شیر فشار چه کاری انجام می دهد؟

2024-09-20

راهنمای سوپاپ فشار

دریچه های فشار دستگاه های ایمنی اساسی هستند که فشار را در سیستم های سیال کنترل ، تنظیم و تسکین می دهند. این راهنمای جامع شیرهای تسکین فشار ، شیرهای کاهش فشار ، تنظیم کننده فشار و دستگاه های کنترل فشار را در کاربردهای صنعتی پوشش می دهد.

کنترل فشار در هر سیستمی که مایعات یا گازها تحت فشار را کنترل می کنند بسیار مهم است. این که آیا شما با دیگهای بخار ، سیستم های هیدرولیک یا شبکه های توزیع آب سروکار دارید ، دریچه های فشار به عنوان مکانیسم ایمنی اصلی برای جلوگیری از خرابی فاجعه بار و بهینه سازی عملکرد سیستم عمل می کنند.

شیر فشار چیست؟ (تعریف و توابع اصلی)

دریچه فشار یک دستگاه کنترل جریان اتوماتیک است که برای تنظیم فشار سیستم با باز کردن فشار اضافی یا بسته شدن برای حفظ شرایط عملیاتی پایدار طراحی شده است. این شیرهای کنترل فشار هم به عنوان دستگاه های ایمنی و هم بهینه سازهای عملکرد عملکرد دارند.

توابع اصلی:

تنظیم فشار:فشار سیستم را در محدوده از پیش تعیین شده حفظ می کند
محافظت از فشار بیش از حد:با آزاد کردن فشار اضافی از آسیب تجهیزات جلوگیری می کند
کنترل جریان:جریان سیال را برای بهینه سازی کارآیی سیستم تنظیم می کند
تضمین ایمنی:به عنوان آخرین خط دفاع در برابر شکست های مرتبط با فشار عمل می کند

تعریف فنی:

طبق گفته ASME BPVC بخش I ، یک دستگاه تسکین فشار "وسیله ای است که با فشار استاتیک ورودی فعال شده و برای جلوگیری از افزایش فشار مایعات داخلی بیش از یک مقدار مشخص شده برای باز کردن در شرایط اضطراری یا غیر طبیعی طراحی شده است."

چگونه شیرهای کنترل فشار کار می کنند: اصول فنی

مکانیسم عملیاتی اساسی

دریچه های تسکین فشار بر اساس اصل تعادل نیرو عمل می کنند:

معادله تعادل نیرو:f₁ (نیروی فشار ورودی) = f₂ (نیروی بهار) + F₃ (نیروی فشار خون)

کجا:

f₁ = P₁ × A (فشار ورودی × منطقه دیسک مؤثر)
f₂ = بهار ثابت × فشرده سازی فاصله
f₃ = P₂ × A (پشت فشار × منطقه دیسک)

دنباله عملیاتی:

تنظیم فشار:هنگامی که فشار سیستم <فشار تنظیم شده است ، دریچه بسته می شود
فشار ترک خوردگی:باز شدن اولیه در 95-100 ٪ از فشار تنظیم شده رخ می دهد
بالابر کامل:افتتاح کامل در 103-110 ٪ از فشار تنظیم شده (در هر API 526)
فشار مجدد:دریچه در 85-95 ٪ از فشار تنظیم شده (ضربات معمولی) بسته می شود

پارامترهای فنی کلیدی:

پارامتر	تعریف	دامنه معمولی
فشار	فشار که در آن شیر شروع به باز می کند	10-6000 psig
فشار بیش از حد	فشار بالای فشار در هنگام تخلیه	3-10 ٪ از فشار تنظیم شده
ضربه	تفاوت بین فشار تنظیم و بازآفرینی	5-15 ٪ از فشار تنظیم شده
فشار	فشار پایین دست بر عملکرد دریچه تأثیر می گذارد	<10 ٪ فشار تنظیم شده (معمولی)
ضریب جریان (CV)	عامل ظرفیت دریچه	با اندازه/طراحی متفاوت است

انواع دستگاه های کنترل فشار: مشخصات فنی

1. دریچه های ایمنی فشار (PSV) و دریچه های تسکین ایمنی (SRV)

