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使用減壓閥、止回閥和破裂盤防止超壓的工作原理
來源：上海自動化儀表有限公司作者：發表時間：2018-10-09 09:33:57【小中大】
了解適當使用不同的減壓裝置。
許多過程需要設備來控制或限制由于紊亂的儀器或設備故障或火災而可能產生的壓力。減壓閥（PRV）最常提供這種過壓保護，但回流防止器（例如止回閥等）和破裂盤在許多應用中也起到有用的作用。此外，特殊類型的減壓閥，通常稱為真空減壓閥，可防止過度真空。當壓力（或真空）超過指定的設計值時，這種裝置啟動。
上海自動化儀表股份有限公司傳統的PRV是自動彈簧加載閥，其在指定壓力下打開以允許加壓流體離開。（一些小型閥門通常處理熱釋放閥應用。）彈簧式PRV的基本元件包括連接到要保護的容器或系統的入口噴嘴，調節通過噴嘴的流量的可移動盤，以及控制彈簧磁盤的位置。在正常的系統運行條件下，入口處的壓力低于設定壓力 - 因此，閥盤位于噴嘴上，防止流過它。
但是，當超過設定壓力時，安全閥打開并成為流動的“阻力最小的路徑”。一部分流體離開PRV，通常通過稱為火炬頭或浮雕集管的管道系統到達中心的高架氣體火炬（或類似物）用于燃燒。流體的損失降低了受保護的機器或系統內的壓力。當壓力下降到足夠時，PRV將關閉。在閥門重新安裝之前壓力必須降低多少被稱為排污，并且通常表示為設定壓力的百分比。粗略地說，這可以在3％到20％之間； 一些閥門具有可調節的排污。
圖：打開時，此閥門將流體排放到大氣中。
在出口連接到管道的系統中，PRV的開口將促使下游管道中產生壓力。連接到出口管道系統的其他PRV可以打開并且壓力可以進入排氣管系統可能會增加。這可能導致不希望的操作。因此，此類系統經常需要替代解決方案。它們通常需要“差動”安全閥 - 在這些安全閥中，壓力作用在遠小于閥門開口面積的區域。
在閥門關閉之前，壓力必須大大降低； 此外，閥門的出口壓力可以很容易地保持閥門打開。
在某些情況下，旁通閥可保護泵或氣體壓縮機以及任何相關設備免受過大壓力。它通過返回起到減壓閥的作用。
由泵或壓縮機排出的全部或部分流體返回到儲存容器或機器的入口。旁通閥和旁通路徑可以是內部的（泵或壓縮機的組成部分）或外部的（作為流體路徑中的組件安裝）。
傳統的彈簧加載PAV
該裝置的操作基于力平衡。當系統壓力處于PRV的設定壓力時，彈簧載荷被預設為等于入口流體施加在閉合盤上的力。當入口壓力低于設定壓力時，正常情況下，盤應保持在關閉位置的噴嘴上。當系統壓力接近閥的設定壓力時，盤和噴嘴之間的就位力接近零。當入口壓力超過設定壓力時，盤上的壓力克服彈簧力并且閥門打開。然后當入口壓力下降到關閉壓力時，閥門重新閉合。
歷史上，許多液體應用使用專為可壓縮（或蒸汽）服務設計的PRV（或壓力安全閥）。當用于液體服務時，許多這些閥需要高過壓（例如，20％）以實現完全提升和穩定操作，因為液體不提供蒸汽所具有的膨脹力。液體PRV必須以10％的速度運行。
超壓極限，一個保守因素（比如0.6）通常在尺寸確定期間應用于閥門容量。
因此，許多裝置過大，有時會導致不穩定。
現在，代碼中包含了一些規則，這些規則可以解決10％超壓下液體服務閥的性能，并且需要進行容量認證。供應商有為液體服務開發了PRV，可實現全升程，穩定運行，額定容量達10％，符合要求; 一些設計具有可調節的排污功能。可以使用液體和氣體操作的閥門。然而，取決于流動流是液體，氣體還是兩者的組合，這種閥可以表現出不同的操作特性。例如，許多用于液體服務的PRV對氣體的排放（通常為20％）比對液體服務的排放要長得多。另外，如果閥門設置在液體上并且需要操作氣體或反之亦然，則可能發生設定壓力的一些變化。
