Van áp suất làm gì?

2024-09-20

Hướng dẫn van áp suất

Van áp suất là các thiết bị an toàn thiết yếu kiểm soát, điều chỉnh và giảm áp lực trong các hệ thống chất lỏng. Hướng dẫn toàn diện này bao gồm các van giảm áp, van giảm áp lực, bộ điều chỉnh áp suất và thiết bị kiểm soát áp suất trên các ứng dụng công nghiệp.

Kiểm soát áp suất là rất quan trọng trong bất kỳ hệ thống xử lý chất lỏng hoặc khí dưới áp lực. Cho dù bạn đang đối phó với nồi hơi hơi nước, hệ thống thủy lực hoặc mạng lưới phân phối nước, các van áp suất đóng vai trò là cơ chế an toàn chính ngăn chặn sự cố thảm khốc và tối ưu hóa hiệu suất hệ thống.

Van áp suất là gì? (Định nghĩa và các chức năng cốt lõi)

Van áp suất là một thiết bị điều khiển dòng tự động được thiết kế để điều chỉnh áp suất hệ thống bằng cách mở để giải phóng áp suất dư thừa hoặc đóng để duy trì các điều kiện vận hành ổn định. Các van điều khiển áp suất này hoạt động như cả thiết bị an toàn và tối ưu hóa hiệu suất.

Các chức năng chính:

Quy định áp lực:Duy trì áp lực hệ thống trong giới hạn được xác định trước
Bảo vệ áp lực:Ngăn chặn thiệt hại thiết bị bằng cách giải phóng áp lực dư thừa
Kiểm soát dòng chảy:Điều chỉnh lưu lượng chất lỏng để tối ưu hóa hiệu quả của hệ thống
Đảm bảo an toàn:Hoạt động như là tuyến phòng thủ cuối cùng chống lại những thất bại liên quan đến áp lực

Định nghĩa kỹ thuật:

Theo ASME BPVC Phần I, một thiết bị giảm áp là "một thiết bị được kích hoạt bởi áp suất tĩnh đầu vào và được thiết kế để mở trong các điều kiện khẩn cấp hoặc bất thường để ngăn chặn áp suất chất lỏng bên trong vượt quá giá trị cụ thể."

Van điều khiển áp suất hoạt động như thế nào: Nguyên tắc kỹ thuật

Cơ chế vận hành cơ bản

Van giảm áp hoạt động theo nguyên tắc cân bằng lực:

Phương trình cân bằng lực:F₁ (Lực áp suất đầu vào) = F₂ (Lực lò xo) + F₃ (Lực backpressure)

Ở đâu:

F₁ = p₁ × a (áp suất đầu vào × diện tích đĩa hiệu quả)
F₂ = hằng số lò xo × khoảng cách nén
F₃ = P₂ × A (Backpressure × Vùng đĩa)

Trình tự hoạt động:

Đặt áp lực:Van vẫn đóng khi áp suất hệ thống <đặt áp suất
Áp lực nứt:Việc mở ban đầu xảy ra ở mức 95-100% áp suất đặt
Nâng đầy đủ:Hoàn thành mở ở 103-110% áp suất đặt (mỗi API 526)
Áp lực:Van đóng cửa ở mức 85-95% áp suất đặt (Thổi xuống điển hình)

Các thông số kỹ thuật chính:

Tham số	Sự định nghĩa	Phạm vi điển hình
Đặt áp lực	Áp suất mà van bắt đầu mở	10-6000 psig
Áp lực	Áp lực trên đặt áp suất trong quá trình xả	3-10% áp lực đã đặt
Thổi xuống	Sự khác biệt giữa áp lực tập hợp và tái sử dụng	5-15% áp lực đặt
Áp lực trở lại	Áp suất hạ nguồn ảnh hưởng đến hiệu suất của van	<10% áp suất đặt (thông thường)
Hệ số dòng chảy (CV)	Hệ số dung lượng van	Thay đổi theo kích thước/thiết kế

Các loại thiết bị kiểm soát áp lực: Thông số kỹ thuật

1. Van an toàn áp suất (PSV) và van giảm an toàn (SRV)

Tiêu chuẩn kỹ thuật:ASME BPVC Creator I & VIII, API 520/526

Van an toàn lò xo

Phạm vi hoạt động:15 psig đến 6.000 psig
Phạm vi nhiệt độ:-320 ° F đến 1.200 ° F.
Phạm vi công suất:1 đến hơn 100.000 scfm
Nguyên vật liệu:Thép carbon, Thép không gỉ 316/304, Inconel, Hastelloy

