Клапан сброса давления и вакуума и предохранительный клапан: разные задачи и основы расчета

Начните с защищаемого оборудования и функции сброса

Перед сравнением размеров клапанов, настроек или соединений определите, какое оборудование защищается и какая граница давления должна быть защищена. Название оборудования само по себе недостаточно: фактическая расчетная основа и требуемая функция защиты определяют, какой инженерный подход применим.

Защита атмосферных и низкодавленческих резервуаров

Для атмосферного или низконапорного резервуара вопрос защиты может касаться давления в обоих направлениях.

Избыточное давление может потребовать выхода пара или газа из резервуара. Чрезмерный вакуум может потребовать входа газа в резервуар, чтобы внутреннее давление не упало ниже допустимого вакуумного состояния. Таким образом, PVRV может сочетать функцию сброса давления с функцией вакуумного сброса.

Стандарты вентиляции резервуаров, такие как API 2000 и ISO 28300, рассматривают как условия избыточного давления, так и вакуума для указанных применений резервуаров. В рамках данной статьи защита резервуара рассматривается как проблема давления и вакуума, а не только положительного давления.

Таким образом, PVRV выбирается не просто потому, что резервуар имеет штуцер определенного размера. Требуемая защита зависит от проектной основы резервуара и от сценариев, создающих потребность в вентиляции со стороны давления и вакуума.

Защита от избыточного давления для оборудования под давлением

Для стороны предохранительного клапана в этом сравнении основная проблема иная: применимое оборудование под давлением требует защиты от состояния избыточного давления.

Инженерный анализ сначала определяет применимый сценарий избыточного давления, создающий потребность в сбросе. Эта потребность устанавливает требуемую пропускную способность, которую выбранное устройство сброса давления должно быть способно удовлетворить.

Правила ASME по защите от избыточного давления и руководства API по сбросу давления рассматривают это как проблему устройства сброса давления для охватываемого оборудования под давлением. Это иная инженерная основа, чем определение того, как атмосферный или низконапорный резервуар должен дышать во время эксплуатации.

Предохранительный клапан, выбранный для защиты от избыточного давления, не может служить доказательством того, что отдельное требование по вакууму или впуску воздуха также выполнено, просто потому, что он установлен на том же оборудовании или имеет аналогичное соединение.

Первое решение при закупке, следовательно: Требуется ли для резервуара сброс давления и вакуума или сброс избыточного давления для оборудования под давлением?

Эта классификация должна быть определена до сравнения размеров замены, маркировки давления или семейств каталогов.

Как формируется нагрузка PVRV из давления, вакуума, вдоха и выдоха

Нагрузка PVRV не может быть адекватно представлена одним требованием по избыточному давлению. Для рассматриваемых здесь применений резервуаров анализ должен различать сторону давления и сторону вакуума и устанавливать требуемую потребность в вентиляции в каждом направлении.

Выдох на стороне давления

Выдох означает, что газ или пар должны покидать резервуар, когда условия повышают внутреннее давление.

Заполнение резервуара или другие рабочие условия могут создавать потребность в вентиляции наружу. Инженерная задача состоит в том, чтобы определить требуемую пропускную способность вентиляции на стороне давления в соответствии с применимой основой вентиляции резервуара и подтвердить, что предлагаемое устройство может обеспечить эту пропускную способность при соответствующих условиях.

Это вопрос пропускной способности резервуарной системы. Диаметр соединения сам по себе не указывает ни требуемую пропускную способность вентиляции, ни доступную пропускную способность устройства.

Вдох на стороне вакуума

Вдох представляет собой требование к притоку газа внутрь, когда условия приводят к снижению давления в резервуаре ниже допустимого вакуумного значения.

Опорожнение резервуара или откачка насосом могут создать потребность в притоке газа внутрь, а тепловые эффекты также могут потребовать учета в соответствии с применимыми требованиями к вентиляции резервуара.

Комбинированный клапан PVRV, таким образом, имеет два различных функциональных направления:

• сторона избыточного давления обеспечивает отток газа наружу, когда требуется защита от избыточного давления;
• вакуумная сторона обеспечивает приток газа внутрь, когда требуется вакуумная защита.

Достаточность стороны избыточного давления сама по себе ничего не говорит о достаточности вакуумной стороны. Устройство сброса избыточного давления, выбранное только для случая избыточного давления, также не обеспечивает автоматически требуемую функцию притока газа внутрь.

