LINEBURG


<< Пред. стр.

страница 5
(всего 10)

ОГЛАВЛЕНИЕ

След. стр. >>

имеющего специальную форму (рис. 11).
Когда предохранительный клапан закрыт, давление действует на площадь
золотника, ограниченную уплотнительной поверхностью сопла. Когда клапан
открывается, эффективная площадь воздействия давления среды на золотник
мгновенно увеличивается на величину площади, ограниченную буртиком

- 37 -
втулки. На золотник начинают действовать динамические силы вытекающей
струи, в результате чего происходит быстрое и полное поднятие золотника.
При выборе предохранительных клапанов следует отдавать предпочтение
полноподъемным клапанам, так как их большая пропускная способность по
сравнению с низкоподъемными клапанами обеспечивает надежность системы
при меньшем количестве клапанов.
По способу выпуска среды различают предохранительные клапаны
открытого и закрытого типов.
Клапаны открытого типа выпускают рабочую среду непосредственно в




Рис. 11. Запорный орган полноподъемного клапана
в закрытом (а) и открытом (б) положении:
1 – сопло; 2 – регулирующая втулка; 3 –золотник

атмосферу, поэтому их применяют в нетоксичных средах. Клапаны закрытого
типа имеют патрубок для подсоединения отводящего трубопровода. Сбрасы-
ваемая среда отводится в специальные герметичные емкости или на факельные
системы. Такие клапаны устанавливают в системах с токсичными и
взрывоопасными продуктами переработки.



- 38 -
Технические данные предохранительных клапанов, наиболее широко
применяемых в химической промышленности, представлены в таблице 11
/ 1,12 /.




- 39 -
Таблица 11
Макси-
Диаметр мальная
Предохранитель- Давление
прохода температу-
Шифр Среда
Ру, кгс/см2
ный клапан Ду, мм ра cреды,
0
С
Пружинный
полноподъемный с
Неагрессивные
рычагом для
ППК4 16, 40 25, 50, 80 350
нефтепродукты
контрольной
продукции
Специальный
16, 40, 64 50, 80
Неагрессивные
пружинный 350
СППК4 нефтепродукты 160 100, 150
полноподъемный
Агрессивные
То же СППК4 16, 40, 64 50, 80, 100 600
жидкости и газы
Сжиженные
Пружинный
газы, среды,
полноподъемный
содержащие
ППКДМ 16 100 100
диафрагмовый
сероводород
Пружинный Аммиак, пар,
17с12нж 16 25, 50 225
низкоподъемный вода
Пружинный
17с24нж Пар, вода 40 50, 80 400
низкоподъемный
Рычажный 25, 50, 80,
17ч3бр Пар, вода 16 225
низкоподъемный 100
Рычажный Нейтральные
17ч3нж 16 50, 80 425
низкоподъемный жидкости и газы


8.2. Расчет предохранительных клапанов

При расчете предохранительных клапанов может стоять одна из двух
задач:
1) рассчитать размеры ПК для заданных условий работы, выбрать его по
каталогу или стандарту;
2) рассчитать пропускную способность ПК заданного типоразмера и
определить его пригодность для работы в заданных условиях.
Независимо от типа решаемой задачи следует выполнить условие:
пропускная способность G предохранительного клапана должна быть не менее
аварийного притока Ga, т.е. G > Ga.
Аварийный массовый приток среды Ga (кг/с) определяется в зависимости
от особенностей технологического процесса. Например, при подаче рабочей
среды в аппарат компрессором или насосом величину Ga принимают равной

