Rannsókn á framleiðslu springulæsra útloka- og öryggisrara

Það þrýstiregulerandi öryggisveita stendur sem ein af grundvallarþrýstistjórnunaraðferðum í verkfræði. Frá olíu- og efnaframleiðsluverkum til háþrýstis hýdraulíkkerfa veitir þessi tegund af opnunarmyndum áreiðanlega, sjálfvirka virkni sem verndar búnaði og starfsfólki frá hættulegum ofþrýstishendingum. Að skilja hvernig þessar opnunarmyndir eru framleiddar gefur verkfræðingum, innkaupasérfræðingum og rekstraraðilum dýpra skilning á nákvæmni og efnafræði sem fer í hverja einingu sem fer út úr framleiðslusvæðinu.

Að framleiða springuákvörðuðan öryggisvölvu er ekki einfaldur stömpunar- eða gosferli. Það krefst nákvæmra málstikna, velfundinna legera og harðra prófunarreglum sem standa í samræmi við alþjóðlegar staðlar fyrir ýtrybúnað. Á meðan iðnaðarkerfi eru að skjóta á hárra rekstursýtrit og meira áhrifamikil efni hefur framleiðsluferlið fyrir springuákvörðuða öryggisvölvu þróast mjög, með því að innlima nútíma sniðvélasetur, óskaða prófun og tölvustuðlaða springuhönnun. Þessi grein skoðar alla framleiðsluferlið fyrir springuákvörðuða öryggisvölvu, frá vöruvali ráefna til lokayfirlitsskírteins.

Kerfisþættir og framleiðslukröfur þeirra

Völvuhlutinn og sætið

Líkami springhlöðu öryggisvöruslóðar er venjulega vinninn úr smiðaðri kolefnisstál, rústfritt stál eða hálegu legeru eftir því hvaða umhverfi notkunin er ætluð fyrir. Smiðja er forgöngustefna frammi við guss í mikilvægum ýtrykkisforritum vegna þess að hún gefur þéttari og jafnari kornagreiningu sem er ástandandi gegn þurrkunarhrökkun undir endurtekinum ýtrykkisálagningum. Síðan er smiðjaður grunnurinn fluttur á CNC-vinnslustöðvar þar sem innri straumferli, sætiþvermál og þræðu tengingar eru skorin til nákvæmra víddamála.

Setjasætið er mögulega mikilvægasta yfirborðið í öllum fjöðurhlýttum öryggisvökvum. Það verður að mynda þétt viðlát á milli setjs og skífunnar þegar vélverkið er í lokuðu stöðu, en á sama tíma leyfa hratt, fullt opnun þegar kerfisþrýstingurinn nálgast stilltann þrýsting. Yfirborð setjasins eru venjulega slíp og glæðu til yfirborðsþéttleika sem mældur er í mikrínchum, og hörðunaraðferðir eins og Stellite-útgáfa eða nítrun eru notaðar í þeim þjónustusviðum þar sem eyðing eða ruslan er áhyggjuefni. Hver einhver ófullkomnuleiki í formi setjasins fer beint yfir í lek í setjinu, sem er ein af algengustu ákvörðunum á svæðinu tengdum illa framleiddum fjöðurhlýttum öryggisvökvum.

Lengdarmælingar á líkama og sæti eru framkvæmdar með hnitamæliforritum sem staðfestir samhverfugildi holu, horn sætisins og þræðistiginn í samræmi við verkfræðiteikningar. Þessi stiga nákvæmni í mælingum tryggir að þegar skífuna er álagin af fjöðrunni er snertingarspennan jafnt dreifð um allan ummál sætisins, sem er nauðsynlegt til að uppfylla lekklósan eða metall-á-metall sætislekkstofnunina sem krafist er í staðlaðum skilyrðum eins og API 527.

Skífusamsetningin og leiðarhlutinn

Skifan, sem stundum er kölluð poppet eða pluggi, er hreyfanlegi hlutinn sem lyftist frá sætið þegar kerfisþrýstingurinn sigrar fjöðrunaraflið. Í þrýstifrelsisvél með fjöður, verður skifan að vera nákvæmlega leiðbeind svo hún hreyfi sig á fullkomlega áskenndum slóð án þess að kantast eða festast. Kantun veldur ójöfnu sambandi við sætið, sem valdar rífun á línuformi (wire-drawing) og ónægjandi lek. Leiðarinn, sem venjulega er nákvæmlega framleiddur sívalningslaga holu í lokunum eða sérstökum leiðarhylku, stjórnar þessari áskenndu hreyfingu.