استانداردهای فنی:ASME BPVC Creator I & VIII ، API 520/526

دریچه های ایمنی بار بهار

دامنه عملیاتی:15 psig تا 6000 psig
دامنه دما:-320 درجه فارنهایت تا 1200 درجه فارنهایت
دامنه ظرفیت:1 تا 100،000+ SCFM
مواد:فولاد کربن ، فولاد ضد زنگ 316/304 ، INCONEL ، HASTELLOY

محاسبه ظرفیت (سرویس گاز):W = ckdp₁kshkv√ (m/t)

کجا:

W = ظرفیت مورد نیاز (LB/HR)
ج = ضریب تخلیه
kd = ضریب تصحیح ضریب
p₁ = فشار تنظیم + فشار بیش از حد (psia)
ksh = ضریب تصحیح فوق العاده
kV = ضریب تصحیح ویسکوزیته
M = وزن مولکولی
t = دمای مطلق (° R)

دریچه های تسکین ایمنی با خلبانی (POSRV)

مزایای:خاموش شدن محکم ، ظرفیت بزرگ ، پچ پچ را کاهش می دهد
دامنه فشار:25 psig تا 6000 psig
دقت:1 ٪ از فشار تنظیم شده
برنامه ها:سرویس گاز با ظرفیت بالا ، برنامه های فرآیند بحرانی

2. دریچه های کاهش فشار (تنظیم کننده های فشار)

استانداردهای فنی:ANSI/ISA 75.01 ، IEC 60534

تنظیم کننده های فشار مستقیم

نسبت کاهش فشار:حداکثر 10: 1
دقت:5-10 ٪ از فشار تنظیم شده
دامنه جریان:0.1 تا 10،000+ GPM
زمان پاسخ:1-5 ثانیه

فرمول اندازه:cv = q√ (g/(ΔP))

کجا:

CV = ضریب جریان
q = سرعت جریان (GPM)
G = گرانش خاص
ΔP = افت فشار (PSI)

دریچه های کاهش فشار تحت کنترل خلبان

نسبت کاهش فشار:حداکثر 100: 1
دقت:1-2 ٪ از فشار تنظیم شده
Rangeability:100: 1 معمولی
برنامه ها:برنامه های کاهش فشار بالا و پر فشار

3. تنظیم کننده های فشار پشت و دریچه های کنترل

عملکرد:با کنترل جریان پایین دست ، فشار بالادست ثابت را حفظ کنید

مشخصات فنی:

دامنه فشار:5 psig تا 6000 psig
ضریب جریان:0.1 تا 500+ CV
دقت:2 ٪ از فشار تنظیم شده
مواد:316 SS ، Hastelloy C-276 ، Inconel 625

کاربردهای صنعتی و مطالعات موردی

صنعت تولید برق

دریچه های ایمنی دیگ بخار (بخش ASME)

ظرفیت مورد نیاز:باید تمام بخار تولید شده را بدون بیش از 6 ٪ بالاتر از فشار تنظیم کنید
حداقل الزامات:یک شیر ایمنی در هر دیگ بخار ؛ دو دریچه برای سطح گرمایش 500 متر مربع
آزمایش:تست بلند کردن دستی هر 6 ماه (فشار زیاد) یا سه ماهه (فشار کم)

مطالعه موردی: نیروگاه 600 مگاوات

فشار اصلی بخار: 2400 psig
فشار تنظیم دریچه ایمنی: 2،465 PSIG (103 ٪ از فشار عملیاتی)
ظرفیت مورد نیاز: بخار 4.2 میلیون پوند در ساعت
پیکربندی: چند دریچه ایمنی بهار 8 "x 10"

صنعت نفت و گاز

سیستم های ایمنی فشار خط لوله (API 521)

فشار طراحی:1.1 × حداکثر فشار عملیاتی مجاز (MAOP)
اندازه شیر ایمنی:بر اساس حداکثر سناریوهای جریان و فشار پیش بینی شده
مواد:سرویس گاز ترش به انطباق NACE MR0175 نیاز دارد

