Межгосударственный стандарт ГОСТ 12.2.085-2017 "Арматура трубопроводная. Клапаны предохранительные. Выбор и расчет пропускной способности" (введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 21 марта 2018 г. N 142-ст)

Межгосударственный стандарт ГОСТ 12.2.085-2017
"Арматура трубопроводная. Клапаны предохранительные. Выбор и расчет пропускной способности"
(введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 21 марта 2018 г. N 142-ст)

Pipeline valves. Safety valves. Selection and calculation of capacity

МКС 23.060.50
ОКПД2 28.14

Дата введения - 1 ноября 2018 г.
Взамен ГОСТ 12.2.085-2002

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены в ГОСТ 1.0-2015 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2-2015 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены"

Сведения о стандарте

1 Разработан Акционерным обществом "Научно-производственная фирма "Центральное конструкторское бюро арматуростроения" (АО "НПФ "ЦКБА")

2 Внесен Межгосударственным техническим комитетом по стандартизации МТК 259 "Трубопроводная арматура и сильфоны"

3 Принят Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 25 сентября 2017 г. N 103-П)

За принятие проголосовали:

Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97	Код страны по МК (ИСО 3166) 004-97	Сокращенное наименование национального органа по стандартизации
Армения	AM	Минэкономики Республики Армения
Беларусь	BY	Госстандарт Республики Беларусь
Киргизия	KG	Кыргызстандарт
Казахстан	KZ	Госстандарт Республики Казахстан
Россия	RU	Росстандарт

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 21 марта 2018 г. N 142-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 12.2.085-2017 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 ноября 2018 г.

5 Настоящий стандарт разработан с учетом основных нормативных положений международного стандарта ISO 4126-1:2013 "Устройства предохранительные для защиты от избыточного давления. Часть 1. Предохранительные клапаны" ("Safety devices for protection against excessive pressure - Part 1: Safety valves", NEQ).

6 Взамен ГОСТ 12.2.085-2002

Введение

Настоящий стандарт разработан на основе ГОСТ 12.2.085-2002 "Сосуды, работающие под давлением. Клапаны предохранительные. Требования безопасности". Требования безопасности к сосудам и другому оборудованию, работающему при избыточном давлении (котлы, трубопроводы и др.), установлены в технических регламентах и стандартах на это оборудование. Ключевыми устройствами, обеспечивающими безопасность такого оборудования, являются предохранительные устройства, и, прежде всего, предохранительные клапаны.

Выбор и расчет пропускной способности предохранительных клапанов - очень важная и ответственная задача, которую решают проектировщики оборудования и технологических систем. С этим связано и уточнение наименования разработанного стандарта.

В ГОСТ 12.2.085-2002 были предусмотрены формулы для расчета пропускной способности предохранительных клапанов для однофазных рабочих сред - жидких и газообразных. Настоящий стандарт в дополнение к таким средам предусматривает формулы для расчета пропускной способности многофазных газожидкостных сред различными методами, предусмотренными в международных и зарубежных стандартах.

В приложениях к стандарту приведены:

- рекомендации по:

а) учету влияния противодавления в системе сброса среды из клапана на его функционирование и пропускную способность;

б) определению характеристик среды в различных аварийных режимах;

в) анализу аварийных ситуаций, приводящих к срабатыванию клапана;

г) учету противодавления и температуры рабочей среды при настройке клапана на испытательном стенде;

- характеристики некоторых рабочих сред;

- алгоритм расчета температуры сбрасываемой среды и материалов стенок клапана и трубопроводов системы сброса;

- графики зависимости поправочных коэффициентов для учета влияния противодавления и вязкости среды на пропускную способность клапана.

Стандарт разработан авторским коллективом: Ю.И. Тарасьев, М.И. Силивина, В.П. Эйсмонт, С.Н. Дунаевский (АО "НПФ "ЦКБА"), к.ф-м.н. Л.Б. Корельштейн (ООО "НТП Трубопровод"), Б.С. Вольфсон, к.ф-м.н. И.Н. Ласкин (АО "ВНИИНЕФТЕМАШ"),

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на клапаны предохранительные (далее - клапаны), предназначенные для защиты от аварийного повышения давления в оборудовании (сосудах, котлах, трубопроводах и др.), работающем под избыточным давлением свыше 0,05 МПа (0,5 бар или кгс/см²)¹⁾ путем выпуска (сброса) рабочей среды из оборудования через клапан и устанавливает общие требования к выбору и расчету пропускной способности клапанов.

------------------------------

¹⁾ Далее по тексту единицу величины "бар" применяют вместо "бар или кгс/см²".

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие межгосударственные стандарты:

ГОСТ 8.417-2002 Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы величин

ГОСТ 12.1.007-76 Система стандартов безопасности труда. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности

ГОСТ 12.2.063-2015 Арматура трубопроводная. Общие требования безопасности

ГОСТ 24856-2014 Арматура трубопроводная. Термины и определения

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3 Термины и определения

3.1 Термины

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1.1 давление настройки Р_н²⁾: Наибольшее избыточное давление на входе в предохранительный клапан, при котором затвор закрыт и обеспечивается заданная герметичность затвора.

Примечание - Принципы назначения Р_н приведены в 5.2.

3.1.2 давление аварийного сброса максимально допустимое Р_ав max²⁾: Максимальное избыточное давление в защищаемой системе, допускаемое в процессе сброса.

Примечание - Обычно определяют в процентах от расчетного давления и задают в НД. В Российской Федерации установлено в [1] и [2].

3.1.3

давление закрытия Рз2) (Нрк. давление обратной посадки): Избыточное давление на входе в предохранительный клапан, при котором после сброса рабочей среды происходит посадка запирающего элемента на седло с обеспечением заданной герметичности затвора. [ГОСТ 24856-2014, пункт 6.3.1]

3.1.4

давление начала открытия Рно2): Избыточное давление на входе в предохранительный клапан, при котором усилие, стремящееся открыть клапан, уравновешено усилиями, удерживающими запирающий элемент на седле. [ГОСТ 24856-2014, пункт 6.3.4]

3.1.5

давление полного открытия Рпо2): Избыточное давление на входе в предохранительный клапан, при котором совершается ход арматуры и достигается максимальная пропускная способность. [ГОСТ 24856-2014, пункт 6.3.5]

Примечания

1 Давление полного открытия Р_по устанавливает изготовитель и указывает в ЭД.

