Emniyet Ventili Boyutlandırması

AD Merkblatt, DIN, TRD, ASME, API, BS6759 ve diğerleri için boyutlandırma denklemleri dahil olmak üzere bir dizi uygulama için boyutlandırma sürecinin derinlemesine bir incelemesi. İki fazlı akış ve aşırı ısınma gibi daha karmaşık konuları kapsar.

Emniyet Ventili Boyutlandırmasına Giriş

Bir emniyet ventili her zaman boyutlandırılmalı ve korunan ekipman içindeki basıncın maksimum izin verilen birikmiş basıncı (MAAP) aşamaması için herhangi bir buhar kaynağını tahliye edebilmelidir. Bu, vananın yalnızca doğru konumlandırılması değil, aynı zamanda doğru ayarlanması gerektiği anlamına gelir. Emniyet ventili daha sonra doğru boyutlandırılmalı ve olası tüm arıza koşullarında gerekli basınçta gerekli miktarda buharı geçirebilmelidir. Emniyet ventili tipi, ayar basıncı ve sistemdeki konumu belirlendikten sonra, vananın gerekli deşarj kapasitesinin hesaplanması gerekir. Bu bilindikten sonra, üretici spesifikasyonları kullanılarak gerekli orifis alanı ve nominal boyut belirlenebilir. Gerekli maksimum kapasiteyi belirlemek için, vananın ilgili tüm kollarından yukarı akan potansiyel akışın dikkate alınması gerekir. Birden fazla olası akış yolu bulunan uygulamalarda, emniyet ventili boyutlandırması daha karmaşık hale gelir, çünkü boyutunu belirlemek için bir dizi alternatif yöntem olabilir. Birden fazla potansiyel akış yolunun bulunduğu yerlerde aşağıdaki alternatifler dikkate alınmalıdır:

Emniyet ventili, en fazla akışın olduğu akış yolundaki maksimum akışa göre boyutlandırılabilir.
Emniyet ventili, birleşik akış yollarından gelen akışı deşarj edecek şekilde boyutlandırılabilir. Bu seçim, iki veya daha fazla cihazın aynı anda arızalanma riskine bağlıdır. Bunun meydana gelme olasılığı en hafif şekilde bile varsa, vana, arızalı cihazların birleşik akışlarının deşarj edilmesine izin verecek şekilde boyutlandırılmalıdır. Ancak, risk ihmal edilebilir olduğunda, maliyet avantajları vananın yalnızca en yüksek arıza akışına göre boyutlandırılmasını gerektirebilir. Yöntem seçimi nihayetinde tesisi sigortalamaktan sorumlu şirkete aittir. Örneğin, Şekil 9.4.1’de gösterilen basınçlı kap ve otomatik pompa-kondenstop (APT) sistemini ele alalım. Olası olmayan durum, hem APT’nin hem de basınç düşürme vanasının (PRV ‘A’) aynı anda arızalanmasıdır. Emniyet ventili ‘A’nın deşarj kapasitesi, en büyük PRV’nin arıza yükü veya alternatif olarak hem APT’nin hem de PRV ‘A’nın birleşik arıza yükü olacaktır. Bu belge, birden fazla akış yolu bulunduğu yerlerde, ilgili her emniyet ventilinin her zaman ilgili yukarı akış basınç kontrol vanalarının aynı anda arızalanma olasılığına göre boyutlandırılmasını önermektedir. Arıza akışının bulunması Bir PRV’den veya herhangi bir vanadan veya orifisten geçen arıza akışını belirlemek için aşağıdakiler dikkate alınmalıdır:
Potansiyel arıza basıncı - bu, ilgili yukarı akış emniyet ventili ayar basıncı olarak alınmalıdır
Boyutlandırılan emniyet ventilinin tahliye basıncı
Yukarı akış kontrol vanasının tam açık kapasitesi (KVS), Denklem 3.21.2’ye bakınız Örnek 9.4.1 Şekil 9.4.2’deki PRV düzenini ele alalım. Bu sistemin (Şekil 9.4.2) besleme basıncı, 11,6 bar g ayar basıncına sahip bir yukarı akış emniyet ventili ile sınırlandırılmıştır. PRV’den geçen arıza akışı, buhar kütle akışı denklemi (Denklem 3.21.2) kullanılarak belirlenebilir: Bu örnekte: Sonuç olarak, emniyet ventili 4 bar g ayarlandığında en az 953 kg/s geçecek şekilde boyutlandırılacaktır. Arıza yükü belirlendikten sonra, genellikle emniyet ventilini üreticinin kapasite grafiklerini kullanarak boyutlandırmak yeterlidir. Kapasite grafiğinin tipik bir örneği Şekil 9.4.3’te gösterilmektedir. Gerekli ayar basıncı ve deşarj kapasitesi bilinerek, uygun bir nominal boyut seçmek mümkündür. Bu örnekte, ayar basıncı 4 bar g ve arıza akışı 953 kg/s’dir. 1 284 kg/s kapasiteli bir DN32/50 emniyet ventili gereklidir. Boyutlandırma grafiklerinin mevcut olmadığı veya arka basınç, yüksek viskozite veya iki fazlı akış gibi belirli akışkanları veya koşulları karşılamadığı durumlarda, minimum gerekli orifis alanını hesaplamak gerekebilir. Bunu yapma yöntemleri, uygun yönetici standartlarda özetlenmiştir, örneğin:
ASME/API RP 520
EN ISO 4126 Bu standartlarda özetlenen yöntemler, deşarj katsayısına dayanır; bu, eşdeğer akış alanına sahip bir nozulun ölçülen kapasitesinin teorik kapasitesine oranıdır. Deşarj katsayısı Deşarj katsayıları, herhangi bir belirli emniyet ventili serisine özeldir ve üretici tarafından onaylanacaktır. Vana bağımsız olarak onaylanmışsa, ‘sertifikalı deşarj katsayısı’ verilir. Bu rakam, daha sonra 0,9’luk bir güvenlik faktörü ile çarpılarak düşürülmüş bir deşarj katsayısı elde etmek için sıklıkla düşürülür. Düşürülmüş deşarj katsayısı Kdr = Kd x 0,9 olarak adlandırılır. Gerekli orifis alanını hesaplamak için standart yöntemler kullanılırken, aşağıdaki noktaların dikkate alınması gerekebilir:
Kritik ve alt kritik akış - bir orifisten akan gaz veya buharın akışı, emniyet ventili akış alanı gibi, aşağı akış basıncı azaldıkça artar. Bu, kritik basınca ulaşılana ve kritik akış elde edilene kadar geçerlidir. Bu noktada, aşağı akış basıncındaki herhangi bir azalma, akışta herhangi bir artışa neden olmaz. Kritik basınç ile gerçek tahliye basıncı arasında bir ilişki (kritik basınç oranı olarak adlandırılır) vardır ve emniyet ventillerinden akan gazlar için Denklem 9.4.2 ile gösterilir. İdeal gaza benzer özelliklere sahip gazlar için ‘k’, sabit basınçtaki (cp) özgül ısının sabit hacme (cv) oranıdır, yani cp : cv. ‘k’ her zaman birden büyüktür ve tipik olarak 1 ile 1,4 arasındadır (Tablo 9.4.8’e bakınız). Buhar için, ‘k’ bir izentropik katsayı olmasına rağmen, aslında cp : c’nin oranı değildir. Doymuş buhar için yaklaşık olarak ‘k’ 1,135 ve aşırı ısınmış buhar için 1,3 olarak alınabilir. Bir rehber olarak, doymuş buhar için, kritik basınç, mutlak terimlerde birikmiş giriş basıncının %58’i olarak alınır.
Aşırı basınç - Boyutlandırmadan önce, vananın tasarım aşırı basıncı belirlenmelidir. Vananın kapasitesinin, deşarj katsayısının belirlendiğinden daha düşük bir aşırı basınçta hesaplanmasına izin verilmez. Ancak, daha yüksek bir aşırı basınç kullanmasına izin verilir (tipik aşırı basınç değerleri için Modül 9.2, Tablo 9.2.1’e bakınız). DIN tipi tam kaldırma (Vollhub) ventilleri için, tasarım kaldırma değeri %5 aşırı basınçta elde edilmelidir, ancak boyutlandırma amaçları için %10’luk bir aşırı basınç değeri kullanılabilir.

