Предохранительные клапаны высокого противодавления для факельных коллекторов, скрубберов, закрытых сбросов и линий возврата
Предохранительные клапаны высокого противодавления защищают сосуды под давлением, реакторы, компрессоры, теплообменники, емкости для хранения, трубопроводы и блочные системы, когда выход ПСК сбрасывается в систему с переменным или избыточным давлением. Правильный выбор начинается с давления настройки, требуемой производительности, наложенного противодавления, нарастающего противодавления, общего противодавления, постоянного или переменного давления на выходе, фазы среды, температуры сброса, допустимого избыточного давления, конструкции напорного коллектора, перепада давления на факеле или скруббере, совместимости материалов и выбора типа клапана между традиционными пружинными, сильфонными уравновешенными и пилотными предохранительными клапанами.
Где используются предохранительные клапаны высокого противодавления
Высокое противодавление возникает, когда выходной патрубок клапана не может свободно сбрасывать среду в атмосферу. Давление в выходном патрубке может существовать до открытия клапана или нарастать во время сброса из-за сопротивления в напорном трубопроводе, нагрузки на факельный коллектор, перепада давления в скруббере, давления системы рекуперации паров или сопротивления при возврате жидкости.
Системы сброса давления в факельный коллектор
Используется на нефтеперерабатывающих, нефтехимических заводах, СПГ-терминалах, газовых установках и морских объектах. Несколько ПСК могут сбрасывать среду в один факельный коллектор, создавая переменное противодавление при одновременном сбросе или сбросе давления в системе.
Сброс давления в скруббере и абсорбере
Используется для сброса токсичных, кислых газов, хлора, аммиака, паров растворителей и коррозионных газов. Уровень жидкости в скруббере, перепад давления на насадке, загрязнение демистера и аварийный расход могут увеличивать противодавление на выходе ПСК.
Закрытые вентиляционные линии и линии рекуперации паров
Используется там, где выбросы, легковоспламеняющиеся пары или токсичные газы не могут быть сброшены непосредственно в атмосферу. При выборе клапана следует учитывать нормальное давление в коллекторе, давление при нештатной ситуации, конденсацию, образование жидкостных карманов и пропускную способность коллектора.
Системы возврата жидкости и закрытого дренажа
Используется для сброса давления на выходе насоса, термосифонного сброса, на установках дозирования химикатов, линиях возврата СУГ и установках перекачки жидкостей. Статический напор в линии возврата, давление в резервуаре и потери на трение могут создавать противодавление.
Сброс давления на компрессорах и газовых установках
Используется на выходе компрессора, в межступенчатых ресиверах, на установках топливного газа, водородных установках и станциях редуцирования давления. Давление в коллекторе и пульсации могут влиять на стабильность, герметичность и повторное закрытие клапана.
Системы сброса давления в реакторах и химических установках
Используется, когда ПСК реактора сбрасывают в конденсатор, гасильный бак, скруббер, на факел или в закрытую систему сбора. Необходимо совместно рассматривать двухфазный поток, вспенивание, загрязнение и переменное противодавление.
Тип клапана должен выбираться после определения противодавления
Одинаковое давление настройки и производительность могут требовать различных конструкций клапана в зависимости от поведения давления на выходе. Перед выбором стандартного, сильфонного уравновешенного или пилотного предохранительного клапана противодавление следует разделить на наложенное, нарастающее и общее противодавление.
Наложенное противодавление
Наложенное противодавление существует на выходе клапана до его открытия. Оно может быть постоянным, например, стабильное давление в закрытом коллекторе, или переменным, например, давление в факельном коллекторе, которое изменяется при срабатывании других предохранительных устройств.
Возникающее противодавление
Нарастающее противодавление возникает после открытия клапана из-за потока через выходной трубопровод, напорный коллектор, глушитель, скруббер, факельную линию, линию возврата или систему очистки. Оно увеличивается с расходом сброса.
Общее противодавление
Общее противодавление представляет собой сумму наложенного и нарастающего противодавления в условиях сброса. Это значение является ключевым для коррекции производительности клапана и выбора его типа.
Постоянное и переменное противодавление
Постоянное противодавление часто можно скорректировать изменением давления настройки или конфигурации клапана. Переменное противодавление сложнее, поскольку оно изменяется при аварийных ситуациях на установке, одновременном срабатывании нескольких клапанов, нагрузке на факел или работе скруббера.