2 Обычно давление полного открытия выражают в процентах от давления настройки (давления начала открытия), либо, как правило, для давлений меньше 0,3 МПа (3 бар), в единицах измерения давления, МПа (бар), как превышение над давлением настройки (давлением начала открытия).

3.1.6 давление рабочее Р_р²⁾: Наибольшее (максимальное) избыточное давление, возникающее при нормальном протекании рабочего процесса, без учета гидростатического давления среды и допустимого кратковременного повышения давления во время действия предохранительного клапана.

3.1.7 давление разрешенное Р_раз²⁾: Максимально допустимое избыточное давление оборудования, установленное по результатам технического освидетельствования (диагностирования) при эксплуатации.

3.1.8 давление расчетное Р²⁾: Избыточное давление, на которое проводят расчет прочности оборудования.

Примечание - Расчетное давление, как правило, принимают равным рабочему давлению или выше.

3.1.9

импульсно-предохранительное устройство: Предохранительная арматура, состоящая из взаимодействующих главной и импульсной арматуры. [ГОСТ 24856-2015, пункт 5.7.20]

ГАРАНТ:

По-видимому, в тексте предыдущего абзаца допущена опечатка. Вместо слов "ГОСТ 24856-2015, пункт 5.7.20" следует читать "ГОСТ 24856-2014, пункт 5.7.20"

Примечание - Импульсно-предохранительное устройство относится к предохранительной арматуре непрямого действия и представляет собой, в общем случае, совокупность двух или более клапанов, из которых один (главный), установленный на основной магистрали (емкости или резервуаре), оснащен поршневым приводом, а второй (импульсный), с меньшим проходным сечением, служит управляющим элементом. Он открывается по команде от датчика при соответствующем давлении рабочей среды.

3.1.10

импульсный предохранительный клапан: Клапан, предназначенный для управления главным предохранительным клапаном. [ГОСТ 24856-2014, пункт 5.7.4]

Примечание - Импульсный предохранительный клапан может быть выполнен встроенным в главный или существовать как отдельный (вынесенный) элемент. При встроенном клапане управление осуществляется рабочей средой. В конструкции с вынесенным клапаном для повышения надежности его работы часто применяют электромагниты, получающие импульс при превышении давления. В случае отсутствия электричества или неисправности электромагнитов импульсный предохранительный клапан работает как клапан прямого действия.

3.1.11 коэффициент расхода для газа (жидкости - ): Коэффициент, определяемый как отношение экспериментально установленной пропускной способности предохранительного клапана к его теоретической пропускной способности через идеальное сопло.

Примечание - Площадь сечения идеального сопла равна площади самого узкого сечения седла клапана.

3.1.12

площадь седла F2): Наименьшая площадь сечения проточной части седла. [ГОСТ 24856-2014, пункт 6.3.14]

3.1.13 потери давления на входе : Потери давления, вызванные течением в трубопроводе от защищаемого оборудования к входному патрубку предохранительного клапана.

3.1.14

предохранительный клапан двухпозиционный: Предохранительный клапан, в котором в диапазоне от давления начала открытия и выше (в пределах 5 % Рн) запирающий элемент поднимается скачком на весь конструктивно ограниченный ход или на его большую часть. [ГОСТ 31294-2005, пункт 3.1.31]

3.1.15

предохранительный клапан неразгруженный: Клапан, в котором на запирающий элемент воздействует усилие, создаваемое противодавлением. [ГОСТ 31294-2005, пункт 3.1.37]

3.1.16

предохранительный клапан непрямого действия (главный предохранительный клапан): Предохранительный клапан, для управления которым используют импульсный клапан или вспомогательная энергия. [ГОСТ 31294-2005, пункт 5.7.10]

Примечания

1 Клапан непрямого действия является альтернативой клапана прямого действия.

2 Главный предохранительный клапан являет частью импульсно-предохранительного устройства. При срабатывании главного предохранительного клапана происходит сброс рабочей среды из защищаемого оборудования.

3.1.17

предохранительный клапан пропорциональный (Нрк. предохранительный клапан пропорционального действия, сбросной клапан): Предохранительный клапан, запирающий элемент которого открывается пропорционально возрастанию давления рабочей среды. [ГОСТ 24856-2014, пункт 5.7.12]

3.1.18

предохранительный клапан прямого действия: Предохранительный клапан, работающий только от энергии рабочей среды, непосредственно воздействующей на запирающий элемент или другой чувствительный элемент, и не имеющий вспомогательных устройств, управляющих клапаном при его работе в автоматическом режиме. [ГОСТ 24856-2014, пункт 5.7.9]

3.1.19

предохранительный клапан разгруженный: Предохранительный клапан, в котором на запирающий элемент не воздействует усилие, создаваемое противодавлением. [ГОСТ 31294-2005, пункт 3.1.38]

3.1.20 предохранительное устройство: Предохранительная арматура всех типов (клапаны, мембраны, или сочетания их), предназначенная для защиты оборудования и трубопроводов от превышения давления путем сброса избытка рабочей среды.

3.1.21

пропускная способность (предохранительного клапана); G2), кг/ч: Массовый расход рабочей среды через предохранительный клапан. [ГОСТ 24856-2014, пункт 6.3.10]

3.1.22 противодавление Р_п: Избыточное давление на выходе предохранительного клапана.

Примечания

1 При закрытом клапане (работа клапана в режиме ожидания) противодавление равно статическому давлению Р_п ст в выпускной (сбросной) системе.

2 После срабатывания (открытия) клапана противодавление равно сумме статического давления Р_п ст в выпускной системе и динамического давления Р_п дин, возникающего от сопротивления системы при протекании рабочей среды.

3.1.23 противодавление динамическое Р_п дин: Перепад давления в отводящем трубопроводе, возникающий при прохождении потока сбрасываемой среды при полностью открытом клапане.

