Предохранительный клапан

Локомотив Йоркской железной дороги Ньюкасл и Бервик после взрыва котла, 1850 г.

Предохранительные клапаны ( предохранительные клапаны ), входящие в состав предохранительных клапанов в соответствии с DIN EN 806-1 и DIN 3211, и защищают находящиеся под давлением пространства или сосуды высокого давления (например, B. отопительные и паровые котлы , трубопроводы , реакторы ) перед a для печати устройства или повышения давления в системе печати. Если давление срабатывания превышено, газы , пары или жидкости выбрасываются в атмосферу или в коллекторные трубы.

Предохранительный клапан - это устройство сброса давления, которое начинает срабатывать, когда давление превышает максимально допустимое рабочее давление в случае предполагаемых неисправностей. Когда достигается избыточное давление в 10% от максимально допустимого рабочего давления, предохранительный клапан должен быть полностью открыт. Если предохранительный клапан подобран правильно, повышение давления остается управляемым. После того, как избыточное давление было сброшено путем вдувания в окружающую среду, клапан снова закрывается, и система может продолжать работать. Чтобы обеспечить постоянную герметичность предохранительного клапана, постоянное рабочее давление не должно превышать 90% максимального рабочего давления. Одним из примеров является предохранительный клапан котла на паровозе .

Каждый замкнутый контур, который нагревается, нуждается в предохранительном клапане, например. Б. генераторы горячей воды , системы водяного отопления , контуры солнечных коллекторов . Предохранительный клапан предотвращает разрыв системы в случае расширения теплоносителя из-за теплопередачи и отсутствия определенной газовой подушки. Даже повышение температуры из-за солнечного излучения примерно с 10 до 30 ° C может вызвать деформацию сосуда под давлением. Органические жидкости (например, антифризы, такие как этиленгликоль ) более важны, чем вода, из-за их высокого коэффициента объемного расширения .

В мембранных предохранительных клапанах гибкая мембрана предотвращает контакт среды с пружиной и подшипником оси тарельчатого клапана при срабатывании клапана, что означает, что надежная работа может быть достигнута в течение более длительного периода времени.

Давление срабатывания предохранительного клапана на водогрейных котлах часто составляет 3 бара. В случае негерметичной мембраны расширительного бака подушка из газообразного азота не требуется . Тепловое расширение при нагреве отопительной воды, как и при заправке отопительной системы из водопроводной сети, может вызвать недопустимое давление (давление в трубопроводе питьевой воды часто выше допустимого давления отопительного котла). Номинальный диаметр предохранительного клапана должен быть предназначен для сдувания массового расхода или максимального объемного расхода.

Предохранительные клапаны для отопительных котлов подбираются по номинальной тепловой мощности. Предохранительные клапаны на воздушных компрессорах проектируются в соответствии с объемом подачи компрессора . Предохранительные клапаны на контейнерах для хранения криогенных газов (например, жидкого кислорода) должны быть рассчитаны на массовый расход испарения, если изоляция контейнера не используется из-за потери вакуума в теплоизоляции .

В схемах R & I-потоке в соответствии с международными стандартами, маркировка представляет собой предохранительный клапан с PSV ( Р ия S afety V Alve) со следующим номером счета.

Классификация

По характеристикам срабатывания предохранительные клапаны классифицируются по:

Пропорциональные клапаны . Поведение открытия между _{заданным} давлением p и полным открытием ( _{заданное} 1,1 p ) пропорционально давлению,
Предохранительные клапаны с полным ходом открываются внезапно и с полным ходом при срабатывании,
Нормальные предохранительные клапаны не имеют особого поведения.

Кроме того, предохранительные клапаны различаются по типу противодействия давлению, которое необходимо защитить:

подпружиненные предохранительные клапаны,
предохранительные клапаны с весовой нагрузкой,
среднонагруженные предохранительные клапаны.

