Предохранительные клапаны и защитные устройства криогенных резервуаров

Предохранительный клапан криогенного резервуара не дает сосуду превысить максимальное допустимое рабочее давление. У полноценного резервуара это не одно устройство, а система: основной и резервный предохранительные клапаны на переключающем кране, разрывная мембрана на внутреннем сосуде и устройство защиты межстенного вакуумного пространства.

Каждое из этих устройств существует потому, что криогенная жидкость хранится намного ниже своей температуры кипения при окружающих условиях. Приток тепла непрерывен и неустраним, поэтому рост давления, это нормальное состояние сосуда, а не неисправность. Система защиты от давления не дает этому нормальному росту превратиться в разрушение конструкции.

В статье разобрано, что делает каждое устройство, зачем нужен переключающий кран, почему предохранительные устройства нельзя отсекать и что проверить в системе защиты от давления у резервуара б/у перед покупкой.

Из чего состоит система защиты криогенного резервуара от давления?

Криогенный резервуар с вакуумной изоляцией, это два сосуда в одном. Внутренний сосуд удерживает криогенную жидкость под давлением. Наружный кожух, это вакуумная оболочка, рассчитанная на наружное давление, а не на внутреннее. Им нужна совершенно разная защита.

Стандартная схема включает:

• Основной предохранительный клапан на внутреннем сосуде, пружинный, самозакрывающийся, с уставкой на уровне максимального допустимого рабочего давления или ниже
• Резервный предохранительный клапан такой же пропускной способности, чтобы один клапан можно было вывести из работы, не оставляя сосуд без защиты
• Переключающий кран, несущий оба клапана и устроенный так, что хотя бы один путь сброса всегда открыт
• Разрывная мембрана на внутреннем сосуде как несамозакрывающееся резервное устройство
• Устройство защиты межстенного пространства, иногда называемое предохранителем вакуумной рубашки, защищающее наружный кожух
• Сбросной трубопровод с выпуском в безопасное место, вдали от персонала и воздухозаборников зданий

Уставки задаются изготовителем по применимому коду: PED 2014/68/EU с EN 13458 для стационарных сосудов в Европе, EN 13530 и транспортные правила для транспортных сосудов либо ASME Section VIII для рынка США. Они выбиты на клейме или зафиксированы в документации сосуда. Это не настройки, регулируемые по месту.

Что делает основной предохранительный клапан?

Основной предохранительный клапан, это рабочее устройство. Он открывается, когда давление в паровом пространстве достигает уставки, стравливает пар до снижения давления и снова садится на седло. На резервуаре в обычной эксплуатации, особенно на простаивающем или с неисправностью контуров регулирования давления, этот клапан может срабатывать периодически. Это система, выполняющая свою работу.

Два момента операторы часто понимают неверно:

• Уставка предохранительного клапана находится на уровне MAWP внутреннего сосуда или ниже, а не на каком-то более высоком давлении по выбору оператора. Если процессу нужно более высокое давление отпуска, ответом является сосуд более высокого класса давления, а не другой предохранительный клапан
• Часто срабатывающий предохранительный клапан, это симптом, а не помеха. Обычные причины, это приток тепла из-за деградировавшего вакуума, зависший в открытом положении регулятор подъема давления или неработающий экономайзер, и каждую из них надо разбирать

Многократные срабатывания к тому же изнашивают седло, поэтому цикливший клапан может начать пропускать ниже уставки. Устраните причину роста давления и передайте клапан на оценку.

Зачем нужны резервный предохранительный клапан и переключающий кран?

Предохранительный клапан, это механическое устройство с пружиной, седлом и мягким уплотнением. Оно требует периодической проверки и со временем замены. Сосуд под давлением в эксплуатации нельзя оставлять без защиты от превышения давления на время этих работ, а опорожнение и отогрев криогенного резервуара ради замены клапана заняли бы несколько суток.

Эту задачу решает переключающий кран. Это трехходовой кран, иногда называемый сдвоенным манифольдом или переключающим устройством, с предохранительным клапаном на каждом из двух выходов. Его внутренняя конструкция обеспечивает, что путь потока хотя бы к одному предохранительному клапану всегда открыт. В среднем положении подключены оба. Установить его в положение, отсекающее оба устройства сразу, невозможно.