Влияние на производительность и стабильность
Высокое противодавление может снизить эффективную производительность, замедлить открытие, повлиять на сброс давления, вызвать нестабильность или предотвратить правильное закрытие. Система сброса должна рассматриваться как часть выбора предохранительного клапана.
Выбор типа клапана
Стандартные пружинные предохранительные клапаны чувствительны к противодавлению. Сильфонные уравновешенные клапаны снижают влияние противодавления на давление открытия и пропускную способность. Предохранительные клапаны с пилотным управлением могут подходить для более высоких противодавлений или при узких рабочих диапазонах, если условия эксплуатации позволяют.
Примеры применения предохранительных клапанов для высокого противодавления с типичными данными для запроса коммерческого предложения
Эти примеры показывают, как требования к предохранительным клапанам (PSV) для высокого противодавления обычно описываются перед выбором модели. Окончательный расчет размеров должен быть подтвержден условиями процесса, расчетом сброса, данными выходной системы, стандартами проекта и инженерной проверкой.
Пример 1: Предохранительный клапан сосуда НПЗ, сброс в факельный коллектор
Переменное противодавление в факельном коллектореПредохранительный клапан, подключенный к факельной установке, не должен выбираться так, как если бы он сбрасывал в атмосферу. Переменное давление в головке факельной установки может изменить производительность и стабильность клапана, особенно при одновременных случаях сброса.
Случай 2: Предохранительный клапан реактора с кислотным газом к каустической скрубберной установке
Противодавление в скруббереПодключенные к скрубберу предохранительные клапаны (PSV) требуют гидравлической и химической проверки. Коррозионные пары, унос жидкости и перепад давления в скруббере могут повлиять на материал клапана, его производительность и надежность.
Кейс 3: Предохранительный клапан насоса, возвращающий поток в резервуар под давлением
Линия возврата жидкостиСброс жидкости в линию возврата может привести к значительному давлению на выходе. Давление в резервуаре, высота подъема и потери в трубопроводе должны быть учтены перед расчетом клапана.
Кейс 4: Предохранительный клапан на выходе компрессора в закрытый вент-коллектор
Сброс давления газового компрессораСброс давления компрессора чувствителен к пульсациям и давлению на выходе коллектора. Перед окончательным выбором необходимо рассмотреть стабильность клапана, поддержку выхода и рассеивание газа.
Кейс 5: Предохранительный клапан кипятильника, сбрасывающий в факел
Риск двухфазного сбросаСброс давления в кипятильнике может включать вскипание жидкости и двухфазный поток. Высокое противодавление может дополнительно снизить производительность, поэтому выходная система должна быть оценена с учетом случая сброса.
Случай 6: Термо предохранительный клапан в закрытый дренажный коллектор
Противодавление в закрытом дренажеТермо предохранительные клапаны небольшие, но давление на выходе все равно имеет значение. Если закрытый дренажный Header находится под давлением или изолирован, клапан может работать некорректно.
