K ochraně nádob, přístrojů, nádob, potrubí a dalších technologických zařízení před zničením v důsledku nadměrného zvýšení tlaku se nejčastěji používají pojistné ventily. Pojistné ventily zajišťují bezpečný provoz zařízení v podmínkách zvýšeného provozního tlaku. Při zvýšení tlaku v systému nad přípustnou úroveň se pojistný ventil automaticky otevře a vypustí přebytečné pracovní médium, čímž se zabrání možnosti nehody. Po ukončení odpouštění tlak klesne na hodnotu menší, než je tlak, při kterém ventil začíná pracovat, pojistný ventil se automaticky uzavře a zůstane uzavřen, dokud se tlak v systému opět nezvýší nad přípustnou úroveň.
Klasifikace bezpečnost ventily
Stávající konstrukce pojistných ventilů lze klasifikovat podle několika kritérií: – podle typu zátěže na cívce:
zátěžové pojistné ventily s přímým zatížením cívky. Konstrukčně jsou velmi jednoduché, používají se pouze pro nízké tlaky z důvodu nemožnosti velkého zatížení cívky;
zátěžové pojistné ventily s nepřímým zatížením cívky. Patří mezi ně pákové pojistné ventily. Tlak spouště lze upravit pohybem závaží na páce nebo sejmutím či připojením přídavného závaží. Hlavní výhodou tohoto ventilu je, že zatížení cívky při jejím stoupání zůstává konstantní (to platí i pro předchozí ventily);
pružinové pojistné ventily – v nich působí proti tlaku média na cívku přítlačná síla pružiny. Ventil je nastaven tak, aby fungoval více či méně předpětím pružiny. Výhodou pružinových pojistných ventilů jsou jejich relativně malé celkové rozměry s velkými průtokovými sekcemi. Nevýhoda – s rostoucí výškou zdvihu cívky se odpovídajícím způsobem zvyšuje síla pružiny v důsledku jejího stlačení.
– podle výšky zdvihu cívky, což je jedna z hlavních charakteristik pojistných ventilů, protože určuje jejich průchodnost:
nízkozdvižné pojistné ventily, u kterých je poměr výšky zdvihu cívky k průměru trysky 1/20 – 1/40. Patří mezi ně nejjednodušší pojistné ventily, které se používají především pro kapaliny, kdy není vyžadována velká průchodnost;
pojistné ventily středního zdvihu s poměrem výšky zdvihu cívky k průměru trysky 1/6 – 1/10;
Celozdvihové pojistné ventily s vysokým výkonem, protože. průřez štěrbiny při zdvihu cívky je stejný nebo větší než průřez trysky ventilu, tj. výška zdvihu cívky je rovna nebo větší než 1/4 průměru trysky.
– ve spojení s okolní atmosférou:
pojistné ventily otevřeného typu, které po otevření uvolňují médium přímo do atmosféry;
pojistné ventily uzavřeného typu, které umožňují průchod média při otevření do potrubí a jsou utěsněny s ohledem na okolní atmosféru.
– vlivem protitlaku (připojení potrubí pojistného ventilu do společného rozdělovače vedlo k tomu, že při aktivaci jednoho z ventilů jsou ostatní vystaveny zpětnému tlaku, který je třeba vzít v úvahu při jejich provozu):
pojistný ventil nevyváženého typu. Které nemají zařízení, která eliminují účinek zpětného tlaku;
pojistné ventily jsou vyváženého typu, u kterých protitlak nemá prakticky žádný vliv na činnost ventilu.
– podle způsobu otevírání ventilu:
přímočinné pojistné ventily, ve kterých tlak média působí přímo na cívku a zvedá ji při nastaveném tlaku;
pojistné ventily s pomocným zařízením, které se aktivují až po aktivaci pomocného zařízení (impulzního ventilu).
– podle počtu trysek:
jednoduché pojistné ventily mají jednu trysku a cívku (zpravidla se jedná o ventily používané v průmyslu);
dvojité pojistné ventily – v jednom tělese jsou umístěny dvě trysky a dvě cívky (pro zvýšení výkonu pojistných ventilů);
trojité pojistné ventily – v jednom těle jsou tři trysky a tři cívky.
Pojistné ventily s pružinou.
Pružinové pojistné ventily jsou určeny pro uhlovodíková kapalná a plynná nekorozivní média. Tyto ventily mají obvykle plný zdvih a mají vysokou průtokovou kapacitu. Některé konstrukce pružinových pojistných ventilů poskytují pákový mechanismus pro ovládání proplachování během provozu. Obrázek 12.13 ukazuje pojistný ventil s pružinou.
