適當防止超壓

了解不同泄壓裝置的正確使用方法。

由阿明Almasi酒店，旋轉設備顧問

許多過程都需要設備來控制或限制由于不安，儀器或設備故障或起火而可能形成的壓力。卸壓閥（PRV）最通常提供這種過壓保護，但是在許多應用中，防回流閥（例如止回閥等）和防爆片也起著有用的作用。此外，特殊類型的安全閥（通常稱為真空安全閥）可防止過大的真空。當壓力（或真空）超過指定的設計值時，此類設備就會啟動。

常規的PRV是一種自致動的彈簧加載閥，該閥在指定壓力下打開以允許加壓流體流出。（某些小型閥通常處理熱釋放閥的應用。）彈簧式PRV的基本元件包括連接到要保護的容器或系統的入口噴嘴，調節通過噴嘴流量的可移動盤以及控制閥的彈簧。磁盤的位置。

在正常的系統運行條件下，入口處的壓力低于設定壓力-因此，閥板位于噴嘴上，從而阻止了流體通過噴嘴。

但是，當超過設定壓力時，溢流閥打開，成為流動的“最小阻力路徑”。一部分流體從PRV排出，通常通過稱為火炬總管或泄壓總管的管道系統到達中央升高的煤氣火炬（或類似氣體）進行燃燒。流體的損失降低了所保護機器或系統內部的壓力。當壓力下降足夠時，PRV將關閉。閥復位之前必須下降的壓力稱為泄壓，通常表示為設定壓力的百分比。大概在3％到20％之間；一些閥門的排污口可調。

泄壓閥

圖1.打開時，此閥將流體排放到大氣中。

在出口連接到管道的系統中，PRV的開口將促使下游管道中積聚壓力。連接到出口管道系統的其他PRV可能會打開，并且

排氣管系統可能會增加。這可能會導致意外操作。因此，此類系統經常需要替代解決方案。它們通常需要“差動”安全閥-在這些安全閥中，壓力作用的面積比閥的開啟面積小得多。

閥門關閉之前，壓力必須大大降低。閥門的出口壓力也很容易使閥門保持打開狀態。

在某些情況下，旁通閥可以保護泵或氣體壓縮機以及任何相關設備免受過大的壓力。它通過返回來充當安全閥

泵或壓縮機排出的全部或部分流體返回存儲容器或機器的入口。旁通閥和旁通路徑可以是內部的（作為泵或壓縮機的組成部分），也可以是外部的（作為組件安裝在流體路徑中）。

常規彈簧式攤鋪機

該設備的操作基于力平衡。當系統壓力達到PRV的設定壓力時，彈簧負載預設為等于入口流體施加在封閉盤上的力。當入口壓力低于設定壓力（正常操作時應如此）時，圓盤會在關閉位置停留在噴嘴上。當系統壓力接近閥的設定壓力時，閥瓣和噴嘴之間的座壓力接近零。

當入口壓力超過設定壓力時，閥瓣上的壓力克服了彈簧力，閥打開。然后，當入口壓力降至關閉壓力時，閥門將重新關閉。

從歷史上看，許多液體應用都使用為可壓縮（或蒸汽）服務設計的PRV（或壓力安全閥）。這些許多閥門在液體環境中使用時需要很高的超壓（例如20％）才能達到完全升程和穩定的運行，因為液體無法提供蒸汽所需要的膨脹力。液態PRV必須以10％的速度運行

在過壓極限時，通常在選型時將保守系數（例如0.6）應用于閥門容量。

因此，許多裝置尺寸過大，有時會導致不穩定。

現在，規范中包含了一些規則，這些規則針對的是超壓10％時液體檢修閥的性能，并且需要進行容量認證。供應商有

開發了用于液體服務的PRV，可滿足要求的全升程，穩定運行以及額定壓力為10％（過壓）的情況；有些設計具有可調節的排污功能。提供可以對液體和氣體進行操作的閥門。然而，取決于流是液體，氣體還是兩者的組合，這樣的閥可以表現出不同的操作特性。例如，許多專為液體服務設計的PRV在氣體上的排污時間（通常為20％）要比在液體服務上的排污時間長得多。另外，如果閥門設置在液體上并且需要以氣體操作，則設置壓力可能會發生一些變化，反之亦然。

PRV出口處的壓力定義為背壓。這個背壓可以引起雜物蒸發散在開啟壓力，減少在流動能力，不穩定性或所有三種的組合。平衡的彈簧式PRV可以最大程度地降低后向壓力對閥門性能特性的影響；它包括一個波紋管，一個密封的活塞或其他平衡閥盤的裝置。對于常規PRV，無論溢流閥升起后流過下游管道所產生的背壓過高，都應考慮平衡的PRV。平衡的PRV也可以

