Utforming av kompressorer krever nøye vurdering av trykkforhold, spesielt ved inntaket. Alle inntaksseparatorer for kompressorer må kunne tåle full vakuumtilstand, noe som innebærer en robust konstruksjon for å unngå sammenfall under undertrykk. For sentrifugalkompressorer og aksialkompressorer må designtrykket for inntaksseparatoren og kjøleren ta hensyn til den såkalte «settling out»-trykket. Ved flertrinnskompressorer er det nødvendig å avgjøre om designet skal baseres på totalsettling out-trykket for hele maskinen eller for hvert enkelt trinn. Typisk settes inntaksseksjonens designtrykk til 1,05 ganger settling out-trykket, mens utløpstrykket bør ligge på minst 1,1 ganger maksimum driftstrykk, og i tillegg minst 1,5 bar høyere enn maksimum driftstrykk. For å forenkle systemet og øke sikkerheten kan kompressoren uten betydelig kostnadsøkning designes for fulltrykk.

For kompressorer med positiv fortrengning er det avgjørende at utløpstrykket er høyt nok til å forhindre hyppige utløsninger av sikkerhetsventilen på grunn av trykkvariasjoner. Sikkerhetsventilens innstilling må justeres i henhold til den nominelle utløpstrykket, der marginene varierer fra 1 bar for lavtrykksapplikasjoner til rundt 6–10 % for høytrykksapplikasjoner.

Når det gjelder skall-og-rør-varmevekslere, må designtrykket tilpasses den mest ekstreme kombinasjonen av temperatur og trykk som kan oppstå i anlegget. Ved en eventuell brudd på varmevekslerrørene gjelder API-standardens 10/13-prinsipp, som sier at dersom designtrykket på lavtrykksiden er minst 10/13 av designtrykket på høytrykksiden, kan lavtrykksiden unnlates å utstyres med trykkavlastningsventil. Designtrykket settes i samsvar med trykkbeholderkrav, noe som sikrer tilstrekkelig styrke og sikkerhet under belastning.

Atmosfæriske og lavtrykkslagertanker, med designtrykk over 1,03 bar, klassifiseres som trykkbeholdere og må oppfylle ASME-spesifikasjoner. Normalt følger atmosfæriske og lavtrykkslagertanker API Standard 650, som omhandler sveisede oljelagertanker med et maksimalt internt overtrykk på 0,172 bar. Tanker som er renset eller inertisert med nitrogen eller brenselgass, må designes med et minimum overtrykk på 5 mbar for å sikre nødventilering. For situasjoner med høyere trykk eller der væsken må holdes under visse trykk av hensyn til fare, sikkerhet eller fordampningstap, brukes API 620-tanker, med et maksimal internt trykk på 1,03 bar. Disse er vanligvis sylinderformede med konisk eller kuppelformet topp.

Flare-systemer, som inkluderer flare-trommel, manifold og knockout-trommel, må designes med trykkkapasitet til å håndtere et minimum overtrykk på 3,5 bar, ofte opp mot 15 bar, avhengig av maksimal driftstrykk eller tilbakeslagstrykk i systemet.

Utstyr som kan bli utsatt for vakuum må enten ha beskyttelsestiltak som tetningsgass eller pusteventiler, eller designes for å tåle full vakuum, minst 3,5 bar i absolutt trykk. Vakuumbelastninger kan oppstå under start, stopp, regenereringsblåsning, eller ved isolasjon og avkjøling av væske- eller kondenserbar gassfylt utstyr. Fullvakuumdesign kan kreve forsterkningsringer og vakuumtesting, noe som øker investeringskostnaden.

Designtemperaturer for utstyr inkluderer både maksimal og minimal temperatur. Maksimal designtemperatur må ta hensyn til flere faktorer, blant annet maksimal omgivelsestemperatur, feil ved luftkjølere (med en redusert temperaturkapasitet), kjølemediumfeil i varmevekslere, samt spesifikke krav til underjordiske tanker som må holde seg under 100 °C av hensyn til materialspenning. For flaresystemets knockout-trommel må designtemperaturen dekke den varmeste strømmen. Minimum designtemperatur settes ofte som minimum av driftstemperatur minus 5 °C, laveste omgivelsestemperatur minus 5 °C, eller laveste temperatur forårsaket av dekompresjon.

Det er viktig å forstå at designtrykk og -temperatur ikke bare sikrer integriteten til komponentene under normale driftssituasjoner, men også under sjeldne og ekstreme forhold som oppstart, nedstengning, eller feil. I tillegg må risikoen ved trykkvariasjoner, vakuumbelastninger og temperaturendringer vurderes i sammenheng med systemets sikkerhetsventiler og nødprosedyrer. En god forståelse av disse forholdene er nødvendig for å forebygge uforutsette driftsstans eller farlige situasjoner. Designet bør derfor alltid inkludere marginer som sikrer driftssikkerhet under varierende og dynamiske belastninger, samtidig som kostnadseffektivitet opprettholdes.

