Review LPG safety valve discharge piping, flare vs vent routing, superimposed and built-up back pressure, outlet checks, and the data needed for an RFQ.
Проверка предохранительного клапана для сжиженного углеводородного газа (СУГ, LPG) не заканчивается определением давления настройки и пропускной способности при сбросе. Выход клапана должен быть подключен к определенной системе отвода, а эта система может изменять давление, действующее на клапан во время сброса.
Поэтому для установки СУГ (LPG) необходимо совместно решить три вопроса: Куда будет направлена сбрасываемая среда? Какое противодавление будет существовать до и во время сброса? Сможет ли выбранный клапан работать в документированных пределах после подключения к этой выходной системе?
Нельзя выбирать факел, атмосферный сброс, замкнутую систему возврата среды или другой способ отвода по общему правилу для СУГ (LPG). На решение влияют защищаемое оборудование, сценарий сброса, состояние среды, компоновка площадки, применимая юрисдикция и исходные положения проекта. После определения места отвода трубопровод сброса и профиль давления в отводящей системе становятся частью проверки клапана.
Для более общего знакомства с продукцией ZOBAI для СУГ (LPG) см. страницу предохранительных клапанов для СУГ (LPG). Эта статья имеет более узкую задачу: она рассматривает сопряжение клапана с системой отвода сброса, а не полный расчет проходного сечения клапана или выбор изделия.
Различайте термины, относящиеся к давлению. Давление настройки, превышение давления над настройкой, давление при сбросе, blowdown и противодавление описывают разные стороны процесса сброса. В технической терминологии Emerson давление при сбросе определяется как сумма давления настройки и превышения над ним; blowdown относится к снижению давления между открытием и обратной посадкой клапана. Противодавление, напротив, действует со стороны выхода. Смешение этих понятий мешает определить, связано ли затруднение с защищаемым оборудованием, настройкой клапана, требуемым режимом сброса или отводящей системой. Emerson Pressure Relief Valve Engineering Handbook
Куда должен направляться сброс предохранительного клапана для СУГ (LPG): на факел, в атмосферу или в другую систему отвода?
Единого общемирового правила, требующего направлять сброс каждого предохранительного клапана для СУГ (LPG) на факел, нет. Также нет общего правила, по которому атмосферный сброс допустим только потому, что выход расположен вне помещения.
Место отвода необходимо определять по применимым исходным положениям проектирования установки и системы сброса.
Например, требования OSHA в США к определенным установкам LP-Gas, входящим в их область применения, прямо рассматривают сброс на открытый воздух, компоновку линий и в некоторых случаях общие коллекторы или отвод конденсата. Эти положения относятся к конкретным установкам и не являются универсальным разрешением на атмосферный сброс. OSHA 29 CFR 1910.110
Британское руководство HSE рассматривает систему в более широком контексте: сбрасываемая среда должна поступать в подходящее безопасное место. В зависимости от опасности и установки это может быть атмосфера, сепарационная емкость для отделения жидкости, скруббер, установка сжигания, факел или другое подходящее место. HSE также указывает, что исходные проектные данные для сбрасываемого потока должны быть документированы. Руководство HSE по системам сброса давления
Для нефтяных, нефтехимических, газоперерабатывающих и сходных объектов в своей области применения API 521 рассматривает сброс давления и депрессуризацию как задачу проектирования всей системы, а не изолированного окончания выходного патрубка клапана. Для реальной установки СУГ (LPG) по-прежнему необходимо подтвердить применимые нормы проекта, их редакцию и юрисдикцию. Область применения стандарта API 521
| Вопрос | Что он устанавливает |
|---|---|
| Какое оборудование защищается? | Граница контура под давлением и условия установки |
| Какое реально возможное событие вызывает сброс? | Определяющий расчетный случай сброса |
| В каком состоянии находится СУГ (LPG) при сбросе? | Фактическая среда, поступающая в систему отвода |
| Какие требования проекта, юрисдикция и исходные положения проектирования применимы? | Допустимый способ сброса и отвода среды |
| Среда направляется в атмосферу, на факел, в замкнутую систему возврата или в другую специально спроектированную систему? | Граница отводящей системы |
| Создает ли выбранное место отвода давление на выходе клапана? | Последующая проверка противодавления |
Факел может быть подходящим направлением сброса LPG в одном расчетном случае и неподходящим в другом. Для иной установки могут действовать специальные положения об атмосферном сбросе. Ни утверждение «LPG горюч, поэтому нужен факел», ни утверждение «сброс на открытом воздухе допустим» не является достаточным инженерным основанием.