Почему двухнаправленную функцию нельзя свести к одному значению давления

Типичная ошибка при спецификации — свести существующий клапан PVRV к его размеру присоединения и одному значению давления настройки. Это может полностью исключить вакуумную сторону требования защиты.

Для надлежащего анализа резервуара может потребоваться отдельная информация по:

• расчетному давлению резервуара;
• расчетному вакууму резервуара;
• настройке стороны избыточного давления;
• настройка со стороны вакуума;
• требуемая пропускная способность при вдохе;
• требуемая пропускная способность на всасывание;
• рабочие сценарии, создающие эти требования.

Точные исходные данные проекта зависят от действующего базиса вентиляции резервуара, но правило принятия решения стабильно: двухнаправленная защитная функция не должна утверждаться на основе односторонней спецификации.

Нормальная вентиляция, аварийная вентиляция и поддув инертным газом — отдельные проверки системы резервуара

PVRV не отменяет необходимости определения сценариев, для которых должна оцениваться система защиты резервуара. В частности, нормальная вентиляция и аварийная вентиляция — отдельные требования.

Нормальная вентиляция против аварийной вентиляции

Нормальная вентиляция учитывает изменения давления и вакуума, связанные с рабочими и тепловыми условиями, охватываемыми действующим базисом вентиляции резервуара.

Аварийная вентиляция учитывает отдельное аварийное требование.

API 2000 и ISO 28300 различают нормальную и аварийную вентиляцию в рамках своего базиса вентиляции резервуаров. Последствие для закупок прямое: достаточная пропускная способность нормальной вентиляции по давлению и вакууму не является доказательством того, что требование аварийной вентиляции также выполнено.

В то же время определение пути аварийного сброса не отменяет необходимости установления нормальных режимов дыхания по давлению и вакууму, действующих в процессе эксплуатации.

Это различие не предписывает универсального числа или схемы физических устройств. Требуемая схема защиты зависит от конструкции резервуара, требований проекта и выбранного оборудования.

Поэтому правильный инженерный вопрос заключается не просто в наличии PVRV. Важно, какие нормальные и аварийные режимы дыхания должна обеспечивать полная схема защиты и какое устройство или комбинация устройств отвечает за каждый режим.

Детальный расчет аварийного сброса выходит за рамки данного сравнения.

Где в рассмотрение резервуара входит система подпора газа

Резервуар также может работать с системой подпора газа. При ее наличии она становится частью анализа газового баланса и защиты резервуара.

Зафиксированные данные для данной статьи рассматривают информацию о подпоре газа наряду с заполнением, опорожнением, давлением, вакуумом и требованиями к дыханию резервуара. Это позволяет рассматривать подпор газа как значимый инженерный входной параметр резервуара, а не как несвязанный аксессуар.

Однако регулятор подпора газа и PVRV выполняют разные функции.

Ни одна из этих функций не может заменить другую: подпор газа не отменяет необходимости требуемой защиты по давлению и вакууму, а наличие PVRV не доказывает, что все условия, связанные с подпором или аварийными ситуациями, учтены.

Для целей закупок полезным правилом является: Если присутствует система поддува инертным газом, укажите это как часть инженерных данных по резервуару, а не рассматривайте дыхательный клапан изолированно.

Подробное проектирование системы поддува относится к инженерному разделу резервуарных систем, а не к данной сравнительной статье.

Как расчет предохранительного клапана начинается с определяющего сценария избыточного давления

Расчет предохранительного клапана подчиняется иной логике, поскольку инженерная задача состоит не в том, как резервуар должен дышать, а в том, от какого применимого сценария избыточного давления должна быть защищена герметичная емкость под давлением.

Руководства API по сбросу давления и требования ASME по защите от избыточного давления относят задачу выбора предохранительного клапана к отдельной системе устройств сброса давления, отличной от вентиляции атмосферных или низкодавленческих резервуаров.

Определите определяющий сценарий сброса до выбора размера клапана

Предохранительный клапан не следует подбирать, начиная с желаемого диаметра присоединения.

Сначала необходимо оценить защищаемую систему на предмет применимых сценариев избыточного давления. Сценарий, который устанавливает определяющую потребность в сбросе, служит основой для требуемой пропускной способности.

Эта последовательность важна, потому что клапан может физически подходить к имеющемуся присоединению, но не обладать пропускной способностью, требуемой применимым сценарием сброса.

Инженерный путь концептуально выглядит так: сценарий избыточного давления → требуемая пропускная способность → проверка пропускной способности устройства.