Hvordan beskytte prosessbeholdere mot overtrykk, varme og termisk ekspansjon

Beholderen i et prosessanlegg skal være designet for å tåle ulike typer farer som kan oppstå under drift, som for eksempel overtrykk, termisk ekspansjon og brann. For å sikre at beholderen ikke overbelastes eller utsettes for farlige situasjoner, er det viktig å ha et system av sikkerhetsanordninger som beskytter mot disse farene.

Hver inngangskilde til systemet skal beskyttes av en PSV (Pressure Safety Valve), der innstillingspresset på ventilen ikke skal være høyere enn den maksimalt tillatte arbeidstrykket (MAWP) for beholderen. Det er også avgjørende at minst én av disse sikkerhetsventilene ikke kan isoleres fra beholderen, slik at beskyttelsen forblir intakt selv i tilfelle av systemfeil. Ventilene på utstyr nedstrøms kan møte ventilasjonskravene til beholderen, og de skal ikke kunne kobles fra beholderen, noe som sikrer at trykket i systemet ikke stiger til farlige nivåer.

Beholderen i et prosessanlegg kan ofte være en del av et større gassrensings- eller ventileringssystem. I disse tilfellene skal designtrykket til beholderen kunne tåle det maksimale tillatte trykket fra gassoppsamlingen. Det er også viktig at det ikke finnes interne eller eksterne hindringer for gassstrømmen, som for eksempel gass som kondenserer til tåke, tilbakeslagsventiler eller brannspjeld. Dersom det er risiko for slike hindringer, skal det installeres en sikkerhetskappe eller et brudddisk (PSE) for å lede eventuelle strømninger bort fra beholderen, og dermed forhindre at trykket stiger over sikkerhetsnivåene.

Når det er trykk fra strømning oppstrøms med høyere trykk enn MAWP for beholderen, beskyttes systemet av HIPPS (High Integrity Pressure Protection System). Dette er et ekstra sikkerhetssystem som beskytter mot trykkstigninger som kan skyldes feil i prosessen eller andre uforutsette forhold. For overtrykk forårsaket av andre faktorer skal PSV og LSH (Low Sulfur High Pressure) ventiler sørge for at trykket kontrolleres og ikke overskrider den sikre grensen.

Beholderens design må også ta hensyn til risikoen for oversvømmelse eller for lavt nivå i væskenivået, som kan føre til korrosjon, erosjon eller lekkasjer. Dette krever installasjon av nivåkontrollsystemer (LSL) og evnen til å overvåke væskenivået kontinuerlig, slik at det kan justeres etter behov. Dersom det er nødvendig å håndtere både væske- og gassfaser i beholderen, skal nedstrømsutstyr være i stand til å håndtere det maksimale gass- eller væskeflows som kan komme ut gjennom væskeutløpet.

I tilfeller hvor beholderen har et varmeproblem, skal det installeres varmebeskyttelsessystemer som TSH (Thermal Safety Heater) eller TSL (Thermal Safety Limit). Disse systemene forhindrer at beholderen utsettes for temperaturer som kan føre til farlige tilstander som overoppheting eller krymping på grunn av lave temperaturer. Det er også nødvendig at materialene som brukes i konstruksjonen, er tilpasset ekstreme temperaturforhold, både under normale og unormale driftsforhold.

Når det gjelder sikkerhetsventilene (PSHH, PSLL, og PSV), skal de installeres på pumpeutløpsrørledninger, for å hindre at overtrykk får en negativ innvirkning på systemet. Hvis en pumpe er utstyrt med en systemventil som kan frigjøre trykket ved en feil, er det ikke alltid nødvendig med en PSV, men der hvor trykket kan stige til farlige nivåer, skal sikkerhetsventiler alltid være på plass. Sjekkventiler (FSV) skal også installeres på pumpens utløpsrør for å minimere tilbakestrømning som kan føre til trykkøkning og skade på systemet.

Det er viktig å merke seg at alle atmosfæriske beholdere skal ha et ventileringssystem for å håndtere trykkforskjeller, spesielt i tilfelle brann eller systemfeil som kan føre til trykkøkning. Denne ventilen skal være utstyrt med et trykk-/vakuumfrigjøringssystem som kan håndtere maksimalt gasstrykk. En annen viktig beskyttelse for atmosfæriske beholdere er et system som sørger for å kontrollere væskenivået, spesielt i tilfeller hvor væske- og gassfasene ikke kan skilles effektivt. Dette krever tilpasning av både nivåkontroller og sikkerhetsventiler, slik at trykket ikke blir farlig høyt eller lavt.

Det er avgjørende å kontinuerlig overvåke alle sikkerhetskomponentene i prosessen for å hindre at en feil eskalerer til et alvorlig problem. Teknologiske løsninger som automatiserte overvåkingssystemer og alarmer er en viktig del av dette sikkerhetssystemet. Videre, alle komponenter som er utsatt for ekstreme forhold, som høy temperatur eller trykk, bør ha redundante sikkerhetsmekanismer for å sikre maksimal beskyttelse av både anlegg og ansatte.

Hvordan beregne og designe sikkerhetsventiler og trykkbeskyttelsessystemer?

