Van áp suất có tác dụng gì?

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

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

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

Chức năng chính:

• Điều chỉnh áp suất:Duy trì áp suất hệ thống trong giới hạn định trước
• Bảo vệ quá áp:Ngăn ngừa hư hỏng thiết bị bằng cách giải phóng áp suất dư thừa
• Kiểm soát dòng chảy:Điều chỉnh lưu lượng chất lỏng để tối ưu hóa hiệu quả hệ thống
• Đảm bảo an toàn:Đóng vai trò là tuyến phòng thủ cuối cùng chống lại các hư hỏng liên quan đến áp suất

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 lý cân bằng lực:

Ở đâu:

• F₁ = P₁×A (áp suất đầu vào×diện tích đĩa hiệu dụng)
• F₂ = Hằng số lò xo×khoảng cách nén
• F₃ = P₂×A (áp suất ngược×diện tích đĩa)

Trình tự vận hành:

1. Đặt áp suất:Van vẫn đóng khi áp suất hệ thống < áp suất cài đặt
2. Áp suất nứt:Lần mở đầu tiên xảy ra ở mức 95-100% áp suất cài đặt
3. Nâng toàn bộ:Mở hoàn toàn ở mức 103-110% áp suất cài đặt (theo API 526)
4. Đặt lại áp suất:Van đóng ở mức 85-95% áp suất cài đặt (xả đáy điển hình)

Các thông số kỹ thuật chính:

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

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

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

Van an toàn lò xo

Ở đâu:

• W = Công suất yêu cầu (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 quá nhiệt
• Kv = Hệ số hiệu chỉnh độ nhớt
• M = Trọng lượng phân tử
• T = Nhiệt độ tuyệt đối (°R)

Van cứu trợ an toàn vận hành bằng thí điểm (POSRV)

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

Tiêu chuẩn kỹ thuật:ANSI/ISA 75.01, IEC 60534

Bộ điều chỉnh áp suất tác động trực tiếp

Ở đâu:

• Cv = Hệ số dòng chảy
• Q = Tốc độ dòng chảy (GPM)
• G = Trọng lượng riêng
• ΔP = Độ giảm áp suất (psi)

Van giảm áp vận hành bằng thí điểm

3. Bộ điều chỉnh áp suất và van điều khiển phía sau

Chức năng:Duy trì áp suất thượng nguồn không đổi bằng cách kiểm soát dòng chảy hạ lưu

Ứng dụng công nghiệp và nghiên cứu trường hợp

Công nghiệp phát điện

Van an toàn nồi hơi (ASME Phần I)

• Công suất yêu cầu:Phải xả hết hơi nước tạo ra mà không vượt quá 6% trên áp suất cài đặt
• Yêu cầu tối thiểu:Một van an toàn cho mỗi nồi hơi; hai van cho bề mặt sưởi ấm> 500 ft vuông
• Kiểm tra:Kiểm tra nâng bằng tay 6 tháng một lần (áp suất cao) hoặc hàng quý (áp suất thấp)

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 lưu lượng và áp suất dự kiến ​​tối đa
• Nguyên vật liệu:Dịch vụ gas chua yêu cầu tuân thủ NACE MR0175

Xử lý và phân phối nước

Trạm van giảm áp

Chế biến hóa chất và hóa dầu

Hệ thống bảo vệ lò phản ứng

• Điều kiện hoạt động:500°F, 600 psi
• Kịch bản cứu trợ:Sự giãn nở nhiệt, phản ứng chạy trốn, lỗi làm mát
• Nguyên vật liệu:Hastelloy C-276 cho dịch vụ ăn mòn
• Định cỡ:Dựa trên phân tích tình huống xấu nhất trên mỗi API 521

Tiêu chí lựa chọn và tính toán kỹ thuật

Thông số hiệu suất

Xếp hạng áp suất (ASME B16.5):

Hướng dẫn lựa chọn vật liệu

Tính toán kích thước

Đối với Dịch vụ chất lỏng (API 520):

Ở đâu:

