Предохранительные устройства на сосудах
Трубопроводная предохранительная арматура – группа приспособлений, устанавливаемая на различных трубопроводах для обеспечения их безопасной работы. Функционально такая продукция предназначена для предотвращения аварийных ситуаций при критическом росте давления в системе путем сброса избыточного объема рабочей среды. Предохранительные устройства применяются с различными материалами в жидкостном и газообразном состоянии.
Роль запорной предохранительной арматуры при организации нормальной работы трубопроводной сети сложно переоценить. Она обязательна для комплектации систем, используемых в энергетике, промышленности, коммунальном хозяйстве. Везде, где вещества транспортируется под давлением, нужны предохранительные устройства. При выходе из строя того же предохранительного клапана в системе котельной установки все оборудование (котлы или другие емкости) должно быть немедленно отключено от питания.
Назначение
Назначение предохранительной арматуры – предупреждать аварии при критическом повышении нагрузки в трубопроводе. Другими словами, она контролирует работоспособность системы, предохраняет окружение от экологических аварий и катастроф, защищает элементы сети от повреждений в результате происшествий.
Функции предохранительных устройств:
- профилактика аварий в сетях с высокой нагрузкой;
- обеспечение нормальной эксплуатации дорогостоящего оборудования;
- предупреждение выхода из строя дорогих механизмов (нагревателей, ресиверов, компрессоров, насосных станций);
- защита элементов установленной техники от факторов риска – внешних и внутренних (технологические химические и физические процессы);
- экологическая функция (профилактика ущерба экологии);
- экономическая функция (предупреждение материального ущерба компании-пользователя трубопровода).
Монтаж предохранительной арматуры осуществляется во всех точках, где по результатам расчета и предпроектных исследований обнаружен риск нагнетания чрезмерного давления. Современные предохранительные устройства работают в автоматическом режиме и обеспечивают защиту от любых факторов риска, включая ошибки оператора, технические поломки, стихийные природные явления и т. д.
Виды
Существует несколько признаков деления запорно-предохранительной и регулирующей арматуры на виды. В зависимости от материального и конструктивного исполнения она может быть многоразового и одноразового применения. К первой группе относятся различные предохранительные клапаны, ко второй – разрывные предохранительные устройства (мембраны, колпачки).
На видах предохранительной арматуры многократного использования остановимся чуть ниже, здесь же рассмотрим особенности разрывных предохранительных устройств.
- Назначение. Одноразовая запорно-предохранительная арматура применяется в системах, где существует высокий риск аварий. Это формирует необходимость быстрого сброса большого объема материала, который и обеспечивают одноразовые изделия.
- Особенность – минимальная инерция. При срабатывании предохранительные устройства моментально отводят поток в большом количестве для мгновенной нормализации показателей.
- Виды. Мембраны одноразового использования бывают:
- разрывными;
- выщелкивающимися;
- с принудительным разрушением (в результате взрывной искры/механического прокалывания);
- срезными;
- ломающимися.
В стандартной таблице классификации различают перепускной и предохранительный клапан, импульсное и мембранное предохранительные устройства (ИПУ и МПУ соответственно).
Перепускной предохранительный клапан
Перепускной предохранительный клапан – вид запорной предохранительной арматуры, который контролирует показатели на входе (режим «до вентиля»). Он отводит часть жидкостей в отдельный трубопровод. Устанавливается в сетях с жидкими, газообразными рабочими средами разной степени агрессивности.
Предохранительный клапан
Самый распространенный класс – предохранительные клапаны. К их преимуществам относят:
- простую конструкцию;
- удобный способ управления;
- выгодную цену;
- универсальное назначение;
- высокую эффективность и надежность.
На современном рынке представлены большим количеством подвидов. Наибольшую популярность получили пружинные (рычажные и магнитные) и грузовые предохранительные клапаны. Все они применимы в сетях с жидкостными и газообразными материалами. Относятся к системам прямого действия. Работают автоматически: обеспечивают мгновенный отвод при повышении уровня давления и закрываются, когда он достигает нормы.
