تحجيم صمامات الأمان

دراسة مُعمقة لعملية التحجيم لمجموعة من التطبيقات، بما في ذلك معادلات التحجيم لـ AD Merkblatt و DIN و TRD و ASME و API و BS6759 وغيرها. يُغطي مسائل أكثر تعقيدًا مثل التدفق ثنائي الطور والحرارة الزائدة.

مقدمة تحجيم صمامات الأمان

يجب دائمًا تحجيم صمام الأمان بحيث يكون قادرًا على تفريغ أي مصدر من البخار بحيث لا يمكن أن يتجاوز الضغط داخل الجهاز المحمي أقصى ضغط تراكم مسموح به (MAAP). هذا لا يعني فقط أن الصمام يجب أن يُوضع بشكل صحيح، بل أيضًا يُضبط بشكل صحيح. يجب بعد ذلك أيضًا تحجيم صمام الأمان بشكل صحيح، مما يُمكّنه من تمرير الكمية المطلوبة من البخار عند الضغط المطلوب تحت جميع ظروف العطل الممكنة. بمجرد تحديد نوع صمام الأمان، مع ضغط ضبطه وموقعه في النظام، يلزم حساب سعة التصريف المطلوبة للصمام. بمجرد معرفة ذلك، يمكن تحديد مساحة الفوهة المطلوبة والحجم الاسمي باستخدام مواصفات المُصنِّع. من أجل تحديد أقصى سعة مطلوبة، يجب أخذ التدفق المحتمل عبر جميع الفروع ذات الصلة، المنبعية للصمام، في الاعتبار. في التطبيقات التي يوجد فيها أكثر من مسار تدفق ممكن، يصبح تحجيم صمام الأمان أكثر تعقيدًا، حيث قد يكون هناك عدد من الطرق البديلة لتحديد حجمه. حيث يوجد أكثر من مسار تدفق محتمل، يجب مراعاة البدائل التالية:

يمكن تحجيم صمام الأمان على أقصى تدفق في مسار التدفق الذي يحتوي على أكبر كمية من التدفق.
يمكن تحجيم صمام الأمان لتفريغ التدفق من مسارات التدفق المجمعة. يُحدد هذا الخيار بخطر فشل جهازين أو أكثر في وقت واحد. إذا كانت هناك أدنى فرصة لحدوث ذلك، يجب تحجيم الصمام لتفريغ التدفقات المجمعة للأجهزة المعطوبة. however، حيث يكون الخطر ضئيلًا، قد تُحدد المزايا من حيث التكلفة أن الصمام يجب تحجيمه فقط على أعلى تدفق عطل. يعود خيار الطريقة ultimately للشركة المسؤولة عن تأمين المعدات. على سبيل المثال، ضع في اعتبارك وعاء الضغط ونظام مضخة-صمام التلقائي (APT) كما هو موضح في الشكل 9.4.1. الحالة غير المحتملة هي أن كلاً من APT وصمام خفض الضغط (PRV ‘أ’) قد يفشلا في وقت واحد. سعة تصريف صمام الأمان ‘أ’ إما أن تكون حمولة عطل أكبر PRV، أو بشكل بديل، حمولة العطل المجمعة لكل من APT و PRV ‘أ’. يوثيق هذا المستند أنه حيث توجد مسارات تدفق متعددة، يجب تحجيم أي صمام أمان ذي صلة في جميع الأوقات على إمكانية أن صمامات التحكم بالضغط المنبعية قد تفشل في وقت واحد. إيجاد تدفق العطل من أجل تحديد تدفق العطل عبر PRV أو أي صمام أو فوهة، يجب مراعاة ما يلي:
ضغط العطل المحتمل - يجب أخذه كضغط الضبط لصمام الأمان المنبعي المناسب
ضغط التفريغ لصمام الأمان المُراد تحجيمه
السعة المفتوحة بالكامل (KVS) لصمام التحكم المنبعي، انظر المعادلة 3.21.2 المثال 9.4.1 ضع في اعتبارك ترتيب PRV في الشكل 9.4.2. يُحدَّد ضغط إمداد هذا النظام (الشكل 9.4.2) بصمام أمان منبعي بضغط ضبط يبلغ 11.6 بار ضغط معياري. يمكن تحديد تدفق العطل عبر PRV باستخدام معادلة تدفق كتلة البخار (المعادلة 3.21.2): في هذا المثال: consequently، يُحجَّم صمام الأمان لتمرير 953 كجم/ساعة على الأقل عند ضبطه على 4 بار ضغط معياري. بمجرد تحديد حمولة العطل، يكون من الكافي عادة تحجيم صمام الأمان باستخدام مخططات سعة المُصنِّع. مثال نمطي لمخطط سعة موضح في الشكل 9.4.3. بمعرفة ضغط الضبط المطلوب وسعة التصريف، يمكن اختيار حجم اسمي مناسب. في هذا المثال، ضغط الضبط هو 4 بار ضغط معياري وتدفق العطل هو 953 كجم/ساعة. يُتطلب صمام أمان DN32/50 بسعة 1284 كجم/ساعة. حيث لا تتوفر مخططات التحجيم أو لا تلبي سوائل أو ظروفًا محددة، مثل الضغط الخلفي أو اللزوجة العالية أو التدفق ثنائي الطور، قد يلزم حساب مساحة الفوهة الدنيا المطلوبة. تُحدد الطرق لذلك في المعايير الحاكمة المناسبة، مثل:
ASME/API RP 520
EN ISO 4126 تستند الطرق المُحددة في هذه المعايير إلى معامل التصريف، الذي هو نسبة السعة المقاسة إلى السعة النظرية لفوهة بمساحة تدفق مكافئة. معامل التصريف معاملات التصريف خاصة بأي نطاق محدد من صمامات الأمان وتوافق عليها المُصنِّع. إذا وافق الصمام بشكل مستقل، يُعطى ‘معامل تصريف مُعتمد’. هذه الرقم غالبًا يُخفَّض further بضربه بعامل أمان 0.9، لإعطاء معامل تصريف مُخفَّض. معامل التصريف المُخفَّض يُسمى Kdr = Kd x 0.9 عند استخدام طرق قياسية لحساب مساحة الفوهة المطلوبة، قد تحتاج النقاط التالية إلى مراعاة:
التدفق الحرج ودون الحرج - تدفق الغاز أو البخار عبر فوهة، مثل مساحة تدفق صمام الأمان، يزداد مع انخفاض ضغط المصب. هذا يبقى صادقًا حتى الوصول إلى الضغط الحرج، ويتحقق التدفق الحرج. عند هذه النقطة، لن يؤدي أي انخفاض إضافي في ضغط المصب إلى أي زيادة إضافية في التدفق. توجد علاقة (تُسمى نسبة الضغط الحرج) بين الضغط الحرج وضغط التفريغ الفعلي، وللغازات المتدفقة عبر صمامات الأمان، تُظهرها المعادلة 9.4.2. للغازات، ذات الخصائص المشابهة للغاز المثالي، ‘k’ هو نسبة الحرارة النوعية للضغط الثابت (cp) إلى الحجم الثابت (cv)، أي cp : cv. ‘k’ دائمًا أكبر من الوحدة، وعادة بين 1 و 1.4 (انظر الجدول 9.4.8). للبخار، على الرغم من أن ‘k’ معامل إيزنتروبي، إلا أنه ليس فعليًا نسبة cp : cv. كتقريب للبخار المشبع، يمكن أخذ ‘k’ كـ 1.135، وللبخار المُحمَّى كـ 1.3. كدليل، للبخار المشبع، يُؤخذ الضغط الحرج كـ 58% من ضغط المدخل المُتراكَم بالمطلقة.
الضغط الزائد - قبل التحجيم، يجب تحديد الضغط الزائد التصميمي للصمام. لا يُسمح بحساب سعة الصمام عند ضغط زائد أقل من ذلك الذي حُدد عنده معامل التصريف. however، يُسمح باستخدام ضغط زائد أعلى (انظر الجدول 9.2.1، الوحدة 9.2، لقيم الضغط الزائد النمطية). لصمامات DIN من نوع الرفع الكامل (Vollhub)، يجب تحقيق الرفع التصميمي عند 5% ضغط زائد، لكن لأغراض التحجيم، يمكن استخدام قيمة ضغط زائد 10%.