Примечание - Величину динамического противодавления следует определять для всех систем сбросного трубопровода, в том числе при сбросе среды через короткие трубы напрямую в атмосферу.

3.1.24 противодавление статическое Р_п ст: Статическое давление за предохранительным устройством на момент его срабатывания (при закрытом клапане).

Примечание - Статическое противодавление может быть постоянным или переменным вследствие изменяющихся условий в системе сброса, связанных со сбросом среды от других источников и со сбросом среды через клапан.

3.1.25 регулярная среда: Среда, с величиной идеально-газового показателя адиабаты k = c_p/c_v > 1,1.

Примечание - Данные среды вблизи линии конденсации при изоэнтропном расширении конденсируются. Такие среды встречаются наиболее часто. К ним, в частности, относятся почти все среды, справочные данные которых приведены в таблице И.1.

3.1.26 ретроградная среда: Среда со сложными многоатомными молекулами и величиной k = c_p/c_v близкой к 1,0.

Примечание - Данные среды вблизи линии конденсации (кроме области вблизи критической точки) при изоэнтропном расширении не только не конденсируются, а наоборот, испаряются. Примером ретроградной среды является октан.

3.1.27

факельный коллектор: Трубопровод для сбора и транспортирования сбросных газов и паров от нескольких источников сброса. [ГОСТ Р 53681-2009, пункт 3.16]

3.1.28 эффективная площадь клапанов для газа (при критическом истечении) [жидкости - ]²⁾: Произведение коэффициента расхода для газа (при критическом истечении) [жидкости ] на площадь седла F.

------------------------------

²⁾ Для терминов со значком ²⁾ в приложении А приведены эквивалентные термины, применяемые в зарубежных стандартах (здесь и далее).

3.2 Эквиваленты терминов

Эквиваленты некоторых терминов, применяемых в зарубежных стандартах, приведены в приложении А.

3.3 Сокращения

В настоящем стандарте применены следующие сокращения:

ГПК - главный предохранительный клапан импульсно-предохранительного устройства;

ЗЭл - запирающий элемент;

ИПК - импульсный предохранительный клапан;

ИПУ - импульсно-предохранительное устройство;

НД - нормативная документация;

ПК - предохранительный клапан;

ПС - паспорт;

РЭ - руководство по эксплуатации;

ТУ - технические условия;

ЭД - эксплуатационная документация.

3.4 Обозначения

В настоящем стандарте применены следующие обозначения:

DN - номинальный диаметр;

DN₁ - номинальный диаметр входного патрубка клапана;

DN₂ - номинальный диаметр выходного патрубка клапана;

F - минимальная площадь седла клапана;

G - пропускная способность клапана;

G_ав - аварийный расход, который должен сбросить ПК;

G^* - массовая скорость (расход на единицу площади);

- массовая скорость, рассчитанная по модели идеального сопла (штуцера);

K_b - безразмерный коэффициент, характеризующий отличие докритической массовой скорости от критической;

K_c - коэффициент, учитывающий возможное уменьшение пропускной способности вследствие установки до и/или после клапана мембранно-предохранительных устройств;

K_t - поправочный коэффициент на влияние температуры;

K_v - коэффициент, учитывающий уменьшение пропускной способности при сбросе через клапан высоковязких сред вследствие дополнительных гидравлических потерь;

K_w - поправочный коэффициент, учитывающий эффект неполного открытия разгруженных ПК из-за противодавления;

K_п - безразмерная массовая скорость;

K_п кр - безразмерная массовая скорость при критическом истечении (определяется только параметрами среды перед клапаном);

М - число Маха;

М_m - молярная масса рабочей среды;

N - количество параллельно установленных и одновременно работающих одинаковых клапанов;

Р - давление расчетное (избыточное);

Р_ав max - максимально допустимое давление аварийного сброса;

Р₀ - абсолютное давление на выходе из седла клапана;

Р₁ - абсолютное давление до клапана, равное сумме давления полного открытия и атмосферного давления, т.е. Р₁ = Р_по + Р_атм;

Р₂ - абсолютное давление за клапаном при его полном открытии, равное сумме противодавления и атмосферного давления, т.е. Р₂ = Р_п + Р_атм;

PN₁ - номинальное давление входа;

PN₂ - номинальное давление выхода;

Р_атм - атмосферное давление (при нормальных атмосферных условиях Р_атм = 101320 Па);

Р_конд - давление начала конденсации;

Р_кр - абсолютное критическое давление рабочей среды;

Р_н - давление настройки (избыточное);

Р_н исп - давление настройки (избыточное) при стендовых испытаниях;

Р_но - давление начала открытия (избыточное);

Р_но исп - давление начала открытия (избыточное) при стендовых испытаниях;

Р_п - противодавление (избыточное);

Р_по - давление полного открытия (избыточное);

Р_п дин - противодавление динамическое;

Р_п ст - противодавление статическое (избыточное);

Р_р - давление рабочее (избыточное);

Р_раз - давление разрешенное (избыточное);

Рr - число Прандтля;

Р_r - приведенное давление;

P_rg - приведенное давление газовой фазы среды;

P_rl - приведенное давление жидкой фазы среды;

R - 8,3143 - универсальная газовая постоянная;

R_уд - удельная газовая постоянная;

R_уд g - удельная газовая постоянная газовой фазы среды;

R_уд l - удельная газовая постоянная жидкой фазы среды;

R_e - число Рейнольдса;

Т₁ - температура рабочей среды перед клапаном при давлении Р₁;

Т_кр - критическая температура рабочей среды;

Т_нас - температура насыщения;

Т_ст - температура стенки ПК и трубопровода;

Т_торм - температура "торможения" среды;

T_r - приведенная температура;

T_1rg - приведенная температура газовой фазы среды;

V₁ - удельный объем пара при параметрах перед клапаном Р₁ и T₁;

х - степень сухости влажного пара при давлении полного открытия и температуре до ПК;

Z - коэффициент сжимаемости;

Z_g - коэффициент сжимаемости газовой фазы среды;

Z_l - коэффициент сжимаемости жидкой фазы среды;

- потери давления на входе;