ИПУ
В сборке имеется основной элемент предохранительной арматуры с поршневым приводом, он устанавливается непосредственно на трубу. Вспомогательный вентиль задает название приспособлению, так как является импульсным. Он обладает малой проходимостью и предназначен для управления основным элементом. Принцип:
- как только давление в системе превышает допустимый предел, датчик отправляет импульсному элементу соответствующий сигнал;
- приемник сигнала автоматически направляет ток рабочей среды в привод основного элемента;
- происходит сброс рабочего потока до нормализации давления, по достижении требуемых показателей отвод среды мгновенно прекращается.
Благодаря использованию привода, который умеет работать с габаритными приспособлениями без потерь ценного времени, импульсные предохранительные устройства могут использоваться в особо ответственных сетях, где при критических ситуациях требуется моментальный отвод большого количества рабочей среды.
МПУ
В конструкцию МПУ входят крепежи и мембрана – при критической нагрузке она разрывается, обеспечивая отвод рабочей среды. Преимущество – оперативность реагирования на фактор риска. Потому ее чаще монтируют на элементах, присоединяемых к дорогому оборудованию (нередко МПУ заменяют обычные клапанные механизмы или образуют с ними единую систему защиты).
Выбор
Выбор запорной и регулирующей предохранительной арматуры – такая же ответственная задача, как и обеспечение безопасности трубопроводных сетей, функционирующих под высоким давлением. В практике поиска подходящих изделий важно ориентироваться на следующие требования:
- Максимальная надежность – способность выполнять поставленные задачи в заданных условиях на протяжении длительного периода.
- Соответствие конструктивных характеристик (пропускной способности при открывании) фактическим объемам потенциально требуемого массоотвода.
- Безотказность срабатывания при нарушениях.
- Полная герметичность в закрытом положении.
- Стабильность срабатывания в течение всего жизненного цикла, установленного производителем.
Предохранительная арматура многоразового использования должна быть еще и достаточно надежно исполнена, чтобы быстро переходить между положениями открывания и закрывания в зависимости от показателей трубопровода.
Правила монтажа
Качество исполнения – первоначальное, но не единственное требование для эффективной работы арматурной продукции. Чтобы ее конструктивные качества и технические характеристики полностью себя проявили, требуется правильная установка предохранительной арматуры. В идеале она должна выполняться вместе с монтажом трубопровода. Определение точек установки осуществляется на этапе его проектирования.
Основные правила монтажа:
- в точках установки запорной регулирующей арматуры не должно находиться дорогостоящего оборудования или иного имущества предприятия, которое может быть повреждено в результате быстрого отвода рабочей среды;
- мест работы людей в местах монтажа тоже быть не должно;
- оптимальное решение для безопасной работы – организация массоотвода в отдельную емкость или специальный запорный резервуар;
- присоединение арматуры на трубы осуществляется фланцевым или сварным методом (фланцы подходят для сетей с неагрессивными неопасными рабочими средами, там же, где используются токсичные материалы или высока вероятность утечек – имеет большое значение запорный механизм, – применяют сварку);
- арматура должна располагаться соосно элементам трубопровода.
При установке важно соблюсти не только технологию монтажа, но и сохранность покрытия корпуса изделий. Он обычно выполняется из стали или чугуна и часто покрывается специальными составами для защиты от коррозии. Повредить антикоррозионный слой – значит, сократить срок службы изделий.
Источник
ГОСТ 12.2.085-2002
Группа Г47
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
СОСУДЫ, РАБОТАЮЩИЕ ПОД ДАВЛЕНИЕМ
КЛАПАНЫ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЕ
Требования безопасности
Vessels working under pressure. Safety valves. Safety requirements
МКС 23.020.30
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН ОАО “НИИХИММАШ” Российской Федерации
ВНЕСЕН Госстандартом России
2 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол N 21 от 30 мая 2002 г.)
За принятие проголосовали:
Наименование государства | Наименование национального органа по стандартизации |
Азербайджанская Республика | Азгосстандарт |
Республика Армения | Армгосстандарт |
Республика Беларусь | Госстандарт Республики Беларусь |
Республика Казахстан | Госстандарт Республики Казахстан |
Кыргызская Республика | Кыргызстандарт |
Республика Молдова | Молдова-Стандарт |
Российская Федерация | Госстандарт России |
Республика Таджикистан | Таджикстандарт |
Туркменистан | Главгосслужба “Туркменстандартлары” |
3 Постановлением Государственного комитета Российской Федерации по стандартизации и метрологии от 19 сентября 2002 г. N 335-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 12.2.085-2002 введен в действие непосредственно в качестве государственного стандарта Российской Федерации с 1 июля 2003 г.