Aşağıdaki standartlara göre tasarlanmış emniyet ventilleri için boyutlandırma denklemleri

En yaygın kullanılan ulusal standartlarda belirtildiği gibi, bir emniyet ventili için minimum gerekli orifis alanını hesaplamak için aşağıdaki yöntemler kullanılır. Standart - ASME /API RP 520 ASME standartlarına ve API RP 520 yönergelerine göre bir emniyet ventili için minimum gerekli orifis alanını hesaplamak için aşağıdaki formüller kullanılır. Buhar uygulamalarında kullanılan bir emniyet ventili için minimum gerekli orifis alanını hesaplamak için Denklem 9.4.3’ü kullanın:

Learn about steam

Örnek 9.4.2 ASME/API RP520’ye göre tasarlanmış bir emniyet ventili için minimum gerekli etkin deşarj alanını hesaplayın.

Learn about steam

Örnek 9.4.3 ASME/API RP520’ye göre tasarlanmış bir emniyet ventili için minimum gerekli etkin deşarj alanını hesaplayın.

Learn about steam

ASME/API RP 520 için aşırı ısınma düzeltme faktörleri

Tablo 9.4.1 ASME/API RP 520’de kullanılan aşırı ısınma düzeltme faktörleri (KSH) (İmparatorluk birimleri)

Ayar basıncı (psi g)	Sıcaklık (°F)
Ayar basıncı (psi g)	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

Standart - EN ISO 4126: 2004 Kuru doymuş buhar (kuruluk derecesi > 0,98) ve kritik akışta aşırı ısınmış buhar üzerinde kullanılan bir emniyet ventili için minimum gerekli orifis alanını hesaplamak için Denklem 9.4.4’ü kullanın:

Learn about steam

Kritik akışta ıslak buhar uygulamalarında kullanılan bir emniyet ventili için minimum gerekli orifis alanını hesaplamak için Denklem 9.4.5’i kullanın. Not: ıslak buharın kuruluk derecesi 0,9’dan büyük olmalıdır:

Learn about steam

Örnek 9.4.4 Bir aşırı ısınmış buhar sistemini aşırı basınçtan tahliye etmek için EN ISO 4126’ya göre tasarlanmış bir emniyet ventili için gerekli minimum akış alanını boyutlandırın.

Learn about steam

Tablo 9.4.2 EN ISO 4126 standardına göre buhar, hava ve gaz uygulamaları için ‘k’ fonksiyonu olarak C değeri. İzentropik değerler ‘k’, ISO 4126 standardına (Bölüm 7) dahil edilmiştir. Alternatif olarak, buhar için ‘k’ değerleri Spirax Sarco web sitesindeki buhar tablolarından elde edilebilir.

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