с_pg - удельная изобарная теплоемкость газовой фазы среды;

c_pl - удельная изобарная теплоемкость жидкой фазы среды;

c_vg - удельная изохорная теплоемкость газовой фазы среды;

c_vl - удельная изохорная теплоемкость жидкой фазы среды;

d₀ - диаметр седла клапана;

h_gl - скрытая теплота парообразования;

h_g - удельная энтальпия пара;

h_l - удельная энтальпия жидкости;

l_шт - длина входного штуцера (патрубка) клапана до седла;

l_{шт равн} - длина входного патрубка, на которой устанавливается равновесное течение (l_{шт равн} = 0,1 м);

r - коэффициент восстановления;

s₁ - энтропия;

t - температура расчетная;

- коэффициент расхода;

- коэффициент расхода для газа (при критическом истечении);

- коэффициент расхода для жидкости;

- эффективная площадь клапанов для газа (при критическом истечении);

- эффективная площадь клапанов для жидкости;

- отношение абсолютных давлений;

- критическое отношение абсолютных давлений;

- безразмерный коэффициент теплового расширения газовой фазы среды;

- безразмерный коэффициент теплового расширения жидкой фазы среды;

k - показатель адиабаты;

- безразмерные коэффициенты изотермической сжимаемости пара;

- безразмерные коэффициенты изотермической сжимаемости жидкости;

n - показатель изоэнтропы;

n_кр - показатель изоэнтропы при давлении Р_кр;

n_g - показатель изоэнтропы газовой фазы среды;

n_l - показатель изоэнтропы жидкой фазы среды;

- коэффициент Джоуля-Томсона;

- динамическая вязкость рабочей (сбрасываемой) среды;

- динамическая вязкость газовой фазы среды;

- динамическая вязкость жидкой фазы среды;

- плотность среды на выходе из штуцера (т.е. из седла клапана), при параметрах Р₀ и s₁;

- плотность среды при параметрах Р₁ и T₁ до ПК, при его полном открытии;

- плотности газовой фазы среды;

- плотности жидкой фазы;

- объемная доля газа при течении фаз с одинаковыми скоростями;

- коэффициент теплопроводности среды;

- температурный показатель изоэнтропы двухфазной смеси;

- температурный показатель изоэнтропы газовой фазы среды;

- температурные показатели изоэнтропы жидкой фазы среды.

В тексте стандарта единицы величин соответствуют основным и производным единицам СИ по таблицам 1, 2, 3 ГОСТ 8.417 (например, Па, м, К, с, кг), кроме случаев, когда оговорено иное.

4 Общие положения

4.1 Краткие характеристики и рекомендации по применению клапанов различных конструкций

4.1.1 Краткие характеристики и рекомендации по применению двухпозиционных ПК:

- рекомендуются для применения на сжимаемых средах, например, паре, воздухе или газе;

- при достижении давления начала открытия открываются на полный ход;

- обеспечивают высокую пропускную способность при работе на сжимаемых средах.

Основной недостаток - автоколебания ЗЭл. Возникновение автоколебаний возможно:

- в случае завышения типоразмера клапана;

- в системах с переменным аварийным расходом;

- при колебаниях противодавления (для неразгруженных ПК);

- если время роста аварийного расхода до своего максимального значения превышает время полного открытия клапана;

- если время прохождения звуковой волны по подводящему трубопроводу от клапана и обратно соизмеримо со временем открытия или закрытия клапана.

Применение ПК для несжимаемых сред имеет особенности:

- открытие клапана на полный ход происходит при давлении начала открытия. Быстрое открытие приводит к сбросу большого расхода среды и резкому падению давления в защищаемом оборудовании;

- после резкого падения давления клапан моментально закрывается, спровоцировав гидравлический удар с возможной неустойчивой работой клапана.

Не рекомендуется применять неразгруженные двухпозиционные ПК при следующих противодавлениях Р_п:

- - для ;

- - для .

Не допускается применять клапаны при противодавлениях, превышающих значение допустимого противодавления, указанное изготовителем в ТУ и РЭ на клапан.

4.1.2 Краткие характеристики и рекомендации по применению пропорциональных ПК:

- имеют пропорциональную характеристику подъема ЗЭл, т.е. подъем ЗЭл происходит равномерно, пропорционально повышению давления в системе. С подъемом ЗЭл равномерно увеличивается объем сбрасываемой среды. ПК открывается именно в такой степени, насколько это необходимо для установления рабочих параметров;

- рекомендуется применять для несжимаемых сред, например, воды;

- конструкция ПК не исключает возможность применения на сжимаемых средах;

- при установке ПК в системы с переменным аварийным расходом не возникает автоколебаний.

Допустимые превышения противодавления над давлением настройки приведены в таблице Б.1.

4.1.3 Разгруженные ПК применяют в случаях, когда динамическое противодавление слишком высокое (в соответствии с таблицей Б.1). Влияние противодавления на качество эксплуатации клапана и его пропускную способность описано в приложении Б.

При постоянном статическом противодавлении допускается не применять разгруженный клапан. В этом случае для компенсации воздействия противодавления на давление настройки при настройке ПК на испытательном стенде следует уменьшить давление настройки в соответствии с 5.13.

Не рекомендуется применять разгруженные ПК при противодавлениях Р_п, превышающих 50 % от давления начала открытия Р_но.

Не допускается применять клапаны при противодавлениях, превышающих значение допустимого противодавления, указанное изготовителем в ТУ и РЭ на клапан и обеспечивающего установленные соотношения между давлениями Р_н, Р_но, Р_по и Р_з.

При расчете разгруженных ПК следует учитывать влияние противодавления на пропускную способность введением поправочного коэффициента K_w, учитывающего эффект неполного открытия ПК из-за противодавления:

- ПК, работающие на газообразных средах:

а) при Р_п/Р_но  0,30 (для ) и Р_п/Р_но  0,377 (для ) - коэффициент K_w = 1,0;

б) при 0,30 < Р_п/Р_но  0,50 (для ) и 0,377 < Р_п/Р_но  0,50 (для ) - коэффициент K_w в соответствии с формулами таблицы Д.1 или рисунком И.1а;

- ПК, работающие на жидких средах:

а) при Р_п/Р_но  0,15 (для всех Р_по) - коэффициент K_w = 1,0;

б) при 0,15 < Р_п/Р_но  0,50 (для всех Р_по) - коэффициент K_w в соответствии с формулами таблицы Д.1 или рисунком И.1б.