Если согласованное место сброса ещё не определено, проверку клапана и системы нельзя считать завершённой. В принятой здесь схеме это означает статус инженерной проверки HOLD; HOLD здесь означает приостановку оценки и является обозначением этапа проверки, а не классификацией по нормативным актам или техническим нормам.
Какое противодавление необходимо определить до проверки выходной системы?
Одного пункта «противодавление» в запросе коммерческого предложения (RFQ) недостаточно для однозначного описания условий.
Прежде всего следует различать наложенное противодавление и возникающее противодавление.
Наложенное противодавление : давление, уже существующее на выходе до открытия этого клапана. В закрытом или общем коллекторе оно может быть относительно постоянным либо меняться при изменении условий в отводящей системе.
Противодавление, создаваемое потоком сброса : давление, создаваемое после открытия клапана потоком сброса через выходную трубу, фасонные детали, коллектор и другие сопротивления отводящей системы.
В документации Baker Hughes Consolidated по сбросу давления используется то же различие: давление, уже существующее в отводящей системе до открытия клапана, и давление, создаваемое потоком сброса при прохождении через систему отвода. Технические рекомендации Baker Hughes по противодавлению
Поэтому при сбросе инженер должен знать все условия давления на выходе, а не одно число без пояснений.
| Данные о противодавлении | Инженерный вопрос |
|---|---|
| Наложенное противодавление | Какое давление существует на выходе клапана до открытия этого устройства? |
| Минимальные / нормальные / максимальные условия | Какой диапазон возможен в эксплуатации? |
| Постоянное или переменное | Может ли исходное давление меняться при работе отводящей системы? |
| Противодавление, создаваемое потоком сброса | Какое давление создается вследствие сброса через клапан? |
| Нормативное условие сброса | Для какого расхода сброса определено это значение? |
| Давление на выходе во время сброса | В каких условиях фактически будет работать выбранный клапан? |
Это особенно важно при подключении к факелу или общему закрытому коллектору. Другие аппараты могут влиять на давление, уже существующее в отводящей системе, а собственный расход сброса рассматриваемого клапана создает дополнительную гидравлическую составляющую.
Инженерный пример для пояснения, а не отчет о проекте ZOBAI. Пружинный клапан обычной конструкции мог быть проверен при относительно стабильном давлении в общем факельном коллекторе. Если затем к коллектору подключили дополнительные источники сброса или депрессуризации, наложенное противодавление может стать более переменным, а составляющая, создаваемая самим сбросом, тоже может измениться. Инженерное решение состоит в пересчете условий в отводящей системе и повторной проверке фактической конструкции клапана по данным изготовителя, а не в предположении, что исходный клапан по-прежнему подходит, или в его автоматической замене на сильфонный.
Поэтому поставщику мало помогает запись без пояснений, например:
Противодавление: 2 bar
Такая запись не показывает, существует ли давление до сброса, создается ли при сбросе, изменяется ли при работе другого оборудования или представляет определяющие условия на выходе.
При передаче исходных данных лучше отдельно указать:
- ожидаемый диапазон наложенного противодавления;
- является ли это давление постоянным или переменным;
- противодавление, создаваемое потоком сброса при определяющем расчетном случае;
- расчет отводящей системы или исходные положения, по которым определены эти условия.
Подробнее о наложенном, создаваемом сбросом и полном противодавлении, а также об ограничениях конструкций с уравновешивающим сильфоном см. в следующем руководстве ZOBAI: Инженерное руководство по противодавлению и сильфонам.
Не следует использовать один общий процент как универсальный предел допустимого противодавления. Опубликованные ограничения зависят от конструкции клапана, модели, условий работы и документации изготовителя. Здесь не применяется единое процентное правило для всех отраслей.
Как трубопровод сброса и общий коллектор влияют на предохранительный клапан?