مطالعه موردی: ایستگاه خط لوله گاز طبیعی

فشار عملیاتی: 1000 psig
فشار تنظیم دریچه ایمنی: 1100 psig
نیاز به ظرفیت: 50 mmscfd
نصب: 6 "x 8" دریچه تسکین ایمنی آزمایشی

تصفیه آب و توزیع

کاهش فشار ایستگاه های دریچه

فشار ورودی:150-300 psig (عرضه شهری)
فشار خروجی:60-80 psig (شبکه توزیع)
دامنه جریان:500-5000 GPM
دقت کنترل:2 psi

محاسبه هیدرولیک مثال:

برای آب 6 اینچی PRV که 200 psig را به 75 psig در 2000 gpm کاهش می دهد:

CV مورد نیاز = 2000 - (1.0/125) = 179
شیر 6 "را با CV = 185 انتخاب کنید

پردازش شیمیایی و پتروشیمی

سیستم های محافظت از راکتور

شرایط عملیاتی:500 درجه فارنهایت ، 600 psig
سناریوهای امدادی:انبساط حرارتی ، واکنشهای فراری ، خرابی خنک کننده
مواد:Hastelloy C-276 برای خدمات خورنده
اندازه:بر اساس تجزیه و تحلیل سناریو بدترین حالت در هر API 521

معیارهای انتخاب و محاسبات مهندسی

پارامترهای عملکرد

رتبه بندی فشار (ASME B16.5):

طبقه	امتیاز فشار @ 100 ° F
کلاس 150	285 psig
کلاس 300	740 psig
کلاس 600	1،480 psig
کلاس 900	2،220 psig
کلاس 1500	3،705 psig

دماء دما:

رتبه بندی فشار باید برای درجه حرارت بالا با توجه به جداول فشار دما ASME B16.5 بدست آید.

راهنمای انتخاب مواد

خدمت	ماده بدن	ماده سه گانه	ماده بهاری
اب	فولاد کربن ، برنز	316 SS	سیم موسیقی
بخار	فولاد کربن ، 316 SS	316 SS ، STELLITE	INCONEL X-750
گاز ترش	316 SS ، Duplex SS	ستارگان ، ناخودآگاه	INCONEL X-750
کورژوژنیک	316 SS ، 304 SS	316 SS	316 SS
دم	فولاد کربن ، فولاد آلیاژ	ستارگان ، ناخودآگاه	INCONEL X-750

محاسبات اندازه

برای خدمات مایع (API 520):

منطقه مورد نیاز:a = (gpm × √g) / (38.0 × kd × kW × kC × √ΔP)

کجا:

A = منطقه تخلیه مؤثر (in²)
GPM = سرعت جریان مورد نیاز
G = گرانش خاص
kd = ضریب تخلیه (0.62 برای مایعات)
kW = ضریب تصحیح فشار پشتی
KC = ضریب تصحیح ترکیبی
ΔP = فشار تنظیم + فشار بیش از حد - فشار کمر

برای سرویس گاز/بخار (API 520):

جریان بحرانی:a = w/(ckdp₁kb)
جریان زیر بحرانی:a = 17.9w√ (tz/mkdp₁ (p₁-p₂) kb)

استانداردهای نصب و نگهداری

الزامات نصب (ASME BPVC)

نصب دریچه ایمنی:

لوله کشی ورودی:کوتاه و مستقیم ، از آرنج در 5 قطر لوله خودداری کنید
لوله کشی خروجی:اندازه حداکثر فشار 10 ٪ پشتی
نصب:عمودی ارجح ، افقی قابل قبول با پشتیبانی
انزوا:دریچه های بلوک ممنوع در ورودی ؛ در صورت باز بودن در خروجی قابل قبول است

نصب شیر کاهش فشار:

صاف کننده بالادست:حداقل 20 ماش برای خدمات تمیز
خط بای پس:برای نگهداری و عملیات اضطراری
سنجهای فشار:نظارت بر بالادست و پایین دست
شیر تسکین:محافظت از پایین دست در برابر فشار بیش از حد

برنامه ها و رویه های نگهداری

الزامات بازرسی API 510:

