при этом устройства могут иметь общий штуцер аппарата,
входной коллектор,
переключатель, расположенный ниже по потоку трубопровод или общий сбросной коллектор. Эти общие элементы создают потенциальные общие зависимости и должны учитываться при оценке резервирования.
Таким образом, дублирование корпусов клапанов не означает дублирование всего тракта защиты.
Более полезный вопрос о резервировании: какая необходимая функция сохраняется при отказе или отсечении одного устройства?
Когда два действующих PSV совместно обеспечивают требуемую пропускную способность
Когда пропускная способность обоих PSV учитывается для обеспечения требуемого сброса,
проектная задача меняется. Требуемая производительность сброса определяется защищаемым оборудованием и рассматриваемым сценарием превышения давления,
а не выбором одного или двух клапанов.
API 520 Часть I
рассматривает расчет и выбор устройств сброса давления, тогда как
API 520 Часть II
— их установку.
API 521
охватывает систему сброса и снижения давления в целом.
ASME BPVC Раздел XIII
охватывает защиту от избыточного давления, включая устройства сброса давления, пропускную способность, совместное применение устройств и установку.
Отсюда следует правильная последовательность: требуемая производительность сброса → учитываемая схема устройств → учитываемый вклад
каждого устройства в пропускную способность → основа назначения давлений настройки → проверка системы после установки. Это не означает, что требуемую производительность можно
просто разделить на число клапанов.
| Проектный вопрос | Что должно быть установлено | Не предполагайте |
|---|---|---|
| Требуемая пропускная способность | Требуемый сброс для определяющего расчётного случая | Два клапана означают удвоенную требуемую пропускную способность |
| Вклад в пропускную способность | Учитываемая пропускная способность каждого устройства | Распределение 50/50 по умолчанию |
| Основа назначения давлений настройки | Применимая схема с несколькими устройствами | Оба устройства всегда должны иметь одинаковые давления настройки |
| Состояние при недоступности одного устройства | Пропускная способность, сохраняющаяся в этом состоянии | Любой из PSV автоматически обеспечивает весь требуемый сброс |
| Установка | Фактические условия на входе и выходе | Правильный расчёт клапана гарантирует правильность всей системы |
Общедоступные материалы National Board по устройствам сброса давления
различают установки, в которых необходимая пропускная способность достигается с помощью нескольких PRD. В них также отражено,
что для дополнительных устройств применимые нормы проектирования могут допускать иные условия назначения давлений настройки.
Конкретные пределы по-прежнему зависят от действующих норм и проектных требований.
Не принимайте распределение пропускной способности 50/50 как исходное допущение. Равное распределение может быть результатом конкретного проекта,
но не должно служить общим инженерным правилом. Аналогично нельзя предполагать, что каждый клапан рассчитан на полный определяющий случай сброса,
если это прямо не предусмотрено проектной основой.
Давление настройки, превышение давления над настройкой, накопление давления и перепад между давлением открытия и повторного закрытия (blowdown) — взаимосвязанные, но разные понятия.
Давление настройки — заданное давление на входе, связанное с установленной характеристикой открытия клапана; blowdown обозначает разницу между давлениями открытия и повторного закрытия.
В схеме с несколькими устройствами эти понятия нельзя сводить к одному «запасу» или универсальному проценту.
Допустимые соотношения определяются применимыми нормами и проектной основой.
Подробные определения приведены в отдельном руководстве по давлению настройки, на которое дана ссылка.
Установленная и требуемая пропускная способность — тоже разные величины. Система может иметь установленную пропускную способность
выше требуемой либо использовать суммарную пропускную способность двух устройств для выполнения требования.
Подтверждённые данные о пропускной способности важнее номинального присоединительного размера: ресурс National Board
NB-18 pressure-relief-device certification database
обеспечивает прослеживаемость сертифицированных сведений об устройствах и их пропускной способности для соответствующих сертифицированных конструкций.
Подробный порядок проверки пропускной способности: см.
Руководство по расчету предохранительных клапанов и сертифицированной пропускной способности.
Как схема «рабочий/резервный» меняет проектирование отсечения и обслуживания
Схема с рабочим и резервным клапанами решает другую задачу.