Diskamaterial er valið út frá ferilvökva. Þykkir diskar úr rostfritt stál eru staðlaðir fyrir almenna efnaþjónustu, en diskar úr Hastelloy, Inconel eða með PTFE-umhverfi eru notaðir í mjög rýsandi eða háhitasjánum forritum. Diskageometrian á einnig áhrif á streymiseinkenni spennulásar öryggisvöruslóðar. Flat diskur gefur skáran, snöggan opnunaraðgerð, en diskur með formgefinni yfirborðsmynd eða huddling chamber hönnun myndar stöðugri, full-opnunar opnun sem er forgjörð í steam- og gasþjónustu þar sem dundur getur verið vandamál.

Eftir vinnslu eru diskarnir skoðaðir til að athuga yfirborðsútlit á sitjufletinum og til að staðfesta að mælingar séu í samræmi við tilgreindar markvísanir um bil á milli leiðslu og disks. Of mikil bil á milli leiðslu og disks leyfir hliðröðun disksins, en of lítið bil getur valdið því að diskurinn festist í leiðslunni og krefst þess að vöruslóðin opi ekki við réttan stillingarþrýsting. Bæði villusniðin eru óþoluleg í vel framleiddri spennulásar öryggisvöruslóð.

Hönnun og framleiðsla spennulásar

Grunnvöllur fjöruhönnunar

Spiralþrýstifjöra er ákveðandi hluturinn í þrýstifylgju með fjöru og hefur gefið nafn á tækinu. Fjöran geymir vélarorku þegar hún er þrýst, og gefur hana út til að endursetja diskinn þegar kerfisþrýstingurinn lækkar undir stillingarþrýstinginn. Hönnun fjöru byrjar á nákvæmum verkfræðireikningum sem taka tillit til nauðsynlega stillingarþrýstingsins, opningsflatunnar í þrýstifylgjunni, óskunnar blástungarsviðsins og starfsins hitastigs. Þessir stuðlar ákvarða fjörustig, fríu lengd, fastarhæð, fjölda virkra vinda, tråðþvermál og miðjuvindamál.

Fjöður fyrir fjöðurskældan yfirþrýstisvalva er venjulega framleiddur úr króm-silíkón legera steeli, króm-vanadín steeli eða rustfritt stáli eins og 316 eða 17-7 PH, eftir því hvaða hitastig og móttölu við rósu er krefst. Fjöðurinn er vindaður köldum á CNC-vindufélagum sem halda fastri vindaðri fjarlægð og þvermál í gegnum allan fjöðurinn. Eftir að fjöðurinn er vindaður er hann átakssvæfður í ofnum með stjórnuðum andrúmslofti til að fjarlægja afgangsátök frá vindun sem gætu valdið brotahnöttun á tímabili.

Skotpeening er oft notað við fjöður sem eru ætlaðar fyrir notkun í háum sveiflufjölda eða við hátt þrýstisvæði. Þessi ferli skýtur á yfirborð fjöðursins með litlum stál- eða keramíkskotum, sem veldur samþrýstum afgangsspennu í yfirborðslaginu og bætir þannig mikluvið tíma til fatnaðarskemmda. Fyrir fjöður með útþrýstingssveiflu sem er sett upp í kerfi sem reynir oft breytingar á þrýstisgildi geta fjöður með skotpeiningu lengra þjónustuskeið og minnka hættuna á fatnaðarskemmdum fjöðursins, sem er afbrigði af alvarlegum skekkjum.

Staðfesting fjöðurhraða og full málsfylgja

Sérhver fjöður sem notaður er í fjöðurþrýstiregla með fjöðurþrýsting þarf að prófa á fjöðurhraðaprófunarvél sem mælir hlutfallið milli álags og brottskots yfir virkisviðið. Mældi fjöðurhraði er borinn saman við hönnunarspecifikátið og fjöðrar sem liggja utan við heimilisbilinu eru hafnaðir. Þetta er ekki úrtaksprófun í framleiðsluumhverfi sem leggja áherslu á gæði — þetta er kröfu um 100% inspektion vegna þess að fjöðurhraði ákvarðar beinlega stillt þrýstinginn á lokið vélbúnaðinn.

