2.4 Розрахунок запобіжного клапана

Запобіжні клапани являють собою пристрої, що спрацьовують

автоматично, які призначені для випуску із апаратів продуктів, що в них

знаходяться (газів, парів, рідин), при перевищенні тиску вище встановлених

меж. Розрізняють такі види запобіжних клапанів: вантажні, ричажні,

пружинні та комбіновані. Основними розрахунковими параметрами

клапана є тиск спрацьовування та пропускна спроможність

середовища при спрацьовуванні запобіжних клапанів

в атмосферу або в спеціальну закриту систему. В

останньому випадку усувається небезпека загазованості території

технологічних установок, дія отруйних та шкідливих речовин на

навколишнє середовище та людей.

Нижче приводиться методика перевірочного розрахунку пружинного

запобіжного клапана зі скидом парогазового середовища в спеціальну

закриту систему.

1. Приймають надлишковий тиск спрацьовування запобіжного клапана

за відомим надлишковим робочим тиском в апараті:

Робочий (надлишковий) Тиск спрацьовування

тиск Р_р.н, МПа (надлишковий) Р_спр.н, МПа

Менше 0,3 Р_р.н + 0,05

0,3 £ Р_р.н < 6

6 та більше

де: Р_р.н= Р_р.- 0,1 [МПа] та Р_спр.н= Р_спр - 0,1 [МПа]; Р_р. - робочий

(абсолютний) тиск в апараті;

Р_спр - абсолютний тиск спрацьовування апарата, [МПа].

2. За довідковими даними (див. табл. 1 дод.) знаходять молекулярну

масу продукту в апараті, а якщо необхідно, визначають молекулярну масу М

парогазового середовища в апараті за формулою (див. табл. 3 дод.).

80

3. Визначають густину середовища в апараті при тиску спрацьовування

запобіжного клапана та робочій температурі:

_МРспр

r_t = 120,27 ,

t_p + 273

де: r_t - щільність парогазового середовища в апараті, [кг/м³];

t_p - робоча температура в апараті, [⁰С];

Р_спр - абсолютний тиск спрацьовування клапана, [МПа].

4. Подальші розрахунки проводять з використанням методу

послідовних наближень, для чого задаються тиском на вході в відвідний

трубопровід Р_вх (на виході - з відвідного патрубка запобіжного клапана).

Приймають:

Р_вх=Р_с,

де: Р_с - абсолютний тиск середовища в закритій системі, куди

скидається парогазове середовище, [МПа].

5. Визначають співвідношення:

Р_вх.н/Р_спр.н ,

де: Р_вх.н=Р_вх-0,1 [МПа] - надлишковий тиск середовища у відвідному

трубопроводі, [МПа].

6. За довідковими даними (див. табл. 5 дод.) знаходять показник

адіабати k середовища, яке виходить через запобіжний клапан з апарата, і

обраховують коефіцієнт В (див. табл. 19 дод.):

B=f(P_вх.н/Р_спр.н; k).

7. Визначають необхідну площу прохідного перерізу запобіжного

клапана при максимальній продуктивності апарата за парогазовим

середовищем (або припливом в апарат середовища) під час аварійної

ситуації:

81

7.142 ×10^-4 G_max

F =

jB P_спр - P_вх rt

де: F - площа прохідного перерізу клапана, [м²];

G_max - максимальна продуктивність апарата за парогазовим

середовищем, [кг/с];

j - коефіцієнт витрат середовища через клапан (величина j

приводиться в паспорті клапана і для повнопідйомних

клапанів типу ППК та СППК складає в середньому 0,16-

0,17).

8. Порівнюють знайдену площу прохідного перерізу F_з з фактичною

площею прохідного перерізу F_к запобіжного клапана, встановленого на

апараті, яку визначають за формулою:

F_к=0,785d_с²,

де: d_с - діаметр сопла запобіжного клапана, [м];

Діаметр сопла, м 0,012 0,03 0,04 0,05 0,072

Діаметр відвідного патрубка, м 0,032 0,08 0,1 0,125 0,2

Якщо F > F_к, то необхідно встановлювати запобіжний клапан більшої

пропускної спроможності (з більшим діаметром сопла d_с і, відповідно, з

більшою площею прохідного перерізу клапана F_к, що підбираються з

наведеної вище таблиці; при необхідності пропонують улаштування двох та

більше клапанів).