Når det gjelder design og beregning av rørledninger og sikkerhetsventiler, er det essensielt å forstå de tekniske detaljene knyttet til både ventilenes utløp og innløp. For å unngå tilbaketrykk er det viktig at rørdiameteren på sikkerhetsventilens innløp og utløp er tilstrekkelig stor. Sikkerhetsventilens utløpsrør bør være større enn ventilens utløpsdiameter for å unngå at gassens hastighet blir for høy, noe som kan føre til problemer som resonans og vibrasjoner. I tilfeller med høy hastighet, kan det være nødvendig å bruke en reduksjon på sikkerhetsventilens utløpsflens, avhengig av Mach-tallet og det eksisterende trykket i rørene. Det er anbefalt at Mach-tallet i utløpsrøret ikke overskrider 0,7.

I tillegg bør det være en minimumshelling på 1:500 i rørene, og det skal ikke være u-formede bøyninger som kan forstyrre strømningen. Ventilene må også ha en full diameter isolasjonsventil med låse- eller forseglede posisjoner. Dersom den frigjorte væsken har risiko for å fryse eller danne voks eller asfalt ved omgivelsestemperatur, kan det være nødvendig med varmekabeling på sikkerhetsventilens innløps- og utløpsrør for å hindre blokkering. Når det gjelder væsker som kan føre til frysepunkt nedkjøling som følge av JT-effekten, skjer ikke frysing lett på grunn av høy strømningshastighet.

For å unngå at kondensat fra den våte gassen strømmer tilbake til rørsystemet, anbefales det å koble gassutløpet til hovedrøret i en vinkel på 45 grader, noe som reduserer tilbaketrykk og minimerer risikoen for tilstopping. Det er også viktig at designen tar hensyn til reaksjonskreftene og vibrasjonene som oppstår ved trykkfrigjøring. Disse kreftene skal beregnes av en rørlegger som kan sørge for at støttene og fikseringene er riktig dimensionert.

Når trykkventilenes fremre rørledninger har for høy trykkfall, kan resonans mellom rørene og de mekaniske delene av ventilen oppstå. Resonans kan føre til ødeleggelser av ventilen på grunn av de store støtkrftene som genereres. Den mekaniske frekvensen av rørledningens resonans bør derfor tas i betraktning ved beregningene, spesielt når ventilen har et høyt innstillingstrykk.

Reaksjonskreftene ved trykkbeskyttelse kan være betydelige, og de må beregnes i henhold til strømningstypen (komprimerbare eller to-fase strømmer) og typen system som benyttes. I åpne systemer kan gass- og damputløp forårsake både statisk og dynamisk påvirkning på systemet, og den resulterende reaksjonskraften kan beregnes gjennom spesifikke formler som tar hensyn til strømningshastighet, temperatur, trykk og gasstetthet. For lukkede systemer er reaksjonskreftene mindre, men det kan oppstå store krefter ved plutselig ekspansjon i rørene, som bør vurderes grundig i designet.

Når det gjelder plasseringen av sikkerhetsventiler og trykkbeskyttelsessystemer, er det enkelte tilfeller hvor bruddskiver er nødvendige. Bruddskiver fungerer som en trykkfølsom komponent som reagerer ved overtrykk ved å bryte eller falle fra, og de er et alternativ når sikkerhetsventiler ikke er passende. Bruddskiver benyttes ofte der trykket kan stige raskt, hvor det er høy viskositet i prosessmediene, eller hvor mediumet er veldig korroderende. For slike applikasjoner kan bruddskiver settes i serie med sikkerhetsventiler for å hindre lekkasjer og beskytte sikkerhetsventilene mot skade.

Bruddskiver kan også være nyttige når prosessmediet er svært dyrt eller giftig, og lekkasje er uakseptabelt, eller når arbeidstrykket er ekstremt høyt eller lavt, noe som gjør produksjon av en sikkerhetsventil vanskelig. I slike tilfeller er det viktig at bruddskivenes utløpsområde er tilstrekkelig stort, og at den er designet for å fungere ved høye trykk og temperaturer uten å kompromittere systemets pålitelighet. Når en bruddskive brukes, bør den ikke ha et nominelt diameter som er mindre enn sikkerhetsventilens innløpsdiameter, og området etter bruddskivens brudd bør være tilstrekkelig stort til å hindre skade på ventilen.

For å oppsummere, må man ved design og beregning av trykkbeskyttelsessystemer alltid vurdere flere faktorer, som strømningshastigheter, trykkfall, resonansfrekvenser, reaksjonskrefter og valget mellom sikkerhetsventiler og bruddskiver, for å sikre at systemene fungerer på en sikker og pålitelig måte. Det er viktig at alle beregningene er nøyaktige og at det tas hensyn til de spesifikke forholdene i hver applikasjon for å unngå mekaniske feil og forhindre farlige situasjoner.

Hvordan kan like elektrisk ladede legemer tiltrekke hverandre?
Hvordan teknologi har formet musikkens historie: Fra gramofon til digital streaming
Hvilken vei går Europas forsvars- og sikkerhetspolitikk etter USAs gradvise tilbaketrekning?