4.1.4 ИПУ, относящиеся к клапанам непрямого действия, применяют в случаях, если:

- нельзя применить клапан прямого действия;

- требуется сбросить расход среды значительно больший, чем может пропустить ПК прямого действия;

- для сброса среды требуются ПК номинальных диаметров DN свыше 300.

Особенности ИПУ:

- по конструкции представляют собой ПК пропорционального действия;

- не впадают в вибрацию;

- при проектировании устройств для жидких сред необходимо учитывать следующие характеристики рабочей среды: восприимчивость к полимеризации или засору, вязкость, наличие механических частиц, коррозионную активность.

Допускается применять ИПУ при противодавлениях до 95 % от давления начала открытия.

4.2 Принципиальные схемы работы некоторых конструкций ПК, которые нужно учитывать при выборе и расчете пропускной способности, приведены в приложении В.

4.3 Перечень возможных состояний среды на входе в клапан, которые могут привести к возникновению двухфазных потоков, приведен в таблице 1.

Таблица 1 - Перечень возможных состояний среды

Состояние среды на входе в клапан	Возможные случаи возникновения двухфазных потоков	Пример среды
Жидкость	Жидкость с растворенным газом	CO2/вода
	Жидкость в состоянии насыщения	Кипящая вода
	Недогретая до температуры насыщения жидкость с возможностью вскипания в ПК	Вскипающая вода
Газ/пар	Близкий к насыщению пар (с возможной конденсацией в ПК)	Пар
Газ/жидкость	Пар/жидкость	Пар/вода
	Не испаряющаяся жидкость и неконденсирующийся газ - газожидкостная смесь (нет фазового превращения) с десорбцией или выделением газа	Азот (воздух)/вода

4.4 При определении причин повышения давления в защищаемой системе и, соответственно, перед клапаном следует провести анализ возможных аварийных ситуаций.

Возможные сценарии аварийных ситуаций рассмотрены в приложении Г.

4.5 Последовательность расчета ПК представлена в таблице 2.

4.6 Пример соотношения давлений в защищаемом оборудовании и ПК приведен в таблице 3. Допускаются другие соотношения давлений в соответствии с примечаниями таблицы 3 при соблюдении требований 5.2-5.4.

Таблица 2 - Последовательность расчета ПК

Блок-схема расчета	Цель работы (расчета)
	Анализ возможных сценариев аварийных ситуаций
	Определение: - фазового состава среды на входе в ПК при его открытии - однофазный или двухфазный состав; - места и причины образования двухфазной смеси
	Расчет сценария аварийной ситуации, определение минимально необходимого расхода сбрасываемого продукта и его параметров (состава, давления, температуры)
	Определение типоразмера ПК: - выбор метода расчета; - определение режима течения; - расчет пропускной способности; - расчет требуемой площади седла
	Расчет: - линий аварийного сброса (подводящего и отводящего трубопроводов); - динамического противодавления

Таблица 3 - Пример соотношения давлений в защищаемом оборудовании и ПК

Примечания 1 Расчетное давление, как правило, принимают равным рабочему давлению или выше Р   Рр. Для систем, находящихся в эксплуатации Р  Рраз. 2 Соотношение между давлениями Рав max и Р, характеризующее допустимое кратковременное превышение расчетного давления во время аварийного сброса, регламентируется стандартами и в зарубежной практике обозначают термином "аккумулирование (accumulation)" (определение термина в приложении А). В соответствии с 6.2 [6] . 3 Соотношение между полным давлением и давлением настройки или давлением полного открытия (overpressure) - выражают в единицах измерения давления (Рпо - Рн) или в процентах от давления настройки или давления полного открытия (Рпо/Рн). 4 Требования к основным характеристикам в рабочих условиях: - Рн > Рр - условие обязательное и обеспечивает протекание процесса без утечки через ПК, превышающей допустимую; - Рр (или Рраз) < Рно  Р - условие обязательное и обеспечивает срабатывание системы аварийного сброса при превышении давления над расчетным давлением. В случае если расчетное давление превышает рабочее (разрешенное) давление менее, чем на 10 %, давление начала открытия должно отвечать условию: (при условии, что Рн  1,03 Р). При установке нескольких ПК достаточно обеспечить выполнение требования хотя бы для одного из них, другие ПК могут быть настроены на большие значения Рно и клапаны будут срабатывать по мере развития аварийной ситуации; - Рпо  Pав max - условие обязательное и обеспечивает полное открытие ПК до достижения максимально допустимого давления аварийного сброса; - Рз  Рр - условие не обязательное. При выполнении условия ПК закроется сам, как только аварийная ситуация будет устранена, контроль и вмешательство оператора не потребуется. 5 Приведенный пример является частным случаем, не учитывающим возможные другие соотношения между давлениями Pр (Рраз), Рн, Рно, Р, Рпо, Рав max.

5 Общие требования к выбору ПК и расчету пропускной способности

5.1 Для защиты оборудования применяют клапаны и их вспомогательные устройства, соответствующие требованиям ГОСТ 12.2.063. Защите ПК подлежит оборудование, в котором возможно превышение рабочего давления над расчетным: от питающего источника, химической реакции, нагрева подогревателями, солнечной радиации, в случае возникновения пожара рядом с оборудованием и т.д.

Количество клапанов, их размеры и пропускную способность выбирают так, чтобы в оборудовании не могло создаваться давление, превышающее расчетное (разрешенное) давление оборудования более чем на величину, предусмотренную НД.

5.2 Давление настройки, как правило, принимают не менее:

- рабочего давления;

- рабочего давления при сбросе в атмосферу не токсичных и не взрывопожароопасных веществ, например, водяного пара;

- давления, увеличенного по сравнению с рабочим давлением из экологических соображений и/или соображений безопасности, при сбросе в атмосферу токсичных и/или взрывопожароопасных веществ. В этом случае величину давления настройки определяют в соответствии с действующими нормативными правовыми актами, рекомендациями, или расчетами, базирующимися на теории оценки рисков.