Конвенциональные, сильфонные уравновешенные и предохранительные клапаны с пилотным управлением для работы с противодавлением
| Тип клапана | Поведение при противодавлении | Типичное применение | Инженерные проверки | Основное преимущество | Риск при неправильном применении |
|---|---|---|---|---|---|
| Конвенциональный пружинный предохранительный клапан | Чувствителен к давлению на выходе; противодавление может влиять на давление открытия, пропускную способность и давление закрытия. | Атмосферный сброс или низкое, стабильное противодавление. | Наложенное давление, нарастающее давление, допустимое противодавление и перепад давления при закрытии. | Простая конструкция и широкая известность в эксплуатации. | Потеря производительности, смещение давления настройки, вибрация или отказ в закрытии при высоком противодавлении. |
| Уравновешенный сильфонный предохранительный клапан | Сильфон помогает уменьшить влияние противодавления на характеристики открытия. | Факельные линии, скрубберы, закрытые вентиляционные системы и работа с переменным противодавлением. | Материал сильфона, вентиляция сильфона, коррозия, усталость, выходное давление и индикация разрыва. | Лучшая стабильность по сравнению с обычным клапаном во многих случаях с противодавлением. | Коррозия сильфона, усталостное разрушение или небезопасный сброс при неправильной установке. |
| Предохранительный клапан с пилотным управлением | Может работать при более высоком противодавлении в подходящих чистых средах и обеспечивает узкий рабочий диапазон. | Газовые среды, системы высокого давления, задачи большой производительности и применения, требующие герметичного перекрытия. | Чистота среды, линия пилотного зондирования, обмерзание, засорение, обратный поток, мягкое седло и план технического обслуживания. | Высокая производительность, герметичное перекрытие и хорошая работа в отдельных применениях с высоким противодавлением. | Засорение пилота, проблемы с линией зондирования или непригодность для грязных, вязких или полимеризующихся сред. |
| Разрывная мембрана плюс ПСК | Необходимо тщательно учитывать противодавление и давление в межседельном пространстве. | Коррозионные, токсичные, липкие или отлагающие среды перед предохранительным клапаном. | Давление разрыва мембраны, коэффициент комбинированной производительности, мониторинг давления и данные напорного коллектора. | Защищает клапан от коррозионных или отлагающих технологических сред. | Незамеченная утечка через мембрану, снижение производительности или некорректный мониторинг давления. |
| Клапан термосифонного сброса | Давление на выходе может препятствовать сбросу, если давление в напорном или дренажном коллекторе слишком высокое. | Заблокированные жидкостные линии, теплообменники, секции нагнетания насосов и трубопроводы криогенных жидкостей. | Статический напор, противодавление, расширение жидкости, давление настройки и утечка через седло. | Компактная защита от запертого расширения жидкости. | Заблокированный обратный путь, избыточное давление в запертом жидкостном участке или непрерывная утечка. |
| Модулирующий пилотный клапан | Может ограничивать поток сброса в соответствии с потребностью и снижать нагрузку на коллектор в соответствующих применениях. | Крупные газовые системы, резервуары для хранения, технологические газы и случаи с большим запасом рабочего давления. | Чистота процесса, стабильность, диапазон регулирования, защита пилота и изменение давления в коллекторе. | Снижение потерь продукта и более плавное поведение при сбросе в выбранных применениях. | Нестабильная работа, если условия процесса, трубопровода или пилота не подходят. |
Как правильно подобрать предохранительный клапан с противодавлением
1. Определите защищаемое оборудование и давление настройки
Начните с максимального допустимого рабочего давления защищаемого оборудования, расчетного давления, давления настройки, допустимого избыточного давления и сценария сброса. Анализ противодавления не может заменить основное требование о том, что клапан защищает границу самого низкого давления.
2. Разделение наложенного и нарастающего противодавления
Укажите существующее давление в выходном коллекторе до сброса и расчетное давление на выходе во время сброса. Разделите постоянные, переменные, наложенные и нарастающие компоненты, чтобы можно было применить правильный тип клапана и корректирующие коэффициенты.
3. Подтвердите основу проектирования выпускной системы
Проанализируйте данные по факельному коллектору, скрубберу, глушителю, вентиляционной трубе, конденсатору, закрытому дренажу, линии возврата, системе рекуперации паров или коллектору испаренного СПГ. Случаи сброса через несколько клапанов и одновременной разгерметизации могут влиять на общее противодавление.
4. Выберите конструкцию клапана в зависимости от условий эксплуатации
Обычные клапаны могут быть приемлемы для низкого и стабильного противодавления. Сильфонные уравновешенные клапаны обычно рассматриваются для переменных давлений на выходе. Клапаны с пилотным управлением могут подходить для чистого газа, высоких давлений или условий, требующих герметичного закрытия.
5. Проверьте производительность, стабильность и перепад давления при закрытии
Противодавление может снизить производительность и повлиять на стабильность работы. Подтвердите скорректированную производительность сброса, потерю давления на входе, потерю давления на выходе, реактивную силу, перепад давления при закрытии, давление закрытия и возможность дребезжания клапана.
6. Подтвердите материалы, документы и испытания
Материал сильфона, плунжера, прокладки, мягкого седла и корпуса должны соответствовать температуре, коррозионной среде и среде эксплуатации. Требуемые документы должны включать технические условия, основу противодавления, расчет производительности, сертификаты материалов (MTC), калибровку и протоколы испытаний.