Tính toán công suất (dịch vụ khí):W = ckdp₁kshkv√ (m/t)

Ở đâu:

W = công suất cần thiết (lb/giờ)
C = Hệ số xả
KD = Hệ số hiệu chỉnh hệ số phóng điện
P₁ = Đặt áp suất + quá áp (PSIA)
KSH = Hệ số hiệu chỉnh siêu nhiệt
KV = Hệ số hiệu chỉnh độ nhớt
M = trọng lượng phân tử
T = nhiệt độ tuyệt đối (° R)

Van cứu trợ an toàn do phi công (POSRV)

Thuận lợi:Đóng cửa chặt chẽ, công suất lớn, giảm
Phạm vi áp suất:25 psig đến 6.000 psig
Sự chính xác:± 1% áp suất đặt
Ứng dụng:Dịch vụ khí năng lượng cao, các ứng dụng quy trình quan trọng

2. Van giảm áp (bộ điều chỉnh áp suất)

Tiêu chuẩn kỹ thuật:ANSI/ISA 75,01, IEC 60534

Bộ điều chỉnh áp lực tác dụng trực tiếp

Tỷ lệ giảm áp suất:Lên đến 10: 1
Sự chính xác:± 5-10% áp suất đặt
Phạm vi dòng chảy:0,1 đến 10.000 gpm
Thời gian trả lời:1-5 giây

Định cỡ công thức:CV = q√ (g/(p))

Ở đâu:

CV = hệ số dòng chảy
Q = Tốc độ dòng chảy (GPM)
G = trọng lực riêng
Δp = giảm áp lực (PSI)

Van giảm áp suất vận hành phi công

Tỷ lệ giảm áp suất:Lên đến 100: 1
Sự chính xác:± 1-2% áp suất đặt
Khả năng điều trị:100: 1 điển hình
Ứng dụng:Dòng giảm cao, giảm áp suất cao

3. Bộ điều chỉnh áp suất trở lại và van điều khiển

Chức năng:Duy trì áp lực ngược dòng liên tục bằng cách kiểm soát dòng chảy xuôi dòng

Thông số kỹ thuật:

Phạm vi áp suất:5 psig đến 6.000 psig
Hệ số dòng chảy:0,1 đến 500+ cv
Sự chính xác:± 2% áp suất đặt
Nguyên vật liệu:316 SS, Hastelloy C-276, Inconel 625

Ứng dụng công nghiệp và nghiên cứu trường hợp

Công nghiệp sản xuất điện

Van an toàn nồi hơi (ASME Phần I)

Năng lực cần thiết:Phải xả tất cả hơi nước được tạo ra mà không vượt quá 6% so với áp suất đặt
Yêu cầu tối thiểu:Một van an toàn cho mỗi nồi hơi; Hai van cho bề mặt gia nhiệt> 500 sq ft
Kiểm tra:Kiểm tra nâng thủ công cứ sau 6 tháng (áp suất cao) hoặc hàng quý (áp suất thấp)

Nghiên cứu trường hợp: Nhà máy điện 600 MW

Áp suất hơi chính: 2.400 psig
Áp suất của van an toàn: 2,465 psig (103% áp suất vận hành)
Công suất cần thiết: 4.2 triệu lb/giờ hơi nước
Cấu hình: Nhiều van an toàn lò xo 8 "x 10"

Ngành công nghiệp dầu khí

Hệ thống an toàn áp suất đường ống (API 521)

Áp lực thiết kế:1.1 × Áp suất vận hành tối đa cho phép (MAOP)
Kích thước van an toàn:Dựa trên các kịch bản áp lực và dòng áp suất tối đa
Nguyên vật liệu:Dịch vụ khí chua yêu cầu tuân thủ NACE MR0175

Nghiên cứu trường hợp: Trạm đường ống khí đốt tự nhiên

Áp lực hoạt động: 1.000 psig
Áp suất đặt van an toàn: 1.100 psig
Yêu cầu về công suất: 50 MMSCFD
Cài đặt: 6 "x 8" Van giảm tốc độ an toàn do phi công điều hành

