Устройства регулирования давления: разбираемся в нюансах

Хотите снизить давление? Давайте поговорим о предохранительных клапанах в AFT Impulse.

В любой сложной системе трубопроводов одним из наиболее серьезных сценариев, рассматриваемых во время исследования безопасности или HAZOP, является избыточное давление. Если давление в системе достигает достаточно высокого давления, может произойти разрыв, что приведет к дорогостоящему ремонту, значительному простою системы и даже гибели людей. В большинстве случаев правильное использование предохранительных клапанов может смягчить или избежать разрыва под давлением. К счастью, программное обеспечение AFT можно использовать для простого и точного моделирования предохранительных клапанов в различных сценариях, помогая инженерам в проектировании безопасных и надежных систем.

Все три основных продукта AFT — AFT Fathom, AFT Arrow и AFT Impulse — способны моделировать предохранительные клапаны для условий, для которых каждый из них разработан. AFT Fathom и AFT Arrow могут помочь показать, будет ли когда-либо достигнуто значение уставки предохранительного клапана в установившемся режиме, и как эта система будет работать после открытия предохранительного клапана. AFT Impulse может помочь понять, как клапан будет вести себя как в установившемся, так и в переходном режиме, и как система в целом будет реагировать на различные переходные процессы.

Давайте посмотрим, как можно использовать AFT Impulse и его анализ переходных процессов, чтобы понять, как предохранительные клапаны влияют на системы, в которых они используются.

Для моделирования предохранительных клапанов AFT Impulse предоставляет четыре шаблона профиля клапана, а также параметр общего профиля, который позволяет пользователю указать уникальную конструкцию клапана и обведен красным на рис. 1 ниже. Эти четыре профиля включают в себя:

• Пассивный: клапан открывается и закрывается в зависимости от силы давления. Типичные пассивные клапаны сконструированы с использованием пружины, которая удерживает клапан закрытым ниже заданного значения и закрывает его при снижении давления.
• Управляется пилотом: клапан открывается и закрывается в зависимости от силы давления. Типичные предохранительные клапаны с пилотным управлением (PORV) используют гидравлическую жидкость на задней стороне клапана, чтобы удерживать клапан закрытым. Эта жидкость может быть либо отдельной системой, либо подключена к удаленному месту в сети.
• Разрывной диск: клапан открывается при заданном давлении и не закрывается. Разрывные мембраны часто используются, когда требуется быстрое реагирование для предотвращения нечастого, но серьезного сценария избыточного давления.
• Предвосхищающий всплеск: клапан открывается и закрывается в зависимости от силы давления. Типичные клапаны предотвращения помпажа работают аналогично пилотному клапану с дистанционным управлением, при этом система работает для гашения волн давления, проходящих через систему.

Опция «Общий профиль» позволяет пользователю создать свой собственный клапан, позволяя ему открываться и закрываться мгновенно, в соответствии с определенной траекторией времени-Cv или в зависимости от силы давления. С помощью этой опции «Общий профиль», когда пользователь выбирает «Время» для профиля открытия или закрытия, он затем может перейти на вкладку «Переходный процесс», где он может ввести информацию для определения этого переходного профиля.

Под разделом «Профили» находится раздел «Уставки клапана», который позволяет пользователю определять рабочие точки клапана. Установочное давление определяет давление, при котором клапан начинает открываться, избыточное давление определяет, когда клапан полностью открыт, а давление продувки определяет, когда клапан закрывается.

Кроме того, все типы предохранительных клапанов, смоделированные в AFT Impulse, могут быть смоделированы либо как гидравлически сбалансированные (с постоянным противодавлением), либо как нет. Когда клапан сбалансирован, механизм клапана не зависит от давления на выходе, а уставки могут быть определены на основе фактического давления на входе. Когда клапан не уравновешен, противодавление на клапане непостоянно, и уставки основаны на перепаде давления с условиями ниже по потоку.

