วาล์วแรงดันทำหน้าที่อะไร?

วาล์วแรงดันเป็นอุปกรณ์ความปลอดภัยที่จำเป็นในการควบคุม ควบคุม และลดแรงดันในระบบของไหล คู่มือที่ครอบคลุมนี้ครอบคลุมถึงวาล์วระบายแรงดัน วาล์วลดแรงดัน อุปกรณ์ปรับแรงดัน และอุปกรณ์ควบคุมแรงดันในการใช้งานทางอุตสาหกรรม

การควบคุมแรงดันมีความสำคัญอย่างยิ่งในระบบใดๆ ที่ต้องจัดการของเหลวหรือก๊าซภายใต้แรงดัน ไม่ว่าคุณจะจัดการกับหม้อต้มไอน้ำ ระบบไฮดรอลิก หรือเครือข่ายการจ่ายน้ำ วาล์วแรงดันทำหน้าที่เป็นกลไกความปลอดภัยหลักในการป้องกันความล้มเหลวจากภัยพิบัติและเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของระบบ

วาล์วแรงดันคืออะไร? (คำจำกัดความและฟังก์ชันหลัก)

ฟังก์ชั่นหลัก:

• การควบคุมความดัน:รักษาแรงดันของระบบให้อยู่ภายในขีดจำกัดที่กำหนดไว้ล่วงหน้า
• การป้องกันแรงดันเกิน:ป้องกันความเสียหายของอุปกรณ์โดยการปล่อยแรงดันส่วนเกิน
• การควบคุมการไหล:ปรับการไหลของของไหลเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของระบบ
• การประกันความปลอดภัย:ทำหน้าที่เป็นปราการสุดท้ายในการป้องกันความล้มเหลวที่เกี่ยวข้องกับแรงกดดัน

วาล์วควบคุมแรงดันทำงานอย่างไร: หลักการทางเทคนิค

กลไกการทำงานขั้นพื้นฐาน

วาล์วระบายแรงดันทำงานบนหลักการสมดุลแรง:

ที่ไหน:

• F₁ = P₁×A (แรงดันขาเข้า×พื้นที่ดิสก์ที่มีประสิทธิภาพ)
• F₂ = ค่าคงที่ของสปริง×ระยะการบีบอัด
• F₃ = P₂×A (แรงดันต้าน×พื้นที่ดิสก์)

ลำดับการดำเนินงาน:

1. ตั้งค่าความดัน:วาล์วยังคงปิดอยู่เมื่อความดันของระบบ < ความดันที่ตั้งไว้
2. แรงดันแคร็ก:การเปิดครั้งแรกเกิดขึ้นที่ 95-100% ของความดันที่ตั้งไว้
3. ลิฟท์เต็ม:การเปิดเสร็จสมบูรณ์ที่ 103-110% ของความดันที่ตั้งไว้ (ต่อ API 526)
4. ดันกลับเข้าไปใหม่:วาล์วปิดที่ 85-95% ของความดันที่ตั้งไว้ (การเป่าลมปกติ)

พารามิเตอร์ทางเทคนิคที่สำคัญ:

ประเภทของอุปกรณ์ควบคุมความดัน: ข้อมูลจำเพาะทางเทคนิค

1. วาล์วนิรภัยแรงดัน (PSV) และวาล์วระบายความปลอดภัย (SRV)

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

วาล์วนิรภัยแบบสปริงโหลด

ที่ไหน:

• W = ความจุที่ต้องการ (ปอนด์/ชม.)
• C = ค่าสัมประสิทธิ์การปล่อย
• Kd = ปัจจัยการแก้ไขค่าสัมประสิทธิ์การคายประจุ
• P₁ = ตั้งค่าความดัน + แรงดันเกิน (psia)
• Ksh = ปัจจัยการแก้ไขความร้อนยวดยิ่ง
• Kv = ปัจจัยการแก้ไขความหนืด
• M = น้ำหนักโมเลกุล
• T = อุณหภูมิสัมบูรณ์ (°R)

วาล์วระบายความปลอดภัยที่ดำเนินการโดยนักบิน (POSRV)

2. วาล์วลดแรงดัน (ตัวควบคุมแรงดัน)

มาตรฐานทางเทคนิค:ANSI/ISA 75.01, IEC 60534

เครื่องควบคุมแรงดันแบบออกฤทธิ์โดยตรง

ที่ไหน:

• Cv = สัมประสิทธิ์การไหล
• Q = อัตราการไหล (GPM)
• G = ความถ่วงจำเพาะ
• ΔP = แรงดันตก (psi)

