Как выбрать пружину предохранительного клапана
Выбор номера пружины, устанавливаемой в предохранительных клапанах
12.6.1 Выбор номера и настройка пружины осуществляется перед установкой предохранительного клапана в узел на давление (Рнп), рассчитываемое по формуле:
(12.16)
12.6.2 Номер пружины предохранительного клапана выбирается по значению давления настройки пружины (Pнп) по каталогам (справочникам) заводов изготовителей. Пружинные предохранительные клапаны, устанавливаемые в одном узле, должны иметь одинаковый номер пружины.
Пример расчета
Определение требуемого количества предохранительных клапанов, устанавливаемых в узле № 1.
Исходные данные:
Схема установки предохранительных клапанов в узле № 1 приведена на рисунке 12.1, исходные данные для расчета числа клапанов приведены в таблице 12.1.
Наименование параметра | Условное обозначение | Размерность | Численное значение |
Номер узла предохранительных клапанов | Узел предохранительных клапанов № 1 | ||
Параметры предохранительных клапанов: | СППК 4 200-16М | ||
— номинальный диаметр | DN | мм | |
— номинальное давление | PN | МПа | 1,6 |
— коэффициент расхода | a | — | 0,53 |
— диаметр седла | Dc | мм | |
— проходная площадь в седле | F | мм 2 | 15836,8 |
Окончание таблицы 12.1
Расчет
Для определения расхода через предохранительный клапан (Qкл) необходимо рассчитать давление за предохранительным клапаном (Р2).
1) Определим гидростатическое давление столба жидкости на закрытый предохранительный клапан в трубопроводе сброса по формуле (12.7):
Рст = [0,098· (Z2 – Z1)·ρ]/10 4 = [0,098· (68 – 53)·860]/10 4 = 0,13 МПа
2) Давления за предохранительным клапаном Р2:
Методика расчета гидравлических потерь в трубопроводе сброса см. раздел 5.6.
В первом приближении величина давления за предохранительным клапаном (Р2) в соответствии с таблицей 12.2 составит:
Р’2 = ∑Рпот5-8 + Рст = 0,03 + 0,13= 0,16 МПа
3) Расход через предохранительный клапан в первом приближении определится как:
1316,3 м 3 /час.
4) Требуемая производительность узла предохранительных клапанов (формула 12.3):
м 3 /час
5) Предварительное минимальное количество предохранительных клапанов будет соответственно равно:
шт
С учетом неучтенных потерь напора на участках 1–5 принимается n’пр = 7 шт.
Для уточнения выбранного количества предохранительных клапанов, необходимо рассчитать потери напора в обвязке предохранительных клапанов на участках 1–5 (∑Рпот1-5)
при n = 7 шт. Результаты данного расчета представлены в таблице 12.3.
6) Величина давления за предохранительным клапаном Р2 в соответствии с таблицами 12.2 и 12.3 будет равна:
7) С учетом потерь напора в обвязке предохранительных клапанов, расход через предохранительный клапан определится как:
8) Полученное значение Qкл соответствует количеству предохранительных клапанов:
шт
Полученное значение количества предохранительных клапанов отличается от предварительного минимального количество клапанов, требуется проведение повторного расчета потерь напора в обвязке предохранительных клапанов с учетом установки 8-ми клапанов. Результаты данного расчета представлены в таблице 12.4.
9) Величина давления за предохранительным клапаном Р2 в соответствии с таблицами 12.2 и 12.4:
10) Общие потери давления в трубопроводе сброса от точки 1 до точки 8 (Рпот) в соответствии с таблицами 12.2, 12.4:
11) При этом расход через предохранительный клапан:
м 3 /час
12) В этом случае необходимое количество предохранительных клапанов
шт.
Таким образом, в соответствии с представленными расчетами (см. таблицу 12.3 и 12.4) число рабочих предохранительных клапанов должно быть принято равным 8 шт.
13) Общее количество предохранительных клапанов с учетом резерва равно:
N = n + 2 = 8 + 2 = 10 шт.