Efnaafturdráttur er jafnframt jafn mikilvægur. Hver fjöðurparti verður að fylgja smíðisvottorð sem staðfestir efna- og eiginleika þráðsins. Þessi skjöl eru geymd sem hluti af gæðaskrá vörumerkisins og eru nauðsynleg fyrir samþykki ýmissa ýtihluta í samræmi við tilskipanir eins og Evrópska tilskipanin um ýtihlutana eða ASME kafla VIII. Án fulls efnaafturdráttar má ekki löglega setja upp ýtihluta með fjöðuráhrifum í mörgum reglubundnum atvinnugreinum.

Yfirborðsbeð í fjöðrum, svo sem epóxí, sinkfosföt eða PTFE, eru notað í umhverfi þar sem fjöðurinn er útsett fyrir rýrnandi ferli-efni eða rökkum loftslagsstöðum. Þessi beð verða að vera jafnt ásamt án þess að mynda brú á milli snúða, sem væri að breyta virkum fjöðurstig. Þykkt beðsins er staðfest með segul- eða eddy-rásamælum sem hluti af lokaprófun fjöðursins.

Samsetning, stilling á settu ýtingi og prófanir

Stýrðar samsetningarvenjur

Samsetning á springhlöðu yfirþrýstisvæði er framkvæmd í stjórnuðum umhverfi þar sem hreinlæti er stranglega viðhaldið. Upprunaleg leka í sæti eða diskur er oftast valin af því að sætið eða diskurinn verði fyrir óhreinindi á meðan samsetningin fer fram, svo samsetningarsvæðin eru venjulega útbúin með loftfiltrakerfum og verkfræðingar nota handklæði án flísar. Hlutirnir eru hreinsaðir með ultrahálfu eða með lausnarmiðlum áður en samsetningin hefst, og smurr er beitt aðeins á tilgreind yfirborð eins og þráðsáttir og leiðiborð, aldrei á sætisyfirborð.

Fjöðurinn er settur á milli skífu og stillingarskrufu, sem er þrædd í lokunargjár. Með því að snúa stillingarskrufunni er fjöðurinn samþrýstur eða losnaður, sem hefur áhrif á hæð settra þrýstis. Þessi stilling er aðalhugtakið við að stilla þrýstisvörn með fjöður á nauðsynlega settra þrýstisgildi, og henni verður að framkvæma á stilltum prófunarborði í stað þess að meta hana einungis með tilfinningu eða útreikningum. Stillingarskrufan er lásuð með lásnúttu þegar rétta settra þrýstisgildið er náð og sett er á vörn gegn óheimilisbreytingum til að koma í veg fyrir óheimilisbreytingar á svæðinu.

Þrýstigildi fyrir allar þræddar tengingar eru tilgreind í sameiningarferlinu og staðfest með stilltum þrýstihlífum. Of lágt þrýstig getur leitt til lausunar tenginganna undir titringum, en of hátt þrýstig getur valdið afbrigðum í líkamanum og áhrifum á sitjufleti. Bæði aðstæðurnar minnka af hverju áfram virkni þrýstisvörnar með fjöður í notkun.

Prófun á settra þrýstis og staðfesting á lek á sitjufleti

Hver þrýstisvæðislyftufella með fjöðurhlöðu verður prófuð á vatnsþrýstiprófunarborði eða loftþrýstiprófunarborði áður en hún er send. Á prófunarborðinu er stillt þrýstingur beindur á innflæðisopnun fella og útflæðisopnunin er ávallt eftirlituð. Þrýstingurinn er hækkaður hægt þar til fellan opnar og opnunarþrýstingurinn er skráður sem stilltur þrýstingur. Fyrir fellur sem eru notaðar við gasþjónustu er stilltur þrýstingur venjulega staðfestur með köfnunarefni eða lofti, en vatn er notað fyrir fellur sem eru notaðar við væskuthjónustu. Mætti stilltum þrýstingi verður að vera innan leigju sem tilgreind er í viðeigandi staðla, sem er venjulega plús eða mínus 3% fyrir stillta þrýstinga yfir 70 psi samkvæmt reglum ASME kafla VIII.