- 40 -
массовой производительности компрессора или насоса. Клапаны,
установленные на ректификационных колоннах, должны стравливать все
количество паров, поступающих в колонну и образующихся в колонне . Для
определения Ga в случае выхода из-под контроля химических реакций или
прорыва легкокипящих жидкостей необходимо знать динамику развития
процессов.
Во многих случаях наиболее опасной аварийной ситуацией является
взрыв технологической cреды внутри аппарата. Аварийный приток в этом
случае связан с соответствующей ему скоростью нарастания давления взрыва
уравнением состояния:
MV dP
Ga = , (8)
RT cp d ?
где М - молекулярная масса продукта, кг/моль; V - объем аппарата, м3; R =
8314 кДж/(кмоль К) - универсальная газовая постоянная; Тср - средняя
?
температура продукта в аппарате, К; dP/d? - скорость роста давления в
аппарате при взрыве, Па/с /1, 13, 14/.
В соответствии с ГОСТ 12.2.085-82 пропускная способность ПК
определяется по формулам:
G = 5,03?F ( P1 ? P2 ) ? ,
для жидких сред кг/ч, (9)
G = 3,16 B?F ( P1 + 0,1) ? , кг/ч,
для газов и паров (10)
где F - наименьшая площадь сечения проточной части седла клапана, мм2;
?- коэффициент расхода; Р1 - максимальное (избыточное) давление перед ПК,
МПа (соотношения между Р1 и наибольшим рабочим давлением в аппарате Рр
были приведены выше); Р2 - максимальное (избыточное) давление за ПК,
МПа; ? - плотность жидкости перед клапаном при Р1 и ее температуре t1 перед
клапаном, кг/м3; В - коэффициент, учитывающий физико-химические свойства
газов и паров при параметрах cреды перед клапаном.
Ниже приведена методика определения параметров, входящих в формулы
(8) и (9).
Значения коэффициента ? определяются по паспортным данным ПК или
по их каталогам. Для ориентировочного расчета ПК можно считать ? = 0,05 для
низкоподъемных ПК; ? = 0,3 и 0,1 - для среднеподъемных ПК, соответственно
для газообразных и жидких сред; ? = 0,6 и 0,1 - для полноподъемных,
соответственно для газообразных и жидких сред.
Плотность пара или реального газа ?2 (кг/м3) определяют по таблицам
или диаграммам состояния данной cреды либо рассчитывают по формуле
10 6 ( P1 + 0,1) M
?= (11)
,
8314 z ( t1 + 273)


- 41 -
где М - молекулярная масса продукта, кг/кмоль; z - коэффициент
сжимаемости реального продукта, принимается по справочным данным с
учетом давления Р1 и температуры t1 /1, 15/.
Коэффициент В3 для газов и паров вычисляется по формулам:
при дозвуковом режиме истечения ( ? > ?кр.)
2
k ? ? k + 1 ),
2k
(?
B= (12)
k ?1 k
при сверхзвуковом режиме истечения (? ? ?кр.)
?
k +1
2 k ?1
B= k( ) ,
k +1 (13)
где К - показатель изоэнтропы расширения газа (принимается по
справочным данным /1, 14/; ? - отношение давлений за и перед ПК, ?кр. -
критическое отношение давлений:
2
P + 0,1 2 k ?1
?= 2 ? kp = (
; ) ,
P1 + 0,1 k +1 (14)
Порядок расчета ПК следующий:
1) определить характер и величину аварийного расхода (G);
2) определить допускаемое превышение давления в аппарате при работе ПК;
3) определить характеристику cреды перед и за ПК;
4) рассчитать площадь проходного сечения клапана F по формулам (9) и (10) и
определить диаметр проходного сечения;
5) выбрать тип (марку) ПК;
6) выбрать ПК по каталогу так, чтобы Ду клапана было равно или превышало
расчетное значение диаметра проходного сечения.
В случае необходимости определения пропускной способности ПК
известного диаметра определяется значение G по формулам (9) или (10) и
сравнивается результат с аварийным притоком Ga. ПК пригоден для заданных
?
условий работы, если G? Ga.
При определении величины проходного сечения клапана следует иметь в
виду, что если F выбран малым, клапан не обеспечит требуемого снижения
давления. Если клапан выбрать слишком большим F, то он будет работать
неустойчиво, т.к. сброс чрезмерно большого объема рабочей среды вызовет
быстрое падение давления, клапан закроется, после чего давление снова будет
нарастать, клапан откроется, и эти циклы будут продолжаться - возникает
пульсационный режим работы.

