Выбор номера пружины, устанавливаемой в предохранительных клапанах

12.6.1 Выбор номера и настройка пружины осуществляется перед установкой предохранительного клапана в узел на давление (Рнп), рассчитываемое по формуле:

(12.16)

12.6.2 Номер пружины предохранительного клапана выбирается по значению давления настройки пружины (Pнп) по каталогам (справочникам) заводов изготовителей. Пружинные предохранительные клапаны, устанавливаемые в одном узле, должны иметь одинаковый номер пружины.

 

Пример расчета

Определение требуемого количества предохранительных клапанов, устанавливаемых в узле № 1.

Исходные данные:

Схема установки предохранительных клапанов в узле № 1 приведена на рисунке 12.1, исходные данные для расчета числа клапанов приведены в таблице 12.1.

Таблица 12.1 - Исходные данные

	Наименование параметра	Условное обозначение	Размерность	Численное значение
	Номер узла предохранительных клапанов	Узел предохранительных клапанов № 1
	Параметры предохранительных клапанов:	СППК 4 200-16М
	- номинальный диаметр	DN	мм
	- номинальное давление	PN	МПа	1,6
	- коэффициент расхода	a	-	0,53
	- диаметр седла	Dc	мм
	- проходная площадь в седле	F	мм^2	15836,8

Окончание таблицы 12.1

	Проектная производительность нефтепровода	G	млн.т/год	62,0
	Коэффициент неравномерности перекачки	K	-	1,07
	Расчетная плотность нефти	r	кг/м^3	860,0
	Расчетная кинематическая вязкость нефти	n	м^2/с	2,0∙10^-5
	Высотные отметки:
	- положения предохранительного клапана	Z1	м
	- верхней образующей трубопровода сброса нефти в точке ввода в резервуар	Z2	м
	Рабочее давление в защищаемом трубопроводе	PРАБ	МПа	0,34
	Давление перед предохранительным клапаном в положении его полного открытия	Р1=PMAX	МПа	0,98
	Количество резервуаров сброса	n	шт

Расчет

Для определения расхода через предохранительный клапан (Qкл) необходимо рассчитать давление за предохранительным клапаном (Р₂).

1) Определим гидростатическое давление столба жидкости на закрытый предохранительный клапан в трубопроводе сброса по формуле (12.7):

Рст = [0,098· (Z₂ – Z₁)·ρ]/10⁴ = [0,098· (68 – 53)·860]/10⁴ = 0,13 МПа

2) Давления за предохранительным клапаном Р₂:

Методика расчета гидравлических потерь в трубопроводе сброса см. раздел 5.6.

Определим давления за предохранительным клапаном на участках 5–8 (∑Рпот_5-8) без учета потерь напора в обвязке узла предохранительных клапанов. Результаты расчета приведены в таблице 12.2.

В первом приближении величина давления за предохранительным клапаном (Р₂) в соответствии с таблицей 12.2 составит:

Р'₂ = ∑Рпот_5-8 + Рст = 0,03 + 0,13= 0,16 МПа

3) Расход через предохранительный клапан в первом приближении определится как:

1316,3 м³/час.

4) Требуемая производительность узла предохранительных клапанов (формула 12.3):

 

м³/час

5) Предварительное минимальное количество предохранительных клапанов будет соответственно равно:

шт

С учетом неучтенных потерь напора на участках 1–5 принимается n'_пр = 7 шт.

Для уточнения выбранного количества предохранительных клапанов, необходимо рассчитать потери напора в обвязке предохранительных клапанов на участках 1–5 (∑Рпот_1-5)
при n = 7 шт. Результаты данного расчета представлены в таблице 12.3.

6) Величина давления за предохранительным клапаном Р₂ в соответствии с таблицами 12.2 и 12.3 будет равна:

Р₂ = ∑Рпот_1-5 + ∑Рпот_5-8+ Рст = 0,06+0,03+0,13 = 0,22 МПа

7) С учетом потерь напора в обвязке предохранительных клапанов, расход через предохранительный клапан определится как:

8) Полученное значение Q_кл соответствует количеству предохранительных клапанов:

шт

Полученное значение количества предохранительных клапанов отличается от предварительного минимального количество клапанов, требуется проведение повторного расчета потерь напора в обвязке предохранительных клапанов с учетом установки 8-ми клапанов. Результаты данного расчета представлены в таблице 12.4.