วาล์วลดแรงดันที่ควบคุมโดยนำร่อง

3. เครื่องควบคุมแรงดันย้อนกลับและวาล์วควบคุม

การทำงาน:รักษาแรงดันต้นน้ำให้คงที่โดยการควบคุมการไหลปลายน้ำ

การใช้งานทางอุตสาหกรรมและกรณีศึกษา

อุตสาหกรรมการผลิตไฟฟ้า

วาล์วนิรภัยหม้อไอน้ำ (ASME มาตรา I)

• ความจุที่ต้องการ:ต้องปล่อยไอน้ำทั้งหมดที่เกิดขึ้นไม่เกินแรงดันที่ตั้งไว้เกิน 6%
• ข้อกำหนดขั้นต่ำ:วาล์วนิรภัยหนึ่งวาล์วต่อหม้อไอน้ำ สองวาล์วสำหรับพื้นผิวทำความร้อน>500 ตารางฟุต
• การทดสอบ:การทดสอบการยกแบบแมนนวลทุกๆ 6 เดือน (แรงดันสูง) หรือรายไตรมาส (แรงดันต่ำ)

อุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซ

ระบบความปลอดภัยด้านแรงดันท่อส่ง (API 521)

• ความดันการออกแบบ:1.1 × แรงดันใช้งานสูงสุดที่อนุญาต (MAOP)
• ขนาดวาล์วนิรภัย:ขึ้นอยู่กับสถานการณ์การไหลและแรงกดดันสูงสุดที่คาดการณ์ไว้
• วัสดุ:บริการก๊าซเปรี้ยวต้องปฏิบัติตาม NACE MR0175

การบำบัดน้ำและการจำหน่าย

สถานีวาล์วลดความดัน

การแปรรูปทางเคมีและปิโตรเคมี

ระบบป้องกันเครื่องปฏิกรณ์

• สภาพการทำงาน:500°F, 600 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว
• สถานการณ์การบรรเทาทุกข์:การขยายตัวทางความร้อน ปฏิกิริยาหนีหนี การทำความเย็นล้มเหลว
• วัสดุ:Hastelloy C-276 สำหรับบริการที่มีฤทธิ์กัดกร่อน
• ขนาด:อิงตามการวิเคราะห์สถานการณ์กรณีที่เลวร้ายที่สุดตาม API 521

เกณฑ์การคัดเลือกและการคำนวณทางวิศวกรรม

พารามิเตอร์ประสิทธิภาพ

พิกัดแรงดัน (ASME B16.5):

คู่มือการเลือกวัสดุ

การคำนวณขนาด

สำหรับบริการสภาพคล่อง (API 520):

ที่ไหน:

• A = พื้นที่ระบายที่มีประสิทธิภาพที่ต้องการ (in²)
• GPM = อัตราการไหลที่ต้องการ
• G = ความถ่วงจำเพาะ
• Kd = ค่าสัมประสิทธิ์การปล่อย (0.62 สำหรับของเหลว)
• Kw = ปัจจัยการแก้ไขแรงดันย้อนกลับ
• Kc = ปัจจัยการแก้ไขแบบผสม
• ΔP = แรงดันที่ตั้งไว้ + แรงดันเกิน - แรงดันต้าน

สำหรับบริการก๊าซ/ไอ (API 520):

มาตรฐานการติดตั้งและบำรุงรักษา

ข้อกำหนดการติดตั้ง (ASME BPVC)

การติดตั้งวาล์วนิรภัย:

• ท่อทางเข้า:สั้นและตรง หลีกเลี่ยงข้อศอกที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางท่อ 5 เส้น
• ท่อทางออก:ขนาดสำหรับแรงดันต้านสูงสุด 10%
• การติด:แนวตั้งที่ต้องการ แนวนอนยอมรับได้พร้อมส่วนรองรับ
• การแยกตัว:ห้ามบล็อกวาล์วในช่องทางเข้า ยอมรับได้ในเต้าเสียบถ้าล็อคเปิด

การติดตั้งวาล์วลดแรงดัน:

• เครื่องกรองต้นน้ำ:ขั้นต่ำ 20 mesh สำหรับการบริการที่สะอาด
• เส้นบายพาส:สำหรับการบำรุงรักษาและการดำเนินการฉุกเฉิน
• เกจวัดความดัน:การตรวจสอบต้นน้ำและปลายน้ำ
• รีลีฟวาล์ว:การป้องกันปลายน้ำจากแรงดันเกิน

กำหนดการและขั้นตอนการบำรุงรักษา

ข้อกำหนดการตรวจสอบ API 510:

• การตรวจสอบด้วยสายตา:ทุก 6 เดือน
• การทดสอบการปฏิบัติงาน:เป็นประจำทุกปี
• การทดสอบความจุ:ทุก ๆ 5 ปี
• ยกเครื่องใหม่ทั้งหมด:ทุก 10 ปีหรือตามคำแนะนำของผู้ผลิต