• A = Diện tích xả hiệu quả cần thiết (in²)
• GPM = Tốc độ dòng yêu cầu
• G = Trọng lượng riêng
• Kd = Hệ số xả (0,62 đối với chất lỏng)
• Kw = Hệ số hiệu chỉnh áp suất ngược
• Kc = Hệ số hiệu chỉnh tổ hợp
• ΔP = Áp suất đặt + quá áp - áp suất ngược

Đối với Dịch vụ Khí/Hơi (API 520):

Tiêu chuẩn lắp 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 phạm vi 5 đường kính ống
• Đường ống thoát:Có kích thước cho áp suất ngược tối đa 10%
• Gắn kết:Ưu tiên theo chiều dọc, chấp nhận theo chiều ngang với sự hỗ trợ
• Sự cách ly:Van chặn bị cấm ở đầu vào; chấp nhận được trong ổ cắm nếu bị khóa mở

Lắp đặt van giảm áp:

• Bộ lọc ngược dòng:Tối thiểu 20 lưới cho dịch vụ sạch sẽ
• Đường vòng:Để bảo trì và vận hành khẩn cấp
• Đồng hồ đo áp suất:Giám sát thượng nguồn và hạ lưu
• Van cứu trợ:Bảo vệ hạ lưu chống quá áp

Lịch trình và thủ tục bảo trì

Yêu cầu kiểm tra API 510:

• Kiểm tra trực quan:Mỗi 6 tháng
• Kiểm tra hoạt động:Hàng năm
• Kiểm tra năng lực:Cứ 5 năm một lần
• Đại tu toàn diện:Cứ sau 10 năm hoặc theo khuyến nghị của nhà sản xuất

Thủ tục kiểm tra:

• Đặt kiểm tra áp suất:Xác minh áp suất mở trong phạm vi ±3% cài đặt
• Kiểm tra rò rỉ chỗ ngồi:API 527 Loại IV (tối đa 5.000 cc/giờ)
• Kiểm tra năng lực:Xác minh hiệu suất dòng chảy đáp ứng yêu cầu thiết kế
• Kiểm tra áp suất ngược:Đánh giá hiệu suất trong điều kiện hệ thống

Công nghệ bảo trì dự đoán

Kiểm tra phát xạ âm thanh:

• Phát hiện:Rò rỉ bên trong, mòn ghế, mỏi lò xo
• Dải tần số:20 kHz đến 1 MHz
• Độ nhạy:Có thể phát hiện rò rỉ <0,1 GPM

Phân tích rung động:

• Ứng dụng:Van thí điểm kêu lạch cạch, lò xo cộng hưởng
• Thông số:Biên độ, tần số, phân tích pha
• Xu hướng:Dữ liệu lịch sử để dự đoán lỗi

Tiêu chuẩn và chứng nhận tuân thủ

Mã nồi hơi và bình áp lực ASME

Phần I (Nồi hơi điện):

• Yêu cầu về năng lực:Van an toàn phải ngăn áp suất tăng >6% so với áp suất cài đặt
• Van an toàn tối thiểu:Một cho mỗi nồi hơi, hai nếu bề mặt gia nhiệt >500 ft vuông
• Kiểm tra:Nâng bằng tay 6 tháng một lần (áp suất cao) hoặc hàng quý (áp suất thấp)

Phần VIII (Bình chịu áp lực):

• Yêu cầu về thiết bị cứu trợ:Tất cả các bình chịu áp lực đều yêu cầu bảo vệ quá áp
• Đặt áp suất:Không vượt quá MAWP của thiết bị được bảo vệ
• Dung tích:Dựa trên tình huống xấu nhất trên mỗi API 521

Triển khai tiêu chuẩn API

API 520 (Kích thước thiết bị cứu trợ):

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

API 526 (Van giảm áp bằng thép mặt bích):

• Tiêu chuẩn thiết kế:Yêu cầu về kích thước, xếp hạng nhiệt độ áp suất
• Nguyên vật liệu:Thông số kỹ thuật thép carbon, thép không gỉ
• Kiểm tra:Yêu cầu kiểm tra chấp nhận của nhà máy