Prófun á rásleka setja er framkvæmd eftir prófun á stillingarþrýstingi með því að beita þrýstingi sem jafngildir 90% af stillingarþrýstingnum á innrásarmunninn á öryggisvölvunni og athuga útgangsmunninn fyrir lek. Fyrir metal-settar fjöður-ávallnar öryggisvölvur er lek mældur í blösrum á mínútu með því að nota undir vatn settan útgangsrör, og leyfilegur lekhlutfall er skilgreindur í API 527. Hugðar völvur með elástískum eða PTFE diskum eru búin að ná núll-lek við 90% af stillingarþrýstingi.

Líkamssjávarþrýstiprófun er framkvæmd sjálfstætt við 1,5 sinnum hámarks leyfilega starfþrýsting til að staðfesta styrkleika þátta sem halda þrýstingi. Hver veikleiki í líkamsvegg, lokunarsambandi eða þráðsamböndum á meðan prófunin fer fram leiddir til hafna og rannsóknar á rótarsökum áður en klappan er endurunnin og endurprófuð. Þessi margstigaprófunarmáti tryggir að hver fjöðurklapp sem skilar frá framleiðslustöðinni uppfylli bæði virkni- og byggingarkröfur.

Valkostur efna og samræmi við staðla

Að passa efni við notkunarsháttur

Val á efni fyrir springuávölvunaraðgerðarventil er ákvarðað af þremur aðalþáttum: efnafræðilegri samhæfni ferðunarvökva við efni ventilsins, starfsheimildum hitastigs og ýtriklasanum. Líkamarnir úr kolefnissteypu eru hentugir fyrir ekki rýnandi notkun við meðalhitastig, en rustfritt stál er sjálfgefið val fyrir vatnsbyggð, súr, eða oxíderandi umhverfi. Fyrir kryógena notkun eru austenískt rustfritt stál eða sérstök kolefnissteypa fyrir lágt hitastig með staðfestri áhrifahörku nauðsynleg, því að venjuleg kolefnissteypa verður brjótleg við undir-núllhitastig.

Elastómerlæsir og mjúkar sitjufyllingar verða einnig að vera samhæfðar við ferlisvökvið. Nitrílráða er samhæfð við olíubundin vökvi, EPDM er notað fyrir steam- og heitt vatnssýslu, og Viton veitir breiða efnaþolustu gegn áhrifameiklum leysimiðlum og sýrur. Val á rangri elástómer í springulæstum öryggisvélvalva getur leitt til hratt af brotinnar læsingu, svellings sem krefur diskinn af því að setjast rétt eða stífunar sem valvan festist opinn eða lokaður.

Háhitasýsla yfir 450°C bætir við aukinni flókinni því venjulegar fjöður missa elástíska módeilinn sinn við hærra hitastig, sem veldur því að stillingarþrýstingurinn lækkar þegar fjöðurinn myknar. Framleiðendur leysa þetta með því að nota háhitavélstál fjöðra og með því að beita hitakorrigeringu við stillingarþrýstingstæpningu svo að valvan opni við réttan þrýsting við reksturshitann í staðin fyrir umhverfis-hitann.

Samvinnulag með alþjóðum stöðum

Springhlöðuð öryggisvél, sem er ætluð fyrir reglulegt þrýstibúnaðarviðmál, verður að uppfylla eitt eða fleiri alþjóðleg staðla, eftir markaði og notkun. ASME kafla VIII og tengdir ASME/ANSI-staðlar stjórna öryggisvélum fyrir þrýstibúnað í Bandaríkjunum og mörgum alþjóðlegum markaðum. Staðlarnir API 520 og API 521 veita leiðbeiningar um stærðarval og val, en API 526 skilgreinir staðlaða opastærð og þrýstihitavirkni fyrir springhlöðuðar öryggisvél með flensu.

Í Evrópu krefst áskriftar um öryggisviðbætur og eftirfylgjandi reglugerð um þrýstiforrit að öryggisviðbætur, þar á meðal vörur fyrir springulóða þrýstihlífunarvél, hafi CE-merkingu, sem er veitt einungis eftir samræmismati hjá tilkynntum stofnun. Þetta samræmismat skoðar gæðastjórnunarkerfi framleiðandans, hönnunarbereikninga, efnaheimildir og prófunarskráningar. Til að halda þessari vottun gilda krefst endurtekinn yfirvöldunarkönnun og varðhald fullkominnar framleiðsluskráningar fyrir hverja vél sem framleidd er.