用于將閥內的導向裝置，彈簧，閥蓋和其他頂部工作部件與泄壓流體隔離。如果擔心流體對這些零件的腐蝕損壞（例如下游的臟零件），則可能很重要。

在兩相系統中，釋放的流體可能是液體或氣體，這要求彈簧加載的PRV設計用于液體（或液體和氣體）服務，并且需要平衡以最小化反壓的影響。如果閥門進口處的兩相混合物中的蒸汽的質量百分比為50％或更小，許多制造商建議使用專為液體或液體和氣體服務設計的閥門。如果不確定流量中的液體與氣體的比例，則謹慎選擇專門設計用于液體或液體和氣體服務的閥門。

當泄放期間由于流經閥門和出口管道的流量而產生過多的背壓時，傳統的PRV不能令人滿意地工作。積壓的背壓與保持閥門打開的提升力相反。過多的積壓會導致閥門不穩定。這種不穩定性可能會隨著顫動或顫動而發生。顫振是指閥芯在循環過程中與閥座接觸時的異常快速往復運動。這種類型的操作可能會損壞閥門和互連管道。Flutter與顫振類似，不同之處在于在循環過程中磁盤未接觸到座椅。

作為粗略的指導，在常規的PRV應用中，在10％的允許超壓下，累積的背壓不應超過設定壓力的10％。您可以對大于10％的允許超壓使用更高的最大累積背壓-前提是累積背壓不超過容許超壓。當疊加背壓恒定時，您可以降低彈簧負載以補償疊加背壓。當背壓預計會超過這些指定限制時，請指定平衡式或先導式PRV。

駕駛員操縱的PAV

該裝置由通常裝有浮動不平衡活塞組件的主安全閥和外部先導閥（通常是傳統的PRV）組成。

活塞被設計成頂部的面積大于底部的面積。達到設定壓力時，頂部和底部區域承受相同的入口工作壓力。由于面積較大

活塞頂部的凈力將活塞緊緊地靠在主閥噴嘴上。隨著操作壓力的增加，凈閥座力會增加并趨向于

使閥門更緊密。此功能允許在最大預期工作壓力高于傳統安全閥可接受的使用壽命百分比的情況下使用大多數先導閥。在

設定壓力后，先導閥從活塞頂部排出壓力。現在所產生的凈力向上，導致活塞升起，從而允許流體流過主閥。發生超壓事件后，飛行員將關閉活塞頂部的排氣口，從而重新建立壓力；否則，飛行員將無法恢復正常工作。凈力將導致活塞復位。

先導式PRV的主閥可以使用隔膜系統代替活塞來提供不平衡的運動部件。磁盤，

通常關閉主閥入口，并與柔性膜片集成。外部先導具有相同的功能，可感測流體壓力，在設定壓力下使隔膜頂部排氣，并在流體壓力降低后重新加載隔膜。與活塞閥一樣，由于膜片的暴露面積不同，所以座壓力與工作壓力成比例地增加。積聚的背壓不會影響主閥活塞或隔膜的升程。與傳統的平衡彈簧式PRV相比，這可以使泄壓排放歧管中的壓力更高。

調節先導可以處理氣體，液體或兩相流應用。與彈跳式PRV相比，調節先導閥將泄壓流體的量限制為恰好防止壓力超過允許水平的量。由于調節先導僅釋放所需的釋放率，因此您可以基于該率而不是額定值來計算累積背壓

閥門的釋放能力。調節先導閥還可以在不正常狀態下減少與系統中其他壓力控制設備的相互作用，減少有害的大氣排放，并降低與向火炬管道或大氣排放相關的噪聲水平。

逆流預覽

當閥的排放側壓力可能超過其進口壓力時，您需要一個防回流裝置。較高的排氣壓力會在隔膜，活塞或其他元件上產生足夠的向上力，以打開閥門并造成換向。當存在足夠的反向壓差時，任何標準類型或先導式PRV設計都會發生反向流動。

回流防止器允許將出口壓力引入主閥的圓頂，從而將活塞牢固地保持在噴嘴上，并克服反向壓差的影響。防回流裝置允許排氣壓力在膜片或活塞上提供向下的凈力，以保持閥門關閉。防回流閥的正確操作對于進一步確保閥中不發生逆流至關重要。防回流裝置中的材料和密封件應與先導式PRV的材料和密封件匹配。