ขั้นตอนการทดสอบ:

• ตั้งค่าการทดสอบแรงดัน:ตรวจสอบแรงดันในการเปิดภายใน ±3% ของการตั้งค่า
• การทดสอบการรั่วไหลของที่นั่ง:API 527 Class IV (สูงสุด 5,000 ซีซี/ชม.)
• การทดสอบความจุ:ตรวจสอบประสิทธิภาพโฟลว์ตรงตามข้อกำหนดการออกแบบ
• การทดสอบแรงดันย้อนกลับ:ประเมินประสิทธิภาพภายใต้เงื่อนไขของระบบ

เทคโนโลยีการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์

การทดสอบการปล่อยเสียง:

• การตรวจจับ:การรั่วภายใน การสึกของเบาะนั่ง ความล้าของสปริง
• ช่วงความถี่:20 กิโลเฮิรตซ์ถึง 1 เมกะเฮิรตซ์
• ความไว:สามารถตรวจจับรอยรั่วได้ <0.1 GPM

การวิเคราะห์การสั่นสะเทือน:

• การใช้งาน:ไพล็อตวาล์วพูดพล่อย, เสียงสะท้อนของสปริง
• พารามิเตอร์:แอมพลิจูด ความถี่ การวิเคราะห์เฟส
• กำลังมาแรง:ข้อมูลประวัติสำหรับการทำนายความล้มเหลว

มาตรฐานการปฏิบัติตามข้อกำหนดและการรับรอง

รหัสหม้อไอน้ำและภาชนะรับความดัน ASME

ส่วนที่ 1 (หม้อต้มไฟฟ้า):

• ข้อกำหนดด้านความจุ:วาล์วนิรภัยจะต้องป้องกันแรงดันที่เพิ่มขึ้น >6% เหนือแรงดันที่ตั้งไว้
• วาล์วนิรภัยขั้นต่ำ:หนึ่งตัวต่อหม้อต้มน้ำ สองอันหากพื้นผิวให้ความร้อน >500 ตารางฟุต
• การทดสอบ:การยกแบบแมนนวลทุกๆ 6 เดือน (แรงดันสูง) หรือรายไตรมาส (แรงดันต่ำ)

ส่วนที่ VIII (ภาชนะรับความดัน):

• ข้อกำหนดของอุปกรณ์บรรเทาทุกข์:ภาชนะรับแรงดันทั้งหมดจำเป็นต้องมีการป้องกันแรงดันเกิน
• ตั้งค่าความดัน:ไม่เกิน MAWP ของอุปกรณ์ที่ได้รับการป้องกัน
• ความจุ:อิงตามสถานการณ์กรณีที่เลวร้ายที่สุดต่อ API 521

การนำมาตรฐาน API ไปใช้

API 520 (ขนาดอุปกรณ์บรรเทา):

• ขอบเขต:ครอบคลุมวาล์วระบายแบบธรรมดา แบบสมดุล และแบบควบคุมด้วยไพล็อต
• วิธีการปรับขนาด:จัดทำขั้นตอนการคำนวณสำหรับของไหลทุกประเภท
• การติดตั้ง:ระบุข้อกำหนดการวางท่อและการรวมระบบ

API 526 (วาล์วระบายเหล็กหน้าแปลน):

• มาตรฐานการออกแบบ:ข้อกำหนดด้านมิติ พิกัดอุณหภูมิและความดัน
• วัสดุ:ข้อมูลจำเพาะของเหล็กกล้าคาร์บอน สเตนเลส
• การทดสอบ:ข้อกำหนดการทดสอบการยอมรับของโรงงาน

API 527 (ความหนาแน่นของที่นั่งเชิงพาณิชย์):

• คลาส 1:ไม่มีการรั่วไหลที่มองเห็นได้
• คลาสที่สอง:เส้นผ่านศูนย์กลางเบาะนั่ง 40 ซีซี/ชม. ต่อนิ้ว
• คลาสที่สาม:เส้นผ่านศูนย์กลางเบาะนั่ง 300 ซีซี/ชม. ต่อนิ้ว
• คลาสที่ 4:เส้นผ่านศูนย์กลางเบาะนั่ง 1,400 ซีซี/ชม. ต่อนิ้ว

มาตรฐานสากล

IEC 61511 (ระบบเครื่องมือความปลอดภัย):