Второй PSV предназначен для сохранения доступного тракта сброса во время проверки, обслуживания или иного вывода первого устройства из работы.
Поэтому вместо распределения пропускной способности проектная проверка сосредотачивается на управлении трактами защиты в различных эксплуатационных состояниях.
Промышленные переключающие устройства предназначены для переключения между действующим и резервным PRD с сохранением
тракта защиты от избыточного давления. Например,
Emerson документирует такую архитектуру
для своей переключающей системы. Этот пример подтверждает существование подобного решения, но не доказывает,
что любая установка с двумя PSV допускает обслуживание без остановки процесса.
Нормальная работа. Установите, какой PSV действует и каков его полный входной и выходной тракт.
Переключение. Определите, как защита передаётся от одного устройства к другому,
как однозначно устанавливается действующий тракт и может ли схема переключения создать недопустимое состояние.
Техническое обслуживание. После отсечения одного устройства проверьте, что оставшаяся действующая схема по-прежнему выполняет назначенную ей функцию защиты. Проверка должна охватывать действующий клапан,
переключающий тракт,
потери давления на входе и сбросную систему, а не только физическое наличие второго клапана.
Возврат в эксплуатацию. Уточните,
как вернуть обслуженное устройство в работу без непреднамеренного положения клапана или отсечной арматуры;
до повторного учёта устройства в составе защиты убедитесь в полноте записей об обслуживании и необходимой документации по испытаниям и настройке.
Поэтому переключающее или отсечное устройство — часть проекта системы сброса давления, а не второстепенная принадлежность трубопровода.
Общедоступные рекомендации National Board по PRD
иллюстрируют вопросы инспекции переключающих схем и отсечения, тогда как
API 520 Часть II
отдельно рассматривает установку PRD.
Действующее издание NBIC
включает отдельную часть 4, посвящённую устройствам сброса давления. Открытые материалы комитетов полезны для понимания
инженерных вопросов, но не заменяют проверку действующей принятой редакции норм, требований владельца,
спецификации проекта и требований юрисдикции перед согласованием схемы с отсечением или переключением.
Если необходимость схемы «рабочий/резервный» уже подтверждена, можно перейти к следующим страницам продукции:
Сдвоенные предохранительные клапаны и
Переключаемые предохранительные клапаны
для коммерческого выбора конфигурации.
Как общие входные и сбросные трубопроводы влияют на систему с двумя PSV
Два отдельных PSV не обязательно образуют два гидравлически независимых тракта защиты.
Это особенно заметно при наличии общих трубопроводов до или после клапанов.
Общий вход или входной коллектор
Несколько устройств сброса давления на общем входном коллекторе не всегда можно оценить, проанализировав один клапан
и просто распространив результат на остальные. В рецензируемом
исследовании журнала Process Safety Progress об общих входных коллекторах
моделируются потоки через каждое устройство, а не применяется упрощение по одному клапану.
Если через общий вход могут пропускать среду несколько PSV, необходимо оценить гидравлические условия фактической схемы
с несколькими устройствами. Для этого общее присоединение, коллектор и отдельные отводы рассматривают
как единую установленную входную систему.
Общий коллектор не является автоматически недопустимым решением.
Важно, что клапаны гидравлически связаны общим трактом.
Потери давления на входе могут влиять на устойчивость и характеристики PRD, поэтому нельзя без проверки считать, что схема, приемлемая для одного тракта сброса, останется приемлемой после добавления второго действующего тракта.
При проверке установки недостаточно выяснить, способен ли каждый PSV обеспечить нужный расход.
Нужно также определить фактические входные условия каждого устройства при достоверно возможной конфигурации сброса.
Общий сбросной коллектор
Тот же принцип действует на выходе. Если несколько PSV сбрасывают среду в закрытый общий коллектор, их потоки влияют
на давление в системе после клапанов.
API 521
рассматривает системы сброса и снижения давления в целом, а не как набор независимых клапанов.
Поэтому при проверке коллектора необходимо учитывать реально возможное сочетание работающих устройств сброса,
а не только размер выхода одного клапана. Возникающее при сбросе противодавление определяется системой,
а его воздействие на выбранный PRV зависит от конструкции клапана и фактических условий на выходе. Изменение коллектора может потребовать повторной проверки как гидравлического расчёта трубопроводов,
так и пригодности клапана.
