Apa yang dilakukan katup tekanan?

2024-09-20

Panduan Katup Tekanan

Katup tekanan adalah perangkat pengaman penting yang mengontrol, mengatur, dan mengurangi tekanan dalam sistem cairan. Panduan komprehensif ini mencakup katup pelepas tekanan, katup pereduksi tekanan, regulator tekanan, dan perangkat kontrol tekanan di seluruh aplikasi industri.

Kontrol tekanan sangat penting dalam sistem apa pun yang menangani cairan atau gas di bawah tekanan. Apakah Anda berurusan dengan boiler uap, sistem hidrolik, atau jaringan distribusi air, katup tekanan berfungsi sebagai mekanisme keamanan utama yang mencegah kegagalan bencana dan mengoptimalkan kinerja sistem.

Apa itu katup tekanan? (Definisi dan fungsi inti)

Katup tekanan adalah perangkat kontrol aliran otomatis yang dirancang untuk mengatur tekanan sistem dengan membuka untuk melepaskan tekanan berlebih atau penutupan untuk mempertahankan kondisi operasi yang stabil. Katup kontrol tekanan ini berfungsi sebagai perangkat keselamatan dan pengoptimal kinerja.

Fungsi utama:

Peraturan Tekanan:Mempertahankan tekanan sistem dalam batas yang telah ditentukan
Perlindungan Overpressure:Mencegah kerusakan peralatan dengan melepaskan tekanan berlebih
Kontrol aliran:Menyesuaikan aliran fluida untuk mengoptimalkan efisiensi sistem
Jaminan Keselamatan:Bertindak sebagai garis pertahanan terakhir terhadap kegagalan terkait tekanan

Definisi teknis:

Menurut ASME BPVC Bagian I, alat pelepas tekanan adalah "perangkat yang digerakkan oleh tekanan statis saluran masuk dan dirancang untuk membuka selama kondisi darurat atau abnormal untuk mencegah peningkatan tekanan cairan internal lebih dari nilai tertentu."

Bagaimana Katup Kontrol Tekanan Kerja: Prinsip Teknis

Mekanisme operasi dasar

Katup pelepas tekanan beroperasi pada prinsip kekuatan-keseimbangan:

Persamaan Saldo Kekuatan:F₁ (gaya tekanan saluran masuk) = f₂ (gaya pegas) + f₃ (gaya tekanan balik)

Di mana:

F₁ = P₁ × A (Tekanan saluran masuk × area cakram efektif)
F₂ = spring constant × jarak kompresi
F₃ = P₂ × A (Area Disk Tekanan Backsure)

Urutan Operasi:

Menetapkan tekanan:Katup tetap tertutup saat tekanan sistem
Tekanan retak:Pembukaan awal terjadi pada 95-100% dari tekanan yang ditetapkan
Lift penuh:Pembukaan Lengkap pada 103-110% dari Tekanan Set (per API 526)
Tekanan ulang:Katup ditutup pada 85-95% dari tekanan set (blowdown khas)

Parameter teknis utama:

Parameter	Definisi	Kisaran khas
Menetapkan tekanan	Tekanan di mana katup mulai terbuka	10-6000 psig
Tekanan berlebihan	Tekanan di atas menetapkan tekanan selama pelepasan	3-10% dari Tekanan Set
Blowdown	Perbedaan antara Tekanan Set dan Reseat	5-15% dari tekanan yang ditetapkan
Tekanan belakang	Tekanan hilir yang mempengaruhi kinerja katup	<10% dari Tekanan Set (Konvensional)
Koefisien aliran (CV)	Faktor kapasitas katup	Bervariasi berdasarkan ukuran/desain

Jenis Perangkat Kontrol Tekanan: Spesifikasi Teknis

1. Katup pengaman tekanan (PSV) dan katup pelepas keselamatan (SRV)

Standar Teknis:ASME BPVC Creator I & VIII, API 520/526

Katup pengaman yang dimuat pegas

Rentang operasi:15 psig hingga 6.000 psig
Kisaran suhu:-320 ° F hingga 1.200 ° F.
Kisaran Kapasitas:1 hingga 100.000+ SCFM
Bahan:Baja Karbon, Stainless Steel 316/304, Inconel, Hastelloy

Perhitungan Kapasitas (Layanan Gas):W = ckdp₁kshkv√ (m/t)

Di mana:

W = kapasitas yang diperlukan (lb/jam)
C = koefisien pelepasan
KD = faktor koreksi koefisien debit
P₁ = set tekanan + overpressure (psia)
KSH = faktor koreksi superheat
Kv = faktor koreksi viskositas
M = berat molekul
T = suhu absolut (° R)

Katup Bantuan Keselamatan yang Dioperasikan Pilot (POSRV)

Keuntungan:Mematikan ketat, kapasitas besar, pengurangan obrolan
Rentang tekanan:25 psig hingga 6.000 psig
Ketepatan:± 1% dari tekanan yang ditetapkan
Aplikasi:Layanan gas berkapasitas tinggi, aplikasi proses kritis

2. Katup pereduksi tekanan (regulator tekanan)

Standar Teknis:ANSI/ISA 75.01, IEC 60534

Regulator tekanan akting langsung

Rasio Pengurangan Tekanan:Hingga 10: 1
Ketepatan:± 5-10% dari tekanan yang ditetapkan
Rentang Aliran:0,1 hingga 10.000+ gpm
Waktu respons:1-5 detik

Formula Ukuran:Cv = q√ (g/(Δp))

Di mana:

CV = koefisien aliran
Q = laju aliran (GPM)
G = gravitasi spesifik
Δp = penurunan tekanan (psi)

Katup pereduksi tekanan yang dioperasikan pilot

Rasio Pengurangan Tekanan:Hingga 100: 1
Ketepatan:± 1-2% dari tekanan yang ditetapkan
Rangeability:100: 1 Khas
Aplikasi:Aplikasi pengurangan tekanan tinggi, tekanan tinggi

3. Regulator Tekanan Kembali dan Katup Kontrol

Fungsi:Pertahankan tekanan hulu yang konstan dengan mengendalikan aliran hilir

Spesifikasi Teknis:

Rentang tekanan:5 psig hingga 6.000 psig
Koefisien aliran:0,1 hingga 500+ CV
Ketepatan:± 2% dari tekanan yang ditetapkan
Bahan:316 SS, Hastelloy C-276, Inconel 625

Aplikasi Industri dan Studi Kasus

Industri pembangkit listrik

Katup pengaman boiler uap (bagian ASME I)

Kapasitas yang Diperlukan:Harus melepaskan semua uap yang dihasilkan tanpa melebihi 6% di atas tekanan yang ditetapkan
Persyaratan Minimum:Satu katup pengaman per boiler; Dua katup untuk permukaan pemanasan> 500 kaki persegi
Pengujian:Tes pengangkat manual setiap 6 bulan (tekanan tinggi) atau triwulanan (tekanan rendah)

Studi Kasus: Pembangkit Listrik 600 MW

Tekanan uap utama: 2.400 psig
Tekanan set katup pengaman: 2.465 psig (103% dari tekanan operasi)
Kapasitas yang Diperlukan: 4,2 juta lb/jam uap
Konfigurasi: beberapa katup pengaman yang dimuat pegas 8 "x 10"

Industri minyak & gas

Sistem Keselamatan Tekanan Pipeline (API 521)

Tekanan Desain:1.1 × maksimum tekanan operasi yang diijinkan (MAOP)
Ukuran katup pengaman:Berdasarkan skenario aliran dan tekanan maksimum yang diantisipasi
Bahan:Layanan gas asam membutuhkan kepatuhan NACE MR0175

Studi Kasus: Stasiun Pipa Gas Alam

Tekanan Operasi: 1.000 psig
Tekanan set katup pengaman: 1.100 psig
Persyaratan Kapasitas: 50 MMSCFD
Instalasi: 6 "x 8" katup pelepas keselamatan yang dioperasikan pilot

Pengolahan dan distribusi air

Stasiun katup pereduksi tekanan

Tekanan saluran masuk:150-300 psig (pasokan kota)
Tekanan outlet:60-80 psig (jaringan distribusi)
Rentang Aliran:500-5.000 GPM
Kontrol Akurasi:± 2 psi

Contoh Perhitungan Hidrolik:

Untuk PRV air 6 "mengurangi 200 psig menjadi 75 psig pada 2.000 gpm:

Diperlukan CV = 2.000√ (1.0/125) = 179
Pilih 6 "katup dengan CV = 185

Pemrosesan kimia dan petrokimia

Sistem Perlindungan Reaktor

Kondisi operasi:500 ° F, 600 psig
Skenario Bantuan:Ekspansi termal, reaksi pelarian, kegagalan pendinginan
Bahan:Hastelloy C-276 untuk layanan korosif
Perekat:Berdasarkan analisis skenario terburuk per API 521