ISO 4126 veitir alþjóðlega samræmda kerfi fyrir öryggisbúnað til verndar gegn of mikilli þrýstingi, og margir framleiðendur hanna vöruséríu sína af fjöðurhlöðnum yfirþrýstisvæðum þannig að þær uppfylli jafnframt kröfur ASME, API og ISO til að þjóna alþjóðlegum markaði án þess að halda áfram sérstökum vöruútgáfum. Þessi samræming einfaldar innkaup fyrir fjölþjóðlega rekendur sem þurfa samhverf skjalasöfn um framkvæmd í stöðum í mismunandi lögfræðilækjum.

Gæðaöryggi og sporbarleiki í framleiðslu

Millistigsgreining og skjölun

Gæðaöryggi í framleiðslu á springulokaðum öryggisvölvum takmarkast ekki við lokaprófun. Það hefst við inntaksgreiningu á efni, þar sem grunnefni eru staðfest með millilýsingum frá smiðju og sett undir jákvæða efnaauðkenni með X-geislaflúrsens eða ljósgeislafræðilegri skynjun. Þessi skref koma í veg fyrir óvart notkun rangra legera, sem er þekkt villaíþrótt í framleiðslu á ýtrykkisbúnaði og hefur verið rótarsakning á nokkrum frægum iðnaðarslysum.

Greiningarstaðir í framleiðsluprófuninni eru settir upp við hverja mikilvæga þátt í framleiðsluferlinu: eftir smíði, eftir gróf vinnslu, eftir endanlega vinnslu, eftir hitabehandlingu og eftir yfirborðsbehandlingu. Mælingar á víddum sem teknar eru við hvern greiningarstað eru skráðar í ferðaskjalið sem fylgir hverri völvu í gegnum framleiðsluferlið. Þetta ferðaskjal verður hluti af varanlegu gæðaskráningunni og er vísað til þess við lokagreiningu og samþykkt.

Óskaðar prófunaraðferðir, eins og vökvaþrýstiprófun og prófun með járnmálmaþáttum, eru notaðar á vinnsluðum líkamum og hylgjum til að greina yfirborðssprettur eða ósamfelltur sem gætu breiðst út undir þrýstibreytingum. Úljasvengjuprófun er notuð fyrir þykkvihyrnd hluti þar sem yfirborðsprófun einungis er ekki nægileg til að staðfesta innri heilbrigði. Þessar prófanir eru framkvæmdar af skráðum NDT-technikum sem hafa ábyrgð á stöðugri viðhaldsáætlun á sérfræði, t.d. samkvæmt ASNT SNT-TC-1A eða ISO 9712.

Sporanlegleiki og vottunardökument

Full nálgunaraðgangur er óumdeilanleg kröfa fyrir springuþrýstiflæðisvalva sem notuð er í öryggiskritískum forritum. Hverri valvu er úthlutað einstök raðnúmer sem tengir hana við allar tengdar framleiðsluskjöl, þar á meðal efni skírteini, skýrslur um vinnsluinspektion, prófunargögn fyrir fjöður, samsetningarskjöl og niðurstöður lokaprófunar. Þetta raðnúmer er prentað eða ríðið á valvuskírteinið ásamt stilltum þrýstingi, hámarks leyfðum vinnumþrýstingi, hitastigsmörkun, opnunarmörkun og viðeigandi staðlaaukum.

Endanlega skjalasafnið sem fylgir hverjum fjöðurþrýstisvægi með fjöður er venjulega samsett úr efnaprófunarskýrslu, mælingaprófunarskýrslu, fjöðurprófunarvottorði, vatnssýndarprófunarvottorði, þrýstisstillingarprófunarvottorði og sætisþrotaprófunarvottorði. Fyrir þrýstisvægi sem eru framleidd fyrir kjarnorku-, sjávar- eða aðrar mjög reglubundnar atvinnugreinar gæti verið krafist þriðja aðila til að vitna í prófum með óháðri inspektsjónarstofnun, sem bætir við einni frekari staðfestingarlöggu á framleiðsluskjölunum.