Остальные входные данные для предохранительных клапанов в AFT Impulse аналогичны любому другому соединению клапана в программном обеспечении. Пользователи могут вводить информацию о моделировании потерь для своего клапана, что позволяет AFT Impulse точно определять расход через предохранительный клапан, когда он открыт. Они также могут добавлять в проектные предупреждения, уведомляющие инженера, если с клапаном происходит какой-либо набор событий, включая его открытие или достижение определенного давления или расхода.

С помощью этих опций практически любую конструкцию предохранительного клапана можно смоделировать во время переходных процессов, что позволяет точно определить их влияние на остальную часть системы. Давайте посмотрим, как различные предохранительные клапаны влияют на систему в AFT Impulse.

В системе, которую мы рассмотрим, изображенной на рис. 2 выше, насос J2 отключается с инерцией через 5 секунд моделирования, а клапан J4 закрывается линейно в течение первых 2 секунд моделирования. Обратите внимание, что труба P2 имеет длину 10,000 XNUMX футов, а это означает, что волне давления, генерируемой в системе, требуется некоторое время, чтобы пройти вперед и назад, что позволяет нам видеть скачки давления относительно разнесенными.

Во-первых, давайте посмотрим, как работает система с предохранительным клапаном и без него. На рис. 3а ниже показаны входы, используемые для предохранительного клапана в системе, а на рис. 3b показан график статического давления непосредственно перед клапаном J4 за 30-секундный период. Как показано на графике, отсутствие предохранительного клапана в системе может привести к серьезным нагрузкам на клапан, в то время как предохранительный клапан и система расширительного бака способны поддерживать давление, близкое к нормальным условиям эксплуатации.

Рисунок 3b: Статическое давление в зависимости от времени перед клапаном J4 без предохранительного клапана и с пассивным предохранительным клапаном.

Далее давайте посмотрим, как разные типы предохранительных клапанов влияют на систему. На рис. 4 ниже сравниваются два разных предохранительных клапана: разрывной диск, установленный на 300 фунтов на квадратный дюйм, и такой же пассивный предохранительный клапан, показанный на рис. 3а. Как видно из графика, обе системы быстро создают давление и открываются всего через несколько секунд. Однако, поскольку система с разрывным диском сбрасывает большую часть давления в системе, когда система впервые достигает 300 фунтов на квадратный дюйм, давление быстро падает до давления в системе, а в более поздние периоды испытывает существенно меньшие колебания давления.

Рисунок 4: Статическое давление в зависимости от времени перед клапаном J4 для базового пассивного предохранительного клапана и предохранительного клапана с разрывным диском.

Как видно из этих двух примеров, моделирование предохранительных клапанов в AFT Impulse дает инженерам возможность анализировать и понимать, какие типы и конструкции лучше всего подходят для их системы. Это позволяет им понять, как предохранительный клапан будет работать в контексте потенциальных событий избыточного давления, во время проектирования системы и до того, как эти события произойдут во время эксплуатации.

Это обсуждение конструкции предохранительного клапана дает хорошую отправную точку для эффективного и точного создания моделей во всех программных продуктах AFT. Как и любой аспект системного моделирования, эта тема имеет гораздо больше нюансов и сложностей, чем обсуждается здесь. Для получения дополнительной помощи по предохранительным клапанам — или по любой другой теме — обратитесь в группу поддержки AFT по адресу Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. .

Клапан сброса избыточного давления – назначение, применение в системе и нюансы выбора

Существует много путаницы в отношении устройств регулирования давления, особенно когда речь идет о соединениях пожарных шлангов на стояках. Путаница лежит где-то между стандартами и тем, как мы относимся к конкретным устройствам. Издание NFPA 2019: Стандарт для установки стояков и шланговых соединений от 14 г. четко определило не только то, что устройство регулирования давления есть, но пошли дальше в определении обоих клапаны регулирования давления и устройства ограничения давления. Это ключ к пониманию операционных различий между проектными приложениями.