破裂盤

這些是不可重合的裝置，用于防止過大的壓力（或有時是真空）。可以在安裝中使用單個或多個破裂盤。它們還可以用作冗余泄壓裝置。

沒有活動部件，破裂盤簡單可靠，并且比其他泄壓裝置動作更快。破裂盤反應足夠快，可以緩解某些類型的壓力峰值。由于其重量輕，可以用安全閥不適用的高合金和其他耐腐蝕材料制成爆破片。

破裂盤也是對溫度敏感的設備。爆裂壓力會隨其溫度而顯著變化，這可能不同于正常的流體工作溫度。隨著磁盤溫度的升高，爆破壓力通常會降低。由于溫度的影響取決于破裂盤的設計和材料，因此請咨詢制造商以了解特定的應用。指定期望磁盤破裂的壓力和溫度。

尺寸和泄壓

根據產生的壓力和必須釋放流體的速率，仔細評估可能導致超壓的意外情況。您需要包裝的過程圖和儀表圖，設備規格表以及設施的設計依據，才能計算每個泄壓裝置的泄壓率。一個重要的參數是安裝在機械，包裝或設施中的PRV的設定壓力。作為粗略的指導，此設定壓力可能是包裝或系統中最大允許工作壓力（MAWP）的110％，該最大允許工作壓力受單個泄壓裝置保護，該泄壓裝置的大小適合操作（非火災）事故的發生。

多設備安裝需要兩個或更多壓力釋放設備的組合容量來緩解給定的超壓意外情況。通過這種方式，您可以將設置的壓力提高到例如一個包裝中的MAWP的118％，該包裝受多個泄壓裝置保護，這些泄壓裝置的大小適合操作（非火災）突發事件。對于火災情況，安全壓力（設定壓力）通常會更高–例如，在具有針對火災隱患的設備保護的包裝中，安全壓力可能約為MAWP的120％或125％。

超壓原因

機械系統或包裝中的正常流體和能量流的不平衡或中斷會促使能量或流體或兩者同時在包裝的某些部分堆積（例如，排出）。因此，對這種超壓的原因和大小進行分析是對不同機械運行情況下的能量和流體平衡進行的特殊而復雜的研究。

雙重危險場景對于確定PRV而言通常不是可信的。此類情況通常會同時涉及兩個獨立的故障或故障-例如，兩個完全獨立的機器或控件的同時故障，或操作員錯誤導致與整個工廠電源故障同時發生的出口阻塞。另一方面，如果火勢引起局部空氣管線故障，則將火勢暴露期間的儀器空氣故障視為一次危險。

速度過快和其他機械故障可能導致過壓。有時，由于高壓源（例如高壓過程流體）導致的閥門意外打開會導致過壓。例如，在許多包裝中，總是有可能由于排出的（高壓）流體使抽吸系統受壓；在許多情況下，吸氣系統的某些部分實際上是根據排氣壓力或其他保護手段（例如考慮使用PRV）設計的。

單個止回閥并不總是一種有效的方法，可以防止來自高壓源（如高壓排放口）的逆流產生過壓。例如，如果將流體泵入或壓縮到包含流體的系統中，壓力或壓力會大大高于泵或壓縮機上游（吸入）設備的設計額定值，則會導致泵流損失以及泄漏或潛在故障。排放管路中的止回閥會導致流體流量反向。當高壓流體進入低壓系統時，可能導致超壓。在大多數情況下，您應該專注于防止逆流。重要的是要注意，除了上游系統（或吸入系統）的超壓外，通過機械的逆流還會破壞機械設備，從而導致密封性損失。在很多情況下

即使適當的檢查和維護也可能無法完全消除止回閥閥座的泄漏，并且會發生泄漏。因此，即使止回閥沒有完全失效，止回閥上游的低壓系統仍可能過壓。然后，根據具體情況進行詳細的分析和研究，可以顯示是否需要自動隔離，用于泄漏的泄壓裝置或其他保護手段。您必須為每一個定義合適的泄漏率

特定的機械系統。經驗表明，在進行檢查和維護以確保可靠性和限制逆流的能力時，兩個串聯的防回流裝置足以消除明顯的逆流。

此外，請仔細評估工廠范圍內或本地任何公用事業服務（例如冷卻水，電等）的損失所造成的過壓可能性。

AMIN ALMASI是位于澳大利亞悉尼的旋轉設備顧問。這篇文章最初出現在“ 化學加工特別報告：在此處查看您的破裂盤方案”中。