در این مقاله به دلایلی میپردازیم که چرا نصب شیرهای اطمینان ASME VIII بر روی boilerهایی که مطابق با استاندارد ASME I طراحی شدهاند، نادرست و احتمالاً خطرناک است و تفاوتهای اساسی بین این دو نوع شیر را به تفصیل بیان میکنیم.
برآوردن الزامات کد ASME بخش I
یک اشتباه رایج که در برخی صنایع مشاهده میشود، استفاده از pressure relief valve است که مطابق با کد ASME بخش VIII طراحی شدهاند، در حالی که boilerها طبق استانداردهای ASME بخش I ساخته شدهاند. شیرهایی که برای برآورده کردن الزامات ASME بخش I طراحی میشوند، تحت معیارهای سختگیرانهتری نسبت به شیرهایی هستند که طبق ASME بخش VIII طراحی شدهاند.
بنابراین، طراحی این شیرها پیچیدهتر است تا بتواند این الزامات را برآورده کند. به عنوان مثال، کد ASME بخش I فشار اضافی را به ۳ درصد یا ۲ psi، هر کدام که بیشتر باشد، محدود میکند، در حالی که ASME بخش VIII اجازه میدهد این فشار اضافی به ۱۰ درصد یا ۳ psi، هر کدام که بیشتر باشد، برسد. اگر یک PRV به گونهای تنظیم شود که در همان مقدار فشار کاری مجاز حداکثری boiler (MAWP) باز شود، overpressure بالاتر مجاز در ASME بخش VIII (۱۰ درصد) از تجمع حداکثری مجاز توسط ASME بخش I (۶ درصد) فراتر خواهد رفت.
Blowdown و الزامات دقیقتر ASME بخش I
Blowdownنیز پارامتری است که در ASME بخش I نسبت به بخش VIII الزامات سختگیرانهتری دارد. اگرچه مقادیر blowdown دیگر از سوی کاربر نهایی لازم نیست و تنها در طول مرحله آزمایش ظرفیت جریان شیر توسط سازنده مورد نیاز است، ASME بخش I مقادیر حداکثری blowdown را بین ۴ تا ۶ درصد بسته به محدوده فشار تنظیمی شیر مشخص میکند. در مقابل، ASME بخش VIII مقدار حداکثر blowdown را به صورت ثابت ۷ درصد یا ۳ psi، هر کدام که بیشتر باشد، برای گازها و بخارات تعیین میکند. بنابراین، دلیل اصلی اینکه یک شیر طراحیشده مطابق با کد ASME بخش VIII نباید روی boiler مطابق با استاندارد ASME بخش I طراحی شده نصب شود، این است که شیر اطمینان فشار ASME VIII نمیتواند الزامات حداقل overpressure و blowdown را برآورده کند.
ASME بخش I حداقل blowdown ۲ psi یا ۲ درصد از فشار تنظیمی را الزامی میداند تا عملکرد یکنواخت و chattering شیر تضمین شود. در مقابل، ASME بخش VIII حداقل blowdown را الزامی نمیکند. در boilerها، blowdown کمتر از ۲ درصد یا ۲ psi میتواند باعث شود که دیسک با نازل برخورد کرده و در همان فشار باز شدن، جریان به درستی برقرار نشود و هیچگونه افزایش ارتفاعی در لیفت دیسک ایجاد نکند. پیامدهای عملی در نتیجه، شیر نمیتواند ظرفیت جریان مورد نیاز را آزاد کند و این امر باعث افزایش بیشتر فشار داخل boiler میشود. chattering میتواند به اجزای شیر، اتصالات لولهکشی و لولههای مجاور آسیب برساند.
طراحی پیچیدهتر در Boilerها
در شیر ASME بخش VIII، حداکثر ظرفیت جریان در فشار اضافی ۱۰ درصد یا ۳ psi، هر کدام که بیشتر باشد، به دست میآید. اگر مقدار فشار اضافی به ۳ درصد کاهش یابد تا با الزامات ASME بخش I مطابقت داشته باشد، مساحت نازل مورد نیاز افزایش مییابد. در نتیجه، شیر ASME بخش VIII نمیتواند به حداکثر لیفت دیسک برسد و بنابراین نمیتواند حداکثر ظرفیت جریان خود را در فشار اضافی ۳ درصد به دست آورد. شیرهای اطمینان طراحیشده برای boilerها، به دلیل طراحی پیچیدهتر خود، میتوانند حداکثر ظرفیت جریان را در فشار اضافی پایینتری نسبت به شیرهای طراحیشده بر اساس کد ASME بخش VIII به دست آورند.
