วาล์วความดันทำอะไร?

คู่มือวาล์วแรงดัน

วาล์วความดันเป็นอุปกรณ์ความปลอดภัยที่จำเป็นที่ควบคุมควบคุมและบรรเทาความดันในระบบของเหลว คู่มือที่ครอบคลุมนี้ครอบคลุมวาล์วบรรเทาแรงดันวาล์วลดแรงดันวาล์วควบคุมแรงดันและอุปกรณ์ควบคุมความดันในการใช้งานอุตสาหกรรม

การควบคุมความดันมีความสำคัญในการจัดการของเหลวหรือก๊าซภายใต้ความดัน ไม่ว่าคุณจะจัดการกับหม้อไอน้ำระบบไฮดรอลิกหรือเครือข่ายการกระจายน้ำวาล์วความดันทำหน้าที่เป็นกลไกความปลอดภัยหลักที่ป้องกันความล้มเหลวของหายนะและเพิ่มประสิทธิภาพของระบบ

วาล์วความดันคืออะไร? (คำจำกัดความและฟังก์ชั่นหลัก)

วาล์วความดันเป็นอุปกรณ์ควบคุมการไหลอัตโนมัติที่ออกแบบมาเพื่อควบคุมความดันของระบบโดยการเปิดเพื่อปล่อยแรงดันส่วนเกินหรือปิดเพื่อรักษาสภาพการทำงานที่มั่นคง วาล์วควบคุมความดันเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นทั้งอุปกรณ์ความปลอดภัยและตัวเพิ่มประสิทธิภาพประสิทธิภาพ

ฟังก์ชั่นหลัก:

ระเบียบความดัน:รักษาความดันของระบบภายในขีด จำกัด ที่กำหนดไว้ล่วงหน้า
การป้องกันแรงดันมากเกินไป:ป้องกันความเสียหายของอุปกรณ์โดยปล่อยแรงดันส่วนเกิน
การควบคุมการไหล:ปรับการไหลของของไหลเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของระบบ
การประกันความปลอดภัย:ทำหน้าที่เป็นแนวสุดท้ายของการป้องกันความล้มเหลวที่เกี่ยวข้องกับแรงกดดัน

คำจำกัดความทางเทคนิค:

ตาม ASME BPVC Section I อุปกรณ์บรรเทาความดันคือ "อุปกรณ์ที่ทำงานโดยความดันคงที่ทางเข้าและออกแบบมาเพื่อเปิดในช่วงฉุกเฉินหรือผิดปกติเพื่อป้องกันการเพิ่มขึ้นของแรงดันของของเหลวภายในที่เพิ่มขึ้นเกินกว่าค่าที่ระบุ"

วาล์วควบคุมแรงดันทำงานอย่างไร: หลักการทางเทคนิค

กลไกการทำงานขั้นพื้นฐาน

วาล์วบรรเทาความดันทำงานบนหลักการความสมดุล:

สมการสมดุลแรง:F₁ (แรงดันทางเข้า) = F₂ (แรงสปริง) + F₃ (แรงดันแบ็ค

ที่ไหน:

f₁ = p₁× a (ความดันทางเข้า×พื้นที่ดิสก์ที่มีประสิทธิภาพ)
F₂ = ระยะสปริงคงที่×ระยะการบีบอัด
F₃ = P₂× A (พื้นที่ดิสก์ backpressure ×

ลำดับการทำงาน:

ตั้งค่าความดัน:วาล์วยังคงปิดเมื่อความดันระบบ <ตั้งค่าความดัน
ความดันแตก:การเปิดตัวครั้งแรกเกิดขึ้นที่ 95-100% ของความดันที่ตั้งไว้
ลิฟท์เต็ม:เปิดให้เสร็จสมบูรณ์ที่ 103-110% ของความดันชุด (ต่อ API 526)
ติดตั้งแรงกดดัน:วาล์วปิดที่ 85-95% ของความดันชุด (การระเบิดทั่วไป)

พารามิเตอร์ทางเทคนิคที่สำคัญ:

พารามิเตอร์	คำนิยาม	ช่วงทั่วไป
ตั้งค่าความดัน	ความดันที่วาล์วเริ่มเปิด	10-6000 psig
แรงดันมากเกินไป	ความดันด้านบนความดันที่ตั้งไว้ระหว่างการคายประจุ	3-10% ของความดันที่ตั้งไว้
การระเบิด	ความแตกต่างระหว่างความดันที่ตั้งไว้และติดตั้ง	5-15% ของความดันที่ตั้งไว้
แรงกดดันด้านหลัง	แรงดันดาวน์สตรีมที่มีผลต่อประสิทธิภาพของวาล์ว	<10% ของความดันชุด (ธรรมดา)
สัมประสิทธิ์การไหล (CV)	ปัจจัยความจุของวาล์ว	แตกต่างกันตามขนาด/การออกแบบ

ประเภทของอุปกรณ์ควบคุมความดัน: ข้อกำหนดทางเทคนิค

1. วาล์วความปลอดภัยแรงดัน (PSV) และวาล์วบรรเทาความปลอดภัย (SRV)

มาตรฐานทางเทคนิค:ASME BPVC ACTION I & VIII, API 520/526

วาล์วความปลอดภัยในฤดูใบไม้ผลิ

ช่วงปฏิบัติการ:15 psig ถึง 6,000 psig
ช่วงอุณหภูมิ:-320 ° F ถึง 1,200 ° F
ช่วงความจุ:1 ถึง 100,000+ SCFM
วัสดุ:เหล็กกล้าคาร์บอน, สแตนเลส 316/304, Inconel, Hastelloy

การคำนวณกำลังการผลิต (บริการก๊าซ):w = ckdp₁kshkv√ (m/t)

ที่ไหน:

W = ความจุที่ต้องการ (lb/hr)
C = สัมประสิทธิ์การปลดปล่อย
KD = ปัจจัยการแก้ไขค่าสัมประสิทธิ์การปลดปล่อย
p₁ = ตั้งค่าความดัน + แรงดันเกิน (psia)
KSH = ปัจจัยการแก้ไขความร้อนสูง
KV = ปัจจัยการแก้ไขความหนืด
m = น้ำหนักโมเลกุล
t = อุณหภูมิสัมบูรณ์ (° R)

วาล์วบรรเทาความปลอดภัยที่ดำเนินการโดยนักบิน (POSRV)

ข้อดี:การปิดแน่นกำลังการผลิตขนาดใหญ่ลดการพูดพล่อย
ช่วงความดัน:25 psig ถึง 6,000 psig
ความแม่นยำ:± 1% ของความดันที่ตั้งไว้
แอปพลิเคชัน:บริการก๊าซความจุสูงแอปพลิเคชันกระบวนการที่สำคัญ

2. วาล์วลดแรงดัน (ตัวควบคุมความดัน)

มาตรฐานทางเทคนิค:ANSI/ISA 75.01, IEC 60534

หน่วยงานกำกับดูแลแรงดันโดยตรงที่ออกฤทธิ์

อัตราส่วนการลดแรงดัน:มากถึง 10: 1
ความแม่นยำ:± 5-10% ของความดันที่ตั้งไว้
ช่วงการไหล:0.1 ถึง 10,000+ gpm
เวลาตอบสนอง:1-5 วินาที

สูตรการปรับขนาด:cv = q√ (g/(Δp))

ที่ไหน:

CV = สัมประสิทธิ์การไหล
Q = อัตราการไหล (GPM)
g = แรงโน้มถ่วงเฉพาะ
ΔP = ความดันลดลง (psi)

วาล์วลดแรงดันนำร่อง

อัตราส่วนการลดแรงดัน:สูงถึง 100: 1
ความแม่นยำ:± 1-2% ของความดันที่ตั้งไว้
Rangeabibility:100: 1 ทั่วไป
แอปพลิเคชัน:แอพพลิเคชั่นลดแรงดันสูงที่ไหลสูง

3. ตัวควบคุมแรงดันย้อนกลับและวาล์วควบคุม

การทำงาน:รักษาความดันต้นน้ำคงที่โดยการควบคุมการไหลของดาวน์สตรีม

ข้อกำหนดทางเทคนิค:

ช่วงความดัน:5 psig ถึง 6,000 psig
ค่าสัมประสิทธิ์การไหล:0.1 ถึง 500+ CV
ความแม่นยำ:± 2% ของความดันที่ตั้งไว้
วัสดุ:316 SS, Hastelloy C-276, Inconel 625