Когда предохранительный клапан для СУГ (LPG) открывается, сбрасываемая среда еще должна пройти по реальному проточному тракту.
Этот тракт может включать выходной трубопровод, отводы, переходы, длинные горизонтальные или вертикальные участки, общий коллектор и конечную систему отвода среды. Сопротивление этого пути вносит вклад в давление на выходе клапана.
Основная инженерная связь такова:
расход сброса → сопротивление отводящей системы → давление на выходе → противодавление у предохранительного клапана
HSE прямо указывает противодавление как фактор, способный влиять на давления открытия и закрытия предохранительного клапана, устойчивость его работы и пропускную способность. Руководство HSE по системам сброса давления
Общий коллектор добавляет еще один уровень взаимного влияния. Условия на выходе одного клапана могут зависеть от происходящего в других частях системы отвода. Это не означает, что нужно автоматически предполагать одновременный сброс всех подключенных устройств. Проект должен определить применимые исходные условия для общего коллектора или одновременного сброса.
Это позволяет разделить две инженерные задачи, которые часто смешивают.
При расчете клапана задают вопрос: может ли устройство сброса давления обеспечить требуемую пропускную способность при применимых исходных условиях расчета?
При проверке установленной системы сброса задают вопрос: какими будут давление на выходе и механические условия при прохождении этого расхода через реальную отводящую систему?
Решение первой задачи не означает автоматического завершения второй.
API описывает часть II API 520 как раздел своей практики по устройствам сброса давления, посвященный установке, и отдельно подчеркивает необходимость инженерного анализа для правильной установки PRD. Информация об API 520 Part II
Для клапана, подключенного к общему факельному коллектору, недостаточно запросить только нормальное давление в этом коллекторе.
Какой профиль давления на выходе будет воздействовать на этот клапан до и во время определяющего сброса при принятом в проекте расчетном сценарии для коллектора?
Страница ZOBAI о применении при высоком противодавлении дает более широкий контекст применения; эта статья сосредоточена на сопряжении с системой сброса LPG.
Когда противодавление меняет подход к проверке конструкции клапана?
Противодавление становится вопросом выбора конструкции, когда документированные характеристики или пределы рассматриваемого клапана необходимо сопоставить с фактическим профилем давления в отводящей системе.
Такую проверку следует начинать с условий на выходе, а не с заранее выбранного типа клапана.
| Рассматриваемая конструкция | Что должен проверить инженер |
|---|---|
| Пружинный клапан | Как фактическое наложенное противодавление и противодавление, создаваемое сбросом, влияют на документированные пределы работы и пропускной способности клапана |
| Клапан с уравновешивающим сильфоном | Какое воздействие противодавления компенсирует уравновешивающий элемент, а также ограничения сильфона, кожуха пружины и конкретной модели |
| Клапан с пилотным управлением | Подходит ли конкретная схема пилота, отбора давления и отвода сброса для системы после клапана |
В инженерной документации Emerson/Crosby по сбросу давления обычные и уравновешенные конструкции рассматриваются с учетом их фактического устройства и пределов эксплуатации, а не как взаимозаменяемые категории. Документация пилотов Anderson Greenwood связывает отвод сброса пилота и подключение к закрытому коллектору с конкретной конструкцией. Эти источники обосновывают проверку каждого рассматриваемого клапана, а не универсальное правило выбора архитектуры. Инженерный справочник Emerson по сбросу давления
Наличие некоторого противодавления само по себе не означает, что клапан обычной конструкции неприемлем.
Так же нельзя считать клапан с уравновешивающим сильфоном невосприимчивым к противодавлению. Уравновешенная конструкция может уменьшать отдельные силовые воздействия выходного давления, но у клапана сохраняются ограничения модели, а давление на его выходе по-прежнему определяется отводящей системой.
Клапаны с пилотным управлением требуют такой же тщательности. Некоторые конструкции пилотов могут подходить для закрытого коллектора или работы с противодавлением, но важны устройство пилота, схема отбора давления и путь отвода его сброса. Одно обозначение «с пилотным управлением» не доказывает возможность работы при неограниченном противодавлении.