Подробное объяснение влияния давления на выходе на пружинные клапаны приведено в
руководстве «Противодавление в пружинных предохранительных клапанах».
Здесь важен принцип построения системы: общая сбросная система может связывать устройства, которые в остальном
выглядят раздельными.
Корпуса двух PSV могут быть раздельными, тогда как входной штуцер, переключатель, коллектор или сбросной трубопровод остаются общими.
Поэтому схему с двумя устройствами нельзя называть полностью независимой, пока не определены фактические общие участки трактов.
Как выбрать между одним и двумя PSV до направления запроса предложения
Начинайте с требований к защите, а не с желаемого числа закупаемых клапанов.
Схема с одним PSV остаётся возможным вариантом, если одно устройство, соответствующее применимым требованиям, может выполнять заданную функцию защиты,
принятая концепция эксплуатации и технического обслуживания не требует альтернативного действующего тракта сброса давления,
а фактическая схема входного и выходного трубопроводов является приемлемой.
Схему «рабочий/резервный» следует рассмотреть, когда во время недоступности одного устройства из-за проверки или технического обслуживания
требуется альтернативный тракт сброса давления.
Схему с несколькими действующими PSV следует рассмотреть, когда пропускная способность более одного устройства намеренно учитывается для обеспечения требуемой пропускной способности при сбросе давления
либо эти устройства входят в утверждённую схему ступенчатой защиты от избыточного давления.
| Проектная потребность | Рассматриваемая архитектура | Основной инженерный вопрос |
|---|---|---|
| Одно устройство способно выполнять назначенную функцию защиты | Один PSV | Может ли одно соответствующее требованиям устройство вместе с установленными трубопроводами удовлетворить всей проектной основе? |
| При обслуживании одного устройства защита должна оставаться доступной | Рабочий/резервный | Сохраняет ли переключение приемлемый действующий тракт сброса во всех необходимых состояниях? |
| Более одного устройства участвует в обеспечении требуемой пропускной способности | Несколько действующих PSV | Как учитывается пропускная способность и какие требования к давлению действуют для нескольких устройств? |
| Предусмотрено ступенчатое срабатывание | Несколько устройств со ступенчатым срабатыванием | Какова необходимая последовательность срабатывания и вклад каждого устройства в пропускную способность? |
| Устройства используют общие элементы входных или выходных трубопроводов | Любая применимая архитектура | Приемлемы ли гидравлические условия общих трактов для реально возможных рабочих режимов и случаев сброса? |
Основа защиты. Укажите защищаемое оборудование или систему, определяющий сценарий либо сценарии сброса,
требуемую пропускную способность,
сбрасываемую среду и соответствующие условия сброса, а также применимые нормы проектирования и спецификацию проекта.
Назначение второго PSV. Укажите,
нужен ли он для резервной готовности, дополнительной пропускной способности,
ступенчатого сброса или иной прямо определённой функции защиты. Не ограничивайтесь записью «количество: 2».
Основы давления. Укажите принятые в проекте требования к давлению настройки, предусмотренное соотношение настроек нескольких устройств
и предельное давление оборудования, относительно которого проверяется защита. Подробные определения давления настройки,
превышения давления над настройкой, накопления давления и перепада между открытием и повторным закрытием приведены в
«Руководстве по давлению настройки, превышению давления и перепаду закрытия предохранительных клапанов».
Входная схема. Укажите, имеют ли клапаны отдельные или общие входы,
конфигурацию штуцеров и коллекторов, реально возможные пути потока и основу расчёта потерь давления при установке.
Сбросная схема. Укажите, производится ли сброс в атмосферу или в закрытую систему,
используется ли общий коллектор, на какой основе оценивается противодавление и какие устройства могут реально сбрасывать одновременно.
Обслуживание и отсечение. Уточните,
требуется ли снимать один PSV при продолжающейся работе оборудования, предусмотрено ли переключающее устройство,
как определяется и поддерживается действующий тракт сброса и какая документация по осмотру и ремонту требуется проектом или юрисдикцией.