Якщо F £ F_к, то розрахунки продовжують, починаючи з п. 9.

9. Визначають площу перерізу відвідного трубопроводу:

F_від=p d_від²/4,

де: d_від - внутрішній діаметр відвідного трубопроводу, [м];

(діаметр відвідного трубопроводу повинен бути не меншим

діаметра відвідного патрубка запобіжного клапана).

10. Визначають щільність середовища на виході з відвідного

трубопроводу (в закритій системі):

82

r_від = 120,27

11. Визначають

середовища:

( )_.

w_кр = 128,95

12. Визначають швидкісний коефіцієнт на виході з відвідного

трубопроводу:

G_max

l_вих = .

r_відF_відw_{к р}

13. Визначають кількість і вид місцевих опорів на відвідному

трубопроводі, за довідковими даними (див. табл. 12 дод.) знаходять

значення коефіцієнтів місцевих опорів.

14. Визначають сумарний коефіцієнт місцевих опорів:

n

å

i=1

де: N_і - кількість місцевих опорів одного типу;

z_і - чисельне значення і-го коефіцієнта;

n - число видів опорів.

15. Визначають коефіцієнт опору тертя лінійних частин трубопроводу:

l = 0,0132d_ві^0,25 _.

16. Визначають коефіцієнт опору системи:

z_сист = z_с +

де: l_i - довжина і-ої лінійної ділянки відвідного трубопроводу, [м];

n - число лінійних ділянок.

83

17. Визначають параметр:

L =

l_вх = f L ;l_вих .

19. Визначають швидкість пароповітряного середовища на виході з

запобіжного клапана:

w_вх=l_вхw_кр .

20. Визначають падіння тиску у відвідному трубопроводі:

_{æ ö}

DP = P_вх - 1 .

è ø

21. Визначають уточнене значення тиску на виході у відвідний

трубопровід:

P_вх = Р_вх +DР.

22. Порівнюють уточнене значення тиску на вході у відвідний

Р_{вх з прийнятим раніше значенням Рвх. Якщо} Р_{вх значно}

відрізняється від прийнятого раніше Р_вх( >1,05Р_вх або <0,95 Р_вх),

то пропускну спроможність клапана слід перерахувати, прийнявши Р_вх=

(розрахунки повторюють, починаючи з п.4).

Якщо не значно відрізняється від прийнятого раніше значення Р_вх

(0,95 Р_вх £ £ 1,05 Р_вх), то величину Р_вх вважають істинною.

23. Уточнюють значення коефіцієнта (див. табл. 19 дод.):

В^/ = f P_вх.н / Р_спр.н ; k

84

24. Перевіряють пропускну здатність запобіжного клапана G_k:

G_k = 1400 j F В^/ P_спр - Р_вх pt

25. Порівнюють знайдене значення пропускної здатності клапана G_k з

максимальною продуктивністю апарата за парогазовим середовищем при

аварійній ситуації G_max:

при G_k ³ G_max розрахунки завершують;

при G_k < G_max необхідно:

- встановити запобіжний клапан з більшим діаметром сопла та, відповідно,

з більшим діаметром відвідного патрубка і трубопроводу d _від. і повторити

розрахунки, починаючи з п. 8;

- зменшити гідравлічний опір відвідного трубопроводу (зменшити його

довжину, збільшити діаметр або зменшити кількість місцевих опорів).У цому

випадку розрахунки повторюють, починаючи з п. 13.

26. Результати перевірочного розрахунку запобіжного клапана

(технічна характеристика):

- середовище в апараті;

- робочий (абсолютний) тиск Р_р, [Па];

- робоча температура t_p, [^оС];

- тиск (абсолютний) спрацьовування клапана Р_спр , [МПа];

- тиск (абсолютний) у закритій системі Р_с , [МПа];

- тип запобіжного клапана;

- пропускна здатність запобіжного клапана G_k , [кг/с];

- площа прохідного перерізу клапана F_k , [м²];

- діаметр відвідного трубопроводу d _від , [м];

- коефіцієнт опору системи z _сист ;

- падіння тиску в відвідному трубопроводі DР , [МПа] .

85

86