Na čerpacích stanicích oleje je nejpoužívanější speciální pružinový pojistný ventil typu SPPK4-200-16 (viz obrázek 12.13).
Pružinový pojistný ventil typu SPPK4-200-16 je uzavřený, bez páky pro ovládání foukání a má vysokou průchodnost. Kuželový průtokový kanál vstupní trubky zajišťuje hladký přechod od otvoru příruby k trysce ventilu. Přijímací trubka má na výstupu z kónické části závitové hrdlo se zábrusem pro hermetické utěsnění trysky. Tryska ventilu je závitová. Pro utěsnění spojení trysky s tělesem je na její vnější válcové ploše opatřena příruba s těsnicím pásem zpracovaným do vysoké třídy povrchové čistoty. Uzavírací kotouč ventilu je vyroben s kónickým nárazníkem po obvodu. Aby se místo působení zatěžovací síly co nejvíce přiblížilo těsnicím plochám, má vodicí výstupek kotouče vnitřní dutinu a opěrný kužel tyče dosedá na polštář v nejnižším bodě této dutiny, který přispívá ke stabilní poloze kotouče při otevřeném ventilu a usnadňuje jeho pohyb při usazení na sedlo trysky.
1 – tělo; 2 – tryska; 3 – cívka; 4 – tyč; 5 – pružina; 6 – šroub
Obrázek 12.13 – Pružinový pojistný ventil SPPK4-200-16
Technologické parametry ventilu jsou regulovány kroužkem našroubovaným na trysku. Prsten má nahoře úzký plochý pásek. Při šroubování se kroužek přibližuje ke koncové rovině desky. Úpravou mezery mezi rovinami prstencového řemene a koncem desky je možné regulovat tlak plného otevření ventilu a tlak jeho uzavření v širokém rozsahu, tzn. foukané množství. Sada ventilových pružin zajišťuje plynulou regulaci nastaveného tlaku v rozmezí 0,5 – 16 kgf/cm2.
Výběr pojistných ventilů.
Pojistné ventily se vybírají podle jejich kapacity. Přesné stanovení skutečné kapacity pojistných ventilů je nezbytné nejen pro zajištění bezpečného provozu nádob, instalací nebo potrubí, ale také pro hospodárnost, snadnou údržbu a správný provoz ventilů.
Při instalaci pojistného ventilu s nedostatečnou kapacitou na chráněný objekt může dojít v systému k havarijní situaci. I přes jasnou činnost pojistného ventilu se tlak v chráněném objektu nadále zvyšuje v důsledku přebytku kapacity zdroje tlaku nad kapacitu pojistného ventilu.
Zvětšení jmenovitého průměru pojistných ventilů a jejich průchodnosti, kromě vytvoření těžkopádného bezpečnostního systému, vede k jejich nesprávné činnosti a předčasnému selhání, protože pojistný ventil po aktivaci a otevření do své plné výšky „vyhladoví“, což způsobí častá pulzace vypínacího orgánu. Po poklesu tlaku v chráněném systému takový pojistný ventil nezajistí dostatečnou těsnost při uzavírání z důvodu porušení těsnících ploch sedla a cívky.
Praxe provozu pojistných ventilů v ropném průmyslu potvrdila potřebu přesné shody parametrů ventilů s chráněným systémem z hlediska tlaku a skutečného výkonu.
Aby se zabránilo zničení zařízení v důsledku nadměrného nárůstu tlaku, je nutné pojistné ventily nejen správně vybrat, nainstalovat a provozovat, ale také je správně přepravovat a skladovat.
Základní pravidla pro obsluhu pojistných ventilů.
Životnost pojistných ventilů je dána především správným provozem a také jejich včasnou opravou.
Při provozu pojistných ventilů je třeba věnovat zvláštní pozornost načasování revize, které je stanoveno na základě charakteristik výroby tohoto odvětví.
Po revizi se pojistný ventil seřídí na daný nastavený tlak a zkontroluje se jeho těsnost. Poté je ventil utěsněn; je přísně zakázáno instalovat neutěsněné ventily.
Nejčastějšími závadami nebo poruchami v důsledku nesprávné činnosti ventilů jsou netěsnosti, pulzace a rýhy na pohyblivých částech.
Důvody úniku média (únik média) mohou být: cizí nečistoty, které se dostaly na těsnicí plochy, poškození těsnicích ploch, nesouosost ventilu v důsledku nadměrného zatížení výtlačného potrubí, deformace pružiny, podcenění nastaveného tlaku.
