ماذا يفعل صمام الضغط؟

دليل صمام الضغط

تعد صمامات الضغط أجهزة أمان أساسية تتحكم في الضغط وتنظيم وتخفيف الضغط في أنظمة السوائل. يغطي هذا الدليل الشامل صمامات تخفيف الضغط ، وصمامات الحد من الضغط ، ومنظمات الضغط ، وأجهزة التحكم في الضغط عبر التطبيقات الصناعية.

يعد التحكم في الضغط أمرًا بالغ الأهمية في أي نظام يتعامل مع السوائل أو الغازات تحت الضغط. سواء كنت تتعامل مع غلايات البخار أو الأنظمة الهيدروليكية أو شبكات توزيع المياه ، فإن صمامات الضغط تعمل كآلية السلامة الأولية التي تمنع الفشل الكارثي وتحسين أداء النظام.

ما هو صمام الضغط؟ (التعريف والوظائف الأساسية)

صمام الضغط هو جهاز تحكم تلقائي في التدفق مصمم لتنظيم ضغط النظام عن طريق فتح الضغط الزائد أو الإغلاق للحفاظ على ظروف تشغيل مستقرة. تعمل صمامات التحكم في الضغط هذه كأجهزة أمان ومحسّنات للأداء.

الوظائف الأساسية:

تنظيم الضغط:يحافظ على ضغط النظام ضمن حدود محددة مسبقًا
حماية الضغط الزائد:يمنع أضرار المعدات عن طريق إطلاق الضغط الزائد
التحكم في التدفق:يضبط تدفق السوائل لتحسين كفاءة النظام
ضمان السلامة:بمثابة خط الدفاع الأخير ضد الإخفاقات المتعلقة بالضغط

التعريف الفني:

وفقًا لقسم ASME BPVC I ، فإن جهاز تخفيف الضغط هو "جهاز يتم تشغيله بواسطة ضغط ثابت مدخل ومصمم لفتح أثناء حالات الطوارئ أو غير طبيعية لمنع ارتفاع ضغط السائل الداخلي عن قيمة محددة."

كيف تعمل صمامات التحكم في الضغط: المبادئ الفنية

آلية التشغيل الأساسية

تعمل صمامات تخفيف الضغط على مبدأ توازن القوة:

معادلة توازن القوة:F₁ (قوة ضغط المدخل) = F₂ (قوة الربيع) + F₃ (قوة الضغط على الظهر)

أين:

f₁ = p₁ × a (ضغط مدخل × منطقة القرص الفعال)
F₂ = مسافة الضغط الثابت × الربيع
f₃ = p₂ × A (منطقة الضغط × الظهر)

تسلسل التشغيل:

ضغوط:يظل الصمام مغلقًا عند ضغط النظام <ضبط الضغط
ضغط الضغط:يحدث الفتح الأولي في 95-100 ٪ من الضغط المحدد
المصعد الكامل:افتتاح كامل في 103-110 ٪ من الضغط المحدد (لكل API 526)
الضغط على الضغط:يتم إغلاق الصمام في 85-95 ٪ من الضغط المحدد (التفجير النموذجي)

المعلمات الفنية الرئيسية:

المعلمة	تعريف	النطاق النموذجي
ضبط الضغط	الضغط الذي يبدأ فيه الصمام في الانفتاح	10-6000 PSIG
الضغط الزائد	الضغط فوق الضغط المحدد أثناء التفريغ	3-10 ٪ من الضغط المحدد
تفجير	الفرق بين الضجة وإعادة التأسيس	5-15 ٪ من الضغوط المحددة
ضغط الظهر	ضغط المصب يؤثر على أداء الصمام	<10 ٪ من الضغوط المحددة (التقليدية)
معامل التدفق (CV)	عامل قدرة الصمام	يختلف حسب الحجم/التصميم

أنواع أجهزة التحكم في الضغط: المواصفات الفنية

1. صمامات سلامة الضغط (PSV) وصمامات تخفيف السلامة (SRV)

المعايير الفنية:ASME BPVC Creator I & VIII ، API 520/526

صمامات الأمان المحملة بنابض

نطاق التشغيل:15 PSIG إلى 6000 PSIG
نطاق درجة الحرارة:-320 درجة فهرنهايت إلى 1200 درجة فهرنهايت
نطاق السعة:1 إلى 100000+ SCFM
مواد:الفولاذ الكربوني ، الفولاذ المقاوم للصدأ 316/304 ، ديكيل ، هاستلوي

حساب السعة (خدمة الغاز):w = ckdp₁kshkvall (m/t)

أين:

W = السعة المطلوبة (LB/HR)
ج = معامل التفريغ
KD = عامل تصحيح معامل التفريغ
P₁ = ضبط الضغط + الضغط الزائد (PSIA)
KSH = عامل تصحيح السخن الفائق
kv = عامل تصحيح اللزوجة
M = الوزن الجزيئي
t = درجة الحرارة المطلقة (° r)

صمامات تخفيف السلامة التي تعمل بالطيار (POSRV)

المزايا:إغلاق ضيق ، سعة كبيرة ، مخفضة الثرثرة
نطاق الضغط:25 PSIG إلى 6000 PSIG
دقة:± 1 ٪ من الضغط المحدد
التطبيقات:خدمة الغاز عالية السعة ، تطبيقات العملية الحرجة

2. صمامات تقليل الضغط (منظمات الضغط)

المعايير الفنية:ANSI/ISA 75.01 ، IEC 60534

منظمات الضغط المباشر

نسبة الحد من الضغط:ما يصل إلى 10: 1
دقة:± 5-10 ٪ من الضغط المحدد
نطاق التدفق:0.1 إلى 10،000+ gpm
وقت الاستجابة:1-5 ثانية

صيغة التحجيم:السيرة

أين:

السيرة الذاتية = معامل التدفق
س = معدل التدفق (GPM)
ز = جاذبية محددة
ΔP = انخفاض الضغط (PSI)

صمامات تقليل الضغط التي تعمل بالطيار

نسبة الحد من الضغط:ما يصل إلى 100: 1
دقة:± 1-2 ٪ من الضغط المحدد
Rangeabibility:100: 1 نموذجي
التطبيقات:تطبيقات تخفيض عالية التدفق وعالي الضغط

3. منظمات الضغط الخلفية وصمامات التحكم

وظيفة:الحفاظ على ضغط المنبع الثابت عن طريق التحكم في تدفق المصب

المواصفات الفنية:

نطاق الضغط:5 PSIG إلى 6000 PSIG
معامل التدفق:0.1 إلى 500+ سيرة ذاتية
دقة:± 2 ٪ من الضغط المحدد
مواد:316 SS ، Hastelloy C-276 ، Inconel 625

التطبيقات الصناعية ودراسات الحالة

صناعة توليد الطاقة

صمامات أمان المرجل البخاري (القسم I)

السعة المطلوبة:يجب تفريغ كل البخار المتولد دون تجاوز 6 ٪ فوق الضغط المحدد
الحد الأدنى من المتطلبات:صمام أمان واحد لكل غلاية ؛ صمامان لسطح التسخين 500 قدم مربع
الاختبار:اختبار الرفع اليدوي كل 6 أشهر (ضغط مرتفع) أو ربع سنوي (ضغط منخفض)

دراسة حالة: 600 ميجاوات محطة توليد الكهرباء

ضغط البخار الرئيسي: 2400 رطل / بوصة مربعة
ضغط صمام الأمان: 2،465 رطل / بوصة مربعة (103 ٪ من ضغط التشغيل)
السعة المطلوبة: 4.2 مليون رطل/ساعة بخار
التكوين: صمامات أمان مكونة من 8 "× 10" متعددة

صناعة النفط والغاز

أنظمة سلامة ضغط خطوط الأنابيب (API 521)

ضغط التصميم:1.1 × ضغط التشغيل المسموح به (MAOP)
تغيير حجم صمام السلامة:بناءً على أقصى سيناريوهات التدفق والضغط المتوقع
مواد:تتطلب خدمة الغاز الحامضة الامتثال NACE MR0175

دراسة حالة: محطة خط أنابيب الغاز الطبيعي

ضغط التشغيل: 1000 PSIG
ضغط صمام الأمان: 1،100 PSIG
متطلبات السعة: 50 MMSCFD
التثبيت: 6 "× 8" صمام تخفيف السلامة الذي يعمل به الطيار

معالجة المياه وتوزيعها

محطات الصمام تقليل الضغط

ضغط المدخل:150-300 PSIG (العرض البلدي)
ضغط المخرج:60-80 PSIG (شبكة التوزيع)
نطاق التدفق:500-5000 GPM
دقة السيطرة:± 2 PSI

مثال على الحساب الهيدروليكي:

للحصول على ماء PRV 6 بوصة إلى 75 رطل / بوصة مربعة عند 2000 GPM:

سيرة
حدد 6 "صمام مع السيرة الذاتية = 185

المعالجة الكيميائية والبتروكيماويات

أنظمة حماية المفاعل

ظروف التشغيل:500 درجة فهرنهايت ، 600 رطل
سيناريوهات الإغاثة:التوسع الحراري ، ردود الفعل الهاربة ، فشل التبريد
مواد:Hastelloy C-276 لخدمة التآكل
التحجيم:بناءً على تحليل سيناريو أسوأ الحالات لكل API 521

معايير الاختيار وحسابات الهندسة

معلمات الأداء

تصنيفات الضغط (ASME B16.5):

فصل	تصنيف الضغط @ 100 درجة فهرنهايت
فئة 150	285 PSIG
الفئة 300	740 PSIG
الفئة 600	1480 رطل
الفئة 900	2،220 رطل
فئة 1500	3،705 PSIG

درجة الحرارة المتراكبة:

يجب أن تستمد تصنيفات الضغط لدرجات حرارة مرتفعة وفقًا لجداول ضغط درجة الحرارة ASME B16.5.