برای مقایسه هر دو طراحی بیشتر، یک شیر با نازل “L” و مساحت گذر نازل 2.853 اینچ مربع را در نظر بگیرید. لیفت کلی دیسک معادل ۲۵ درصد از قطر اریفیس نازل است. وقتی این درصد لیفت به دست میآید، مساحت شکلگرفته توسط اریفیس نازل و مساحت شکلگرفته توسط لیفت کلی دیسک برابر میشوند. در نتیجه، ظرفیت جریان شیر بهصورت فیزیکی توسط مساحت اریفیس نازل محدود میشود نه لیفت دیسک. در این مثال، برای نازلی با قطر اریفیس L معادل ۴۸.۴ میلیمتر، لیفت ۲۵ درصدی دیسک برابر با ۱۲.۱ میلیمتر است. به عبارت دیگر، مساحت اریفیس نازل و مساحت شکلگرفته توسط لیفت کلی دیسک هر دو معادل ۱۸۳۹.۹ میلیمتر مربع هستند. حتی اگر لیفت دیسک بیشتر شود، ظرفیت جریان شیر همچنان توسط مساحت اریفیس نازل محدود میشود. بهطور تئوری، هر دو طراحی ASME) بخش I و ASME بخش (VIII به همان مقدار حداکثر لیفت دیسک میرسند، اما در فشار اضافیهای متفاوت، که منجر به ظرفیت جریان متفاوت میشود.
مساحت نازل در مثال بالا یک مقدار مؤثر است که توسط استاندارد API Std. 526 تعریف شده است، که عمدتاً برای شیرهایی که از مخازن تحت فشار مطابق با ASME بخش VIII محافظت میکنند، اعمال میشود. با این حال، مقادیر واقعی سازندگان ممکن است کمی بزرگتر از مقادیر منتشرشده توسط API Std. 526 باشد. بسیاری از تولیدکنندگان boilerها تنها از برخی از مقادیر مساحت اریفیس منتشرشده توسط API Std. 526 بهعنوان مرجع استفاده میکنند، اما اندازهها (NPS) اتصالات ورودی و خروجی با مقادیر تعریفشده در API مطابقت ندارند. بنابراین، ابعاد مرکز تا سطح روی شیرهایی که مطابق با کد ASME بخش VIII ساخته شدهاند، همانطور که در API Std. 526 تعریف شده است، برای شیرهای دیگ مرجع محسوب نمیشوند. در شیرهای دیگ، این ابعاد مرکز تا سطح بهطور جداگانه توسط تولیدکننده شیر استانداردسازی میشوند، اما هیچ استانداردی مشابه استاندارد API برای استانداردسازی این ابعاد وجود ندارد.
Overpressure و Blowdown
Overpressure بالاتر) طبق ASME بخش(VIII، همراه با مقدار بالاتر blowdown، منجر به هدررفت بیشتر بخار در طی فرآیند تخلیه میشود. در عین حال، این امر boiler را در معرض فشار و دمای بالاتر قرار میدهد که میتواند به آسیبهای حرارتی منجر شود. در نتیجه، blowdown بیشتر نیازمند آن است که boiler بخار بیشتری تولید کند تا بخار هدر رفته را جایگزین کند. در مقابل، یک pressure safety valve طراحی و ساختهشده مطابق با الزامات کد ASME بخش I، با مهندسی پیچیدهتر، overpressure و blowdown کمتری را فراهم میکند.
این امر منجر به کاهش مواجهه boiler با فشار , دما و حداقل شدن هدررفت بخار تولیدشده میشود. حداکثر فشار تخلیه از طریق شیر (در فشار اضافی ۱۰ درصد) همچنین به حداکثر فشار داخل boiler تبدیل خواهد شد. overpressure و blowdown کمتر همچنین از افزایش سطح آب در درام بخار دیگ جلوگیری میکند، که میتواند منجر به “انتقال” آب به اجزای داخلی شیرهای اطمینان فشار در زمانی که شیرها در حین عملیات باز میشوند، شود. برای توضیح بیشتر این موضوع، میتوانیم مقادیر ظرفیت جریان را با مقادیر فشار تنظیمی برابر و همان اریفیس گذر نازل مقایسه کنیم، اما با فشار اضافی متفاوت. فشار تخلیه (فشار باز شدن + فشار اضافی)، فراتر از مساحت واقعی گذر نازل، ظرفیت جریان شیر را تعیین میکند. با تغییر مقدار فشار اضافی، مقدار فشار تخلیه نیز تغییر میکند که در نتیجه ظرفیت جریان شیر را در فشار اضافی ۳ درصد یا ۱۰ درصد تغییر میدهد.