存在于PRV出口處的壓力定義為背壓。這個背壓可以引起雜物蒸發散在開啟壓力，減少在流動能力，不穩定性或所有三種的組合。平衡彈簧加載的PRV最大限度地減少了對閥門性能特征的影響; 它包括一個波紋管，一個密封的活塞或其他平衡閥盤的裝置。考慮平衡的PRV，無論何時在減壓閥升程后通過下游管道產生的背壓對于傳統的PRV來說太高。平衡的PRV也可以用于隔離閥門內的導向裝置，彈簧，閥蓋和其他頂部工件與釋放流體。如果需要從流體（例如來自下游的臟物）腐蝕性損壞這些部件，這可能很重要。
兩相系統，其中釋放的流體可以是液體或氣體，用于設計用于液體（或液體和氣體）服務的彈簧式PRV，并且平衡以最小化背壓的影響。如果閥門入口處兩相混合物中蒸汽的質量百分比年齡為50％或更低，許多制造商建議使用專為液體或液體和氣體服務設計的閥門。如果您不確定流體中液體與氣體的比例，那么選擇專門為液體或液體和氣體服務設計的閥門是謹慎的。
由于通過閥門和出口管道的流動，當在減壓泄漏期間產生過大的背壓時，常規PRV表現不令人滿意。積聚的背壓抵抗使閥門保持打開的提升力。過多的組合背壓會使閥門以不穩定的方式運行。這種不穩定性可能會發生喋喋不休或顫動。Chatter是指閥盤在循環期間與閥座接觸的異常快速的接收運動。這種類型的操作可能會損壞閥門和互連管道。除了在騎行期間磁盤不接觸座椅外，嘟嘟聲與喋喋不休相似。
作為粗略的指導，在傳統的PRV應用中，在10％允許的超壓下，積聚的背壓不應超過設定壓力的10％。如果組合背壓不超過允許的超壓，則可以使用更高的最大組合背壓，允許超壓超過10％。當疊加的背壓恒定時，可以減小彈簧載荷以補償疊加的背壓。當背壓預計超過這些規定的限值時，請指定平衡或先導式PRV。
駕駛員PAV
該裝置包括主安全閥和外部先導閥（通常是傳統的PRV），主安全閥通常包圍浮動不平衡活塞組件。
活塞設計為頂部比底部更大。在設定壓力下，頂部和底部區域暴露于相同的入口操作壓力。因為面積較大在活塞頂部，凈力使活塞緊緊地靠在主閥噴嘴上。隨著操作壓力的增加，凈座位力上升并趨于增加使閥門更緊湊。此功能允許在最大預期工作壓力高于傳統泄壓閥可接受的百分比年齡的情況下使用大多數先導閥。在設定壓力，先導閥從活塞頂部排出壓力; 現在產生的凈力向上，導致活塞升高，從而允許流體流過主閥。在超壓情況發生后，飛行員將從活塞頂部關閉通風口，從而重新建立壓力; 凈力將導致活塞重新安裝。
先導式PRV的主閥可以使用隔膜系統代替活塞來提供不平衡的運動部件。一個磁盤，其中通常關閉主閥入口，與柔性隔膜一體化。外部先導閥用于檢測流體壓力，在設定壓力下將隔膜頂部排氣，并在流體壓力降低后重新加載隔膜。與活塞閥一樣，由于隔膜的不同暴露面積，座位力與操作壓力成比例地增加。組合背壓不會影響主閥活塞或隔膜的升力。與傳統和平衡的彈簧加載的PRV相比，這允許在釋放排放歧管中具有更高的壓力。
調制導閥可以處理氣體，液體或兩相流應用。與彈出式PRV相反，調節先導閥將釋放流體的量限制為防止壓力超過允許水平所需的量。由于調制導閥僅釋放所需的釋放速率，因此您可以根據該速率而不是額定速率計算累積背壓減輕閥門的容量。調節先導閥還可以在紊亂狀態期間減少與系統中的其他壓力控制設備的相互作用，減少不需要的大氣排放，并降低與向火炬管道或大氣排放相關的噪音水平。
逆流預防器
當閥門排出側的壓力超過其入口壓力時，您需要一個防回流閥。較高的排出壓力可在隔膜，活塞或其他元件上產生足夠的向上力以打開閥并導致流動反向。當存在足夠的反向壓差時，任何標準類型或設計的先導式PRV都可能發生反向流動。
回流防止器允許將出口壓力引入主閥的圓頂中，從而將活塞牢固地保持在噴嘴上并克服反向壓差的影響。防回流閥允許排出壓力在隔膜或活塞上提供凈向下的力以保持閥門關閉。防回流閥的正確操作對于進一步確保閥門中不發生流動反轉至關重要。防回流閥的材料和密封應與先導式PRV的材料和密封相匹配。