В этой статье исследуется важность статического и остаточного давления, устройств регулирования давления и применения различных устройств в конструкции.

Статическое и остаточное давление

Чтобы понять устройства регулирования давления, нам сначала нужно понять разницу между статическим и остаточным давлением воды. Статическое давление воды — это просто давление воды, когда она не течет (неподвижна). Остаточное давление воды, с другой стороны, представляет собой давление воды при протекании или, как используется в терминологии раннего кода, под рабочим давлением. Эта базовая концепция позволит нам лучше понять, что мы регулируем и какие устройства требуются.

Что такое устройство регулирования давления?

Устройства регулирования давления (NFPA 14, раздел 3.3.16) предназначены для снижения, регулирования, контроля или ограничения давления воды.

Когда устройство регулирования давления установлено как часть шлангового клапана, оно либо редукционный клапан давления (NFPA 14, раздел 3.3.16.1) или устройство ограничения давления (NFPA 14, раздел 3.3.16.2). Редукционный клапан (PRV) предназначен для снижения как остаточного (проточного), так и статического (непроточного) давления воды. Напротив, устройства ограничения давления (PRD) предназначены только для контроля остаточного (проточного) давления воды.

Эта дифференциация жизненно важна для понимания приложения проекта и ожиданий от системы. Текущая редакция NFPA 14 требует следующего:

• Все системы стояков класса I и III должны пропускать не менее 500 галлонов в минуту через два наиболее удаленных 2½-дюймовых шланговых соединения (раздел 7.10.1.1.1).
• Вы должны обеспечить минимальное остаточное расчетное давление 100 фунтов на квадратный дюйм на самом удаленном соединении шланга (раздел 7.8.1).
• Если давление превышает 175 фунтов на квадратный дюйм, должно быть предусмотрено указанное устройство регулирования давления для ограничения как статического, так и остаточного давления (раздел 7.2.3.1.3).

По определению единственным устройством регулирования давления, способным регулировать как статическое, так и остаточное давление, является редукционный клапан (PRV).

Следует отметить, что когда шланговые соединения превышают максимально допустимое, они могут быть ограничены или уменьшены до любого давления в пределах допустимого диапазона в рамках двух критериев ограничения конструкции: до 1993 г. (100 фунтов на кв. дюйм) и после 1993 г. (175 фунтов на кв. дюйм). Это давление также может быть установлено на заводе или регулироваться на месте на шланговом соединении. Это важное соображение, поскольку заданное давление, регулируемое на месте, может быть увеличено с помощью специальных инструментов и знаний, в то время как заводская настройка невозможна.

Заявка на проектирование устройств ограничения давления

Это приводит нас к обсуждению применения конструкции устройств ограничения давления. PRD обычно использовались в конструкциях, основанных на более ранних выпусках NFPA 14, до стандарта 1996 года, который увеличил минимальное 65 фунтов на квадратный дюйм / максимальное 100 фунтов на квадратный дюйм до текущего стандарта минимального 100 фунтов на квадратный дюйм / максимального 175 фунтов на квадратный дюйм. Стандарт до 1996 года требовал, чтобы выходное давление, превышающее 100 фунтов на квадратный дюйм, уменьшалось с помощью утвержденного устройства.

Устройство требовалось только для ограничения остаточного (текущего) давления воды, что делало PRD обычным выбором при проектировании дня. Это обоснование конструкции было основано на пакетах пожарных шлангов / насадок, относящихся к 1950-м годам, и еще не было скорректировано до тех пор, пока не было выпущено издание NFPA 1996 14 года.

В редакции NFPA 2017 25 года: Стандарт на осмотр, испытания и техническое обслуживание систем противопожарной защиты на водной основе— Глава 13, Общие компоненты и клапаны — требования к редукционным клапанам (PRV) требуют, чтобы они проходили полное испытание на расход каждые пять лет (раздел 13.5).