9) Величина давления за предохранительным клапаном Р₂ в соответствии с таблицами 12.2 и 12.4:

Р₂ = ∑Рпот_1-5 + ∑Рпот_5-8+ Рст = 0,04+0,03+0,13= 0,20 МПа

10) Общие потери давления в трубопроводе сброса от точки 1 до точки 8 (Рпот) в соответствии с таблицами 12.2, 12.4:

Р_пот = ∑Рпот_1-5 + ∑Рпот_5-8= 0,04+0,03 = 0,07 МПа

11) При этом расход через предохранительный клапан:

м³/час

12) В этом случае необходимое количество предохранительных клапанов

шт.

Таким образом, в соответствии с представленными расчетами (см. таблицу 12.3 и 12.4) число рабочих предохранительных клапанов должно быть принято равным 8 шт.

13) Общее количество предохранительных клапанов с учетом резерва равно:

N = n + 2 = 8 + 2 = 10 шт.

14) Давление начала открытия предохранительного клапана (Рно):

Рно = Рраб + 0,2 = 0,34 + 0,2 = 0,54 МПа.

15) Давление полного открытия предохранительного клапана:

Рпо = 1,15·Рно = 1,15·0,54 = 0,62 МПа.

Величина давления Рпо удовлетворяет условию Рпо £ Рmax (0,62 < 0,98).

16) Давление настройки пружины предохранительных клапанов.

Рнп = Рно – Рст = 0,54 – 0,13 = 0,41 МПа.

17) Давление закрытия предохранительного клапана (Р_З) должно отвечать условию:

Рз ³ 0,8·Рно (Рз ³ 0,8·0,54),

то есть Рз > 0,43 МПа, что больше Р_РАБ = 0,34 МПа

18) Потери давления в трубопроводе сброса (Рпот) не должны превышать величины:

Рпот £ Рmax – Рпо

При подстановке в данное неравенство числовых значений получим

0,07 £ (0,98 – 0,62) или 0,07 £ 0,36 МПа,

что удовлетворяет требованиям по допустимым потерям в трубопроводе сброса.

 

Таблица 12.2 - Расчет гидравлических потерь в трубопроводе сброса на участке 5 – 8

Исходные данные	Расчетные значения
	Параметры	Скорость движения нефти (формула 5.5), м/сек	Число Re, (формула 5.35)	Коэффициент гидравлического сопротивления (см. раздел 5.6)	Потери напора (см. раздел 5.6), м	Потери давления (формула 5.10), МПа
Участок трубопровода от точки 5 до точки 6 (см. рисунок 12.1)
Трубо-провод	Диаметр D=1000 мм Длина L=50 м Расход Qт=1·Qн=9183 м^3/час=2,55 м^3/сек	3,248		0,0163	0,439	0,0037
Отвод 90°	Количество – 4 шт.	0,5	1,075	0,0091
Участок трубопровода от точки 6 до точки 7 (см. рисунок 12.1)
Трубо-провод	Диаметр D=1000 мм Длина L=30 м Расход Qт=1/2·Qн=4592 м3/час=1,28 м3/сек	1,624		0,0187	0,076	0,0006
Тройник вытяжной	Qвх/Qвых=1/2 Dвх/Dвых=1000/1000 Количество – 1 шт	4,3	0,578	0,0049
Участок трубопровода от точки 7 до точки 8 (см. рисунок 12.1)
Трубо-провод	Диаметр D=704 мм Длина L=30 м Расход Qт=1/2·Qн=4592 м3/час=1,28 м3/сек	3,277		0,0174	0,406	0,0034
Отвод 90°	Количество – 5 шт.	0,5	1,368	0,0115
Переходник (конфузор)	Dвх/Dвых=1000/704 Количество – 1 шт	0,1	0,055	0,0005
ИТОГО: Гидравлические параметры трубопроводов сброса на участке 5 – 8	DН 5-8 = 4,00 м	∑Рпот5-8 = 0,03 МПа