4 Настоящий стандарт гармонизирован с международным стандартом ИСО 4126-91* в части терминологии и определений и Германским стандартом Merkblatt A1-88 “Предохранительные устройства от превышения давления. Обеспечение сохранности от разрушения” в части расчета пропускной способности
________________
* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. – Примечание изготовителя базы данных.
6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Сентябрь 2007 г.
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на сосуды для различных жидких и газообразных сред, работающие под давлением свыше 0,07 МПа (0,7 кгс/см), снабженные предохранительными клапанами, предназначенными для защиты от аварийного повышения давления путем выпуска (сброса) рабочей среды из сосуда через клапан. Стандарт устанавливает общие требования безопасности к выбору, установке и эксплуатации предохранительных клапанов, а также устанавливает порядок расчета пропускной способности предохранительных клапанов.
Настоящий стандарт не распространяется на сосуды, работающие под вакуумом.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 12.1.007-76 Система стандартов безопасности труда. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности
ГОСТ 12.2.063-81* Система стандартов безопасности труда. Арматура промышленная трубопроводная. Общие требования безопасности
________________
* На территории Российской Федерации документ не действует. Действует ГОСТ Р 53672-2009, здесь и далее по тексту. – Примечание изготовителя базы данных.
ГОСТ 14249-89 Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность
ГОСТ 25215-82 Сосуды и аппараты высокого давления. Обечайки и днища. Нормы и методы расчета на прочность
ГОСТ 26303-84 Сосуды и аппараты высокого давления. Шпильки. Методы расчета на прочность
СТ СЭВ 5206-85 Сосуды и аппараты высокого давления. Фланцы, крышки плоские и выпуклые. Методы расчета на прочность
3 Определения
В настоящем стандарте применяют следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 предохранительный клапан: Клапан, предназначенный для защиты от недопустимого давления посредством сброса избытка рабочей среды и обеспечивающий прекращение сброса при давлении закрытия и восстановления рабочего давления.
3.1.1 предохранительный клапан прямого действия: Предохранительный клапан, в котором действию давления рабочей среды на запорное устройство (затвор) противодействует механическая нагрузка (груз, рычаг с грузом, пружина).
3.1.2 предохранительный клапан, приводимый в действие клапаном управления: Предохранительный клапан, открытие и закрытие которого обеспечивается клапаном управления, изолированным от воздействия рабочей среды и имеющим независимый от основного клапана источник энергии.
3.2.1 рабочее давление: Наибольшее избыточное давление, возникающее при нормальном протекании рабочего процесса, без учета гидростатического давления среды и допустимого кратковременного повышения давления во время действия предохранительного клапана.
Под нормальным протеканием рабочего процесса следует понимать условия (давление, температуру), при сочетании которых обеспечивается безопасная работа сосуда.
3.2.2 расчетное давление: Избыточное давление, на которое производится расчет прочности сосуда в соответствии с ГОСТ 14249 [1].
3.2.3 давление настройки: Наибольшее избыточное давление на входе в клапан, при котором затвор закрыт и обеспечивается заданная герметичность затвора.
Давление настройки клапанов при направлении сброса в систему без противодавления принимается равным расчетному давлению.
Давление настройки клапанов при направлении сброса в систему с противодавлением принимается меньшим на значение расчетного противодавления.
3.2.4 противодавление: Избыточное давление на выходе из клапана при сбросе среды.
3.3 пропускная способность: Весовой расход рабочей среды через клапан.
3.4 расчетное проходное сечение: Площадь узкого сечения проточной части седла клапана.
3.5.1 коэффициент расхода для газообразных сред: Отношение измеренной пропускной способности к пропускной способности, рассчитанной при тех же параметрах, через идеальное сопло с площадью узкого сечения, равной расчетному проходному сечению клапана.
3.5.2 коэффициент расхода для жидкости: Отношение измеренной пропускной способности к пропускной способности, рассчитанной без учета сопротивлений, создаваемых клапаном, через сечение площадью, равной площади выходного патрубка клапана.
4 Общие требования
4.1 Для защиты сосудов следует применять клапаны и их вспомогательные устройства, соответствующие требованиям ГОСТ 12.2.063 [1].