- 42 -
8.3. Требования к установке и эксплуатации
предохранительных клапанов

Для защиты аппаратов от превышения давления Госгортехнадзором
разрешается устанавливать ПК, имеющие паспорта (сертификаты) и
инструкцию по эксплуатации.
ПК следует устанавливать непосредственно на штуцере защищаемого
аппарата в вертикальном положении: в вертикальных аппаратах - на верхней
крышке, а на горизонтальных - на верхней образующей цилиндра. Диаметр
штуцера, к которому присоединяют ПК, должен быть не менее диаметра
приемного патрубка клапана, между аппаратом и ПК не должно быть запорной
арматуры. ПК закрытого типа можно устанавливать в любом месте
технологических цехов и установок, клапан открытого типа - только вне
помещений (за исключением клапанов для водяного пара и воздуха).
Технологическая среда, сбрасываемая через ПК, должна отводиться в
безопасное место или в защитные системы на улавливание либо на сжигание в
факеле (углеводородные продукты).
При сбросах среды в атмосферу через ПК применяют короткую
вертикальную трубу, верхний обрез которой должен быть не менее чем на 3 м
выше самой высокой рабочей площадки наружной установки, расположенной в
радиусе 15 м от выхлопной трубы. Предпочтительнее иметь отдельную трубу
для каждого ПК.
Новые и отремонтированные предохранительные клапаны перед
монтажом регулируют на специальном стенде на установочное давление
(давление срабатывания), а их затворы и разъемные соединения проверяют на
герметичность. Допустимое отклонение от давления срабатывания правильно
± 0,5%. Разница между
отрегулированного полноподъемного клапана
давлениями срабатывания и закрытия клапана 3-5%. При проверке на
герметичность в клапан со стороны выходного патрубка наливают воду так,
чтобы ее уровень был выше уплотнительной поверхности запорного органа.
Затем под золотник клапана подают воздух под давлением, которое на 5%
меньше давления его срабатывания. Отсутствие воздушных пузырьков
свидетельствует о герметичности запорного органа.
Для повышения надежности работы ПК подвергают периодической
ревизии (разборка, дефектовка, чистка, сборка, настройка на давление
срабатывания, проверка на герметичность, испытание). На аппаратах с
нейтральными средами при температуре ниже 2500С ревизию ПК проводят не
реже одного раза в год; на аппаратах с агрессивными загрязнениями и
полимеризующими средами, сжиженными газами, а также на аппаратах с
температурой процесса более 2500С - не реже одного раза в 3 месяца.


- 43 -
На аппаратах непрерывных процессов допускается устанавливать
рабочий и резервный ПК. Рабочий и резервный клапаны должны
устанавливаться на отдельных присоединительных патрубках, иметь
одинаковую пропускную способность и обеспечивать в отдельности полную
защиту аппарата от превышения давления.
Для уменьшения случаев выброса через рабочие ПК в атмосферу
аппараты, содержащие взрывоопасные газа и вещества, отнесенные к I и II
классам опасности по ГОСТ 12.1.007-75, должны иметь две системы ПК:
рабочую - со сбросом в атмосферу; контрольную - со сбросом в закрытую
систему (на улавливание или сжигание). Давление начала открытия
контрольных ПК должно быть меньше давления начала открытия рабочих
клапанов и не должно превышать расчетное давление в аппарате. Рабочие и
контрольные ПК в отдельности должны обеспечивать полную защиту аппарата
от превышения давления.
Если источником повышения давления является быстро отключаемый
агрегат (компрессор, насос, нагревательный элемент), допускается вместо
контрольных клапанов применять защитную блокировку, отключающую
источники давления при достижении параметров, соответствующих началу
открытия контрольных ПК. Защитная блокировка не может быть использована
в случае, если источником повышения давления является неуправляемая
химическая реакция.
При применении предохранительных клапанов следует иметь в виду, что
они не обеспечивают хорошую герметичность защищаемого оборудования
после нескольких срабатываний; не пригодны для защиты аппаратов,
содержащих среды, склонные к осаждению, полимеризации, кристаллизации;
им свойственна некоторая инерционность. Учитывая вышеперечисленные
недостатки, в ряде случаев взамен предохранительных клапанов используются
предохранительные мембраны.


8.4. Предохранительные мембраны. Типы мембран,
требования к их материалам
Предохранительные мембраны представляют собой специально
ослабленные устройства с точно рассчитанным порогом разрушения по
давлению.
По сравнению с предохранительными клапанами мембраны имеют
следующие преимущества: обеспечивают герметичное закрытие сбросного
отверстия (до срабатывания мембраны); могут применяться для защиты
оборудования, содержащего высококоррозийные, кристаллизующие среды;
менее инерционны; дешевы и просты в изготовлении.


- 44 -
Недостатки предохранительных мембран: однократность применения;
сравнительно большая допускаемая разность между давлением срабатывания и
рабочим давлением, что требует повышенного запаса прочности защищаемого
оборудования.
Применение мембран вместо предохранительных клапанов (или
совместно с ними) позволяет значительно повысить степень герметичности
оборудования, что в условиях химической промышленности означает
уменьшение потерь ценных продуктов и снижение загазованности
производственных помещений и окружающей атмосферы.
На современных химических предприятиях применяются мембраны
диаметром от 2 до 1300 мм на разрушающее давление от 0,002 до 215 МПа в
диапазоне рабочих температур от -183 до +1500 0С.
Предохранительные мембраны с учетом характера их разрушения
подразделяют на разрывные, ломающиеся, отрывные, срезные,
выщелкивающие (рис. 12).