 

 

Таблица 12.3 - Расчет гидравлических потерь в трубопроводе сброса на участке 1 – 2 при n = 7 шт

Исходные данные	Расчетные значения
	Параметры	Скорость дви-жения нефти по формуле (5.5), м/сек	Число Re, по формуле (5.35)	Коэффициент гидравлического сопротивления (см. раздел 5.6)	Потери напора (см. раздел 5.6), м	Потери давления по формуле (5.10), МПа
Участок трубопровода от точки 1 до точки 2 (см. рисунок 12.1)
Трубо-провод	Диаметр D=313 мм Длина L=2,0 м Расход Qт=1/7·Qн=1312 м3/час=0,36 м3/сек	4,736		0,0209	0,153	0,0013
Тройник приточный	Qвх/Qвых=1/7 Dвх/Dвых=1000/313 Количество – 1 шт	2,66	3,04	0,0256
Задвижка	Количество – 1 шт.	0,2	0,228	0,0019
Участок трубопровода от точки 2 до точки 4 (см. рисунок 12.1)
Переходник (конфузор)	Qвх/Qвых=1/7=1312 м^3/час=0,36 м^3/сек Dвх/Dвых=313/200 Количество – 1 шт	11,6		0,1	0,686	0,0058

Окончание таблицы 12.3

Участок трубопровода от точки 4 до точки 5 (см. рисунок 12.1)
Трубо-провод	Диаметр D=313 мм Длина L=2,0 м Расход Qт=1/7·Qн=1312 м3/час=0,36 м3/сек	4,736		0,0209	0,153	0,0013
Задвижка	Количество – 1 шт.	0,2	0,228	0,0019
Отвод 90°	Количество – 1 шт.	0,5	0,572	0,0048
Тройник вытяжной	Dвх/Dвых=313/1000 Количество – 7 шт		1,544	0,0130
ИТОГО: Гидравлические параметры трубопроводов сброса на участке 1 – 5	DН 1-5 = 6,60м	∑Рпот1-5 = 0,06МПа

 

Таблица 12.4 - Расчет гидравлических потерь в трубопроводе сброса на участке 1 – 2 при n = 8 шт

Исходные данные	Расчетные значения
	Параметры	Скорость движения нефти по формуле (5.5), м/сек	Число Re, по формуле (5.35)	Коэффициент гидравлического сопротивления (см. раздел 5.6)	Потери напора (см. раздел 5.6), м	Потери давления по формуле (5.10), МПа
Участок трубопровода от точки 1 до точки 2 (см. рисунок 12.1)
Трубо-провод	Диаметр D=313 мм Длина L=2,0 м Расход Qт=1/8·Qн=1148 м3/час=0,32 м3/сек	4,144		0,0214	0,120	0,0010
Тройник приточный, боковое ответвление	Qвх/Qвых=1/8 Dвх/Dвых=1000/313 Количество – 1 шт	2,30	1,955	0,0165
Задвижка	Количество – 1 шт.	0,2	0,175	0,0015
Участок трубопровода от точки 2 до точки 4 (см. рисунок 12.1)
Переходник (конфузор)	Qвх/Qвых=1/8=1148 м^3/час=0,32 м^3/сек Dвх/Dвых=313/200 Количество – 1 шт	10,15		0,1	0,525	0,0044
Участок трубопровода от точки 4 до точки 5 (см. рисунок 12.1)
Трубо-провод	Диаметр D=313 мм Длина L=2,0 м Расход Qт=1/8·Qн=1148 м3/час=0,32 м3/сек	4,144		0,0214	0,120	0,0010
Задвижка	Количество – 1 шт.	0,2	0,175	0,0015
Отвод 90°	Количество – 1 шт.	0,5	0,438	0,0039
Тройник вытяжной (соединение потоков)	Dвх/Dвых=313/1000 Количество – 8 шт		1,284	0,0108
ИТОГО: Гидравлические параметры трубопроводов сброса на участке 1 – 5	SН 1-5 = 4,80 м	∑Рпот1-5 = 0,04 МПа

 

 

Рисунок 12.1 - Схема установки предохранительных клапанов в узле № 1