Предохранительные клапаны высокого противодавления должны проверяться с учетом полной выпускной системы
Как изменение выходного трубопровода влияет на работу КП
Предохранительный клапан и система сброса работают как единая система. Длинный выходной трубопровод, малые коллекторы, нагрузка на факел, перепад давления на скруббере, скопление жидкости, закрытые клапаны, глушители, вентиляционные трубы, линии возврата и общие коллекторы могут увеличить противодавление и снизить производительность.
При установках с высоким противодавлением следует рассмотреть размер выходной линии, эквивалентную длину, силу реакции, опоры трубопровода, дренаж, жидкостной затвор, гидравлическую модель факела или скруббера, одновременные случаи сброса, расположение вентиляции сильфона, доступ для обслуживания и может ли давление в выходном коллекторе превысить допустимый диапазон противодавления клапана.
Проверки при монтаже на объекте
- Подтвердите общее противодавление при максимальном расходе сброса.
- Проверьте, является ли противодавление постоянным или переменным во время аварийной ситуации на установке.
- Удерживайте потери давления на входе в пределах проектного лимита.
- Поддерживайте выходной трубопровод без нагрузки на корпус клапана.
- Предотвратите образование жидкостных карманов, обмерзание линий и засорение дренажа в напорном трубопроводе.
- Безопасно вентилируйте уравновешенные сильфоны в соответствии с требованиями проекта и производителя.
- Перед окончательным выбором клапана проверьте давление на факеле, скруббере, в закрытой вентиляционной линии или линии возврата.
Стандарты и документы для подтверждения перед заказом
Общие ссылки по высокому противодавлению
Спецификации предохранительных клапанов для высокого противодавления могут ссылаться на стандарты ASME, API, ISO, EN, GB, местные нормативные акты по оборудованию под давлением, стандарты проектирования факельных установок владельца и проектную документацию систем сброса. Применимая основа проектирования должна быть подтверждена перед запросом ценового предложения.
- API 520 для расчета и выбора устройства сброса давления, где это требуется проектом.
- API 521 для обзора систем сброса и разгрузки давления, включая факельные системы и системы закрытого сброса.
- API 526 при указании размеров и номинальных характеристик фланцевых стальных клапанов сброса давления.
- API 527 когда требуется проверка герметичности седла по спецификации.
- ASME BPVC Раздел VIII где сосуды под давлением являются частью защищаемого оборудования.
- ASME B31.3 где трубопроводы на выходе, соединения факельных систем или технологические трубопроводы указаны в соответствии с правилами для технологических трубопроводов.
- Спецификации владельца по противодавлению в факельном коллекторе, перепаду давления в скруббере, вентиляции сильфона и предельным значениям применения пилотных клапанов.
Типовой пакет документов
Документация должна быть согласована до начала производства, особенно для клапанов, подключенных к факельной системе, для работы с токсичными средами, коррозионными сбросами в скруббер, пилотных клапанов и пакетов предохранительных клапанов с сильфонным уравновешиванием.
- Технический паспорт с указанием модели, размера, проходного сечения, давления настройки и присоединения.
- Расчет размеров с учетом наложенного, нарастающего и общего противодавления.
- Основа коррекции противодавления и примечание по выбору типа клапана.
- Сертификат калибровки давления настройки.
- Отчет об испытаниях под давлением и отчет о герметичности седла, если требуется.
- Сертификаты на материалы корпуса, крышки, седла, сильфона, пружины и деталей, удерживающих давление.
- Общий вид с указанием ориентации выхода, веса и деталей вентиляции сильфона.
- Табличка, номер бирки, запись о присутствии при инспекции и подтверждение маркировки проекта.