Данная статья намеренно останавливается на этой границе принятия решений. Расчет нагрузки сброса, выбор проходного сечения и применение детальных методов расчета относятся к отдельному процессу расчета предохранительных клапанов.

Требуемая пропускная способность при сбросе — это не то же самое, что размер присоединения

Требуемая пропускная способность при сбросе — это требование со стороны системы. Размер присоединения — это физический интерфейс.

Поэтому это не взаимозаменяемые технические величины.

Входные и выходные присоединения важны для монтажа и могут влиять на конечную конфигурацию клапана, но сам по себе размер присоединения не является доказательством того, что конкретный предохранительный клапан может обеспечить требуемую пропускную способность при сбросе.

При замене клапана следует сохранять исходную основу расчета или устанавливать новую обоснованную основу, а не рассматривать номинальный размер как доказательство пропускной способности при сбросе.

Сертификация пропускной способности или подтверждающая документация при применимости

Со стороны предохранительного клапана также необходимо различать пропускную способность, требуемую защищаемой системой и и подтверждение пропускной способности, доступное для выбранного клапана.

Если сертификация пропускной способности требуется согласно применяемой основе, сертифицированная пропускная способность при сбросе или соответствующая подтверждающая документация могут служить доказательством со стороны устройства. Если применяется иная основа документации, проект должен использовать доказательства, требуемые для этого случая.

Терминология сертификации, следовательно, не может рассматриваться как универсальная.

Указанное в каталоге значение расхода не следует автоматически называть сертифицированной пропускной способностью при сбросе, а номинал пропускной способности вентиляции PVRV не должен просто переименовываться в сертифицированную пропускную способность предохранительного клапана, если только governing basis фактически не подтверждает такую терминологию.

Решение о закупке, следовательно, состоит из двух частей: сначала установить требуемую пропускную способность системы; затем проверить, что предлагаемое устройство имеет соответствующие подтверждающие данные о пропускной способности.

Почему основы расчета PVRV и предохранительных клапанов не взаимозаменяемы

Самая веская причина не заменять эти устройства при сравнении по каталогу заключается в том, что они отвечают на разные инженерные вопросы.

Рассмотрение PVRV начинается с пределов давления и вакуума резервуара и условий, создающих потребность в сбросе наружу и внутрь. Рассмотрение предохранительного клапана начинается с применимого сценария избыточного давления и требуемой пропускной способности сброса оборудования, работающего под давлением.

Эти пути могут оба закончиться клапаном и проверкой пропускной способности, но их исходные основы расчета различны.

Различные исходные данные приводят к различным проверкам пропускной способности

На стороне резервуара/PVRV соответствующая информация может включать:

• расчетное давление и вакуум резервуара;
• настройки давления и вакуума;
• основа заполнения и опорожнения;
• требования к нормальному выдоху и вдоху;
• учет теплового сброса давления, где применимо;
• информация о подушке инертного газа, где присутствует;
• отдельные требования к аварийному сбросу давления.

Со стороны предохранительного клапана релевантная информация может включать:

• защищаемое оборудование под давлением;
• применимый сценарий избыточного давления;
• требуемая производительность сброса;
• требование к давлению настройки;
• условия сброса;
• фаза среды и требуемые свойства;
• противодавление и условия нагнетательного трубопровода;
• документальные подтверждения пропускной способности клапана, требуемые согласно действующим нормам.

Поскольку исходные данные различаются, устройство, выбранное по одному пути, не следует считать пригодным для другого только потому, что оба устройства выполняют функцию, связанную с давлением.

Механическое соответствие или аналогичная настройка не подтверждают эквивалентность

Поверхностное сходство может помочь при поиске кандидата на замену, но его недостаточно для подтверждения эквивалентности защиты.

• Соответствие присоединений: замена подходит к тому же входному, выходному или фланцевому присоединению.
• Соответствие настройки: обозначение давления выглядит аналогичным существующему устройству.
• Физическое сходство: устройство может быть установлено в том же месте.

Эти наблюдения могут подтверждать механическую совместимость, но они не подтверждают эквивалентность защиты.

Перед утверждением замены проверка должна ответить на следующие инженерные вопросы:

1. Оценивается ли замена для того же защищаемого оборудования и той же расчетной основы?
2. Сохраняет ли он требуемую функцию: защиту резервуара от избыточного давления и вакуума или сброс избыточного давления для оборудования под давлением?
3. Отражены ли в расчетной основе действующие сценарии работы, аварийные сценарии или сценарии избыточного давления?
4. Имеет ли предлагаемое устройство соответствующие доказательства пропускной способности и информацию об условиях установки для соответствующего пути защиты?