Инженерный пример для пояснения, а не отчет о проекте ZOBAI. Обозначения пилотного клапана только как «подходящего для противодавления» недостаточно для закрытого коллектора. Некоторые пилоты специально уравновешены для противодавления и работы с закрытым коллектором, однако отбор давления и отвод сброса по-прежнему зависят от комплектации. Необходимо подтвердить точную модель пилота, источник измеряемого давления, место отвода его сброса и ограничения изготовителя, а не считать пилотное управление универсальным решением. Информация об изделиях Anderson Greenwood Series 90/9000
Обоснованная последовательность предварительной проверки:
- определить профиль давления в отводящей системе;
- разделить наложенное противодавление и противодавление, создаваемое сбросом;
- установить, являются ли условия постоянными или переменными;
- предварительно оценить рассматриваемые конструкции клапанов;
- проверить фактические ограничения изготовителя для выбранной модели;
- сохранить отдельную проверку выходного трубопровода и коллектора.
Частое упрощение при закупке:
высокое противодавление = уравновешивающий сильфон.
Такого упрощения недостаточно. Уравновешенная конструкция может оказаться подходящей. Стоит также оценить подходящий клапан с пилотным управлением. Обычный клапан может оставаться допустимым в своих документированных условиях. Без фактических требований к сбросу, профиля давления в отводящей системе и подтверждающих данных изготовителя нельзя считать одну из этих архитектур универсально лучше или хуже другой.
Что следует проверить в выходном трубопроводе предохранительного клапана для СУГ (LPG)?
Линию сброса следует рассматривать как тракт движения среды и механический монтаж.
Тракт движения среды
Подтвердите характеристики, которые могут существенно влиять на сопротивление отводящей системы и давление на выходе:
- размер выходной трубы и фактическая площадь проходного сечения;
- развернутая длина трубопровода;
- отводы, переходы и другие фасонные детали;
- сопротивления, ограничивающие поток, или оборудование после клапана;
- перепады высоты, если они имеют значение;
- подключение к общему коллектору;
- давление в принимающей системе;
- применимые исходные условия для коллектора или одновременного сброса.
Размер выходного фланца клапана является исходным параметром, а не доказательством гидравлической пригодности подключенной линии. Проверке подлежат требуемая пропускная способность при сбросе, фактический путь отвода среды и возникающее противодавление; один номинальный размер соединения не подтверждает достаточность защиты.
Среда и фазовое поведение
Важна и фаза среды при сбросе. Исходные положения инженерного расчета должны определять, является ли сброс паровым, жидкостным, сопровождается ли мгновенным вскипанием или может быть двухфазным в определяющем расчетном случае.
Если в установленной системе могут скапливаться жидкость или конденсат, необходимо проверить применимые требования к дренажу. Например, OSHA содержит положения об отводе конденсата для определенных установок LP-Gas, входящих в область ее требований. Это не позволяет превращать их в универсальное требование дренажа для каждой линии сброса СУГ (LPG). Требования OSHA к установкам LP-Gas
Механическая часть
Приемлемые условия движения среды не решают все вопросы установки. Выходной трубопровод также следует проверить с учетом:
- реактивных усилий при сбросе;
- опор трубопровода;
- выверки соединения с клапаном;
- теплового расширения;
- вибрации и других нагрузок от трубопровода, передаваемых на клапан или защищаемое оборудование.
Эти механические проверки выполняются отдельно от расчета противодавления, создаваемого потоком сброса.
Инженерный пример для пояснения, а не отчет о проекте ZOBAI. При модернизации установки короткую линию сброса заменяют более длинным участком с жестким закреплением на опорах, подключенным к новому коллектору. Даже при приемлемом гидравлическом расчете тепловое удлинение или принудительная стыковка могут передавать нагрузки на корпус клапана и присоединенный патрубок. Рекомендации Baker Hughes по установке предупреждают, что плохо закрепленный или принудительно состыкованный выходной трубопровод способен деформировать предохранительный клапан и привести к нарушениям работы или утечке. Предупредительная мера состоит в проверке опор, гибкости, выверки соединений и теплового расширения при модернизации, а не только диаметра линии. Рекомендации по установке Baker Hughes Consolidated 19000
Документация
Наконец, фактическая установка должна соответствовать данным, использованным при проверке клапана. К относящимся к проекту документам могут принадлежать утвержденная схема отвода сброса, P&ID или эскиз трубопровода, расчет давления в отводящей системе, инструкции изготовителя и исходные положения проектирования системы сброса для конкретного проекта.