Xử lý và phân phối nước

Các trạm van giảm áp suất

Áp lực đầu vào:150-300 psig (Cung cấp thành phố)
Áp lực đầu ra:60-80 psig (Mạng phân phối)
Phạm vi dòng chảy:500-5.000 gpm
Kiểm soát độ chính xác:± 2 psi

Ví dụ tính toán thủy lực:

Đối với PRV nước 6 "giảm 200 psig xuống còn 75 psig ở 2.000 gpm:

CV bắt buộc = 2.000√ (1.0/125) = 179
Chọn 6 "Van với CV = 185

Xử lý hóa chất và hóa dầu

Hệ thống bảo vệ lò phản ứng

Điều kiện hoạt động:500 ° F, 600 psig
Kịch bản cứu trợ:Mở rộng nhiệt, phản ứng chạy trốn, thất bại làm mát
Nguyên vật liệu:Hastelloy C-276 cho dịch vụ ăn mòn
Định cỡ:Dựa trên phân tích trường hợp xấu nhất trên mỗi API 521

Tiêu chí lựa chọn và tính toán kỹ thuật

Tham số hiệu suất

Xếp hạng áp lực (ASME B16.5):

Lớp học	Xếp hạng áp lực @ 100 ° F
Lớp 150	285 psig
Lớp 300	740 psig
Lớp 600	1.480 psig
Lớp 900	2.220 psig
Lớp 1500	3,705 psig

Nhiệt độ Derating:

Xếp hạng áp lực phải được phân loại đối với nhiệt độ cao theo bảng áp suất nhiệt độ ASME B16.5.

Hướng dẫn lựa chọn vật liệu

Dịch vụ	Vật liệu cơ thể	Cắt vật liệu	Vật liệu mùa xuân
Nước	Thép carbon, đồng	316 ss	Dây âm nhạc
Hơi nước	Thép carbon, 316 SS	316 SS, sao	Inconel X-750
Hơi chua	316 ss, song công SS	Stellite, vô thức	Inconel X-750
Đông lạnh	316 SS, 304 SS	316 ss	316 ss
Temp cao	Thép carbon, thép hợp kim	Stellite, vô thức	Inconel X-750

Tính toán kích thước

Đối với dịch vụ lỏng (API 520):

Khu vực bắt buộc:A = (gpm × g) / (38,0 × kd × kw × kc × p)

Ở đâu:

A = Khu vực xả hiệu quả cần thiết (IN²)
GPM = tốc độ dòng yêu cầu
G = trọng lực riêng
KD = Hệ số xả (0,62 cho chất lỏng)
KW = Hệ số hiệu chỉnh áp suất trở lại
KC = Hệ số hiệu chỉnh kết hợp
ΔP = Đặt áp suất + áp lực quá mức - Áp suất trở lại

Cho dịch vụ khí/hơi (API 520):

Dòng chảy quan trọng:A = w/(ckdp₁kb)
Dòng chảy quan trọng:A = 17,9w√ (TZ/MKDP₁ (P₁-P₂) KB)

Tiêu chuẩn cài đặt và bảo trì

Yêu cầu cài đặt (ASME BPVC)

Lắp đặt van an toàn:

Đường ống đầu vào:Ngắn và trực tiếp, tránh khuỷu tay trong vòng 5 đường kính ống
Đường ống đầu ra:Có kích thước cho áp suất trở lại tối đa 10%
Gắn kết:Ưa thích dọc, được chấp nhận theo chiều ngang với sự hỗ trợ
Sự cách ly:Van khối bị cấm trong đầu vào; có thể chấp nhận được trong ổ cắm nếu bị khóa mở

Lắp đặt van giảm áp:

Tranh lọc ngược dòng:Tối thiểu 20 kết nối cho dịch vụ sạch
Đường tránh:Để bảo trì và hoạt động khẩn cấp
Đồng hồ đo áp suất:Giám sát ngược dòng và hạ nguồn
Van cứu trợ:Bảo vệ hạ nguồn chống lại áp lực

Lịch bảo trì và thủ tục

Yêu cầu kiểm tra API 510:

Kiểm tra trực quan:Cứ sau 6 tháng
Kiểm tra hoạt động:Hàng năm
Kiểm tra năng lực:Cứ sau 5 năm
Đại tu hoàn thành:Cứ sau 10 năm hoặc cho mỗi khuyến nghị của nhà sản xuất