การใช้งานอุตสาหกรรมและกรณีศึกษา

อุตสาหกรรมการผลิตไฟฟ้า

วาล์วความปลอดภัยของไอน้ำหม้อไอน้ำ (ส่วน ASME I)

ความจุที่ต้องการ:ต้องปล่อยไอน้ำทั้งหมดที่สร้างขึ้นโดยไม่เกิน 6% ข้างต้นความดันที่ตั้งไว้
ข้อกำหนดขั้นต่ำ:หนึ่งวาล์วความปลอดภัยต่อหม้อไอน้ำ; สองวาล์วสำหรับพื้นผิวทำความร้อน> 500 ตารางฟุต
การทดสอบ:การทดสอบการยกด้วยตนเองทุก 6 เดือน (แรงดันสูง) หรือรายไตรมาส (แรงดันต่ำ)

กรณีศึกษา: โรงไฟฟ้า 600 เมกะวัตต์

แรงดันไอน้ำหลัก: 2,400 psig
ความปลอดภัยชุดวาล์วความดัน: 2,465 psig (103% ของความดันในการทำงาน)
กำลังการผลิตที่ต้องการ: ไอน้ำ 4.2 ล้านปอนด์/ชม.
การกำหนดค่า: วาล์วความปลอดภัยในสปริง 8 "x 10" หลายตัว

อุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซ

ระบบความปลอดภัยของท่อความดัน (API 521)

การออกแบบแรงกดดัน:1.1 ×แรงดันในการทำงานสูงสุดที่อนุญาต (MAOP)
การปรับขนาดวาล์วความปลอดภัย:ขึ้นอยู่กับสถานการณ์การไหลและแรงดันสูงสุดที่คาดการณ์ไว้สูงสุด
วัสดุ:บริการก๊าซเปรี้ยวต้องใช้ NACE MR0175 การปฏิบัติตามกฎระเบียบ

กรณีศึกษา: สถานีท่อส่งก๊าซธรรมชาติ

แรงกดดันในการดำเนินงาน: 1,000 psig
ความปลอดภัยชุดวาล์วความดัน: 1,100 psig
ความต้องการความจุ: 50 mmscfd
การติดตั้ง: 6 "x 8" วาล์วบรรเทาความปลอดภัยที่ดำเนินการโดยนักบิน

การบำบัดและการกระจายน้ำ

สถานีวาล์วลดแรงดัน

แรงดันเข้า:150-300 psig (อุปทานเทศบาล)
ความดันทางออก:60-80 psig (เครือข่ายการกระจาย)
ช่วงการไหล:500-5,000 gpm
ความแม่นยำในการควบคุม:± 2 psi

ตัวอย่างการคำนวณไฮดรอลิก:

สำหรับ PRV น้ำ 6 "ลด 200 psig เป็น 75 psig ที่ 2,000 gpm:

CV ที่ต้องการ = 2,000√ (1.0/125) = 179
เลือกวาล์ว 6 "ด้วย cv = 185

การประมวลผลทางเคมีและปิโตรเคมี

ระบบป้องกันเครื่องปฏิกรณ์

เงื่อนไขการดำเนินงาน:500 ° F, 600 psig
สถานการณ์บรรเทาทุกข์:การขยายตัวทางความร้อนปฏิกิริยาที่หลบหนีความล้มเหลวในการระบายความร้อน
วัสดุ:Hastelloy C-276 สำหรับบริการกัดกร่อน
การปรับขนาด:จากการวิเคราะห์สถานการณ์ที่เลวร้ายที่สุดต่อ API 521

เกณฑ์การคัดเลือกและการคำนวณทางวิศวกรรม

พารามิเตอร์ประสิทธิภาพ

การจัดอันดับความดัน (ASME B16.5):

ระดับ	คะแนนความดัน @ 100 ° F
คลาส 150	285 psig
ชั้น 300	740 psig
คลาส 600	1,480 psig
คลาส 900	2,220 psig
คลาส 1500	3,705 psig

อุณหภูมิ derating:

การจัดอันดับความดันจะต้องเกิดขึ้นสำหรับอุณหภูมิที่สูงขึ้นตามตารางแรงดันอุณหภูมิ ASME B16.5