Kriteria Seleksi dan Perhitungan Teknik

Parameter kinerja

Peringkat Tekanan (ASME B16.5):

Kelas	Peringkat tekanan @ 100 ° F
Kelas 150	285 psig
Kelas 300	740 psig
Kelas 600	1.480 psig
Kelas 900	2.220 psig
Kelas 1500	3.705 psig

Suhu Derating:

Peringkat tekanan harus diturunkan untuk suhu tinggi menurut tabel tekanan suhu ASME B16.5.

Panduan Pemilihan Material

Melayani	Bahan tubuh	Bahan trim	Bahan Musim Semi
Air	Baja karbon, perunggu	316 ss	Kawat musik
Uap	Baja karbon, 316 SS	316 SS, Stellite	Inconel X-750
Gas asam	316 SS, Duplex SS	Stellite, tidak sadar	Inconel X-750
Cryogenic	316 SS, 304 SS	316 ss	316 ss
Suhu tinggi	Baja karbon, baja paduan	Stellite, tidak sadar	Inconel X-750

Perhitungan Ukuran

Untuk layanan cair (API 520):

Area yang diperlukan:A = (GPM × √g) / (38.0 × kD × kw × kc × √Δp)

Di mana:

A = Area pelepasan efektif yang diperlukan (IN²)
Gpm = laju aliran yang diperlukan
G = gravitasi spesifik
KD = koefisien pelepasan (0,62 untuk cairan)
KW = Faktor Koreksi Tekanan Kembali
KC = faktor koreksi kombinasi
Δp = set tekanan + tekanan berlebih - tekanan belakang

Untuk layanan gas/uap (API 520):

Aliran Kritis:A = w/(ckdp₁kb)
Aliran sub-kritis:A = 17.9W√ (TZ/MKDP₁ (P₁-P₂) KB)

Standar Pemasangan dan Pemeliharaan

Persyaratan Instalasi (ASME BPVC)

Instalasi katup pengaman:

Pipa masuk:Pendek dan langsung, hindari siku dalam 5 diameter pipa
Pipa outlet:Berukuran untuk maksimum tekanan punggung 10%
Pemasangan:Pilihan vertikal, dapat diterima dengan dukungan
Isolasi:Blok katup dilarang di inlet; dapat diterima di outlet jika terkunci terbuka

Instalasi katup pereduksi tekanan:

Saringan hulu:Minimum 20-mesh untuk layanan bersih
Garis Bypass:Untuk operasi pemeliharaan dan darurat
Pengukur tekanan:Pemantauan hulu dan hilir
Valve Bantuan:Perlindungan hilir terhadap tekanan berlebih

Jadwal dan Prosedur Pemeliharaan

API 510 Persyaratan Inspeksi:

Inspeksi Visual:Setiap 6 bulan
Tes operasional:Setiap tahun
Tes Kapasitas:Setiap 5 tahun
Overhaul Lengkap:Setiap 10 tahun atau per rekomendasi produsen

Prosedur Pengujian:

Atur tes tekanan:Verifikasi tekanan pembukaan dalam ± 3% dari pengaturan
Tes Kebocoran Kursi:API 527 Kelas IV (5.000 cc/jam maksimum)
Tes Kapasitas:Verifikasi kinerja aliran memenuhi persyaratan desain
Tes Tekanan Kembali:Mengevaluasi kinerja dalam kondisi sistem

Teknologi pemeliharaan prediktif

Pengujian Emisi Akustik:

Deteksi:Kebocoran internal, pakaian kursi, kelelahan musim semi
Rentang frekuensi:20 kHz hingga 1 MHz
Kepekaan:Dapat mendeteksi kebocoran <0,1 gpm

Analisis Getaran:

Aplikasi:Obrolan katup pilot, resonansi musim semi
Parameter:Amplitudo, frekuensi, analisis fase
Trending:Data historis untuk prediksi kegagalan

Standar dan Sertifikasi Kepatuhan

ASME Boiler dan Kode Kapal Tekanan

Bagian I (boiler daya):