Framleiðendur sem selja vörur af springulæsnum öryggisvölvum til margra alþjóðlegra markaða halda kerfum sínum fyrir gæðastjórnun undir ISO 9001-staðfestingu sem grunn, með viðbótarstaðfestingum eins og ASME U-merki, PED-hammi H eða SIL-staðfestingu fyrir notkun í tengslum við virkni öryggis álagin. Þessar staðfestingar eru ekki markaðssetningartilvitnanir — þær tákna skrifaða sönnun á því að framleiðsluferlar, inspektskerfi og hæfnisstig starfsfólks uppfylla skilgreindar alþjóðlegar viðmið fyrir öryggi ýtribúnaðar.

Algengar spurningar

Hver er munurinn á springulæsri öryggisvölvu og öryggisvölvu?

Þessi hugtök eru oft notað saman, en það er tæknilegur munur á þeim í sumum staðla. Öryggisvél er sérstaklega hannað fyrir samþrýstanlega efni eins og gufu eða gas og er kennd við hröða, fulla opnun með „pop“-hreyfingu. Þrýstifrelsisvél er hannað fyrir vötn og opnar í hlutfalli við ofþrýsting. Fjöðurþrýstifrelsisvél getur vísað til hvorsvega tegundarinnar, því báðar nota spíralþrýstifjöður sem virkandi hlutann. Ákvörðun um hvaða hönnun og staðal sem á við byggist á ákveðinni notkun og tegund efnisins.

Hversu oft ætti að prófa og endurstaðfesta fjöðurþrýstifrelsisvél?

Prófunartímar eru háðir þjónustumiljónum, reglugerðarkröfum og hættustýringarforriti rekendans. Í almennum ferlumálinum eru fjöðurþrýstiflæðireglaeiningar prófaðar og endursamþykktar einu sinni á ári til fimm ára. Vélklappir í erfiðri þjónustu — með háum tíðni á opnunum, rýnandi efni eða háhitastórmi — gætu þurft árlega prófun. Reglugerðarkerfi eins og OSHA PSM í Bandaríkjunum og COMAH í Bretlandi krefjast skjölunna inspektionar- og prófunarforrita með skilgreindum tímabilum sem byggja á niðurstöðum ferlahættugreiningar.

Getur fjöðurþrýstiflæðiregla verið endurbúin og endursamþykkt eftir að hún hefur opnað?

Já, í flestum tilvikum er hægt að remba og endurstaðfesta springulokaðan öryggisvélvalva hjá viðurkenndri rembunarástöð sem hefur viðeigandi heimild, t.d. ASME VR-stimpla. Eftir að vélvalvan hefur opnað á þarf að taka hana úr notkun og skoða hana vegna skemmda á sæti, slífrunar á disknum, springunnar sem hefur sett sig og rýrust á líkamanum. Slitnar eða skemmdar hlutir eru skiptir út, vélvalvan samansett aftur og prófuð aftur til að staðfesta stillingarþrýsting og leka á sætið áður en hún er sett aftur í notkun. Að reyna að halda áfram notkun springulokaðs öryggisvélvalva sem hefur opnað án skoðunar er þekkt öryggisáhætta.

Hvað veldur því að springulokaður öryggisvélvalvi dafraði á meðan hann er í notkun?

Chatter er hratt, endurtekið opnun og lokun á skífu sem á sér stað þegar kerfisþrýstingurinn er nálægt stilltum þrýstingi án nægilegs yfirþrýstings til að ná stöðugu fullri lyftu. Það er algengast í gas- og gufuþjónustu og er skaðlegt vegna endurtekinnar áhrifaskemmdar skífunnar á sætið, sem veldur hröðum eyðingu báðra yfirborðanna. Algengar ástæður eru of stór öryggisvél miðað við nauðsynlega útflæðisgetu, ónægilegur kerfisþrýstingsfall milli uppsprettu og innsláttaropns vélarinnar eða of mikill bakþrýstingur á útgangsvægi vélarinnar. Að laga chatter krefst venjulega að endurskila fjöðurlyftuöryggisvélina til að hana passi betur við raunverulega útflæðisbyrjun eða að leysa upp viðkomandi rörstillingu sem veldur óstöðugleika í þrýstingi.