14) Давление начала открытия предохранительного клапана (Рно):
Рно = Рраб + 0,2 = 0,34 + 0,2 = 0,54 МПа.
15) Давление полного открытия предохранительного клапана:
Рпо = 1,15·Рно = 1,15·0,54 = 0,62 МПа.
Величина давления Рпо удовлетворяет условию Рпо £ Рmax (0,62 0,43 МПа, что больше РРАБ = 0,34 МПа
18) Потери давления в трубопроводе сброса (Рпот) не должны превышать величины:
При подстановке в данное неравенство числовых значений получим
0,07 £ (0,98 – 0,62) или 0,07 £ 0,36 МПа,
что удовлетворяет требованиям по допустимым потерям в трубопроводе сброса.
Исходные данные | Расчетные значения | ||||
Параметры | Скорость движения нефти (формула 5.5), м/сек | Число Re, (формула 5.35) | Коэффициент гидравлического сопротивления (см. раздел 5.6) | Потери напора (см. раздел 5.6), м | Потери давления (формула 5.10), МПа |
Участок трубопровода от точки 5 до точки 6 (см. рисунок 12.1) | |||||
Трубо-провод | Диаметр D=1000 мм Длина L=50 м Расход Qт=1·Qн=9183 м 3 /час=2,55 м 3 /сек | 3,248 | 0,0163 | 0,439 | 0,0037 |
Отвод 90° | Количество – 4 шт. | 0,5 | 1,075 | 0,0091 | |
Участок трубопровода от точки 6 до точки 7 (см. рисунок 12.1) | |||||
Трубо-провод | Диаметр D=1000 мм Длина L=30 м Расход Qт=1/2·Qн=4592 м3/час=1,28 м3/сек | 1,624 | 0,0187 | 0,076 | 0,0006 |
Тройник вытяжной | Qвх/Qвых=1/2 Dвх/Dвых=1000/1000 Количество – 1 шт | 4,3 | 0,578 | 0,0049 | |
Участок трубопровода от точки 7 до точки 8 (см. рисунок 12.1) | |||||
Трубо-провод | Диаметр D=704 мм Длина L=30 м Расход Qт=1/2·Qн=4592 м3/час=1,28 м3/сек | 3,277 | 0,0174 | 0,406 | 0,0034 |
Отвод 90° | Количество – 5 шт. | 0,5 | 1,368 | 0,0115 | |
Переходник (конфузор) | Dвх/Dвых=1000/704 Количество – 1 шт | 0,1 | 0,055 | 0,0005 | |
ИТОГО: Гидравлические параметры трубопроводов сброса на участке 5 – 8 | DН 5-8 = 4,00 м | ∑Рпот5-8 = 0,03 МПа |
Исходные данные | Расчетные значения | ||||
Параметры | Скорость дви-жения нефти по формуле (5.5), м/сек | Число Re, по формуле (5.35) | Коэффициент гидравлического сопротивления (см. раздел 5.6) | Потери напора (см. раздел 5.6), м | Потери давления по формуле (5.10), МПа |
Участок трубопровода от точки 1 до точки 2 (см. рисунок 12.1) | |||||
Трубо-провод | Диаметр D=313 мм Длина L=2,0 м Расход Qт=1/7·Qн=1312 м3/час=0,36 м3/сек | 4,736 | 0,0209 | 0,153 | 0,0013 |
Тройник приточный | Qвх/Qвых=1/7 Dвх/Dвых=1000/313 Количество – 1 шт | 2,66 | 3,04 | 0,0256 | |
Задвижка | Количество – 1 шт. | 0,2 | 0,228 | 0,0019 | |
Участок трубопровода от точки 2 до точки 4 (см. рисунок 12.1) | |||||
Переходник (конфузор) | Qвх/Qвых=1/7=1312 м 3 /час=0,36 м 3 /сек Dвх/Dвых=313/200 Количество – 1 шт | 11,6 | 0,1 | 0,686 | 0,0058 |
Окончание таблицы 12.3
Участок трубопровода от точки 4 до точки 5 (см. рисунок 12.1) | |||||
Трубо-провод | Диаметр D=313 мм Длина L=2,0 м Расход Qт=1/7·Qн=1312 м3/час=0,36 м3/сек | 4,736 | 0,0209 | 0,153 | 0,0013 |
Задвижка | Количество – 1 шт. | 0,2 | 0,228 | 0,0019 | |
Отвод 90° | Количество – 1 шт. | 0,5 | 0,572 | 0,0048 | |
Тройник вытяжной | Dвх/Dвых=313/1000 Количество – 7 шт | 1,544 | 0,0130 | ||
