Выбор предохранительного клапана

Выбор и пусконаладка подходящего предохранительного клапана, включая критерии выбора, настройку, пломбировку, расположение и влияние противодавления.

#Настройка и пломбировка

Для правильного определения давления настройки необходимо внимательно рассмотреть следующие термины:

• Normal working pressure (NWP) - рабочее давление системы при полной нагрузке.
• Maximum allowable working pressure (MAWP) - иногда называется safe working pressure (SWP) или расчётным давлением системы. Это максимальное давление, существующее при нормальных рабочих условиях системы (относительно максимальной рабочей температуры).
• Maximum allowable accumulation pressure (MAAP) - максимальное давление, которого системе разрешается достигать в соответствии с требованиями проектных стандартов этой системы. MAAP часто выражается в процентах от MAWP. Для паропотребляющего оборудования MAAP часто на 10% выше MAWP, но это не всегда так. Если значение MAWP недоступно, следует обратиться в организацию, страхующую оборудование. Если значение MAAP установить невозможно, его нельзя считать выше MAWP.
• Pressure Set (PS) - давление, при котором предохранительный клапан начинает открываться.
• Relieving pressure (PR) - давление, при котором достигается полная пропускная способность предохранительного клапана. Это сумма давления настройки (PS) и overpressure (PO).
• Overpressure (PO) - процент превышения давления настройки, при котором предохранительный клапан рассчитан на работу. При определении давления настройки предохранительного клапана необходимо учитывать два основных ограничения:

1. Давление настройки должно быть достаточно низким, чтобы давление сброса никогда не превышало максимально допустимое давление аккумуляции (MAAP) системы.
2. Давление настройки должно быть достаточно высоким, чтобы обеспечивать достаточный запас над Normal working pressure (NWP), позволяющий клапану снова закрыться. Однако давление настройки никогда не должно превышать Maximum allowable working pressure (MAWP). Чтобы удовлетворить первому ограничению, необходимо сопоставить процент overpressure предохранительного клапана и процент MAAP системы (выраженный как процент от MAWP). Возможны два случая:

• Процент overpressure предохранительного клапана меньше или равен проценту MAAP системы - Это означает, что давление настройки можно принять равным MAWP, так как давление сброса всегда будет меньше фактического MAAP. Например, если overpressure предохранительного клапана составляет 5%, а MAAP равен 10% от MAWP, давление настройки выбирают равным MAWP. В этом случае давление сброса (равное давлению настройки + 5% overpressure) будет ниже MAAP, что допустимо. Примечание: если процент MAAP выше процента overpressure, давление настройки всё равно принимают равным MAWP, так как повышение его выше MAWP нарушило бы второе ограничение.
• Процент overpressure предохранительного клапана больше процента MAAP системы - В этом случае, если принять давление настройки равным MAWP, давление сброса будет выше MAAP, поэтому давление настройки должно быть ниже MAWP. Например, если overpressure предохранительного клапана составляет 25%, а процент MAAP - только 10%, то при давлении настройки, равном MAWP, давление сброса окажется на 15% выше MAAP. В этом случае правильное давление настройки должно быть на 15% ниже MAWP. Следующая таблица суммирует определение точки настройки на основе первого ограничения. Table 9.3.1 Определение давления настройки по overpressure предохранительного клапана и MAAP оборудования

#Влияние противодавления на давление настройки

Для обычного предохранительного клапана, работающего при постоянном наложенном противодавлении, фактическое давление настройки уменьшается на величину, равную этому противодавлению. Чтобы компенсировать это, требуемое давление настройки следует увеличить на такую же величину. Тогда cold differential set pressure (давление настройки на испытательном стенде) будет равно:

#Настройка предохранительного клапана

Для большинства типов предохранительных клапанов допускается настройка на воздухе или газе. Обычно используется специально изготовленный испытательный стенд, обеспечивающий простую и быструю установку клапана, его регулировку, а затем фиксацию и пломбировку на требуемом давлении настройки. Помимо обычных требований безопасности, наиболее важным условием является применение манометров приборного класса точности и наличие системы регулярной поверки. Все стандарты на предохранительные клапаны указывают допуск на давление настройки (обычно около 3%), и его необходимо соблюдать. Также важно, чтобы окружающая среда была чистой, без пыли и относительно тихой. Источник рабочей среды для настройки может варьироваться от баллона со сжатым воздухом до усилителя давления и аккумуляторного сосуда, подключённых к промышленной воздушной сети. В последнем случае воздух должен быть чистым, без масла и воды. Следует отметить, что проведение испытания на пропускную способность не требуется. Испытательный стенд нужен лишь для определения требуемого давления настройки. Обычно эту точку определяют по слышимому шипению при достижении точки настройки. При регулировке крайне важно как для клапанов с металлическим, так и с мягким седлом не допускать проворачивания тарелки по седлу или соплу, поскольку это легко вызывает повреждение и мешает обеспечить хорошую герметичность. Поэтому при вращении регулировочного устройства следует удерживать шток. Существует принципиальное различие в допустимых процедурах настройки клапанов паровых котлов ASME I. Для сохранения одобрения National Board и права наносить клеймо V на корпус такие клапаны должны настраиваться паром на стенде, способном не только обеспечить требуемое давление настройки, но и обладающем достаточной производительностью для демонстрации точки полного открытия и точки посадки. Это должно выполняться по утверждённой и контролируемой процедуре качества. Для клапанов ASME VIII (клеймо UV на корпусе), если у настройщика есть возможность настройки паром, такие клапаны также должны настраиваться на паре. Если такой возможности нет, допускается настройка на газе или воздухе. Для жидкостных применений клапанов ASME VIII для настройки следует использовать соответствующую жидкость, обычно воду. Если клапаны оснащены blowdown rings, их положения должны быть установлены, а стопорные штифты опломбированы в соответствии с рекомендациями производителя.

#Пломбировка

Для клапанов, не заявляющих соответствие какому-либо конкретному стандарту и не имеющих ссылки на стандарт на табличке или в сопроводительной документации, ограничений по тому, кто может выполнять настройку, нет. Обычно такие клапаны используются только как индикаторы достижения определённого давления и не выполняют функцию защитного устройства. Для клапанов, независимо одобренных уполномоченным органом по конкретному стандарту, настройка и пломбировка являются частью одобрения. В этом случае клапан должен настраиваться производителем или утверждённым агентом производителя в соответствии с согласованными процедурами качества и с использованием оборудования, одобренного производителем или уполномоченным органом. Чтобы предотвратить несанкционированное изменение настройки или вмешательство, большинство стандартов требует предусматривать пломбировку клапана после настройки. Наиболее распространённый способ - применение пломбировочной проволоки для крепления колпака к пружинному корпусу, а корпуса - к самому клапану. Её также можно использовать для фиксации штифтов регулировочного кольца blowdown. Затем проволока опечатывается свинцовой пломбой, на которой может быть отпечатан товарный знак организации, выполнившей настройку.