• คะแนน SIL:ข้อกำหนดระดับความสมบูรณ์ด้านความปลอดภัยสำหรับการป้องกันแรงดัน
• การทดสอบการพิสูจน์:การทดสอบเป็นระยะเพื่อรักษาฟังก์ชันความปลอดภัย
• อัตราความล้มเหลว:อัตราความล้มเหลวสูงสุดที่อนุญาตสำหรับระบบความปลอดภัย

การแก้ไขปัญหาและการวิเคราะห์ความล้มเหลว

โหมดความล้มเหลวทั่วไป

การเปิดก่อนกำหนด (เคี่ยว):

สาเหตุ:

• การสูญเสียท่อทางเข้าเกิน 3% ของความดันที่ตั้งไว้
• การสั่นสะเทือนหรือการเต้นเป็นจังหวะในระบบ
• มีเศษบนบ่าวาล์ว
• ตั้งแรงดันให้ใกล้กับแรงดันใช้งานมากเกินไป

โซลูชั่น:

• เพิ่มขนาดท่อทางเข้า (ความเร็ว <30 ฟุต/วินาทีสำหรับของเหลว <100 ฟุต/วินาทีสำหรับก๊าซ)
• ติดตั้งตัวหน่วงการเต้นเป็นจังหวะ
• ทำความสะอาดบ่าวาล์วและแผ่นดิสก์
• เพิ่มอัตรากำไรระหว่างการทำงานและแรงดันที่ตั้งไว้ (>10%)

ความล้มเหลวในการเปิด:

สาเหตุ:

• การกัดกร่อนหรือการยึดเกาะของสปริง
• แรงดันต้านมากเกินไป (>10% ของแรงดันที่ตั้งไว้)
• ปลั๊กไฟหรือช่องระบายอากาศ
• ตะกรันหรือการกัดกร่อนบนชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหว

โซลูชั่น:

• เปลี่ยนสปริงอัพเกรดวัสดุ
• ลดแรงดันต้านหรือใช้การออกแบบวาล์วสมดุล
• เคลียร์สิ่งกีดขวาง เพิ่มขนาดท่อทางออก
• ทำความสะอาดและหล่อลื่น พิจารณาวัสดุที่แตกต่างกัน

การรั่วไหลที่มากเกินไป:

สาเหตุ:

• ที่นั่งเสียหายจากเศษซากหรือการกัดกร่อน
• แผ่นบิดเบี้ยวจากการปั่นจักรยานด้วยความร้อน
• น้ำหนักเบาะนั่งไม่เพียงพอ (ความล้าของสปริง)
• การโจมตีทางเคมีบนพื้นผิวซีล

โซลูชั่น:

• เบาะนั่งและพื้นผิวแผ่นดิสก์
• เปลี่ยนแผ่นดิสก์ ปรับปรุงการออกแบบการระบายความร้อน
• เปลี่ยนสปริง ตรวจสอบแรงดันที่ตั้งไว้
• อัพเกรดวัสดุสำหรับความเข้ากันได้ทางเคมี

เทคนิคการวินิจฉัย

การทดสอบการไหล:

• วัตถุประสงค์:ตรวจสอบความจุจริงเทียบกับความจุการออกแบบ
• วิธี:วัดการไหลออกที่ 110% ของความดันที่ตั้งไว้
• การยอมรับ:±10% ของความสามารถในการออกแบบต่อ API 527

การวิเคราะห์ทางโลหะวิทยา:

• การใช้งาน:การสอบสวนความล้มเหลว การเลือกใช้วัสดุ
• เทคนิค:การวิเคราะห์ SEM การทดสอบความแข็ง การประเมินการกัดกร่อน
• ผลลัพธ์:การระบุสาเหตุที่แท้จริง คำแนะนำเกี่ยวกับวัสดุ

การพิจารณาผลกระทบทางเศรษฐกิจและต้นทุน

ต้นทุนการเป็นเจ้าของทั้งหมด

การลงทุนเริ่มแรก:

• วาล์วระบายมาตรฐาน:$500-$5,000 ขึ้นอยู่กับขนาด/วัสดุ
• วาล์วควบคุมโดยนำร่อง:$2,000-$25,000 สำหรับการใช้งานที่ซับซ้อน
• ค่าติดตั้ง:25-50% ของค่าอุปกรณ์

ต้นทุนการดำเนินงาน:

• การสูญเสียพลังงาน:วาล์วที่รั่วจะสิ้นเปลืองพลังงานของระบบไป 1-5%
• การซ่อมบำรุง:$200-$2,000 ต่อปีต่อวาล์ว
• การทดสอบและรับรอง:500-1,500 เหรียญสหรัฐฯ ต่อวาล์วทุกๆ 5 ปี

ต้นทุนความล้มเหลว:

• ความเสียหายของอุปกรณ์:50,000 ดอลลาร์-