Ripple, tzn. rychlé a časté otevírání a zavírání pojistného ventilu. Pulzace je obvykle důsledkem za prvé příliš vysokého výkonu pojistných ventilů; za druhé, zúžený průřez potrubí nádoby vedoucí k vstupu ventilu; za třetí, nesprávná instalace výstupní trubky. Pulzování pojistných ventilů lze eliminovat správnou volbou kapacity ventilu, průřezu vstupního potrubí nádoby nebo výtlačného potrubí pojistného ventilu.
Poškrábání pohyblivých částí pojistných ventilů vzniká v důsledku nesprávné montáže nebo instalace ventilů v důsledku deformací. Zácpy se odstraňují mechanickou úpravou, jejich příčiny se odstraňují kvalifikovanou montáží pojistných ventilů.
Účelem pojistných ventilů je zabránit tomu, aby tlaková zařízení příliš vzrostla nad mezní hodnotu.
Mechanismus této akce funguje následovně:
Jakmile je dosaženo otevíracího tlaku, ventil by se měl začít otevírat;
S dalším zvýšením tlaku musí převzít tok média a stabilně jej odvádět;
Po poklesu tlaku v systému by se měl systém opět pevně uzavřít.
U přímočinných pojistných ventilů dochází k procesu otevírání a zavírání výhradně pod vlivem síly způsobené provozním faktorem a také protipůsobící silou pojistného mechanismu, kterým je pružina.
Proces změny tlaku v zařízení vybaveném přímočinným pojistným ventilem je znázorněn v časové funkci následujícím grafem:
Provozní parametry pojistného ventilu je třeba chápat takto:
p – tlak, při kterém se pojistný ventil začíná otevírat (počáteční tlak);
p1 – tlak způsobující maximální krok talíře ventilu (přetlak);
b1 – procentuální zvýšení počátečního reakčního tlaku před bezpečnostním zařízením potřebné k dosažení úplného kroku a tím i maximálního výkonu;
b2 – procentuální pokles počátečního reakčního tlaku před bezpečnostním zařízením potřebným pro hermeticky uzavřené uzavření;
pr – provozní tlak chráněného zařízení (tlak běžného provozu zařízení).
Pracovní rozsah pojistného ventilu je mezi tlakem přípustným pro chráněné zařízení (Pmax) a maximálním tlakem, který může být v zařízení po aktivaci pojistného ventilu (1,1 Pmax). Provozní tlak mechanismu (Pr), který je nižší než přípustný tlak (Pmax), umožňuje libovolně regulovat tlak v mechanismu v rozsahu Pr -Pmax, bez spouštění pojistného ventilu.
Správně zvolené bezpečnostní zařízení musí splňovat tyto dvě základní podmínky:
• musí úspěšně chránit přetlakový mechanismus před vzrůstajícím tlakem nad hodnotu přesahující jeho přípustnou hodnotu maximálně o 10 %
• jeho činnost nesmí narušovat správnou činnost mechanismu pod tlakem.
Provedení těchto úkolů vyžaduje, aby projektant vhodně upravil a připravil rozsahy provozních tlaků zabezpečovacího zařízení v souladu s tlakovými zónami požadovanými pro chráněné zařízení pod tlakem.
Obecné pokyny pro stanovení počátečního reakčního tlaku pojistného ventilu.
Zobrazený graf ukazuje doporučení v tomto rozsahu.
Navíc vnější vliv v podobě mechanických rázů média ze strany přítoku a také pulzace proudění (jako např. u pístových kompresorů) vyžaduje také větší tlakový rozdíl.
Výpočet kapacity kapalinových pojistných ventilů.
Propustnost by se měla vypočítat podle vzorce níže:
m – kapacita pojistného ventilu (kg/h);
αс – výtokový koeficient kapalinového pojistného ventilu*
F – vypočtený průřez vstupního kanálu pojistného ventilu (mm2)*;
Р1 – uvolňovací tlak (MPa);
Р2 – výstupní tlak (MPa);
ρ – hustota kapaliny před pojistným ventilem při tlaku P1 a teplotu T1 (kg/m 3 )
* – nabývá hodnot podle zvoleného typu ventilu.
Pro ostatní média (pára, plyn atd.) výpočet pojistných ventilů provádějí techničtí specialisté firmy NEMEN.
NEMEN LLC je oficiálním zástupcem největších ruských a evropských továren v oblasti průmyslového vybavení.