دليل اختيار المواد

خدمة	مادة الجسم	تقليم المواد	مواد الربيع
ماء	الصلب الكربوني ، البرونز	316 SS	سلك الموسيقى
بخار	الصلب الكربوني ، 316 SS	316 SS ، Stellite	Inconel X-750
الغاز الحامض	316 SS ، Duplex SS	stellite ، فاقد الوعي	Inconel X-750
مبردة	316 SS ، 304 SS	316 SS	316 SS
درجة حرارة عالية	الصلب الكربوني ، سبيكة الصلب	stellite ، فاقد الوعي	Inconel X-750

حسابات التحجيم

للخدمة السائلة (API 520):

المنطقة المطلوبة:a = (gpm × √g) / (38.0 × كيلو دالتون × كيلوواط × kc ×

أين:

A = منطقة التفريغ الفعالة المطلوبة (IN²)
GPM = معدل التدفق المطلوب
ز = جاذبية محددة
KD = معامل التفريغ (0.62 للسوائل)
KW = عامل تصحيح الضغط الخلفي
KC = عامل تصحيح الجمع
ΔP = ضبط الضغط + الضغط الزائد - ضغط الظهر

لخدمة الغاز/البخار (API 520):

التدفق الحاسم:a = w/(CKDP₁KB)
التدفق دون الحرجة:A = 17.9Wl (TZ/MKDP₁ (P₁-P₂) KB)

معايير التثبيت والصيانة

متطلبات التثبيت (ASME BPVC)

تثبيت صمام الأمان:

أنابيب مدخل:قصير ومباشر ، تجنب المرفقين ضمن 5 أقطار أنابيب
الأنابيب المخرج:بحجم 10 ٪ من ضغط الظهر الحد الأقصى
التثبيت:مفضل عمودي ، أفقي مقبول مع الدعم
عزل:بلوك الصمامات المحظورة في المدخل ؛ مقبول في منفذ إذا تم فتحه

تثبيت صمام الحد من الضغط:

مصفاة المنبع:الحد الأدنى 20 عرضًا للخدمة النظيفة
خط الالتفاف:للصيانة وعملية الطوارئ
مقاييس الضغط:مراقبة المنبع والمصب
صمام الإغاثة:حماية المصب ضد الضغط الزائد

جداول وإجراءات الصيانة

متطلبات التفتيش API 510:

التفتيش البصري:كل 6 أشهر
الاختبار التشغيلي:سنويا
اختبار السعة:كل 5 سنوات
إصلاح كامل:كل 10 سنوات أو توصيات الشركة المصنعة

إجراءات الاختبار:

تعيين اختبار الضغط:تحقق من ضغط فتح ضمن ± 3 ٪ من الإعداد
اختبار تسرب المقعد:API 527 الفئة الرابعة (5000 سم مكعب/ساعة كحد أقصى)
اختبار السعة:تحقق من أداء التدفق يفي بمتطلبات التصميم
اختبار الضغط الخلفي:تقييم الأداء في ظل ظروف النظام

تقنيات الصيانة التنبؤية

اختبار الانبعاثات الصوتية:

كشف:تسرب داخلي ، ارتداء المقعد ، التعب في الربيع
نطاق التردد:20 كيلو هرتز إلى 1 ميغاهيرتز
حساسية:يمكن اكتشاف التسريبات <0.1 GPM

تحليل الاهتزاز:

التطبيقات:الثرثرة الصمام التجريبية ، صدى الربيع
حدود:السعة ، التردد ، تحليل الطور
الاتجاه:البيانات التاريخية للتنبؤ بالفشل

معايير وشهادات الامتثال

ASME LOALER و CUSTION CODE

القسم الأول (غلايات السلطة):

متطلبات السعة:يجب أن تمنع صمامات السلامة ارتفاع الضغط> 6 ٪ أعلى من الضغط المحدد
الحد الأدنى من صمامات السلامة:واحد لكل غلاية ، اثنان إذا كان سطح التسخين> 500 قدم مربع
الاختبار:الرفع اليدوي كل 6 أشهر (ضغط مرتفع) أو ربع سنوي (ضغط منخفض)