معادلات التحجيم لصمامات الأمان المُصمَّمة وفقًا للمعايير التالية

تُستخدم الطرق التالية لحساب مساحة الفوهة الدنيا المطلوبة لصمام أمان، كما ذُكر في المعايير الوطنية الأكثر استخدامًا. المعيار - ASME /API RP 520 تُستخدم الصيغ التالية لحساب مساحة الفوهة الدنيا المطلوبة لصمام أمان وفقًا لمعايير ASME وإرشادات API RP 520. استخدم المعادلة 9.4.3 لحساب مساحة الفوهة الدنيا المطلوبة لصمام أمان مُستخدم في تطبيقات البخار:

تعلم عن البخار

المثال 9.4.2 احسب مساحة التصريف الفعالة الدنيا المطلوبة لصمام أمان مُصمَّم وفقًا لـ

ASME/API RP520.

تعلم عن البخار

المثال 9.4.3 احسب مساحة التصريف الفعالة الدنيا المطلوبة لصمام أمان مُصمَّم وفقًا لـ ASME/API RP520.

تعلم عن البخار

معاملات تصحيح الحرارة الزائدة لـ ASME/API RP 520

الجدول 9.4.1 معاملات تصحيح الحرارة الزائدة (KSH) المُستخدمة في ASME/API RP 520 (وحدات إمبريالية)

ضغط الضبط (رطل/بوصة مربعة ضغط معياري)	درجة الحرارة (°F)
ضغط الضبط (رطل/بوصة مربعة ضغط معياري)	300	400	500	600	700	800	900	1 000	1 100	1 200
15	1	0.98	0.93	0.88	0.84	0.8	0.77	0.74	0.72	0.7
20	1	0.98	0.93	0.88	0.84	0.8	0.77	0.74	0.72	0.7
40	1	0.99	0.93	0.88	0.84	0.81	0.77	0.74	0.72	0.7
60	1	0.99	0.93	0.88	0.84	0.81	0.77	0.75	0.72	0.7
80	1	0.99	0.93	0.88	0.84	0.81	0.77	0.75	0.72	0.7
100	1	0.99	0.94	0.89	0.84	0.81	0.77	0.75	0.72	0.7
120	1	0.99	0.94	0.89	0.84	0.81	0.78	0.75	0.72	0.7
140	1	0.99	0.94	0.89	0.85	0.81	0.78	0.75	0.72	0.7
160	1	0.99	0.94	0.89	0.85	0.81	0.78	0.75	0.72	0.7
180	1	0.99	0.94	0.89	0.85	0.81	0.78	0.75	0.72	0.7
200	1	0.99	0.95	0.89	0.85	0.81	0.78	0.75	0.72	0.7
220	1	0.99	0.95	0.89	0.85	0.81	0.78	0.75	0.72	0.7
240		1	0.95	0.9	0.85	0.81	0.78	0.75	0.72	0.7
260		1	0.95	0.9	0.85	0.81	0.78	0.75	0.72	0.7
280		1	0.96	0.9	0.85	0.81	0.78	0.75	0.72	0.7
300		1	0.96	0.9	0.85	0.81	0.78	0.75	0.72	0.7
350		1	0.96	0.9	0.86	0.82	0.78	0.75	0.72	0.7
400		1	0.96	0.91	0.86	0.82	0.78	0.75	0.72	0.7
500		1	0.96	0.92	0.86	0.82	0.78	0.75	0.73	0.7
600		1	0.97	0.92	0.87	0.82	0.79	0.75	0.73	0.7
800			1	0.95	0.88	0.83	0.79	0.76	0.73	0.7
1 000			1	0.96	0.89	0.84	0.78	0.76	0.73	0.71
1 250			1	0.97	0.91	0.85	0.8	0.77	0.74	0.71
1 500			1	1	0.93	0.86	0.81	0.77	0.74	0.71

المعيار - EN ISO 4126: 2004 استخدم المعادلة 9.4.4 لحساب مساحة الفوهة الدنيا المطلوبة لصمام أمان مُستخدم على بخار مشبع جاف (كسر جفاف > 0.98) وبخار مُحمَّى عند التدفق الحرج:

تعلم عن البخار

استخدم المعادلة 9.4.5 لحساب مساحة الفوهة الدنيا المطلوبة لصمام أمان مُستخدم في تطبيقات البخار المبتل عند التدفق الحرج. ملاحظة: البخار المبتل يجب أن يكون بكسر جفاف أكبر من 0.9:

تعلم عن البخار

المثال 9.4.4 حَجِّم مساحة التدفق الدنيا المطلوبة لصمام أمان مُصمَّم وفقًا لـ EN ISO 4126 لتخفيف نظام بخار مُحمَّى من الضغط الزائد.