Веса и Hebelarmübersetzungsverhältnis или смещения от пружины находятся на заданном давлении в равновесии с силой , действующей на пластину клапана из - за внутреннего давления.

В случае предохранительных клапанов со средней нагрузкой одинаковое давление действует на обе стороны уплотнительной пластины; из-за поверхностей разного размера в направлении закрытия действует большее усилие. Клапан управляется дополнительным клапанным блоком. Если давление срабатывания превышено, зона над уплотнительной пластиной удаляется через дополнительный клапанный блок, закрывающее усилие снимается, и клапан внезапно открывается.

Также различают предохранительные клапаны прямого действия и регулируемые . Управляемые предохранительные клапаны соответствуют прямому действию, за исключением одной дополнительной силы закрытия и открытия. Это может быть пневматический или гидравлический привод цилиндра, который в определенных пределах создает дополнительную нагрузочную силу и, если давление срабатывания превышено, дополнительную подъемную силу. Таким образом достигается гораздо более точный ответ. Регулируемые предохранительные клапаны z. B. используется в паровых котлах больших электростанций. Из-за повторного испарения с большим объемом воды есть больше времени, пока предохранительный клапан снова не закроется после превышения давления, если предохранительные клапаны не контролируются. К особому классу относятся пламегасители (англ. Flashback gauges), которые использовались десятилетиями в сварке с помощью клапана регулирования давления и до пары сварочных шлангов. Если фронт пламени ползет или фронт взрыва защелкивается в шланге против обычного потока газа, эти компоненты перекрывают путь к газовому баллону. Эти компоненты (длиной около 12 см, диаметром 2,5 см) содержат подпружиненные поршни и пористый барьер из спеченного металла , контролируются термически и за счет приходящего скачка давления и предотвращают возгорание бутылок.

Характерные свойства

Характерные значения для конструкции предохранительных клапанов:

p _set : давление срабатывания в барах (избыточное давление),
d ₀ : наименьший диаметр отверстия в седле клапана в мм,
K _Dr или : назначенный пониженный коэффициент расхода, ${\ displaystyle \ alpha}$
h : Ход предохранительного клапана (положение тарелки клапана между седлом и максимальным отверстием) в мм.

Выходящий массовый расход рассчитывается путем преобразования энергии давления в кинетическую энергию ( уравнение Бернулли ). Коэффициент расхода описывает фактическую скорость потока, интегрированную по поперечному сечению A ₀ потока, относительно скорости потока с равномерным распределением скорости (профиль пробки).

Коэффициент расхода K _Dr определяется в ходе испытаний в рамках испытания компонентов. Это значение затем умножается на коэффициент безопасности 0,9 и затем может использоваться в качестве назначенного приведенного коэффициента расхода K _Dr в расчете массового расхода продувки. Коэффициенты расхода газов и жидкостей разные.

Массовый расход, истекающий из предохранительного клапана, можно рассчитать для газов до степени критического давления p ₂ ≤ p _крит по следующему уравнению:

{\ displaystyle {\ dot {m}} = K _ {\ mathrm {Dr}} \ cdot A_ {0} \ cdot {\ sqrt {\ frac {p_ {1}} {v_ {1}}}} \ quad {\ sqrt {2 \ cdot {\ frac {\ kappa} {(\ kappa -1)}} \ cdot \ left \ lbrack {\ left ({\ frac {p_ {2}} {p_ {1}}} \ справа) ^ {\ frac {2} {\ kappa}}} - \ left ({\ frac {p_ {2}} {p_ {1}}} \ right) ^ {\ frac {\ kappa +1} {\ каппа}} \ right \ rbrack}}}

В случае сверхкритического перепада давлений для p ₂ следует использовать критическое давление p _крит .