Регламент работы прост:

• Переведите переключающий кран полностью в одну сторону, чтобы ввести эту линию защиты в работу, прежде чем снимать второй клапан
• Никогда не оставляйте рукоятку в промежуточном положении после работ, если инструкция изготовителя прямо не определяет это положение как рабочее
• Оба предохранительных клапана должны иметь одинаковую уставку и одинаковую пропускную способность. Подбор замены не сводится к поиску клапана с подходящим присоединительным размером
• Фиксируйте операции переключения, чтобы история обслуживания показывала, какая линия была в работе и когда

Для чего на криогенном резервуаре разрывная мембрана?

Разрывная мембрана, это несамозакрывающееся устройство. Это тонкая металлическая диафрагма, которая разрушается при заданном давлении и остается открытой до замены. Ее давление срабатывания выше уставки предохранительного клапана, но в пределах, которые код допускает относительно MAWP, поэтому при обычном превышении давления первым срабатывает клапан, а мембрана остается целой.

Мембрана существует для событий, с которыми пружинный клапан может не справиться в одиночку:

• Пожар снаружи, когда внешний нагрев дает парообразование намного выше обычных потерь на испарение
• Предохранительный клапан, который не открылся, например из-за льда в выпуске или механической неисправности
• Быстрый скачок давления, когда полная площадь сброса нужна немедленно

Поскольку разрывная мембрана не закрывается обратно, резервуар стравливает содержимое до полного снижения давления. Это предусмотренное поведение. Затем резервуар выводится из эксплуатации, а узел мембраны заменяется правильной деталью, соответствующей давлению срабатывания и держателю, указанным изготовителем. Мембрана другого изготовителя с похожим номиналом не является эквивалентом. Если на резервуаре б/у вы обнаружили разрушенную или замененную мембрану, выясните причину и ожидайте ответа в комплекте документации.

Что защищает межстенное вакуумное пространство?

Это устройство игнорируют чаще всего, а защищает оно от одного из более серьезных отказов. Межстенное пространство между внутренним сосудом и наружным кожухом находится под глубоким вакуумом, и кожух рассчитан на эту наружную атмосферную нагрузку. Сосудом под давлением он не является.

Если внутренний сосуд или внутренняя трубка дают течь, криогенная жидкость попадает в межстенное пространство, поглощает тепло и испаряется. Объемное расширение очень велико, поэтому вакуумное пространство может быстро набрать давление. Без пути сброса наружный кожух разрушился бы. Устройство защиты межстенного пространства, обычно подпружиненная тарелка или разрывная пластина с эластомерным уплотнением, срабатывает при низком давлении, намного ниже того, что мог бы выдержать кожух.

Правила для этого устройства:

• Его нельзя закрашивать, заклеивать, герметизировать и закрывать изоляцией или обшивкой
• Его нельзя перекрывать снегом, льдом, птичьими гнездами или прислоненными к резервуару материалами
• Его нельзя снимать для проверки вакуума. Показания вакуума снимают через специальный вакуумный штуцер
• Если оно сработало, вакуума больше нет, и резервуар выводится из эксплуатации до выяснения причины и восстановления системы изоляции
• При осмотре убедитесь, что устройство вообще есть. На старых единицах его иногда не находят после ремонта

Сработавшее устройство защиты кожуха, это сильный признак течи внутреннего сосуда, а это иная проблема, чем медленная деградация вакуума. Статья о потере вакуума в криогенных резервуарах разбирает это различие.

Почему предохранительные устройства нельзя отсекать или перекрывать?

Это правило значит на криогенной установке больше всего. Предохранительное устройство, которое не видит давления в сосуде или не может стравить, не дает защиты, а резервуар внешне никак не сигнализирует, пока давление уже не выросло.