بازرسی بصری:هر 6 ماه
آزمون عملیاتی:سالانه
تست ظرفیت:هر 5 سال
تعمیرات اساسی کامل:هر 10 سال یا توصیه های تولید کننده

روشهای آزمایش:

تست فشار را تنظیم کنید:فشار باز کردن را در 3 ± از تنظیمات تأیید کنید
تست نشت صندلی:API 527 کلاس IV (حداکثر 5000 سی سی در ساعت)
تست ظرفیت:تأیید عملکرد جریان نیازهای طراحی را برآورده می کند
تست فشار برگشت:ارزیابی عملکرد در شرایط سیستم

فن آوری های نگهداری پیش بینی کننده

آزمایش انتشار صوتی:

تشخیص:نشت داخلی ، سایش صندلی ، خستگی بهاری
دامنه فرکانس:20 کیلوهرتز تا 1 مگاهرتز
حساسیت:می تواند نشت <0.1 gpm را تشخیص دهد

تجزیه و تحلیل ارتعاش:

برنامه ها:پچ پچ زدن دریچه خلبان ، رزونانس بهاری
پارامترها:دامنه ، فرکانس ، تجزیه و تحلیل فاز
روند:داده های تاریخی برای پیش بینی شکست

استانداردها و گواهینامه های انطباق

دیگ بخار ASME و کد کشتی

بخش اول (دیگهای بخار):

نیازهای ظرفیت:دریچه های ایمنی باید از افزایش فشار> 6 ٪ بالاتر از فشار تنظیم شده جلوگیری کنند
حداقل دریچه های ایمنی:یک در هر دیگ بخار ، دو اگر سطح گرمایش> 500 متر مربع فوت
آزمایش:بلند کردن دستی هر 6 ماه (فشار زیاد) یا سه ماهه (فشار کم)

بخش VIII (کشتی های فشار):

الزامات دستگاه تسکین:همه کشتی های فشار نیاز به محافظت بیش از حد دارند
تنظیم فشار:از تجهیزات حفاظت شده فراتر نرود
ظرفیت:بر اساس سناریوی بدترین حالت در هر API 521

اجرای استانداردهای API

API 520 (اندازه دستگاه امداد):

دامنه:شیرهای امدادی معمولی ، متعادل و خلبانی را پوشش می دهد
روشهای اندازه:روشهای محاسبه را برای همه انواع سیال ارائه می دهد
نصب:الزامات لوله کشی و ادغام سیستم را مشخص می کند

API 526 (شیرهای تسکین فولاد فلنج):

استانداردهای طراحی:الزامات بعدی ، رتبه بندی فشار فشار
مواد:فولاد کربن ، مشخصات فولاد ضد زنگ
آزمایش:الزامات آزمون پذیرش کارخانه

API 527 (سفتی صندلی تجاری):

کلاس I:بدون نشت قابل مشاهده
کلاس دوم:40 سی سی در ساعت در هر اینچ قطر صندلی
کلاس سوم:300 سی سی در ساعت در هر اینچ قطر صندلی
کلاس IV:1400 سی سی در ساعت در هر اینچ قطر صندلی

استانداردهای بین المللی

IEC 61511 (سیستم های ابزاری ایمنی):

رتبه بندی SIL:الزامات سطح یکپارچگی ایمنی برای محافظت از فشار
آزمایش اثبات:آزمایش دوره ای برای حفظ عملکرد ایمنی
نرخ شکست:حداکثر میزان شکست مجاز برای سیستم های ایمنی

عیب یابی و تجزیه و تحلیل شکست

حالت های شکست مشترک

افتتاح زودرس (Simmer):

علل:

تلفات لوله کشی ورودی بیش از 3 ٪ از فشار تنظیم شده است
لرزش یا پالس در سیستم
آوار روی صندلی دریچه
فشار را خیلی نزدیک به فشار عملیاتی تنظیم کنید

راه حل ها:

اندازه لوله کشی ورودی (سرعت <30 فوت در ثانیه برای مایعات ، <100 فوت در ثانیه برای گازها)
خمیر پالس را نصب کنید
صندلی دریچه و دیسک را تمیز کنید
افزایش حاشیه بین فشار عملیاتی و تنظیم (> 10 ٪)