เครื่องคำนวณขนาดวาล์วระบาย

วาล์วระบายความดันกำหนดขนาดอย่างไร?

วาล์วระบายความดัน (PRV) เป็นอุปกรณ์ความปลอดภัยที่สำคัญที่ปกป้องภาชนะและท่อจากแรงดันเกิน การกำหนดขนาดตามมาตรฐาน API 520/521 คำนวณพื้นที่รูขั้นต่ำที่ต้องการตามกำลังระบายที่ต้องการ ความดันตั้ง ความดันย้อนกลับ และคุณสมบัติของไหล

พื้นที่รูที่ต้องการขึ้นอยู่กับประเภทของไหล สำหรับก๊าซ สมการการไหลวิกฤตพิจารณาน้ำหนักโมเลกุล อุณหภูมิ ตัวประกอบการอัดตัว (Z) และอัตราส่วนความร้อนจำเพาะ (k) สำหรับของเหลว สมการแบบ Bernoulli ใช้ความถ่วงจำเพาะ โดยให้ค่าแก้ความหนืดเท่ากับ 1.0 ซึ่งใช้ได้กับของเหลวความหนืดต่ำ ไอน้ำคำนวณด้วยสมการก๊าซที่ k = 1.3 และน้ำหนักโมเลกุลของน้ำ (18.015) สำหรับไอน้ำอิ่มตัวจะตรงกับสมการ Napier สำหรับไอน้ำของ API 520 ภายในประมาณ 1% ไม่มีการแก้ไขความร้อนเกิน ไอน้ำร้อนยิ่งยวดจึงควรตรวจสอบด้วยสมการ Napier และตัวประกอบความร้อนเกิน

API กำหนดตัวอักษรรูมาตรฐาน (D ถึง T) ที่มีพื้นที่ผลคูณเฉพาะ รูที่เลือกต้องมีพื้นที่เท่ากับหรือมากกว่าพื้นที่ที่คำนวณ เปอร์เซ็นต์ความดันเกิน (ปกติ 10% สำหรับวาล์วเดี่ยว 16% สำหรับหลายวาล์ว) เพิ่มความดันระบายเหนือความดันตั้ง

Formula: ก๊าซ: A = W / (C × Kd × P1 × Kb × √(T / (M × Z))) ของเหลว: A = Q / (Kd × √(ΔP / SG)) ความดันระบาย = ความดันตั้งค่า × (1 + Overpressure%)

ตัวอย่างการคำนวณ

เลือก PRV สำหรับก๊าซไนโตรเจน: ความสามารถที่ต้องการ 5000 kg/h ความดันตั้ง 10 barg ความดันย้อนกลับ 1 barg อุณหภูมิ 50°C (323 K) MW = 28, k = 1.4 ด้วย C = 0.02703 (API 520 SI), Kd = 0.975 และความดันเกิน 10%: P1 = 1000 × 1.1 + 101.3 = 1201.3 kPa abs พื้นที่ที่ต้องการ = 5000 / (0.02703 × 0.975 × 1201.3) × √(323.15 / 28) ≈ 536 mm² เลือกออริฟิส API "J" (830 mm²) อัตราการใช้ = 65%

เมื่อใดควรใช้เครื่องคำนวณนี้

• กำหนดขนาดวาล์วนิรภัยในการออกแบบความปลอดภัยกระบวนการ
• ตรวจสอบอุปกรณ์ระบายแรงดันที่มีอยู่หลังการเปลี่ยนแปลงกระบวนการ
• เลือกรหัสรูเปิด API และขนาดตัววาล์ว
• ประเมินอัตราการใช้งานวาล์วนิรภัย

ข้อผิดพลาดที่พบบ่อย

• ใช้ความดันใช้งานแทนความดันตั้ง
• ไม่สนใจผลกระทบของแรงดันย้อนกลับ
• เลือกรูเปิดใหญ่เกินไป
• ลืมแปลงระหว่างความดันเกจและความดันสัมบูรณ์

วิธีตีความผลลัพธ์

• พื้นที่ที่ต้องการคือขนาด orifice ขั้นต่ำที่สามารถส่งผ่านความจุระบายที่ระบุที่ความดันระบาย — เลือกตัวอักษร API orifice ที่มีพื้นที่ผลคูณเท่ากับหรือมากกว่าค่านี้เสมอ
• อัตราการใช้งาน (พื้นที่ที่ต้องการ ÷ พื้นที่ orifice ที่เลือก × 100%) ควรอยู่ที่ 50–80% ในอุดมคติ: ต่ำกว่า 50% บ่งชี้วาล์วใหญ่เกินที่มีแนวโน้ม chattering เกิน 90% เหลือ margin น้อยสำหรับข้อสมมติสถานการณ์ที่อนุรักษ์นิยม
• ความดันระบาย (ความดันตั้ง × (1 + overpressure%) + บรรยากาศ) คือความดันที่ใช้ประเมินการกำหนดขนาด — ยืนยันว่าไม่เกิน MAWP ของภาชนะบวก accumulation ที่อนุญาตตาม ASME BPVC
• การเปลี่ยน overpressure จาก 10% เป็น 21% (กรณีไฟไหม้) ลดพื้นที่ที่ต้องการ แต่ต้องการให้ภาชนะได้รับการออกแบบสำหรับความดัน accumulation ที่สูงขึ้น — ตรวจสอบกับ vessel design data sheet ก่อนเปลี่ยน input นี้

มาตรฐานและเอกสารอ้างอิงที่เกี่ยวข้อง

• API 520 Part I — การกำหนดขนาด การเลือก และการติดตั้งอุปกรณ์ระบายแรงดัน
• API 520 Part II — แนวทางการติดตั้ง
• API 521 — ระบบระบายแรงดันและลดแรงดัน
• ASME BPVC Section VIII — รหัสภาชนะรับแรงดัน

คำถามที่พบบ่อย

ควรใช้เปอร์เซ็นต์ความดันเกินเท่าใด?

ตาม API 520 ใช้ 10% สำหรับอุปกรณ์ระบายเดี่ยว 16% สำหรับอุปกรณ์เสริม (หลายวาล์วปกป้องภาชนะเดียวกัน) และ 21% สำหรับกรณีไฟไหม้ ความดันเกินคือการเพิ่มขึ้นของความดันที่อนุญาตเหนือความดันตั้งระหว่างเหตุการณ์ระบาย

ความแตกต่างระหว่างความดันตั้งและความดันระบายคืออะไร?

ความดันตั้งคือความดันเกจที่วาล์วเริ่มเปิด ความดันระบายคือความดันตั้งบวกส่วนความดันเกินบวกความดันบรรยากาศ (แปลงเป็นความดันสัมบูรณ์) ตัวอย่าง: ความดันตั้ง 10 barg ความดันเกิน 10%: ความดันระบาย = 10 × 1.10 + 1.013 = 12.01 bara

จะกำหนดความจุระบายที่ต้องการได้อย่างไร?

ความจุที่ต้องการขึ้นอยู่กับสถานการณ์แรงดันเกินที่น่าเชื่อถือ API 521 ให้วิธีการสำหรับแต่ละสถานการณ์ ความจุที่ต้องการมากที่สุดกำหนดขนาดวาล์ว