#Расположение предохранительного клапана

Чтобы гарантировать, что максимально допустимое давление аккумуляции любого защищаемого системой или аппаратом не будет превышено, необходимо тщательно продумать расположение предохранительного клапана в системе. Из-за большого разнообразия применений не существует абсолютного правила, определяющего место установки клапана, поэтому каждую задачу необходимо рассматривать отдельно. Типичное паровое применение предохранительного клапана - защита технологического оборудования, питаемого от станции редуцирования давления. Два возможных варианта показаны на Figure 9.3.3. Предохранительный клапан может быть установлен непосредственно в станции редуцирования, то есть перед downstream запорным клапаном, как на Figure 9.3.3 (a), либо далее по потоку, ближе к оборудованию, как на Figure 9.3.3 (b). Установка предохранительного клапана перед downstream запорным клапаном даёт следующие преимущества: • Предохранительный клапан можно испытывать непосредственно в линии, перекрывая downstream запорный клапан, без риска превышения давления в downstream оборудовании, если предохранительный клапан откажет во время испытания. • При испытании в линии предохранительный клапан не нужно снимать и испытывать на стенде, что требует больших затрат времени и средств. • При настройке PRV в условиях отсутствия нагрузки можно наблюдать работу предохранительного клапана, поскольку именно в этих условиях наиболее вероятен simmer. Если это происходит, давление PRV можно отрегулировать ниже давления посадки предохранительного клапана. • Любые дополнительные ответвления downstream по своей природе уже защищены. Дополнительная защита требуется только для оборудования с меньшим MAWP. Это может дать значительные преимущества по стоимости. Однако иногда практичнее устанавливать предохранительный клапан ближе к входу пара в конкретный аппарат. Более того, если один PRV питает несколько единиц downstream оборудования, отдельный предохранительный клапан, возможно, потребуется установить на входе каждой единицы оборудования. В качестве руководства можно использовать следующие положения: • Если питается один аппарат, имеющий MAWP ниже давления после PRV, этот аппарат должен быть оборудован предохранительным клапаном, предпочтительно установленным непосредственно у его входного присоединения пара. • Если PRV питает более одного аппарата и MAWP любого из них ниже давления после PRV, либо на станции PRV должен быть установлен предохранительный клапан, настроенный на наименьший возможный MAWP подключённого оборудования, либо каждый затронутый аппарат должен иметь собственный предохранительный клапан. • Предохранительный клапан должен располагаться так, чтобы давление не могло накапливаться в аппарате по другому пути, например от отдельной паровой линии или байпасной линии. Можно утверждать, что каждая установка заслуживает отдельного рассмотрения, когда речь идёт о безопасности, однако следующие применения и ситуации являются несколько необычными и заслуживают особого внимания: • Пожар - Любой сосуд под давлением должен быть защищён от избыточного давления в случае пожара. Хотя предохранительный клапан, установленный для эксплуатационной защиты, также может обеспечить защиту при пожаре, такие случаи требуют специального рассмотрения, выходящего за рамки данного текста. • Экзотермические процессы - Они обязательно должны иметь предохранительный клапан, установленный непосредственно у парового входа аппарата или непосредственно на корпусе. Иных вариантов нет. • Предохранительные клапаны как сигнальные устройства - Иногда предохранительные клапаны устанавливают в системах как предупредительные устройства. От них не требуется отводить аварийную нагрузку; они служат только для предупреждения о повышении давления сверх нормального рабочего по эксплуатационным причинам. В таких случаях предохранительные клапаны настраиваются на предупредительное давление и могут иметь минимальный размер. Если существует опасность превышения максимально допустимого рабочего давления в системах с таким клапаном, они должны быть дополнительно защищены обычными предохранительными клапанами. Example 9.3.2 Чтобы проиллюстрировать важность расположения предохранительного клапана, рассмотрим automatic pump trap (см. Block 14), используемый для отвода конденсата из нагреваемого сосуда. Automatic pump trap (APT) включает насос механического типа, который использует энергию пара для перекачивания конденсата через систему возврата. Положение предохранительного клапана будет зависеть от MAWP APT и требуемого давления motive на его входе. Если MAWP APT больше или равен MAWP сосуда, можно использовать схему, показанную на Figure 9.3.4. Такая схема подходит, если motive pressure насос-ловушки меньше 1.6 bar g (давление настройки предохранительного клапана 2 bar g минус 0.3 bar blowdown и запас shut-off margin 0.1 bar). Поскольку MAWP и APT, и сосуда превышает давление настройки предохранительного клапана, один предохранительный клапан обеспечивает достаточную защиту системы. Однако если motive pressure насос-ловушки должен быть выше 1.6 bar g, питание APT пришлось бы брать с high pressure стороны PRV и снижать до более подходящего давления, но всё же меньшего, чем 4.5 bar g MAWP APT. В этой ситуации подошла бы схема на Figure 9.3.5. Здесь используются две отдельные станции PRV, каждая со своим предохранительным клапаном. Если внутренние элементы APT выйдут из строя и пар под давлением 4 bar g пройдёт через APT в сосуд, предохранительный клапан A снимет это давление и защитит сосуд. Предохранительный клапан B не откроется, так как давление в APT всё ещё допустимо и ниже его давления настройки. Следует отметить, что предохранительный клапан A расположен downstream от регулирующего клапана температуры; это сделано как по соображениям безопасности, так и по эксплуатационным причинам:

• Безопасность - если внутренние элементы APT выйдут из строя, предохранительный клапан всё равно снимет давление в сосуде, даже если регулирующий клапан закрыт.
• Эксплуатация - в этом положении меньше вероятность simmer предохранительного клапана A во время работы, поскольку давление после регулирующего клапана обычно ниже, чем до него. Также обратите внимание: если бы MAWP насос-ловушки был выше давления upstream от PRV A, было бы допустимо исключить предохранительный клапан B из системы, но тогда предохранительный клапан A должен быть подобран с учётом суммарного аварийного расхода через PRV B, а также через PRV A. Example 9.3.3 На фармацевтическом заводе на одном производственном этаже расположены двенадцать рубашечных котлов, все с одинаковым MAWP. Где следует установить предохранительный клапан? Одним из решений было бы установить предохранительный клапан на входе каждого котла (Figure 9.3.6). В этом случае каждый клапан должен быть рассчитан на пропуск всей нагрузки на случай отказа PRV в открытом положении, когда остальные одиннадцать котлов остановлены. Поскольку все котлы имеют одинаковый MAWP, возможно установить один предохранительный клапан после PRV. Если бы в систему было включено дополнительное оборудование с меньшим MAWP, чем у котлов (например, кожухотрубный теплообменник), потребовалась бы установка дополнительного предохранительного клапана. Этот клапан был бы настроен на соответствующее более низкое давление и подобран так, чтобы пропускать аварийный поток через регулирующий клапан температуры (см. Figure 9.3.8).