Если какой-либо из этих вопросов остается нерешенным, не следует использовать совпадающие размеры или одно аналогичное значение давления для закрытия решения об эквивалентности.

Замена должна сохранять фактическую функцию защиты

Обоснованный анализ замены должен восстановить исходное требование защиты перед утверждением замены.

Если существующее устройство защищает резервуар как от избыточного давления, так и от избыточного вакуума, анализ замены должен сохранять обе функции и соответствующие требования к пропускной способности по давлению и вакууму.

Если существующее устройство защищает оборудование под давлением от применимого случая избыточного давления, замена должна проверяться на соответствие этому требованию сброса, а не только номинальному соединению старого клапана.

Если исходные технические данные отсутствуют, рассматривайте их как нерешенные проектные данные, а не выводите их из внешнего вида, каталожных размеров или одного обозначения давления.

Центральное правило замены: совпадение оборудования не устанавливает совпадение функции, и совпадение одного значения давления не устанавливает совпадение расчетной основы.

Что отправлять в запросе котировки для каждого пути защиты

Грамотный запрос котировок должен сделать проблему защиты видимой для поставщика или инженера-рецензента. Размера клапана, давления и материала часто недостаточно, чтобы отличить требование к PVRV для резервуара от требования к предохранительному клапану для оборудования под давлением.

Требуемые проектные данные могут различаться, но следующие две ветви дают практическую отправную точку. Отсутствующие определяющие данные следует помечать как нерешенные, а не заполнять их значением из несвязанного каталога.

Ветвь ввода PVRV / для вентиляции резервуаров

Для запроса по вакуумно-предохранительному клапану для атмосферного или низкодавленческого резервуара предоставьте применимую информацию, доступную для проекта:

• тип защищаемого резервуара и расчетная основа;
• расчетному давлению резервуара;
• расчетному вакууму резервуара;
• требуемая уставка по давлению;
• требуемая уставка по вакууму;
• основа наполнения или притока;
• основа опорожнения или откачки;
• основа теплового дыхания, где это применимо;
• информация о системе азотирования, если она есть;
• требуемая пропускная способность по сбросу давления;
• требуемая пропускная способность вакуумной стороны;
• основание для аварийной вентиляции;
• устройство сброса или выпуска и соответствующие ограничения;
• технологическая среда или пар и требования к совместимости материалов;
• существующий паспорт клапана или идентификационная информация для работ по замене.

Назначение этой ветви — не выполнять расчет PVRV в рамках запроса котировки, а убедиться, что запрос показывает, что требования по стороне давления, вакуумной стороне и аварийные требования являются отдельными вопросами, каждый из которых может потребовать проверки.

Ветвь ввода данных о предохранительном клапане / избыточном давлении

Для запроса о предохранительном клапане на соответствующем оборудовании под давлением предоставьте доступную информацию о проекте для анализа сброса давления:

• защищаемое оборудование;
• применимый сценарий избыточного давления;
• применимая проектная основа оборудования или проекта;
• рабочее давление;
• требуемое давление настройки;
• требуемая производительность сброса;
• условия давления и температуры сброса;
• фаза среды и требуемые данные о свойствах среды;
• информация о возможном проходном сечении или доступной пропускной способности, если она уже определена;
• противодавление и условия нагнетательного трубопровода;
• сертификация требуемой пропускной способности или подтверждающая документация, если применимо;
• существующая табличка клапана, технический паспорт или расчет пропускной способности для работ по замене.

Эта ветвь построена вокруг требования к сбросу избыточного давления и доказательств, необходимых для проверки предлагаемого устройства на соответствие этому требованию, а не вокруг вдоха и выдоха резервуара.

Когда направлять вопрос профильному техническому специалисту

Это сравнение следует прекратить, как только определен правильный путь защиты.

Вопрос по резервуару, требующий детального анализа нормальной вентиляции, аварийной вентиляции или подушки газа, относится к инженерному направлению вентиляции резервуаров.

Вопрос по предохранительному клапану, требующий расчета сбрасываемой нагрузки, выбора проходного сечения или детальной проверки пропускной способности, относится к специализированному направлению расчета предохранительных клапанов.

Общий вопрос по конструкции или выбору предохранительного клапана относится к теме выбора предохранительных клапанов.