破裂盤
這些是非重合閘裝置，用于防止過大的壓力（或有時是真空）。可以在安裝中使用單個或多個破裂盤。它們還可以用作冗余壓力釋放裝置。
由于沒有活動部件，破裂盤簡單可靠 - 并且比其他減壓裝置動作更快。爆破片反應迅速，足以緩解某些類型的壓力峰值。由于它們重量輕，爆破片可以由高合金和其他耐腐蝕材料制成，這些材料對于安全閥來說并不實用。
上海自動化儀表股份有限公司破裂盤也是溫度敏感裝置。爆破壓力可隨其溫度而顯著變化，其可能與正常的流體操作溫度不同。隨著盤上溫度的升高，爆破壓力通常會降低。由于溫度的影響取決于破裂盤的設計和材料，請咨詢制造商以了解具體應用。指定磁盤預計會爆裂的壓力和溫度。
大小和救濟壓力
仔細評估在產生的壓力和必須釋放流體的速率方面可能導致超壓的突發事件。您需要包裝的工藝和儀表圖紙，設備規格表以及設施的設計依據來計算每個泄壓裝置的各個減壓率。一個重要參數是安裝在機械，包裝或設施中的PRV的設定壓力。作為粗略的指導，該設定壓力可以是包裝或系統中的最大允許工作壓力（MAWP）的110％，該單個壓力釋放裝置的尺寸適合于操作（非火災）意外事件。
多裝置安裝需要兩個或更多個減壓裝置的組合容量以減輕給定的過壓應急。通過這種方式，您可以將設定壓力增加到例如由多個減壓裝置保護的包裝中的MAWP的118％，該減壓裝置的尺寸適合于操作（非火災）意外事件。對于火災情況，救援壓力（設定壓力）通常較高 - 例如，它可能是由火災應急裝置保護的包裝中的MAWP的約120％或125％。
超壓原因
機械系統或包裝中的流體和能量的正常流動的不平衡或破壞可促使能量或流體或兩者在包裝的某些部分（例如其排出）中積聚。因此，分析這種過壓的原因和大小是對不同機械操作情景中能量和流體平衡的特殊而復雜的研究。
對于確定PRV的大小，雙重危險場景通常不可靠。這種情況通常同時涉及兩個獨立的故障或故障 - 例如，兩個完全獨立的機器或控制器的同時故障，或者操作員錯誤導致堵塞的出口與整個工廠電力故障一致。另一方面，如果火災暴露導致局部空氣管線故障，則在火災暴露期間將儀表空氣故障視為單一危險。
過快的速度和其他機械故障可能導致過壓。有時，閥門從較高壓力源（例如高壓過程流體）的無意打開會導致過壓。例如，在許多包裝中，抽吸系統總是有可能被排出（高壓）流體加壓; 在許多情況下，抽吸系統的某些部分實際上是基于排放壓力或其他保護手段（例如PRV）來設計的。
上海自動化儀表股份有限公司單個止回閥并不總是通過來自高壓源（例如高壓放電）的高壓源的反向流來防止過壓的有效手段。例如，如果將流體泵送或壓縮到包含流體的系統中，該系統的壓力顯著高于泵或壓縮機上游（抽吸）設備的設計等級，則泄漏或潛在故障的泵送流量損失排放管路中的止回閥導致流體流動反轉。當高壓流體進入低壓系統時，可能會導致超壓。在大多數情況下，您應該專注于防止逆流。重要的是要注意，除了上游系統（或抽吸系統）的超壓外，通過機械的逆流可能會破壞機械設備，導致失控。在許多情況下，即使是適當的檢查和維護也可能無法完全消除止回閥座泄漏并且會發生泄漏。因此，即使沒有止回閥的完全失效，止回閥上游的低壓系統仍然可能過壓。根據具體情況進行詳細的分析和研究，可以顯示是否需要自動隔離，泄漏尺寸的減壓裝置或替代保護裝置。您必須為每個定義適當的泄漏率。
特定機械系統。經驗表明，在檢查和維護以確保可靠性和限制反向流動的能力時，串聯的兩個回流防止裝置足以消除顯著的逆流。此外，仔細評估因失去任何公用事業服務（如冷卻水，電力等）而產生的超壓的可能性，無論是全廠還是本地。
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