تعلم عن البخار

الجدول 9.4.2 قيمة C كدالة لـ ‘k’ لتطبيقات البخار والهواء والغازات وفقًا لمعيار EN ISO 4126. القيم الإيزنتروبية، ‘k’ مُدمجة في معيار ISO 4126: (الجزء 7). بديلًا، يمكن الحصول على قيم ‘k’ للبخار من جداول البخار على موقع Spirax Sarco.

k	Cg
0.4	1.647
0.41	1.665
0.42	1.682
0.43	1.7
0.44	1.717
0.45	1.733
0.46	1.75
0.47	1.766
0.48	1.782
0.49	1.798
0.5	1.813
0.51	1.829
0.52	1.844
0.53	1.858
0.54	1.873
0.55	1.888
0.56	1.902
0.57	1.916
0.58	1.93
0.59	1.944
0.6	1.957
0.61	1.971
0.62	1.984
0.63	1.997
0.64	2.01
0.65	2.023
0.66	2.035
0.67	2.048
0.68	2.06
0.69	2.072
0.7	2.084
0.71	2.096
0.72	2.108
0.73	2.12
0.74	2.131
0.75	2.143
0.76	2.154
0.77	2.165
0.78	2.17
0.79	2.187
0.8	2.198
0.81	2.209
0.82	2.219
0.83	2.23
0.84	2.24
0.85	2.251
0.86	2.261
0.87	2.271
0.88	2.281
0.89	2.291
0.9	2.301
0.91	2.311
0.92	2.32
0.93	2.33
0.94	2.339
0.95	2.349
0.96	2.358
0.97	2.367
0.98	2.376
0.99	2.386
1	2.401
1.01	2.404
1.02	2.412
1.03	2.421
1.04	2.43
1.05	2.439
1.06	2.447
1.07	2.456
1.08	2.464
1.09	2.472
1.1	2.481
1.11	2.489
1.12	2.497
1.13	2.505
1.14	2.513
1.15	2.521
1.16	2.529
1.17	2.537
1.18	2.545
1.19	2.553
1.2	2.56
1.21	2.568
1.22	2.57
1.23	2.583
1.24	2.591
1.25	2.598
1.26	2.605
1.27	2.613
1.28	2.62
1.29	2.627
1.3	2.634
1.31	2.641
1.32	2.649
1.33	2.656
1.34	2.663
1.35	2.669
1.36	2.676
1.37	2.683
1.38	2.69
1.39	2.697
1.4	2.703
1.41	2.71
1.42	2.717
1.43	2.723
1.44	2.73
1.45	2.736
1.46	2.743
1.47	2.749
1.48	2.755
1.49	2.762
1.5	2.768
1.51	2.774
1.52	2.78
1.53	2.786
1.54	2.793
1.55	2.799
1.56	2.805
1.57	2.811
1.58	2.817
1.59	2.823
1.6	2.829
1.61	2.843
1.62	2.84
1.63	2.846
1.64	2.852
1.65	2.858
1.66	2.863
1.67	2.869
1.68	2.874
1.69	2.88
1.7	2.886
1.71	2.891
1.72	2.897
1.73	2.902
1.74	2.908
1.75	2.913
1.76	2.918
1.77	2.924
1.78	2.929
1.79	2.934
1.8	2.94
1.81	2.945
1.82	2.95
1.83	2.955
1.84	2.96
1.85	2.965
1.86	2.971
1.87	2.976
1.88	2.981
1.89	2.986
1.9	2.991
1.91	2.996
1.92	3.001
1.93	3.006
1.94	3.01
1.95	3.015
1.96	3.02
1.97	3.025
1.98	3.03
1.99	3.034
2	3.039
2.01	3.044
2.02	3.049
2.03	3.053
2.04	3.058
2.05	3.063
2.06	3.067
2.07	3.072
2.08	3.076
2.09	3.081
2.1	3.085
2.11	3.09
2.12	3.094
2.13	3.099
2.14	3.103
2.15	3.107
2.16	3.112
2.17	3.116
2.18	3.121
2.19	3.125
2.2	3.129