Quy trình kiểm tra:

Đặt kiểm tra áp suất:Xác minh áp suất mở trong vòng 3% cài đặt
Kiểm tra rò rỉ chỗ ngồi:API 527 Lớp IV (tối đa 5.000 cc/giờ)
Kiểm tra năng lực:Xác minh hiệu suất lưu lượng đáp ứng các yêu cầu thiết kế
Kiểm tra áp suất trở lại:Đánh giá hiệu suất trong điều kiện hệ thống

Công nghệ bảo trì dự đoán

Thử nghiệm phát thải âm:

Phát hiện:Rò rỉ nội bộ, hao mòn chỗ ngồi, mệt mỏi mùa xuân
Dải tần số:20 kHz đến 1 MHz
Độ nhạy:Có thể phát hiện rò rỉ <0,1 gpm

Phân tích rung:

Ứng dụng:Van phi công Chattering, cộng hưởng mùa xuân
Tham số:Biên độ, tần số, phân tích pha
Xu hướng:Dữ liệu lịch sử để dự đoán thất bại

Tiêu chuẩn và chứng nhận tuân thủ

Lò hơi ASME và mã bình áp

Phần I (nồi hơi năng lượng):

Yêu cầu về năng lực:Van an toàn phải ngăn ngừa áp suất tăng> 6% so với áp suất đặt
Van an toàn tối thiểu:Một mỗi nồi hơi, hai nếu bề mặt làm nóng> 500 sq ft
Kiểm tra:Nâng thủ công cứ sau 6 tháng (áp suất cao) hoặc hàng quý (áp suất thấp)

Phần VIII (tàu áp suất):

Yêu cầu thiết bị cứu trợ:Tất cả các tàu áp lực đều yêu cầu bảo vệ quá áp
Đặt áp lực:Không vượt quá MAWP của thiết bị được bảo vệ
Dung tích:Dựa trên trường hợp xấu nhất trên mỗi API 521

Thực hiện tiêu chuẩn API

API 520 (kích thước thiết bị cứu trợ):

Phạm vi:Bao gồm các van cứu trợ thông thường, cân bằng và điều hành phi công
Phương pháp định cỡ:Cung cấp các quy trình tính toán cho tất cả các loại chất lỏng
Cài đặt:Chỉ định các yêu cầu đường ống và tích hợp hệ thống

API 526 (Van cứu trợ thép mặt bích):

Tiêu chuẩn thiết kế:Yêu cầu kích thước, xếp hạng nhiệt độ áp lực
Nguyên vật liệu:Thép carbon, thông số kỹ thuật bằng thép không gỉ
Kiểm tra:Yêu cầu kiểm tra chấp nhận nhà máy

API 527 (độ kín của ghế thương mại):

Lớp I:Không có rò rỉ có thể nhìn thấy
Lớp II:40 cc/giờ mỗi inch đường kính chỗ ngồi
Lớp III:300 cc/giờ mỗi inch đường kính chỗ ngồi
Lớp IV:1.400 cc/giờ mỗi inch đường kính chỗ ngồi

Tiêu chuẩn quốc tế

IEC 61511 (Hệ thống thiết bị an toàn):

Xếp hạng SIL:Yêu cầu mức độ toàn vẹn an toàn để bảo vệ áp lực
Kiểm tra bằng chứng:Kiểm tra định kỳ để duy trì chức năng an toàn
Tỷ lệ thất bại:Tỷ lệ thất bại tối đa cho phép cho các hệ thống an toàn

Xử lý sự cố và phân tích thất bại

Chế độ thất bại phổ biến

Mở sớm (Simmer):

Nguyên nhân:

Tổn thất đường ống đầu vào vượt quá 3% áp suất đặt
Rung hoặc xung trong hệ thống
Mảnh vụn trên ghế van
Đặt áp lực quá gần với áp suất vận hành

Giải pháp:

Tăng kích thước đường ống đầu vào (vận tốc <30 ft/giây đối với chất lỏng, <100 ft/giây cho khí)
Cài đặt bộ giảm chấn xung
Ghế và Đĩa van sạch
Tăng tỷ suất lợi nhuận giữa áp suất vận hành và đặt (> 10%)