Рис, 12. Основные типы предохранительных мембран:
а – разрывная; б – ломающаяся; в – срезная;
г – отрывная; д – выщелкивающаяся

Разрывные мембраны изготавливаются из тонколистового
металлического проката. Мембрана (рис. 12а) защемляется во фланцевом
соединении с помощью зажимных колец. При нагружении мембраны рабочим
давлением она испытывает пластические деформации и приобретает
куполообразную форму. Куполообразную форму мембране часто придают
также при изготовлении, что увеличивает быстродействие мембраны, позволяет
обнаружить скрытые дефекты металла.
Возможность применения разрывных мембран ограничивается
номенклатурой тонколистового металлического проката, выпускаемого
промышленностью. Особенно трудно с помощью разрывных мембран
защищать оборудование, работающее на низком давлении.
Ломающиеся мембраны изготавливаются из хрупких материалов
(чугун, графит, стекло и т.п.) и поэтому их срабатыванию не предшествуют


- 45 -
заметные пластические деформации. Ломающиеся мембраны хорошо работают
в условиях динамических и пульсирующих нагрузок. Толщина мембраны
может задаваться любой в процессе изготовления, что исключено при
изготовлении разрывных мембран из стандартного тонколистового материала.
Изготовление ломающихся мембран несложно.
Наиболее распространены в настоящее время ломающиеся мембраны из
чугуна с выточкой (рис. 12б). Их используют для защиты котлов
высокоорганических теплоносителей, трубопроводов аммиачно-метанольных
производств, устанавливают перед предохранительными клапанами в
цистернах с жидким хлором и другими агрессивными средами.
Ломающиеся мембраны весьма чувствительны к равномерности затяжки
фланцевого соединения; при несоблюдении этого условия мембрана может
разрушиться при монтаже. Основным недостатком ломающихся мембран
является большой разброс давления срабатывания из-за невоспроизводимости
механических свойств материала мембраны. Поэтому во многих случаях они не
обеспечивают надежной защиты оборудования.
Срезные мембраны (рис. 12в) при срабатывании срезаются по острой
кромке верхнего прижимного кольца. Материалом для изготовления мембран
служит листовой алюминий, а прижимные кольца выполняют из стали.
Срезные мембраны наиболее часто применяют для защиты сборников жидкого
аммиака и метанола.
Отрывные мембраны применяют для защиты систем высокого давления
(свыше 25 МПа) при диаметре сбросных отверстий 20-60 мм. Мембраны имеют
форму колпачков (рис. 12г) с ослабленным сечением. Отрывные мембраны
успешно используют для защиты аппаратов в производствах полиэтилена и
некоторых других.
Выщелкивающиеся мембраны представляют собой тонкостенный
сферический сегмент, припаянный или приклеенный к опорному кольцу,
обращенный выпуклой поверхностью в сторону рабочего давления (рис. 12д).
При превышении давления в аппарате выше заданной величины
сферический сегмент теряет устойчивость и мембрана выворачивается в
другую сторону. Этот процесс происходит очень резко с хлопком, вследствие
чего мембрана отрывается от кольца в месте припайки и уносится потоком
сбрасываемого газа. Выщелкивание мембраны применяют для защиты
аппаратов, работающих при низких давлениях и вакууме.
Материалы предохранительных мембран должны обладать
следующими основными свойствами:
а) иметь стабильные механические свойства при рабочей температуре.
Максимальное отклонение предела прочности при растяжении не должно
превышать +5% от средней величины;



- 46 -
б) быть коррозионностойким в технологической среде, содержащейся в
аппарате;
в) структура материала и его механические свойства не должны
изменяться в процессе эксплуатации мембраны;
г) допуск на толщину проката (фольги, ленты), применяемого для
изготовления мембран, должен быть минимальным.
Применение различных материалов для изготовления мембран
ограничивается максимально допустимой рабочей температурой в месте их
установки. При более высоких температурах возможны ложные срабатывания
мембран при рабочем давлении вследствие значительной ползучести
материала. Некоторые характеристики материалов, идущих на изготовление
промышленных мембран, представлены в табл. 12 /1, 13/.

Таблица 12
Предел
Относитель
Максимальн прочности при
Максимальн ая рабочая
Материал Рс ? D, ное
одностороннем
ый рабочий температура,
мембран МПа мм удлинение
растяжении,
диаметр, мм при разрыве
0
С МПа
Алюминий 400 100 10-40 40-120 0,03 - 0,2
Никель 140 480 44-400 450-550 0,02 - 0,1
Нержавеющая

<< Пред. стр.

страница 5
(всего 10)

ОГЛАВЛЕНИЕ

След. стр. >>

Copyright © Design by: Sunlight webdesign