${\ displaystyle p_ {1}}$ : Давление покоя (абсолютное) в емкости и давление срабатывания предохранительного клапана
${\ displaystyle v_ {1}}$ : удельный объем газа в баллоне
${\ displaystyle p_ {2}}$ : Давление (абсолютное) в напорном пространстве
${\ displaystyle p _ {\ mathrm {krit}} = p _ {\ mathrm {L}}}$ : критическое или лавальное давление
${\ displaystyle \ kappa}$ : Адиабаты (воздух: Ne, Ar: вода, СО ₂ : ) ${\ displaystyle \ kappa = 1 {,} 4}$ ${\ displaystyle \ kappa = 1 {,} 66}$ ${\ displaystyle \ kappa = 1 {,} 3}$

В напорной технике все давления указаны как избыточные давления (например, рабочее давление сосудов под давлением, установленное давление предохранительных клапанов). Абсолютное давление всегда должно использоваться в уравнениях термодинамики.

В случае критического или сверхкритического отношения давления (давление во внутреннем давлении к давлению в выходном пространстве) газы выходят со скоростью звука (критическое отношение давлений воздуха :) . В этом случае массовый расход не зависит от давления в выходном пространстве. Однако следует отметить, что по мере увеличения противодавления усилие открытия на седле клапана уменьшается, клапан больше не открывается полностью и, таким образом, максимальный ход больше не достигается. Это изменяет коэффициент нагнетания, и, таким образом, в конечном итоге снижается выпускаемый массовый расход. Это учитывается в правилах расчета для предохранительных клапанов, поскольку коэффициент нагнетания действителен только для определенных противодавлений ( пропорциональные клапаны : макс. 15% противодавления, предохранительные клапаны с сильфоном : макс. 30% противодавления). ${\ displaystyle p_ {2} / p_ {1} <0 {,} 528}$

Конструкция предохранительного клапана

Пружинный предохранительный клапан на электростанции

Набор давление или давление срабатывания является давление , при котором предохранительный клапан начинает открываться, чтобы выпустить давление. Это давление, которое постоянно устанавливается на предохранительном клапане. Установленное давление подлежит допуску (согласно DIN EN ISO 4126-1) в (± 3%) или для клапанов ниже 3 бар (± 0,1 бар).

Пропорциональный предохранительный клапан

Давление закрытия является значение давления , при котором предохранительный клапан полностью закрыт снова после того, как он сдувается избыточного давления. Для жидких сред это значение на 20% ниже установленного давления (при установленном давлении <3 бар значение на 0,6 бар ниже).

В случае газообразных сред значение согласно AD2000 на 10% ниже установленного давления, а согласно DIN EN ISO 4126-1 - на 15% ниже (при установленном давлении <3 бар значение на 0,3 бара ниже установленного давления) .

Отверстие давление также называют выдуваниями давления и является точкой , в которой предохранительный клапан достигает максимальный ход для требуемого массового расхода , которые будут разгружать. Для предохранительных клапанов с нормальным подъемом это давление не более чем на 10% выше установленного давления, а для предохранительных клапанов с полным подъемом - не более чем на 5% выше установленного давления .

Рабочее давление - это рабочее давление установки или системы при нормальных условиях. В идеале рабочее давление на 5% ниже давления закрытия предохранительного клапана.

Рейтинг

В зависимости от предполагаемой нагрузки (причины, которые приводят к срабатыванию предохранительного клапана, объемный расход, который должен быть выпущен, тип среды), можно рассчитать номинальный диаметр предохранительного клапана и тип системы продувки (нагнетание). возможного противодавления).

Предохранительные клапаны для использования в солнечных системах выбираются в соответствии с DIN 4757, часть 2.

Хотя разрывные мембраны также рекомендуются для сброса давления в случае быстрого повышения давления, такого как взрывы, предохранительные клапаны не могут достаточно быстро освободить требуемое поперечное сечение потока в исключительных случаях. Если ожидаются внезапные скачки давления, необходимо тщательно подобрать предохранительные клапаны. Клапаны неподходящего размера могут начать вибрировать, что может увеличить амплитуду скачка давления.