Чек-лист данных для запроса коммерческого предложения на предохранительный клапан высокого противодавления
| Необходимые данные | Почему это важно | Пример ввода |
|---|---|---|
| Защищаемое оборудование | Определяет границу давления, максимальное допустимое рабочее давление (MAWP) и предел давления настройки. | Сосуд под давлением, реактор, компрессор, теплообменник, линия насоса, емкость для хранения |
| Давление настройки | Определяет давление открытия клапана и соотношение противодавления. | 6 бар изб., 16 бар изб., 45 бар изб., 150 psi, 10 МПа |
| Требуемая пропускная способность | Подтверждает, может ли клапан защитить оборудование после корректировки производительности. | кг/ч, Нм³/ч, SCFM, т/ч, GPM, л/мин |
| Сценарий сброса давления | Определяет производительность, фазу среды и нагрузку сброса. | Заблокированный выход, пожарный случай, режим тупиковой работы насоса, отказ компрессора, сброс при реакции |
| Среда и фаза | Влияет на расчет размера, тип клапана, коррекцию противодавления и материал. | Углеводородный пар, природный газ, пар, пар растворителя, жидкость, двухфазный поток |
| Наложенное противодавление | Определяет давление на выходе до открытия клапана. | Постоянное 1 бар изб., переменный факельный коллектор 0–4 бар изб., давление скруббера 0,5 бар изб. |
| Накопленное противодавление | Определяет давление на выходе, создаваемое потоком сброса. | Потери в выходном трубопроводе, потери в факельном коллекторе, перепад давления в скруббере, потери в глушителе |
| Общее противодавление | Управляет выбором клапана и коррекцией производительности. | Наложенное плюс встроенное противодавление в условиях сброса |
| Место назначения сброса | Определяет, является ли давление на выходе стабильным, переменным или зависит от одновременного случая. | Факельный коллектор, скруббер, закрытая вентиляция, рекуперация паров, возврат из резервуара, закрытый дренаж |
| Температура сброса | Влияет на выбор корпуса, пружины, сильфона, обвязки и седла. | -196°C, атмосферная, 120°C, 250°C, 450°C |
| Материал / специальное применение | Предотвращает коррозию, отказ сильфона, утечку или засорение. | Сильфон из 316SS, сильфон из Inconel, кислый газ, кислый газ, очистка для кислорода, седло из PTFE |
| Необходимые документы | Позволяет избежать задержек при инспекции, установке и вводе в эксплуатацию. | Технический паспорт, чертеж, MTC, отчет о подборе размера, отчет о калибровке, испытание давлением, испытание седла |
Окончательный выбор должен быть подтвержден техническим паспортом защищаемого оборудования, сценарием сброса, расчетом противодавления, применимым стандартом, данными производителя клапана и инженерной проверкой.
Распространенные ошибки при выборе ПСК с высоким противодавлением
Предположение, что давление на выходе равно нулю
Предохранительный клапан (ПСК), подключенный к факельной установке, скрубберу, закрытой вентиляции или ответному трубопроводу, не сбрасывает среду в атмосферу. Давление на выходе должно учитываться при подборе размера и типа клапана.
Путаница между наложенным и нарастающим противодавлением
Давление в существующем коллекторе и давление, возникающее при сбросе, различны. Их смешение может привести к неправильным корректирующим коэффициентам и неподходящей конструкции клапана.
Использование обычного ПСК в условиях переменного противодавления
Обычные клапаны могут сильно зависеть от изменяющегося давления на выходе. Сильфонные или пилотные предохранительные клапаны следует рассматривать при высоком или переменном противодавлении.
Игнорирование одновременного сброса в факельный коллектор
Один ПСК может выглядеть приемлемым, но одновременный сброс нескольких клапанов может увеличить давление в факельном коллекторе и уменьшить доступную производительность.
Забывая о материале сильфона и его вентиляции
Материал сильфона должен соответствовать условиям коррозии, температуры и усталости. Вентиляция сильфона должна быть организована безопасно, не должна быть заблокирована или неправильно подключена.
Игнорирование жидкостных карманов в напорном трубопроводе
Накопление жидкости может увеличить противодавление, вызвать коррозию, замерзание, заблокировать выход или привести к нестабильному сбросу. Напорный трубопровод должен быть дренирован и проверен.
Продолжить обзор выбора противодавления и ПСК
Эти связанные страницы помогут перейти от оценки противодавления к детальному выбору типа клапана, его расчету, рассмотрению специфики оборудования и подготовке документации.
Часто задаваемые вопросы о предохранительных клапанах высокого противодавления
Подготовьте полную спецификацию ПСК для высокого противодавления перед запросом цены
Предоставьте спецификацию защищаемого оборудования, давление настройки, сценарий сброса, требуемую производительность, среду и фазу, температуру сброса, рабочее давление, наложенное противодавление, нарастающее противодавление, общее противодавление, место сброса, требования к материалам, стандарт присоединения и необходимые документы. Полная спецификация помогает избежать небезопасных предположений и ускоряет инженерный анализ.