ИТОГО: Гидравлические параметры трубопроводов сброса на участке 1 – 5 | DН 1-5 = 6,60м | ∑Рпот1-5 = 0,06МПа |
Исходные данные | Расчетные значения | ||||
Параметры | Скорость движения нефти по формуле (5.5), м/сек | Число Re, по формуле (5.35) | Коэффициент гидравлического сопротивления (см. раздел 5.6) | Потери напора (см. раздел 5.6), м | Потери давления по формуле (5.10), МПа |
Участок трубопровода от точки 1 до точки 2 (см. рисунок 12.1) | |||||
Трубо-провод | Диаметр D=313 мм Длина L=2,0 м Расход Qт=1/8·Qн=1148 м3/час=0,32 м3/сек | 4,144 | 0,0214 | 0,120 | 0,0010 |
Тройник приточный, боковое ответвление | Qвх/Qвых=1/8 Dвх/Dвых=1000/313 Количество – 1 шт | 2,30 | 1,955 | 0,0165 | |
Задвижка | Количество – 1 шт. | 0,2 | 0,175 | 0,0015 | |
Участок трубопровода от точки 2 до точки 4 (см. рисунок 12.1) | |||||
Переходник (конфузор) | Qвх/Qвых=1/8=1148 м 3 /час=0,32 м 3 /сек Dвх/Dвых=313/200 Количество – 1 шт | 10,15 | 0,1 | 0,525 | 0,0044 |
Участок трубопровода от точки 4 до точки 5 (см. рисунок 12.1) | |||||
Трубо-провод | Диаметр D=313 мм Длина L=2,0 м Расход Qт=1/8·Qн=1148 м3/час=0,32 м3/сек | 4,144 | 0,0214 | 0,120 | 0,0010 |
Задвижка | Количество – 1 шт. | 0,2 | 0,175 | 0,0015 | |
Отвод 90° | Количество – 1 шт. | 0,5 | 0,438 | 0,0039 | |
Тройник вытяжной (соединение потоков) | Dвх/Dвых=313/1000 Количество – 8 шт | 1,284 | 0,0108 | ||
ИТОГО: Гидравлические параметры трубопроводов сброса на участке 1 – 5 | SН 1-5 = 4,80 м | ∑Рпот1-5 = 0,04 МПа |
Для сброса избыточного давления в атмосферу применяются клапаны предохранительные пружинные, которые представляют собой специальную трубопроводную арматуру, обеспечивающую надежную защиту трубопровода от возникновения неполадок и механических повреждений. Устройство отвечает за автоматический сброс избытка жидкостей, пара и газа из сосудов и систем до того момента, пока давление не будет нормализовано.
Предназначение пружинного клапана
Опасное превышения давления в системе возникает в результате внешних и внутренних факторов. К повышению приводит как неправильный сбор тепломеханических схем, вызывающий сбои в функционировании оборудования, попадание тепла в систему от посторонних источников, так и внутрисистемные физические процессы, которые не предусматриваются стандартными условиями эксплуатации, периодически возникающими в системе.
Устройство и принцип работы пружинных клапанов
Клапан состоит из стального корпуса, нижний штуцер которого используется в качестве соединительного элемента между ним и трубопроводом. Если в системе повышается давление, сброс среды происходит через боковой штуцер. Отрегулированная в зависимости от давления в системе пружина обеспечивает прижимание золотника к седлу. Регулировка пружины происходит посредством специальной втулки, которая вкручена в верхнюю крышку, расположенную на корпусе устройства. Размещенный в верхней части колпак предназначен для защиты втулки от разрушения в результате механических воздействий. Наличие специального ушка для пломбировки позволяет предохранить систему от постороннего вмешательства.