Persyaratan Kapasitas:Katup pengaman harus mencegah kenaikan tekanan> 6% di atas menetapkan tekanan
Katup pengaman minimum:Satu per boiler, dua permukaan pemanasan> 500 kaki persegi
Pengujian:Pengangkatan manual setiap 6 bulan (tekanan tinggi) atau triwulanan (tekanan rendah)

Bagian VIII (Kapal Tekanan):

Persyaratan Perangkat Bantuan:Semua kapal penekanan membutuhkan perlindungan berlebihan
Menetapkan tekanan:Tidak melebihi mawp peralatan yang dilindungi
Kapasitas:Berdasarkan skenario terburuk per API 521

Implementasi Standar API

API 520 (Ukuran Perangkat Bantuan):

Cakupan:Mencakup katup bantuan konvensional, seimbang, dan dioperasikan pilot
Metode Ukuran:Memberikan prosedur perhitungan untuk semua jenis cairan
Instalasi:Menentukan persyaratan perpipaan dan integrasi sistem

API 526 (Flanged Steel Relief Valves):

Standar Desain:Persyaratan dimensi, peringkat suhu tekanan
Bahan:Baja karbon, spesifikasi stainless steel
Pengujian:Persyaratan Tes Penerimaan Pabrik

API 527 (KETENTUAN KURSI KOMERSIAL):

Kelas I:Tidak ada kebocoran yang terlihat
Kelas II:40 cc/jam per inci diameter kursi
Kelas III:300 cc/jam per inci diameter kursi
Kelas IV:1.400 cc/jam per inci diameter kursi

Standar Internasional

IEC 61511 (Sistem Instrumentasi Keselamatan):

Peringkat SIL:Persyaratan tingkat integritas keselamatan untuk perlindungan tekanan
Pengujian Bukti:Pengujian berkala untuk menjaga fungsi keselamatan
Tingkat Kegagalan:Tingkat kegagalan maksimum yang diijinkan untuk sistem keselamatan

Pemecahan masalah dan analisis kegagalan

Mode kegagalan umum

Pembukaan prematur (Simmer):

Penyebab:

Kerugian pipa saluran masuk melebihi 3% dari tekanan yang ditetapkan
Getaran atau denyut dalam sistem
Puing -puing di kursi katup
Tetapkan tekanan terlalu dekat dengan tekanan operasi

Solusi:

Tingkatkan ukuran pipa masuk (kecepatan <30 kaki/detik untuk cairan, <100 kaki/detik untuk gas)
Pasang peredam denyut
Kursi dan disk katup bersih
Tingkatkan margin antara operasi dan tekanan set (> 10%)

Kegagalan untuk membuka:

Penyebab:

Korosi musim semi atau ikatan
Tekanan punggung yang berlebihan (> 10% dari tekanan set)
Outlet atau ventilasi terpasang
Skala atau korosi pada bagian yang bergerak

Solusi:

Ganti Spring, Tingkatkan Bahan
Kurangi tekanan punggung atau gunakan desain katup seimbang
Obstruksi yang jelas, meningkatkan ukuran perpipaan outlet
Bersih dan melumasi, pertimbangkan bahan yang berbeda

Kebocoran berlebihan:

Penyebab:

Kerusakan kursi akibat puing atau korosi
Cakram bengkok dari bersepeda termal
Beban kursi yang tidak memadai (kelelahan pegas)
Serangan kimia pada permukaan penyegelan

Solusi:

Kursi pangkuan dan permukaan cakram
Ganti disk, tingkatkan desain termal
Ganti pegas, verifikasi tekanan set
Tingkatkan Bahan untuk Kompatibilitas Kimia

Teknik diagnostik

Pengujian Aliran:

Tujuan:Verifikasi kapasitas vs desain aktual
Metode:Ukur aliran pelepasan pada 110% dari tekanan yang ditetapkan
Penerimaan:± 10% dari kapasitas desain per API 527

Analisis Metalurgi:

Aplikasi:Investigasi Kegagalan, Pemilihan Material
Teknik:Analisis SEM, pengujian kekerasan, evaluasi korosi
Hasil:Akar penyebab penentuan, rekomendasi material

Dampak ekonomi dan pertimbangan biaya

Total biaya kepemilikan

Investasi Awal:

Valve Bantuan Standar:$ 500- $ 5.000 tergantung pada ukuran/bahan
Katup yang dioperasikan pilot:$ 2.000- $ 25.000 untuk aplikasi yang kompleks
Biaya pemasangan:25-50% biaya peralatan