Практический вопрос таков:
Может ли требуемый расход сброса достигнуть утвержденного места отвода в тех же условиях, которые использовались при оценке предохранительного клапана?
Если ответ зависит от неизвестных данных о трубопроводе, коллекторе или системе отвода, рассматриваемый клапан не готов к окончательному согласованию.
Какие данные о системе сброса включить в RFQ и когда следует приостановить оценку?
Содержательный запрос RFQ на предохранительный клапан для СУГ (LPG) описывает и требования к сбросу, и отводящую систему. Указания только среды, размера соединения и давления недостаточно для полноценной проверки отвода сброса и противодавления поставщиком.
| Ввод данных для запроса коммерческого предложения | Почему это важно |
|---|---|
| Защищаемое оборудование / позиционное обозначение | Определяет задачу защиты от избыточного давления |
| Достоверный сценарий сброса давления | Определяет расчетный случай |
| Состав СУГ (LPG) или заданная среда | Задает исходные условия эксплуатации |
| Фаза / состояние среды при сбросе | Определяет паровую или жидкую фазу, мгновенное вскипание и другие существенные особенности |
| Требуемая пропускная способность | Определяет требуемый расход |
| Условия настройки и сброса | Задают исходные условия по давлению |
| Температура сброса | Служит основой проверки клапана и компонентов |
| Место назначения сброса | Определяет отвод в атмосферу, на факел, в закрытую систему или по другому пути |
| Диапазон наложенного противодавления | Показывает давление, которое может существовать до открытия |
| Постоянное или переменное условие | Показывает возможные изменения давления в отводящей системе |
| Противодавление, создаваемое потоком сброса | Показывает давление на выходе, создаваемое потоком сброса |
| Исходные данные по общему коллектору / факельной системе | Поясняет контекст расчета отводящей системы |
| Компоновка выходного трубопровода | Служит основой проверки движения среды и установки |
| Архитектура рассматриваемого клапана | Определяет объект предварительной оценки |
| Требования к материалам / седлу / уплотнениям | Поддерживает проверку совместимости |
| Применимый стандарт / редакция по проекту | Определяет необходимые основания для документации |
| Подтверждающие данные поставщика по расчету / пропускной способности / ограничениям | Служит основой проверки фактически предлагаемого клапана |
Различайте термины давления и подтверждающие данные о пропускной способности
Давление настройки указывает, когда устройство должно начать предусмотренное открытие; превышение над давлением настройки необходимо для достижения требуемых условий сброса; давление при сбросе равно сумме давления настройки и превышения над ним; blowdown описывает снижение давления от открытия до обратной посадки. Ни один из этих терминов не заменяет противодавление на выходе. Поэтому в запросе RFQ необходимо отдельно указывать требуемую пропускную способность при сбросе и условия давления на выходе. Терминология PRV и рекомендации Emerson по расчету
Размер соединения также не является сертификатом пропускной способности. Для применения с маркировкой по техническим нормам следует запросить предусмотренную проектом документацию по пропускной способности и расчету, а также подтверждения сертификации, а не делать вывод о защитных возможностях по входному или выходному фланцу. National Board поясняет, что знак NB обозначает устройства, сертифицированные по его программе сертификации устройств сброса давления; применимость этой программы зависит от действующих технических норм и проекта. Обзор сертификации устройств сброса давления National Board
Документация поставщика на клапан может подтверждать функции, для которых предлагаемая модель спроектирована и документирована. Сама по себе она не означает согласования всей установленной системы сброса и отвода среды.
Приостанавливайте оценку (HOLD), если недостающие данные могут изменить решение
Приведенные ниже термины представляют собой схему предварительной инженерной проверки, используемую в этой статье, а не классификацию по нормативным актам или техническим нормам.
ПЕРЕЙТИ К ИНЖЕНЕРНОЙ ПРОРАБОТКЕ / ЗАПРОСУ КП означает, что требования к сбросу, его место отвода, исходные условия давления в отводящей системе и требования к рассматриваемому клапану определены достаточно для технической оценки.