คู่มือการเลือกวัสดุ

บริการ	วัสดุร่างกาย	วัสดุตัดแต่ง	วัสดุสปริง
น้ำ	เหล็กกล้าคาร์บอน, บรอนซ์	316 SS	สายเพลง
ไอน้ำ	เหล็กกล้าคาร์บอน, 316 SS	316 SS, Stellite	Inconel X-750
ก๊าซเปรี้ยว	316 SS, Duplex SS	Stellite หมดสติ	Inconel X-750
แช่แข็ง	316 SS, 304 SS	316 SS	316 SS
อุณหภูมิสูง	เหล็กกล้าคาร์บอนเหล็กโลหะผสม	Stellite หมดสติ	Inconel X-750

การคำนวณขนาด

สำหรับบริการของเหลว (API 520):

พื้นที่ที่ต้องการ:a = (gpm ×√g) / (38.0 × kd × kw × kc ×√Δp)

ที่ไหน:

A = พื้นที่ปล่อยที่มีประสิทธิภาพที่จำเป็น (in²)
gpm = อัตราการไหลที่ต้องการ
g = แรงโน้มถ่วงเฉพาะ
KD = ค่าสัมประสิทธิ์การปลดปล่อย (0.62 สำหรับของเหลว)
kw = ปัจจัยการแก้ไขความดันย้อนกลับ
KC = ปัจจัยการแก้ไขการรวมกัน
ΔP = ตั้งค่าความดัน + แรงดันเกิน - แรงดันกลับ

สำหรับบริการแก๊ส/ไอ (API 520):

การไหลที่สำคัญ:a = w/(ckdp₁kb)
การไหลย่อยที่สำคัญ:A = 17.9W√ (tz/mkdp₁ (p₁-p₂) kb)

มาตรฐานการติดตั้งและการบำรุงรักษา

ข้อกำหนดการติดตั้ง (ASME BPVC)

การติดตั้งวาล์วนิรภัย:

ท่อทางเข้า:สั้นและตรงหลีกเลี่ยงข้อศอกภายใน 5 เส้นผ่า
ท่อทางออก:ขนาดแรงดันกลับ 10% สูงสุด
การติดตั้ง:แนวตั้งที่ต้องการเป็นที่ยอมรับในแนวนอนพร้อมการสนับสนุน
การแยกตัว:บล็อกวาล์วห้ามในทางเข้า ยอมรับได้ในเต้าเสียบหากเปิดล็อค

การติดตั้งวาล์วลดแรงดัน:

ตัวกรองต้นน้ำ:ขั้นต่ำ 20-mesh สำหรับบริการที่สะอาด
สายบายพาส:สำหรับการบำรุงรักษาและการดำเนินงานฉุกเฉิน
มาตรวัดแรงดัน:การตรวจสอบต้นน้ำและปลายน้ำ
วาล์วบรรเทา:การป้องกันปลายน้ำกับแรงดันมากเกินไป

ตารางการบำรุงรักษาและขั้นตอน

API 510 ข้อกำหนดการตรวจสอบ:

การตรวจสอบด้วยภาพ:ทุก 6 เดือน
การทดสอบการดำเนินงาน:ทุกปี
การทดสอบความจุ:ทุก 5 ปี
ยกเครื่องให้เสร็จ:ทุก 10 ปีหรือต่อคำแนะนำของผู้ผลิต

ขั้นตอนการทดสอบ:

ตั้งค่าการทดสอบความดัน:ตรวจสอบความดันเปิดภายใน± 3% ของการตั้งค่า
การทดสอบการรั่วไหลของที่นั่ง:API 527 Class IV (สูงสุด 5,000 cc/hr)
การทดสอบความจุ:ตรวจสอบประสิทธิภาพการไหลตรงตามข้อกำหนดการออกแบบ
การทดสอบแรงดันย้อนกลับ:ประเมินประสิทธิภาพภายใต้เงื่อนไขของระบบ

เทคโนโลยีการบำรุงรักษาที่คาดการณ์ได้

การทดสอบการปล่อยอะคูสติก:

การตรวจจับ:การรั่วไหลภายใน, การสึกหรอของที่นั่ง, ความเหนื่อยล้าจากฤดูใบไม้ผลิ
ช่วงความถี่:20 kHz ถึง 1 MHz
ความไว:สามารถตรวจจับการรั่วไหล <0.1 gpm

การวิเคราะห์การสั่นสะเทือน:

แอปพลิเคชัน:นักบินวาล์วพูดคุยกัน
พารามิเตอร์:ความกว้างความถี่การวิเคราะห์เฟส
แนวโน้ม:ข้อมูลประวัติสำหรับการทำนายความล้มเหลว

มาตรฐานการปฏิบัติตามและการรับรอง

ASME หม้อไอน้ำและรหัสเรือแรงดัน

ส่วนที่ 1 (หม้อไอน้ำพลังงาน):

ข้อกำหนดด้านกำลังการผลิต:วาล์วความปลอดภัยจะต้องป้องกันแรงดันที่เพิ่มขึ้น> 6% สูงกว่าความดันที่ตั้งไว้
วาล์วความปลอดภัยขั้นต่ำ:หนึ่งต่อหม้อไอน้ำสองถ้าพื้นผิวความร้อน> 500 ตารางฟุต
การทดสอบ:การยกด้วยตนเองทุก 6 เดือน (แรงดันสูง) หรือรายไตรมาส (แรงดันต่ำ)

ส่วน VIII (เรือความดัน):

ข้อกำหนดของอุปกรณ์บรรเทาทุกข์:เรือความดันทั้งหมดต้องการการป้องกันแรงดันมากเกินไป
ตั้งค่าความดัน:ไม่เกิน MAWP ของอุปกรณ์ที่ได้รับการป้องกัน
ความจุ:ขึ้นอยู่กับสถานการณ์ที่เลวร้ายที่สุดต่อ API 521

การดำเนินการตามมาตรฐาน API

API 520 (ขนาดอุปกรณ์บรรเทาทุกข์):

ขอบเขต:ครอบคลุมวาล์วโล่งอกแบบธรรมดาที่สมดุลและดำเนินการโดยนักบิน
วิธีการปรับขนาด:จัดเตรียมขั้นตอนการคำนวณสำหรับของเหลวทุกประเภท
การติดตั้ง:ระบุข้อกำหนดของท่อและการรวมระบบ

API 526 (วาล์วระบายเหล็กกล้าแบบแปลน):

มาตรฐานการออกแบบ:ข้อกำหนดด้านมิติการจัดอันดับอุณหภูมิความดัน
วัสดุ:เหล็กกล้าคาร์บอนข้อกำหนดสแตนเลส
การทดสอบ:ข้อกำหนดการทดสอบการยอมรับจากโรงงาน

API 527 (ความหนาแน่นของที่นั่งเชิงพาณิชย์):

คลาส I:ไม่มีการรั่วไหลที่มองเห็นได้
คลาส II:40 cc/hr ต่อนิ้วของเส้นผ่านศูนย์กลางที่นั่ง
คลาส III:เส้นผ่านศูนย์กลางที่นั่ง 300 ซีซี/ชม.
คลาส IV:เส้นผ่านศูนย์กลางที่นั่ง 1,400 ซีซี/ชม.

มาตรฐานสากล

IEC 61511 (ระบบความปลอดภัย):

คะแนน SIL:ข้อกำหนดระดับความสมบูรณ์ของความปลอดภัยสำหรับการป้องกันแรงดัน
การทดสอบหลักฐาน:การทดสอบเป็นระยะเพื่อรักษาฟังก์ชั่นความปลอดภัย
อัตราความล้มเหลว:อัตราความล้มเหลวสูงสุดที่อนุญาตสำหรับระบบความปลอดภัย

การแก้ไขปัญหาและการวิเคราะห์ความล้มเหลว

โหมดความล้มเหลวทั่วไป

การเปิดตัวก่อนกำหนด (เคี่ยว):

สาเหตุ:

การสูญเสียท่อทางเข้าเกิน 3% ของความดันที่ตั้งไว้
การสั่นสะเทือนหรือการเต้นเป็นจังหวะในระบบ
เศษซากบนวาล์ว
ตั้งค่าความดันใกล้กับแรงดันในการทำงานมากเกินไป

วิธีแก้ปัญหา:

เพิ่มขนาดท่อทางเข้า (ความเร็ว <30 ฟุต/วินาทีสำหรับของเหลว <100 ฟุต/วินาทีสำหรับก๊าซ)
ติดตั้ง Dampener
ทำความสะอาดที่นั่งวาล์วและแผ่นดิสก์
เพิ่มอัตรากำไรระหว่างการทำงานและความดันที่ตั้งไว้ (> 10%)