На практике отсечение происходит способами, которые выглядят безобидно:

• Запорный клапан, установленный перед предохранительным и закрытый, чтобы остановить пропускающий клапан вместо его ремонта
• Переключающий кран, оставленный в положении, которое изготовитель не определяет как рабочее
• Заглушка, фланец-заглушка или пробка на выпуске сброса, поставленная для защиты от дождя
• Сбросной трубопровод, удлиненный длинной или заниженной по диаметру трубой, что добавляет противодавление, на которое клапан не рассчитан
• Выпуск, замерзший из-за того, что он направлен вверх и в нем скопилась вода
• Устройство защиты межстенного пространства, закрытое при покраске или переобшивке

Сбросной трубопровод заслуживает внимания при любом обследовании площадки. Выпуск должен быть в безопасное место, вдали от проходов, дверей, воздухозаборников и позиции налива автоцистерны, и он должен быть самодренирующимся, чтобы конденсат не скапливался и не замерзал. Сбросы кислорода и азота создают у выпуска опасность обогащения или дефицита кислорода. Там, где клапан перед предохранительным устройством предусмотрен проектом, он фиксируется или пломбируется в открытом положении по документированной процедуре, определенной кодом и изготовителем.

Как часто проверять или менять предохранительные клапаны?

Единого универсального интервала не существует, и любой поставщик, называющий цифру без вопросов о вашем сосуде и юрисдикции, гадает. Требование идет из двух источников: применимого кода и национальных норм для сосуда и руководства изготовителя по конкретному устройству. Для транспортных сосудов цикл периодического освидетельствования задают транспортные правила, и работы по предохранительным устройствам выполняются в рамках этого цикла.

Что одинаково во всех системах, так это порядок работ:

• Уставка предохранительного клапана проверяется на стенде компетентной мастерской либо клапан заменяется новым сертифицированным, с интервалом, заданным кодом и изготовителем
• После настройки устройства пломбируются. Нарушенная пломба означает, что настройка больше не подтверждена и клапан подлежит повторной сертификации
• Уставка никогда не подстраивается по месту ради решения эксплуатационной проблемы
• Разрывные мембраны меняются по установленному интервалу, а также после любого разрушения, поскольку материал мембраны устает при циклах давления
• Каждая проверка, замена и операция переключения фиксируется, а сертификаты хранятся в досье сосуда
• Визуальные проверки между формальными интервалами охватывают выпуски сбросов, устройство защиты межстенного пространства, коррозию корпуса клапана и любые признаки пропуска или обледенения

Встраивайте график работ по предохранительным устройствам в общее плановое обслуживание сосуда, рядом с замером вакуума, который выполняется каждые 6, 12 месяцев. Статья о графике обслуживания криогенного резервуара показывает, как эти интервалы сочетаются.

Что проверить в защитных устройствах б/у криогенного резервуара?

Защита от давления, это одна из тех областей, где осмотр резервуара б/у либо укрепляет доверие, либо прекращает переговоры. Пройдите по списку ниже до принятия решения о покупке.

• MAWP с заводской таблички против уставки, выбитой на каждом предохранительном клапане. Они должны согласовываться между собой и с предполагаемой службой
• Оба предохранительных клапана на месте, с одинаковой уставкой и пропускной способностью, с целыми пломбами изготовителя и читаемой маркировкой
• Переключающий кран на месте и плавно работает на всем ходу, без признаков того, что один из выходов был заглушен
• Держатель разрывной мембраны собран правильно, с документами на номинал мембраны и объяснением любой замены
• Устройство защиты межстенного пространства на месте, не закрашено, не перекрыто и не повреждено
• Сбросной трубопровод цел, правильно проложен и самодренирующийся, без заглушек и самодельных удлинений
• Сертификаты последней проверки или замены предохранительных устройств в комплекте документации
• Подтверждение состояния вакуума, поскольку деградировавший вакуум будет держать систему защиты в непрерывной работе

KAF Cryogenics продает сертифицированные криогенные резервуары б/у, прошедшие осмотр, неразрушающий контроль, а также вакуумные и пневмогидравлические испытания, с комплектом документации и письменной гарантией. Если сосуду нужны новые предохранительные устройства, они подбираются по MAWP сосуда и применимому коду до передачи единицы заказчику. Новые резервуары по спецификации также доступны, если нужный класс давления или конфигурация отсутствуют на складе.

Часто задаваемые вопросы

Читайте также

• потере вакуума в криогенных резервуарах
• максимальное допустимое рабочее давление и класс давления
• графике обслуживания криогенного резервуара
• почему растет давление в криогенном резервуаре
• контур подъема давления и экономайзер
• криогенные резервуары для хранения