Защите предохранительными клапанами подлежат сосуды, в которых возможно превышение рабочего давления от питающего источника, химической реакции, нагрева подогревателями, солнечной радиации, в случае возникновения пожара рядом с сосудом и т.д.
4.2 Количество клапанов, их размеры и пропускная способность должны быть выбраны так, чтобы в сосуде не могло создаваться давление, превышающее расчетное давление более чем на 0,05 МПа (0,5 кг/см) для сосудов с давлением до 0,3 МПа (3 кгс/см), на 15% – для сосудов с давлением свыше 0,3 до 6,0 МПа (от 3 до 60 кгс/см) и на 10% – для сосудов с давлением свыше 6,0 МПа (60 кгс/см).
При работающих клапанах допускается превышение давления в сосуде не более чем на 25% расчетного при условии, что это превышение подтверждено расчетом на прочность по ГОСТ 14249, ГОСТ 25215, ГОСТ 26303, СТ СЭВ 5206, действующим нормативным документам, предусмотрено технической документацией и отражено в паспорте сосуда.
4.3 Расчет пропускной способности клапанов приведен в приложении А.
4.4 Конструкцию и материалы элементов клапанов и их вспомогательных устройств следует выбирать в зависимости от свойств и параметров рабочей среды, и они должны обеспечивать надежность функционирования клапана в рабочих условиях.
4.5 Конструкция клапана должна обеспечивать свободное перемещение подвижных элементов клапана и исключать возможность их выброса.
4.6 Конструкция клапанов и их вспомогательных устройств должна исключать возможность произвольного изменения их регулировки.
4.7 Конструкция клапана должна исключать возможность возникновения недопустимых ударов при открывании и закрывании.
4.8 Клапаны следует размещать в местах, доступных для удобного и безопасного обслуживания и ремонта.
При расположении клапана, требующего систематического обслуживания на высоте более 1,8 м, должны быть предусмотрены устройства для удобства обслуживания.
4.9 Клапаны на вертикальных сосудах следует устанавливать на верхнем днище, а на горизонтальных сосудах – на верхней образующей в зоне газовой (паровой) фазы.
Клапаны следует устанавливать в местах, исключающих образование застойных зон.
4.10 Установка запорной арматуры между сосудом и клапаном, а также за клапаном не допускается, за исключением требований 4.11.
4.11 Для пожаро- и взрывоопасных веществ и веществ 1-го и 2-го классов опасности по ГОСТ 12.1.007, а также для сосудов, работающих при криогенных температурах, следует предусматривать систему клапанов, состоящую из рабочего и резервного клапанов.
Рабочий и резервный клапан должны иметь равную пропускную способность, обеспечивающую полную защиту сосуда от превышения давления свыше допустимого. Для обеспечения ревизии и ремонта клапанов до и после них должна быть установлена отключающая арматура с блокирующим устройством, исключающим возможность одновременного закрытия запорной арматуры на рабочем и резервном клапанах, причем проходное сечение в узле переключения в любой ситуации должно быть не менее проходного сечения устанавливаемого клапана.
4.12 Клапаны не допускается использовать для регулирования давления в сосуде или группе сосудов.
4.13 Изготовитель обязан поставлять клапаны с паспортом и руководством по эксплуатации.
В паспорте должны быть указаны коэффициенты расхода для газов и жидкостей, а также площадь сечения, к которой они отнесены.
5 Требования к предохранительным клапанам прямого действия
5.1 Рычажно-грузовые клапаны допускается устанавливать только на стационарных сосудах.
5.2 Конструкцией грузового и пружинного клапана должно быть предусмотрено устройство для проверки исправности действия клапана в рабочем состоянии путем принудительного открывания его во время работы сосуда. Возможность принудительного открывания должна быть обеспечена при давлении, равном 80% давления настройки.
Допускается устанавливать клапаны без приспособлений для принудительного открывания, если оно недопустимо по свойствам рабочей среды (вредная, взрывоопасная и т.д.) или по условиям проведения рабочего процесса. В этом случае проверку клапанов следует проводить периодически в сроки, установленные технологическим регламентом, но не реже одного раза в 6 мес при условии исключения возможности примерзания, прикипания, полимеризации или забивания клапана рабочей средой.
5.3 Пружины клапанов должны быть защищены от недопустимого нагрева (охлаждения) и непосредственного воздействия рабочей среды, если она оказывает вредное воздействие на материал пружины.
Источник