В случае заранее заданной величины расчетного или разрешенного давления, давление настройки выбирают так, чтобы выполнялись требования 5.1 настоящего стандарта.

Допускается по требованиям действующих нормативных правовых актов, требованию заказчика, или иным соображениям принимать более высокие значения давления настройки, при условии выполнения требований 5.1 настоящего стандарта.

5.3 Давление настройки принимают таким, чтобы давление начала открытия Р_но не превышало расчетное Р (или разрешенное Р_раз) давление оборудования - Р_но  Р (или Р_но  Р_раз).

Допускается увеличение давления начала открытия Р_но до (или ), если расчетное Р (или разрешенное Р_раз) давление оборудования равно рабочему давлению Р_р.

5.4 Давление полного открытия клапанов не должно превышать значение, рассчитанное по одной из формул:

- для Р_н менее 0,3 МПа (3 бар)

Р_по = Р_н + 0,05 МПа (0,5 бар);

(1)

- для Р_н от 0,3 до 6,0 МПа (от 3 до 60 бар)

;

(2)

- для Р_н свыше 6,0 МПа (60 бар)

.

(3)

Допускается применять клапаны с другими соотношениями между давлением настройки (давлением начала открытия) и давлением полного открытия при соблюдении требований по 5.1.

5.5 Методики расчета пропускной способности ПК приведены в приложениях Д и Е.

Площадь седла ПК, выбранного из каталога, должна быть равной или ближайшей большей к расчетной минимальной площади седла.

5.6 Конструкция клапанов и вспомогательных устройств должна:

- обеспечивать свободное перемещение подвижных элементов клапана и исключать возможность их выброса;

- исключать возможность произвольного изменения регулировок.

5.7 ПК размещают в местах, доступных для удобного и безопасного обслуживания и ремонта. При расположении клапана, требующего систематического обслуживания на высоте более 1,8 м, предусматривают устройства для удобства обслуживания.

5.8 Клапаны следует устанавливать:

- в соответствии с требованиями технических регламентов;

- в зоне газовой (паровой) фазы;

- в местах, исключающих образование застойных зон рабочей среды.

5.9 Для пожаро- и взрывоопасных веществ и веществ 1-го и 2-го классов опасности по ГОСТ 12.1.007, а также для оборудования, работающего при криогенных температурах, предусматривают систему клапанов, состоящую из рабочего и резервного клапанов, а также переключающего устройства. Рабочий и резервный клапаны должны иметь равную пропускную способность, обеспечивающую полную защиту оборудования от превышения давления свыше допустимого. Для ревизии и ремонта до клапанов (при необходимости и после них) устанавливают трехходовую арматуру (переключающее устройство), исключающую возможность одновременного закрытия обоих клапанов. Проходное сечение в узле переключения в любой ситуации должно быть не менее проходного сечения устанавливаемого клапана.

5.10 При эксплуатации ПК не допускается:

- установка запорной арматуры между оборудованием и клапаном, а также за клапаном;

- использовать клапаны для регулирования давления в оборудовании.

5.11 В ЭД (ПС и РЭ) клапанов должны быть указаны основные технические характеристики и параметры:

- номинальный диаметр входа DN₁ и выхода DN₂;

- номинальное давление входа PN₁ и выхода РN₂;

- коэффициенты расхода для газов (при критическом истечении) и жидкостей ;

- площадь сечения F, к которой отнесены коэффициенты расхода;

- диапазон давлений настройки;

- давление настройки Р_н и/или давление начала открытия Р_но;

- давление полного открытия Р_по;

- давление закрытия Р_з;

- противодавление Р_п (указывают для неразгруженных клапанов в случае, если в качестве давления настройки Р_н (Р_но) указано давление в защищаемой системе, а не на стенде изготовителя);

- поправочный коэффициент от температуры K_t;

- температура расчетная t, °С;

- рабочая среда.

Для обеспечения безопасной эксплуатации в ТУ и ЭД по требованию заказчика указывают величину реактивной силы при максимальном расходе через клапан, подтвержденную расчетом.

5.12 В ЭД на клапан, предназначенный для эксплуатации при температурах сред значительно выше (ниже) температуры окружающей среды, изготовитель должен приводить в табличной или графической форме значения поправочного коэффициента от температуры K_t, а также значение минимальной температуры, при которой он может быть применен. Поправочный коэффициент K_t представляет собой множитель к давлению настройки Р_н.

Допускается применять следующие значения коэффициента K_t, если изготовитель не приводит их в КД (ЭД):

- K_t = 1,000 - при температуре рабочей среды до 100 °С;

- K_t = 1,020 - при температуре рабочей среды от 100 °С до 250 °С;

- K_t = 1,025 - при температуре рабочей среды от 250 °С до 300 °С.

Температура стенок корпуса клапана может быть не равна рабочей температуре процесса вследствие физического расположения клапана, скопления неконденсирующихся паров ниже впуска клапана, установки разрывной мембраны перед клапаном или обогрева клапана. Коэффициент K_t позволяет компенсировать колебания нагрузки пружины, вызванные температурными деформациями деталей клапана, а также изменениями физических свойств материала пружины, как при высоких, так и при низких температурах.

5.13 Настройка ПК на испытательном стенде

5.13.1 При настройке ПК на испытательном стенде следует учитывать действительные рабочие условия (нагрузки) при эксплуатации клапана: влияние противодавления и/или температуры.

5.13.2 Для ПК, работающих без противодавления, при стендовых испытаниях давление настройки рассчитывают по формуле

.

(4)

5.13.3 Конкретный алгоритм учета противодавления и температуры при испытаниях определяет изготовитель в зависимости от конструкции клапана. Типовой алгоритм приведен в 5.13.4.