API 527 (Độ kín chỗ ngồi thương mại):

• Lớp I:Không có rò rỉ nhìn thấy được
• Loại II:40 cc/giờ trên mỗi inch đường kính ghế
• Loại III:300 cc/giờ mỗi inch đường kính ghế
• Lớp IV:1.400 cc/giờ trên mỗi inch đường kính ghế

Tiêu chuẩn quốc tế

IEC 61511 (Hệ thống thiết bị an toàn):

• Xếp hạng SIL:Yêu cầu về mức độ toàn vẹn an toàn để bảo vệ áp suất
• Kiểm tra bằng chứng:Kiểm tra định kỳ để duy trì chức năng an toàn
• Tỷ lệ thất bại:Tỷ lệ hư hỏng tối đa cho phép đối với hệ thống an toàn

Phân tích sự cố và lỗi

Các chế độ lỗi phổ biến

Mở sớm (Simmer):

Nguyên nhân:

• Tổn thất đường ống đầu vào vượt quá 3% áp suất cài đặt
• Rung hoặc đập trong hệ thống
• Các mảnh vụn trên ghế van
• Đặt áp suất 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 đối với chất khí)
• Lắp đặt bộ giảm xung
• Làm sạch đế và đĩa van
• Tăng biên độ giữa áp suất vận hành và áp suất cài đặt (>10%)

Không mở được:

Nguyên nhân:

• Ăn mòn hoặc ràng buộc mùa xuân
• Áp suất ngược quá mức (>10% áp suất cài đặt)
• Ổ cắm hoặc lỗ thông hơi bị cắm
• Quy mô hoặc ăn mòn trên các bộ phận chuyển động

Giải pháp:

• Thay thế lò xo, nâng cấp vật liệu
• Giảm áp suất ngược hoặc sử dụng thiết kế van cân bằng
• Xóa vật cản, tăng kích thước đường ống thoát ra
• Làm sạch và bôi trơn, xem xét các vật liệu khác nhau

Rò rỉ quá mức:

Nguyên nhân:

• Hư hỏng chỗ ngồi do mảnh vụn hoặc ăn mòn
• Đĩa bị cong vênh do chu trình nhiệt
• Tải trọng ghế không đủ (mỏi lò xo)
• Tấn công hóa học trên bề mặt bịt kín

Giải pháp:

• Bề mặt ghế và đĩa
• Thay đĩa, cải tiến thiết kế tản nhiệt
• Thay thế lò xo, xác minh áp suất cài đặt
• Nâng cấp vật liệu để tương thích hóa học

Kỹ thuật chẩn đoán

Kiểm tra dòng chảy:

• Mục đích:Xác minh công suất thực tế so với thiết kế
• Phương pháp:Đo lưu lượng xả ở 110% áp suất cài đặt
• Chấp nhận:±10% công suất thiết kế cho mỗi API 527

Phân tích luyện kim:

• Ứng dụng:Điều tra lỗi, lựa chọn vật liệu
• Kỹ thuật:Phân tích SEM, kiểm tra độ cứng, đánh giá ăn mòn
• Kết quả:Xác định nguyên nhân gốc rễ, khuyến nghị quan trọng

Tác động kinh tế và cân nhắc chi phí

Tổng chi phí sở hữu

Đầu tư ban đầu:

• Van cứu trợ tiêu chuẩn:$500-$5,000 tùy thuộc vào kích cỡ/vật liệu
• Van vận hành thí điểm:$2,000-$25,000 cho các ứng dụng phức tạp
• Chi phí lắp đặt:25-50% chi phí thiết bị

Chi phí vận hành:

• Tổn thất năng lượng:Van rò rỉ gây lãng phí 1-5% năng lượng hệ thống
• BẢO TRÌ:$200-$2,000 mỗi năm cho mỗi van
• Kiểm tra và chứng nhận:$500-$1,500 mỗi van mỗi 5 năm

Chi phí thất bại:

• Thiệt hại về thiết bị:50.000 USD-