Нормы

Предохранительный клапан сжатого воздуха

Стандартное представление подпружиненного предохранительного клапана
1.
Прямая форма 2. Угловая форма.

До введения в действие Директивы 2002 года по оборудованию, работающему под давлением , предохранительные клапаны проектировались в соответствии с буклетом AD A2 (Рабочая группа по сосудам под давлением , оборудованию). Предохранительные клапаны должны были пройти проверку компонентов. Испытания проводились TÜV или аналогичными учреждениями. Процедура и объем испытания компонентов перечислены в информационном листе VdTÜV «Предохранительный клапан 100».

С момента вступления в силу Директивы по оборудованию, работающему под давлением 97/23 / EC и Директивы 2014/68 / EU, в качестве основы для испытаний можно использовать лист данных AD-2000 A2. В качестве альтернативы другие правила, например B. Используется гармонизированная европейская серия стандартов EN ISO 4126. Стандарт состоит из следующих частей:

EN ISO 4126 Часть 1: Предохранительные клапаны
EN ISO 4126 Часть 2: Устройства с разрывной мембраной
EN ISO 4126 Часть 3: Комбинация предохранительных клапанов и разрывных мембран
EN ISO 4126 Часть 4: Предохранительные клапаны с пилотным управлением
EN ISO 4126 Часть 5: Регулируемые предохранительные клапаны (CSPRS)
EN ISO 4126 Часть 6: Устройства с разрывной мембраной - Выбор, применение и установка
EN ISO 4126 Часть 7: Общие данные
EN ISO 4126, часть 9: Использование и установка
EN ISO 4126 Часть 10: Двухфазный поток
EN ISO 4126, часть 11: Функциональные испытания и проверка текучести

Отдельный стандарт на устройства сброса давления разработан для холодильных систем:

EN 13136 холодильные системы и тепловые насосы , устройства сброса давления и связанные с ними линии - метод расчета

Согласно Директиве по оборудованию, работающему под давлением, предохранительные клапаны считаются частями оборудования, выполняющими функцию безопасности . Им присвоена высшая категория IV, и они должны изготавливаться в соответствии с указанными требованиями к производству и испытаниям с участием нотифицированного органа.

Коэффициент расхода определяется соответствующими испытаниями. Из-за разных характеристик потока коэффициент расхода для газов и жидкостей разный. Кроме того, необходимо продемонстрировать, что повышение давления от подъема диска клапана до полного открытия не превышает 10%. Предохранительные клапаны должны снова закрываться, когда давление падает на 10% (газы) или 20% (жидкости) ниже давления срабатывания.

В зависимости от конструкции пружины давление срабатывания предохранительных клапанов может быть установлено в определенном диапазоне. Заданное давление срабатывания достигается за счет воздействия на предварительную нагрузку пружины через резьбовую вставку. Положение смещения - z. B. защищен от ослабления контргайкой. Регулировочное резьбовое соединение закрыто кожухом. В качестве меры предотвращения несанкционированного изменения настроек этот кожух защищен пломбой. Колпачки также используются в качестве крышек для предохранительных клапанов меньшего размера. Несанкционированная регулировка предохранительных клапанов может вызвать значительную опасность и представляет собой опасную манипуляцию .

Кислородный предохранительный клапан

Должна быть предусмотрена возможность вентиляции предохранительных клапанов для нетоксичных веществ. С помощью рычага или колпачка, который можно ослабить и который действует против силы пружины , клапан должен быть открыт не позднее, чем будет достигнуто давление 85% от значения срабатывания. Предохранительные клапаны следует открывать, чтобы предотвратить заедание или коррозию тарелки клапана. При использовании опасных или экологически вредных жидкостей вентиляция не требуется. Вместо этого 2 предохранительных клапана подключены к двум выходным сторонам челночного клапана, а входная сторона подключена к напорной камере, которая должна быть защищена. Такое расположение позволяет снимать и проверять один предохранительный клапан во время использования другого клапана. Таким образом, можно продолжить работу подключенной камеры давления. Такое расположение предусмотрено в стандартах для более крупных жидких газов для хранения контейнеров , аммиак контейнеров, контейнеров для криогенных газов или контейнеров в холодильных установках , которые могут быть очищены только с большим усилием .