5.13.4 Для ПК, работающих при постоянном статическом противодавлении:

- для неразгруженных ПК давление испытаний Р_н исп при стендовых испытаниях равно разности между давлением настройки Р_н и статическим противодавлением Р_п ст;

- для разгруженных ПК не требуется учитывать статическое противодавление вследствие незначительности изменения силы закрытия, вызванного статическим противодавлением;

Примечание - Поправочный коэффициент K_w, учитывающий эффект неполного открытия разгруженных ПК из-за противодавления, вводят при расчете реальной пропускной способности в соответствии с Б.3.5;

- для определения величины давления испытаний Р_н исп на испытательном стенде, при необходимости, следует учитывать поправку на температуру K_t. За температуру, используемую для определения K_t, следует принимать температуру на входе в клапан во время работы на стенде изготовителя (при нормальных условиях);

- алгоритм:

а) по ЭД клапана определить поправку на влияние температуры K_t;

б) рассчитать давление настройки (давление полного открытия) клапана при испытаниях Р_н исп (Р_но исп) по одной из формул

- для неразгруженных ПК

,

(5)

;

(6)

- для разгруженных ПК

,

(7)

.

(8)

5.14 Влияние противодавления на функционирование ПК и его пропускную способность рассмотрено в приложении Б.

5.15 При возникновении во время эксплуатации защищаемой системы изменяющихся противодавлений, следует применять только разгруженные клапаны. В некоторых случаях допускается применять предохранительные мембраны, устанавливаемые после ПК при контроле и поддержке давления в пространстве между ПК и мембраной.

5.16 При проектировании, изготовлении, испытании и эксплуатации необходимо соблюдать требования [1] и ГОСТ 12.2.063.

6 Особенности проектирования и применения ПК прямого действия

6.1 Рычажно-грузовые клапаны допускается устанавливать только на стационарном оборудовании.

6.2 Массу груза и длину рычага рычажно-грузового клапана следует выбирать так, чтобы груз находился на конце рычага. Масса груза должна быть не более 60 кг и указана (выбита или отлита) на поверхности груза. Отношение плеч рычага не должно превышать 10:1.

При применении груза с подвеской его соединение должно быть неразъемным.

6.3 В конструкциях рычажно-грузового и пружинного клапанов предусматривают устройство для проверки исправности действия клапана в рабочем состоянии путем принудительного открытия его во время работы оборудования. Возможность принудительного открытия должна быть обеспечена при давлении, равном и более 80 % давления настройки.

Допускается устанавливать клапаны без приспособлений для принудительного открытия, если оно недопустимо по свойствам рабочей среды (токсичная, взрывоопасная и т.д.) или по условиям проведения рабочего процесса. В этом случае проверку клапанов проводят периодически в сроки, установленные технологическим регламентом, но не реже одного раза в 6 мес при условии исключения возможности примерзания, прикипания, полимеризации или забивания клапана рабочей средой.

6.4 Пружины клапанов защищают от недопустимого нагрева (охлаждения) и непосредственного воздействия рабочей среды, если она оказывает постоянное воздействие на материал пружины. Для этого перед клапаном могут быть установлены мембранно-предохранительные устройства.

6.5 В корпусе клапана и в отводящих трубопроводах следует предусмотреть возможность удаления конденсата из мест его скопления.

6.6 В разгруженных от противодавления клапанах эффективная площадь узла (детали) разгрузки должна быть такой, чтобы при росте противодавления не уменьшалось усилие на герметизацию затвора ПК.

6.7 Требования к двухпозиционным клапанам

6.7.1 В конструкции клапанов может быть предусмотрен специальный пломбируемый механизм (устройство) для возможности настройки (ограничения) высоты подъема золотника, с целью ограничения расхода среды, сбрасываемой через клапан. Необходимость наличия механизма указывают при заказе. Если расчетная пропускная способность ПК без устройства превышает заданный аварийный расход более чем на 10 %, рекомендуется изменить выпускную (сбросную) систему за ПК.

6.7.2 В ТУ (ЭД) клапанов с ограничителями высоты подъема золотника приводят зависимость коэффициента расхода от высоты подъема золотника , позволяющую правильно настроить клапан на величину сбрасываемого расхода.

При поставке клапанов в конкретную технологическую систему, для которой известна сбрасываемая рабочая среда, в ЭД рекомендуется приводить пропускную характеристику (зависимость расхода среды от высоты подъема золотника ), позволяющую правильно настроить клапан на величину сбрасываемого расхода в случае изменения аварийного расхода системы, например, при переходе сосудов на разрешенное давление.

6.7.3 Для правильного выбора клапанов, работающих в технологических системах с переменным противодавлением, в ТУ (ЭД) следует приводить зависимость коэффициента расхода от противодавления - характеристику .

6.8 Требования к пропорциональным клапанам

Конструкции клапанов, особенно работающих на жидких средах, должны обладать высокой степенью чувствительности к изменению давления в процессе сброса рабочей среды во избежание больших колебаний его значений, приводящих к:

- нестабильной работе клапана;

- повреждению клапана;

- разрушению защищаемой системы вследствие гидравлических ударов.

7 Особенности проектирования и применения ИПУ

7.1 Конструкция клапанов должна удовлетворять требованиям 6.3, 6.5-6.8.

7.2 В конструкции ИПУ следует предусмотреть возможность управления им вручную или дистанционно.

7.3 Клапаны двухпозиционного действия (с большой скоростью срабатывания) и пропорционального действия должны управляться соответствующими ИПК (двухпозиционными или пропорциональными).

7.4 Конструкция ИПК должна обеспечивать его закрытие при давлении не менее 95 % давления настройки при его испытании в составе ИПУ.

7.5 Клапаны, приводимые в действие с помощью электроэнергии, должны быть снабжены двумя независимыми друг от друга источниками питания. В электрических схемах, где отключение энергии вызывает импульс, открывающий клапан, допускается один источник питания.

Для обеспечения безопасности систем, в которых имеется вероятность отключения электроэнергии для всех источников электропитания, должен быть предусмотрен клапан управления с альтернативным источником питания.

7.6 Внутренний диаметр импульсных линий (подводящих и отводящих) рассчитывают с учетом допустимого заказчиком времени срабатывания главного клапана.