HOLD означает, что неуточненный исходный параметр способен существенно изменить выбор клапана или проверку выходной системы. Примеры: неизвестное место отвода, неопределенная фаза среды при сбросе, отсутствие требуемой пропускной способности, неопределенное наложенное или создаваемое сбросом противодавление, неустановленный расчетный случай для общего коллектора, отсутствие ограничений конкретной модели или неуточненные применимые исходные положения проекта.
ВЫЯВЛЕННОЕ НЕСООТВЕТСТВИЕ применяется только тогда, когда фактическое требование проекта и фактическое документированное условие для рассматриваемого клапана уже известны и противоречат друг другу. Этот статус не должен подменять отсутствие данных.
Частые вопросы о трубопроводах сброса предохранительных клапанов для СУГ (LPG)
Должен ли каждый предохранительный клапан для СУГ (LPG) сбрасывать среду на факел?
Нет. Допустимое и подходящее место отвода зависит от установки, сценария сброса, опасностей, юрисдикции и исходных положений проекта. Для некоторых установок LP-Gas в США, входящих в область соответствующих требований, прямо предусмотрен сброс на открытый воздух. На других объектах могут использоваться факел, возврат среды или другая специально спроектированная система отвода. Нельзя считать «LPG = факел» универсальным правилом.
В чем разница между наложенным и нарастающим противодавлением?
Наложенное противодавление существует на выходе до открытия этого клапана. Противодавление, создаваемое сбросом, возникает при прохождении потока через отводящие трубопроводы и коллектор. В содержательном запросе RFQ необходимо различать эти две составляющие, а не приводить одно значение противодавления без пояснений.
Может ли предохранительный клапан с уравновешивающим сильфоном устранить проблемы противодавления?
Нет. Уравновешенная конструкция может уменьшать отдельные воздействия выходного давления на пружинный клапан прямого действия. Она не отменяет гидравлической проверки отводящей системы, ограничений модели, требований к сильфону и кожуху пружины или необходимости проверить фактические данные изготовителя.
Когда стоит рассматривать предохранительный клапан с пилотным управлением для закрытого коллектора?
Клапан с пилотным управлением можно рассматривать, если конкретная схема пилота, отбора давления и отвода его сброса документирована для требуемых условий в отводящей системе. Одно обозначение «с пилотным управлением» не подтверждает пригодности для закрытого коллектора или возможности работы при неограниченном противодавлении.
Определяет ли размер выходного фланца предохранительного клапана размер трубы сброса?
Нет. Выходное соединение является лишь одним исходным параметром. Линию сброса необходимо проверить по требуемому расходу, развернутой длине, фасонным деталям, сопротивлениям, давлению коллектора, фазовому поведению и создаваемому потоком противодавлению. Для длинных или общих систем отвода могут потребоваться другие исходные положения проектирования трубопровода.
Нужно ли повторно проверять клапан после изменения факельного коллектора или трубопроводов сброса?
Да, если изменение может повлиять на давление или механические условия, воздействующие на клапан. Подключение новых источников сброса, изменение трассы, длины, сопротивлений, опор или способности компенсировать тепловое расширение могут изменить исходные положения первоначальной проверки. Следует пересчитать условия отводящей системы и повторно проверить установленный клапан по его документированным ограничениям.
Какие данные следует направить с RFQ на предохранительный клапан для СУГ (LPG)?
Как минимум укажите защищаемое оборудование, сценарий сброса, состав СУГ (LPG) или заданную среду, фазу при сбросе, требуемую пропускную способность, условия настройки и сброса, температуру сброса, место отвода, наложенное и создаваемое сбросом противодавление, исходные условия общего коллектора, компоновку выхода и применимые требования проекта. Поставщик должен представить расчет и подтверждения ограничений для конкретного предлагаемого клапана.
Чем различаются давление настройки, превышение над ним, снижение давления до обратной посадки (blowdown) и противодавление?
Давление настройки служит исходной точкой открытия клапана; превышение над ним означает рост входного давления до условий сброса; blowdown относится к падению давления до обратной посадки; противодавление действует со стороны выхода. Эти параметры влияют на разные стороны процесса сброса и не должны использоваться как взаимозаменяемые понятия.