При использовании продувочной линии необходимо следить за тем, чтобы противодавление оставалось в допустимом диапазоне и, таким образом, был гарантирован максимальный ход и, таким образом, массовый расход на выходе. Используя уравнение Бернулли , потери давления, определяемые по сопротивлению потоку (трубопровод, изгибы, сужения), должны находиться в допустимом диапазоне. Кроме того, существует требование, чтобы потеря давления на входе не превышала 3% от давления срабатывания.

Операторы систем печати должны установить крайние сроки для проверки предохранительных клапанов в рамках оценки рисков в соответствии с Постановлением о промышленной безопасности.

Инструкция по установке

При использовании предохранительных клапанов необходимо соблюдать инструкции по эксплуатации, поскольку эти типы подходят только для определенных применений. При выборе необходимо учитывать следующие факторы:

Определение размеров возможных генераторов давления,
Коррозия (совместимость со средними материалами),
Сопротивление уплотнения седла (при использовании уплотнений из мягкого материала ),
Дренаж из конденсатов из корпуса клапана на стороне ниже по потоку,
Ухудшение от пыли или продуктов с липким эффектом.

Защитное оборудование оборудования, работающего под давлением, должно быть проверено квалифицированным лицом или уполномоченным контролирующим органом ZÜS в рамках «испытания перед вводом в эксплуатацию» в соответствии с Постановлением о промышленной безопасности .

Выходные отверстия предохранительных клапанов, защищающих неопасные вещества ( воду , воздух ), обычно можно направлять в помещении. При необходимости проем следует расположить таким образом, чтобы не было опасности для людей (например, утечки горячей воды из отопительных котлов ).

Для всех других веществ, z. B. являются ядовитыми, вытесняющими воздух или легковоспламеняющимися , должны быть отведены в районы, в которых не ожидается опасности. Предохранительные клапаны подключены к продувочным трубопроводам, z. Б. открывается на крыше. При необходимости вытекающие жидкости направляются в омыватели для впитывания опасных веществ.

При защите сред с опасными свойствами должны быть предусмотрены специальные меры защиты КИПиУ, чтобы снизить вероятность срабатывания . В отношении характеристик рассеивания опасных веществ в более крупных системах, которые выделяются при срабатывании предохранительного клапана, органы, отвечающие за утверждение, могут потребовать расчет рассеивания. Это з. B. на предприятия химической промышленности , подпадающие под действие Федерального закона о контроле за выбросами (BImSchG). Необходимо доказать, что опасность не может возникнуть. В прошлом при срабатывании предохранительных клапанов происходили серьезные травмы, например B. неконтролируемое распространение сжиженного газа в подвале (авария в отеле Riessersee ) или выбросы аммиака из холодильных систем .

Примечание: в отеле на Риссерзее произошел грандиозный взрыв сжиженного газа, в результате которого 11 человек погибли и 14 получили ранения. В отеле был закопанный контейнер для хранения сжиженного газа, в котором был установлен нагреватель для испарения достаточного количества сжиженного газа во время пикового спроса. 27 декабря 1986 г. вышло из строя управление, и нагрев не отключался после достижения заданного давления. В результате повышения давления в валу купола открылся предохранительный клапан. Поскольку местность, ведущая к отелю, была наклонной, сжиженный газ попал в подвал и там загорелся.