Импульсные линии и линии управления должны обеспечивать надежный отвод конденсата. Устанавливать запорную арматуру на этих линиях запрещается. Допускается устанавливать переключающее устройство, если при любом положении этого устройства импульсная линия будет оставаться открытой.

7.7 Рабочая среда, применяемая для управления клапанами, не должна подвергаться замерзанию, коксованию и полимеризации, а также не должна и оказывать коррозионное воздействие на материал деталей клапана.

7.8 Клапан снабжают не менее чем двумя независимо действующими цепями управления, причем при отказе одной из цепей управления другая цепь должна обеспечивать надежную работу клапана.

8 Требования к подводящим и отводящим трубопроводам

8.1 Общие требования

8.1.1 Клапаны устанавливают на патрубках или трубопроводах, непосредственно присоединенных к защищаемому оборудованию.

8.1.2 При установке на одном патрубке (трубопроводе) нескольких клапанов площадь поперечного сечения патрубка (трубопровода) должна быть не менее 1,25 суммарной площади входных патрубков клапанов, установленных на нем.

При определении сечения присоединительных трубопроводов длиной более 1000 мм необходимо также учитывать их сопротивление.

8.1.3 Для подводящего и отводящего трубопроводов должны быть:

- обеспечена компенсация температурных удлинений;

- предусмотрена защита от замерзания рабочей среды;

- предусмотрены меры по исключению резких изменений температуры стенок (тепловых ударов) при срабатывании клапана;

- выполнены расчеты крепежа корпуса клапана и трубопроводов с учетом статических нагрузок и динамических усилий, возникающих при срабатывании клапана.

8.1.4 Не допускается проводить отбор рабочей среды из патрубка клапана, а также на участках присоединительных трубопроводов от оборудования до клапана.

8.2 Требования к трубопроводам

8.2.1 Требования к подводящим трубопроводам:

- трубопроводы выполняют с уклоном по всей длине в сторону сосуда (оборудования);

- внутренний диаметр и длину трубопровода рассчитывают, исходя из наибольшей пропускной способности ПК;

- внутренний диаметр трубопровода должен быть не менее наибольшего внутреннего диаметра входного патрубка ПК;

- при расходе среды, соответствующем максимальной пропускной способности ПК, потери давления в трубопроводе от защищаемого оборудования до ПК не должны превышать 3 % от давления настройки (). В случае если потери давления в подводящем трубопроводе превышают следует провести проверку динамической устойчивости работы ПК в системе - экспериментально либо с помощью методов инженерного анализа, а также учитывать при расчете пропускной способности ПК.

8.2.2 Требования к отводящим трубопроводам:

- внутренний диаметр трубопровода должен быть не менее наибольшего внутреннего диаметра выходного патрубка клапана. При сбросе среды через несколько ПК площадь поперечного сечения сбросного трубопровода должна быть не менее суммарной площади выходных патрубков клапанов;

- внутренний диаметр и длину трубопровода рассчитывают так, чтобы при расходе среды, соответствующем максимальной пропускной способности ПК, противодавление в выходном патрубке ПК не превышало допустимого противодавления, указанного в РЭ;

- учет влияния противодавления при проектировании трубопровода и расчете пропускной способности ПК - в соответствии с приложением Б и Д.9.

8.3 Динамическое противодавление

8.3.1 Величину динамического противодавления определяют для всех систем, независимо от конфигурации выпускного трубопровода - со сбросом напрямую в атмосферу, либо длинные разгрузочные трубопроводы.

8.3.2 Величина противодавления в выходном патрубке ПК после его открытия является суммой статического Р_п ст и динамического Р_п дин противодавлений. При сбросе среды статическое противодавление Р_п ст может быть переменным вследствие изменяющихся условий в системе разгрузки.

8.3.3 В заказной спецификации ПК проектировщик системы должен указывать значение противодавления.

Библиография

[1]	TP ТС 032/2013	Технический регламент Таможенного союза "О безопасности оборудования, работающего под избыточным давлением"
[2]	ГОСТ Р 52857.1-2007	Сосуды и аппараты. Нормы и методы расчета на прочность. Общие требования
[3]	ИСО 4126-1:2013 (ISO 4126-1:2013)	Устройства предохранительные для защиты от избыточного давления. Часть 1. Предохранительные клапаны (Safety devices for protection against excessive pressure - Part 1: Safety valves)
[4]	ИСО 4126-7:2013 (ISO 4126-7:2013)	Устройства предохранительные для защиты от избыточного давления. Часть 7. Общие данные. 2-я редакция (Safety devices for protection against excessive pressure - Part 7: Common data. 2nd edition)
[5]	ИСО 4126-10:2010 (ISO 4126-10:2010)	Устройства предохранительные для защиты от избыточного давления. Часть 10. Расчет предохранительных клапанов и входного и выходного трубопроводов для газожидкостного течения (Safety devices for protection against excessive pressure - Part 10: Sizing of safety valves and connected inlet and outlet lines for gas/liquid two-phase flow)
[6]	АПИ 520 (API Standard 520, Part 1)	Выбор размеров, подбор и установка устройств сброса давления. Часть 1. Выбор размеров и подбор устройств (Sizing, Selection, and Installation of Pressure-relieving Devices. Part 1: - Sizing and Selection, 2014)
[7]	ГОСТ Р 53681-2009	Нефтяная и газовая промышленность. Детали факельных устройств для общих работ на нефтеперерабатывающих предприятиях. Общие технические требования
[8]	Александров А.А., Орлов К.А., Очков В.Ф. Теплофизические свойства рабочих веществ теплоэнергетики. - Издательский дом МЭИ, 2009.
[9]	Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. - Москва, Наука, 1972.
[10]	Рид Р., Праусниц Дж., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей: Справочное пособие. - Л.: Химия, 1982.
[11]	N.В. Vargaftik, Yu. K. Vinogradov, V.S. Yargin. Handbook of Physical Properties of Liquid and Gases. - Begell House. Inc. New York. Wallingford (UK). - 1996.
[12]	Bruce E. Poling, John M. Prausnitz, John P. O'Connell. The Properties of Gases and Liquids. 5th Edition. - The McGraw-Hill Companies, Inc. - 2001.