Путаница возникает в разделе 13.5.2, который регулирует требования к испытаниям устройств регулирования давления для соединения шлангов. Раздел пытается ссылаться на давление ограничение устройств, но использует общий термин регулирующий. Это продолжается в 13.5.3 с требованиями к устройствам регулирования давления в сборе шланговых стоек — опять же, с использованием «регулирования» вместо «ограничивания». Хотя непреднамеренное использование «регулирующих» устройств по-прежнему распространяется на требуемое техническое обслуживание всех устройств, предназначенных для снижения, регулирования, контроля или ограничения давления воды, этим должен заниматься комитет NFPA 25.

2018 NFPA 1: Код пожарной безопасности (Раздел 13.2.2.4.2) говорится, что шланговые соединения должны соответствовать NFPA 13, если только не используются стояки класса II или класса III в соответствии с NFPA 14. Это выдержка из журнала 2015 г. NFPA 101: Кодекс безопасности жизнедеятельности (Разделы 12.4.6.12.2 и 13.4.6.12.2) — специально извлечены из глав этого документа, посвященных сборке. Этот раздел относится к ступеням, но был извлечен из главы NFPA 1 о системах стояков, что привело к путанице в отношении стандартных регулирующих требований к шланговым соединениям. Этот раздел был удален в редакции NFPA 2018 101 года.

Издание 2016 НФПА 13: Стандарт на установку спринклерных систем не относится к максимальному давлению для шланговых соединений 1½” (8.17.5.1.4 (6)). NFPA 13 также разрешает добавлять соединения шлангов диаметром 2 ½ дюйма для «использования в пожарной части» к системам, предназначенным только для спринклеров (8.17.5.2), но не рассматривает какие-либо положения по давлению для соединений шлангов диаметром 2 ½ дюйма. Разъединение предназначено для «использования в пожарной части», подразумевая, что соединение шланга соответствует требованиям структурного пожаротушения. В разделе 8.17.5.2.2 указано, что существует примечание к приложению, относящееся к этому вопросу, и что шланговые соединения диаметром 2 ½ дюйма разрешается присоединять только к спринклерным системам с мокрыми трубами.

Эти соединения можно использовать для окончательного тушения пожара или для охлаждения остаточного тепла. Они также не должны рассматриваться как соединения шлангов стояка. Если установлены стояки, и стояки стояков также питают спринклеры, необходимо соблюдать все положения NFPA 14, включая положения о подаче воды и давлении. При наличии одного из шланговых соединений, описанных в 8.17.5, необходимо добавлять расход к спринклерной системе только при расчетном давлении в точке соединения с трубой спринклерной системы.

NFPA 13 четко разрешает использование соединения шланга диаметром 2 ½ дюйма только в конструкции спринклерной системы, но это соединение шланга не требуется для обеспечения давления пожарной службы и не должно рассматриваться для структурного пожаротушения — только для ликвидации пожара.

Знание различий между устройствами регулирования давления

Крайне важно понимать конструктивную разницу между общим термином регулирования давления, который охватывает все, что снижает, регулирует, контролирует или ограничивает давление воды, и более конкретно определенными терминами ограничения и уменьшения остаточного (текущего) и статического ( нетекучие) сокращения. Это не только ключ к правильному проектированию и установке шланговых соединений, но и обязательное условие для работы пожарной службы. Пожарная служба должна понимать последствия критериев проектирования, используемых при установке систем противопожарной защиты в зданиях, и ограничения конструкции системы.

Есть еще вопросы об устройствах регулирования давления? Члены NFSA могут обратиться через наш веб-сайт или по телефону 443-863-4464, чтобы получить ответы и поддержку от наших экспертов. Еще не член NFSA? Присоединяйся сегодня!

Уже более века Национальная ассоциация пожарных спринклеров (NFSA) является голосом индустрии пожарных спринклеров. Наша миссия: выступать за защиту жизни и имущества посредством широкого распространения концепции пожаротушения. Чтобы присоединиться к NFSA или узнать больше о том, как членство может принести пользу вашей организации, посетите nfsa.org/join.