Поскольку герметичность седла предохранительного клапана ограничена, в случае опасных веществ устанавливаются разрывные мембраны, которые считаются технически герметичными. Необходимо контролировать пространство между разрывной мембраной и предохранительным клапаном, чтобы можно было обнаружить разрыв разрывной мембраны .

Предохранительный клапан с сильфоном , который компенсирует влияние любого возможного противодавления ( перепускной клапан с компенсацией противодавления )

Другие устройства сброса давления

Разрывной диск

Разрывные мембраны используются, когда необходимо удалить большие массовые потоки и / или избежать потерь через уплотнение седла предохранительного клапана. Поскольку, в отличие от предохранительных клапанов, отверстие сброса давления не закрывается снова автоматически, разрывные мембраны можно использовать только в том случае, если большие массовые потоки не представляют опасности при разрыве (например, продувка в замкнутую систему, подключение к удару -Offline или использование нетоксичных газов). Разрывные диски используются как устройство сброса давления в случае взрыва или дефлаграции . Разрывные мембраны также используются в сочетании с предохранительным клапаном, с одной стороны, для обеспечения герметичности защищенной системы во время нормальной работы, а с другой стороны, для обеспечения повторного включения защищенной таким образом системы после срабатывания предохранительного устройства. Поскольку их легче чистить по сравнению с предохранительным клапаном, разрывные мембраны также используются в гигиенической сфере (фармацевтика, продукты питания). Также сравните функцию спринклерных клапанов .

Вакуумный выключатель

Вакуумные прерыватели представляют собой вентиляционные клапаны для защиты контейнера от недопустимого вакуума. Вакуум может возникнуть, если подача пара прерывается при одновременной подаче холодной воды из-за конденсации остаточного пара.

Пробка расплава

Пробки расплава могут защитить от недопустимого давления из-за воздействия тепла (огня) в частях системы.

Смотри тоже

Перепускной клапан
Джон Рэмсботтом , изобретатель усовершенствованного предохранительного клапана в 1856 году.

веб ссылки

Commons : Предохранительные клапаны - коллекция изображений, видео и аудио файлов.

Индивидуальные доказательства

↑ Питер Шотт: Санитарная техника - предохранительные и защитные приспособления в установках питьевой воды , В: IKZ-Haustechnik, издание 10/2000, стр. 56 и сл.
^ Энергия давления - Лексикон физики. Spektrum Verlag, доступ к 28 мая 2017 года .
↑ Бернд Глюк: Предохранительные клапаны . Предположения нагрузки, расчет поперечного сечения, системы продувки, алгоритмы для компьютерной программы и примеры.
↑ Андреас Исмайер: Исследование гидродинамического взаимодействия между скачками давления и компонентами системы в центробежных насосных системах. Диссертация, 2010, ISBN 978-3-8322-9779-4 .
↑ munichre.com ( страница больше не доступна , поиск в веб-архивах ) Информация: ссылка была автоматически помечена как дефектная. Проверьте ссылку в соответствии с инструкциями и удалите это уведомление. (PDF).@ 1@ 2

[Schott-1] Питер Шотт: Санитарная техника - предохранительные и защитные приспособления в установках питьевой воды , В: IKZ-Haustechnik, издание 10/2000, стр. 56 и сл.

[druckenergie-2] Энергия давления - Лексикон физики. Spektrum Verlag, доступ к 28 мая 2017 года .

[3] Бернд Глюк: Предохранительные клапаны . Предположения нагрузки, расчет поперечного сечения, системы продувки, алгоритмы для компьютерной программы и примеры.

[4] Андреас Исмайер: Исследование гидродинамического взаимодействия между скачками давления и компонентами системы в центробежных насосных системах. Диссертация, 2010, ISBN 978-3-8322-9779-4 .

[5] unichre.com ( страница больше не доступна , поиск в веб-архивах ) Информация: ссылка была автоматически помечена как дефектная. Проверьте ссылку в соответствии с инструкциями и удалите это уведомление. (PDF).@ 1@ 2

Languages