Материалы и герметичность седла. Укажите рабочую среду, температуру,
загрязнения и коррозионные факторы, способные повлиять на детали проточной части, контактирующие со средой,
материалы седла и уплотнений, а при наличии — на пилотные и вспомогательные компоненты. Если проект предусматривает критерий приемки по герметичности седла,
отдельно задайте основу испытаний и документального подтверждения, не смешивая её с сертификацией пропускной способности: герметичность седла и пропускная способность характеризуют разные свойства.
Подтверждения поставщика. Попросите поставщика подтвердить применимые к проекту сведения по предлагаемому устройству и схеме. В зависимости от проекта это могут быть выбранная конфигурация, документально подтверждённая или сертифицированная пропускная способность,
пределы давления и температуры, пригодность материалов,
допустимость противодавления,
схема присоединений, требования к герметичности седла и необходимая документация.
Эти требования сами по себе не подтверждают пригодность какой-либо конкретной модели ZOBAI или конкретной сертификации для данного проекта.
Возможности продукции должны быть отдельно подтверждены для фактического проекта.
Выбирайте архитектуру только после того, как определите назначение второго PSV,
сохраняемую защиту при недоступности одного устройства и общие элементы входных или выходных трактов.
Основа расчёта сброса уже определена, но окончательная схема PSV ещё не выбрана?
Направьте сведения о защищаемом оборудовании, сценарии сброса,
требуемой пропускной способности, основе назначения давления настройки, входных и выходных трубопроводах и требованиях к обслуживанию для инженерной оценки выбора.
Часто задаваемые вопросы о схемах с одним и двумя PSV
Всегда ли схема с двумя PSV является резервированной?
Нет.
Два установленных PSV могут работать по схеме «рабочий/резервный», совместно обеспечивать требуемую пропускную способность как два действующих устройства или входить в схему ступенчатого сброса.
Называть схему резервированной можно лишь после определения функции защиты, которая должна сохраняться при недоступности одного устройства, и подтверждения того, что оставшаяся пропускная способность и тракт сброса отвечают применимой проектной основе.
Можно ли просто разделить требуемую пропускную способность между двумя PSV поровну — 50/50?
Не используйте распределение 50/50 как правило по умолчанию.
Сначала определите требуемую пропускную способность для определяющего случая, затем установите, какая сертифицированная или документально подтверждённая пропускная способность каждого устройства учитывается в соответствии с применимыми нормами проектирования и проектной основой.
Равное распределение может оказаться результатом проекта, но не заменяет расчёт и проверку выбора устройств.
Можно ли отсечь один PSV для обслуживания без остановки процесса?
Только если утверждённая схема «рабочий/резервный» или переключения сохраняет необходимый действующий тракт сброса, а применимые нормы проектирования,
спецификация проекта, процедуры владельца и требования юрисдикции допускают такое эксплуатационное состояние. Переключатель,
входной тракт, потери давления и сбросной тракт также должны быть учтены при проверке установки.
Должны ли оба PSV иметь одинаковое давление настройки?
Не во всех случаях.
В системах с несколькими устройствами допустимые соотношения давлений настройки могут различаться в зависимости от применимых норм проектирования и проектной основы.
Следует проверять конкретное действующее требование, а не переносить универсальный процент из другого проекта или статьи.
Влияет ли общий сбросной коллектор на проектирование системы с двумя PSV?
Да, может влиять.
Общий коллектор создаёт общие условия давления после клапанов, поэтому необходимо проверить реально возможные сочетания работающих устройств сброса и соответствующее противодавление.
Последующие изменения коллектора или сценариев одновременного сброса могут потребовать повторной проверки пригодности клапанов и гидравлического расчёта сбросной системы.
Что включить в запрос предложения для схемы с одним или двумя PSV?
Предоставьте сведения о защищаемом оборудовании, определяющем сценарии сброса, требуемой пропускной способности, сбрасываемой среде и условиях,
основе назначения давлений настройки, назначении второго PSV, входной схеме и коллекторах,
месте отвода сброса и основе оценки противодавления, требованиях к обслуживанию и переключению, применимых нормах и спецификации проекта,
а также о подтверждениях пропускной способности, материалов, герметичности седла и документации, которые ожидаются от поставщика.