مثال 1:
Boiler pressure relief valve set to open at 300 psig (20.7 barg) with 3% overpressure and “M” (3.6 in²) orifice:
- Absolute relief pressure: 323.7 psia (22.3 bara)
- Valve rated flow capacity with saturated steam: 52,692.27 lbs/hr (23,887.56 kg/h)
مثال 2:
Pressure vessel pressure relief valve set to open at 300 psig (20.7 barg) with 10% overpressure and “M” orifice (3.6 in²):
- Absolute relief pressure 344.7 psia (23.7 bara)
- Flow capacity with saturated steam: 56110.7 lbs/hr (25437.26 kg/h)
مسئولیت تعیین مشخصات و ابعاد شیرها
الزامات بخشهای I و VIII ASME بر اساس اینکه چه کسی مسئول نصب شیر اطمینان فشار است، متفاوت هستند.
- برای ساخت جدید: مطابق با الزامات بخش I، سازنده دیگ مسئول مشخص کردن و اندازهگیری شیرها است. این کار با تکمیل فرمهای P-7 ASME یا گاهی فرمهای P-2، P-3 یا P-3A انجام میشود )به پاراگراف PG-112.2.8 بخش I ASME، و همچنین PG-16.2.4 و PG-70.1 مراجعه کنید). اطلاعات مربوط به ظرفیت تبخیر دیگ در اختیار سازنده دیگ قرار دارد.
- برای مخازن تحت فشار: مسئولیت انتخاب و نصب PRV یا دستگاههای دیگر تخلیه فشار (مطابق با UG-125(a) بندهای 1 تا 4 در نسخههای ASME بخش VIII تا سال 2019 یا پاراگراف UG-151 (a تا c) در نسخه 2023) بر عهده کاربر نهایی است، زیرا اطلاعات مربوط به فرآیند در اختیار آنها است.
سازنده مخزن ملزم به ارائه سیستم حفاظت در برابر overpressure نیست (مطابق با پاراگراف UG-151(d) در نسخه 2023 کد ASME بخش VIII).
شیرهای دارای گواهینامه دوگانه ASME
شیرهایی که ظرفیت جریان آنها مطابق با ASME بخش VIII تأیید شده و دارای گواهینامه دوگانه (ASME بخش I و بخش VIII) هستند و نشان “UV” بر روی پلاک آنها حک شده است (برای مخازن تحت فشاری که در معرض آتش نیستند)، نمیتوانند در کاربردهایی که مطابق با الزامات ASME بخش I هستند، استفاده شوند.
انتخاب صحیح شیر برای ایمنی boiler
تمام boilerها باید توسط pressure relief valves محافظت شوند که به درستی مشخص و اندازهگذاری شدهاند تا الزامات ASME بخش I را برآورده کنند و در مواقع ضروری به درستی عمل کنند. در حالی که شیرهای ساختهشده مطابق با ASME بخش VIII نیز برای تخلیه overpressureطراحی شدهاند، اما قادر به تخلیه فشار اضافی با مقدار تنها ۳ درصد نیستند، که این یک الزام اساسی برای حفاظت از boiler طبق ASME بخش I است.
شیرهای اطمینانی که مطابق با ASME بخش I برای دیگهای بخار طراحی میشوند، دارای طراحی پیچیدهتری هستند تا بتوانند ظرفیت جریان خود را با فشار اضافی تنها ۳ درصد تأمین کنند. این شیرها همچنین تلورانس فشار باز شدن کمتری نسبت به شیرهای طراحیشده بر اساس ASME بخش VIII دارند. علاوه بر این، مواد مورد استفاده در ساخت اجزای داخلی شیرهای حفاظتی boiler تحت فرآیند انتخاب دقیقتری قرار میگیرند. برای سایر اجزا مانند body و bonnet، مواد اساساً در هر دو نوع طراحی مشابه هستند و باید با پاراگراف PG-73.3.3 در ASME بخش I (نسخه ۲۰۲۳) و 3.3.1 در ASME بخش XIII (نسخه ۲۰۲۳) مطابقت داشته باشند. در هر دو حالت، مواد مورد استفاده باید مطابق با ASME بخش II انتخاب شوند.
در نهایت، اطمینان از نصب شیرهای اطمینان فشاری مناسب که مطابق با الزامات خاص ASME بخش I طراحی و تأیید شدهاند، برای تضمین عملکرد ایمن boilerها و حفاظت از پرسنل و تجهیزات در برابر خطرات ناشی از فشار بیش از حد ضروری است.
راه های ارتباطی با ما:
989121456662+
989399096543+
989359812005+
برای مشاهده مقالات بیشتر میتونید به LinkedIn ما هم سر بزنید.
جهت آشنایی بیشتر پیشنهاد میکنیم به صفحه شیرهای اطمینان TOSACA EFSVALVE ما سر بزنید
#آرادمانی #بویلر #شیراطمینان #شیرایمنی
#aradmani #boiler #safetyvalve #PRV #tosaca #EFSvalves #overpressure