Для клапанов, в которых уравновешивающим механизмом выступает пружина, подбирается усилие рабочего органа. Если параметры подобраны правильно, при нормальном состоянии системы золотник, отвечающий за выпуск излишнего давления из трубопровода, должен быть прижат к седлу. Когда рабочие показатели увеличивается до критического уровня в зависимости от типа пружинного устройства золотник отходит вверх на определенную высоту.
Предохранительный пружинный клапан, обеспечивающий своевременный сброс давления, изготавливают из разных материалов:
Классификация и характеристики пружинных клапанов
Клапан предохранительный пружинный выпускается в трех исполнениях:
Известна классификация клапанов исходя из способа их открывания:
Выделяют клапаны открытого и закрытого типа. В случае использования устройства прямого типа при открывании клапана среда сбрасывается прямо в атмосферу. Клапаны закрытого типа остаются полностью герметичными по отношению к окружающей среде, сбрасывая давление в специальный трубопровод.
Преимущества
Выделяют различные виды оборудования, обеспечивающего сброс избыточного давления из системы, но клапаны предохранительные пружинные пользуются популярностью благодаря наличию важных преимуществ:
К минусам предохранительных клапанов относят наличие ограничений в высоте подъема золотника, повышенные требования к качеству изготовления пружины для предохранительных клапанов, которая может выйти из строя при работе в условиях агрессивной среды или постоянном воздействии высоких температур.
Как выбрать пружинный клапан?
При выборе предохранителя стоит основываться на нескольких важных принципах, от учета которых зависит бесперебойная работа системы и возможность выполнения предохранителем необходимых функций:
Нюансы монтажа
Предохранительный клапан пружинного типа устанавливают в любой точке системы, которая подвергается повышенному давлению и находится под угрозой получить механические повреждения. Устройство не требует наличия большого свободного пространства, что является значительным преимуществом по сравнению с другими типами предохранительных устройств.
С целью избежания неполадок в работе перед предохранительным клапаном не следует устанавливать любую запорную арматуру. Для сброса газообразной среды устанавливаются специальные устройства или же сброс происходит непосредственно в атмосферу. Для оповещения персонала вместе с пружинными клапанами монтируют специальный свисток, который размещают на сбросном патрубке. При срабатывании клапана будет поступать сигнал свистка, означающий, что в системе повысилось давление и клапан открылся для сброса среды.
Возможные причины поломок предохранительного клапана
Клапаны предохранительные – это прочные и надежные устройства, обеспечивающие постоянную защиту систем от превышения давления. Прямой или обратный пружинный клапан выходят из строя по нескольким причинам:
С целью избегания аварий и неисправностей в функционировании систем предохранительные клапаны проходят периодические проверки на наличие неполадок. Клапаны тестируют на прочность и плотность перед введением в эксплуатацию. Также периодические проверки проводятся с целью определения герметичности уплотнительных поверхностей и сальниковых соединений.
При правильном выборе предохранительных устройств с учетом параметров системы, проведении периодических проверок и своевременном устранении неисправностей предохранительные пружинные клапаны обеспечат надежное функционирование системы и безотказную защиту от превышения давления на протяжении длительного времени.
Клапаны предохранительные. Выбор, установка и расчет
Руководящий документ распространяется на клапаны предохранительные для сосудов и аппаратов, трубопроводов, предназначенных для работы в нефтяной и газовой промышленности. Руководящий документ устанавливает требования к выбору, установке и расчету предохранительных клапанов
Обозначение: | РД 51-0220570-2-93 |
Название рус.: | Клапаны предохранительные. Выбор, установка и расчет |
Статус: | действует |
Дата актуализации текста: | 05.05.2017 |
Дата добавления в базу: | 01.09.2013 |
Дата введения в действие: | 01.09.1993 |
Ссылки для скачивания: |