ทฤษฎีและสมการ สรุปผลการคำนวณ อ้างอิง
API 520-II — เกณฑ์ 3% / 16% และแรงปฏิกิริยา 1. เกณฑ์ 3% ท่อทางเข้าและวาล์ว chatter API RP 520 Part II §4.2 กำหนดให้ความดันสูญเสียที่ไม่กลับคืน (non-recoverable) ของท่อทางเข้า PSV (แรงเสียดทาน + ฟิตติ้ง + ทางเข้า) ไม่เกิน 3% ของความดันตั้ง :
ถ้าเกิน เมื่อวาล์วเปิด การไหลทำให้ความดันที่ทางเข้าวาล์วตกต่ำกว่าความดันตั้งทันที วาล์วจึงปิด แล้วความดันสะสมจนเปิดอีก — วงจรนี้คือ chatter ที่ทำลาย seat สปริง และ nozzle ในไม่กี่นาที วิธีแก้: ท่อทางเข้าสั้นลง / ใหญ่ขึ้น หรือใช้วาล์วไพลอตแบบตรวจความดันระยะไกล
2. ความดันย้อนกลับสะสม 16% — วาล์วสปริงทั่วไปเทียบเบลโลส์ (§7) ความดันย้อนกลับสะสม (built-up backpressure) คือความดันที่สะสมในท่อทางออกขณะวาล์วระบาย (= ΔP ท่อทางออกที่อัตราพิกัด) ซึ่งดันย้อนบนจานวาล์วและเปลี่ยนแรงดันเปิดจริง:
สปริงทั่วไป (conventional): ไวต่อความดันย้อนกลับมาก — ค่าแนะนำ ≤ 10% P se t ใช้ได้ถึง ≤ 16% เมื่อความดันเกินที่ยอมให้เป็น 16% (เพลิงไหม้ / หลายวาล์ว)เบลโลส์แบบสมดุล: เบลโลส์หักล้างพื้นที่รับความดันย้อนกลับ → ทนได้ 30 – 50% โดยยังต้องใช้ตัวแก้ K b จากเส้นโค้งผู้ผลิตควบคุมด้วยไพลอต: แทบไม่ไวต่อความดันย้อนกลับ จนกว่าแหล่งจ่ายไพลอตจะถูกรบกวน3. ที่มาของแรงปฏิกิริยา สำหรับท่อระบายแบบเปิด สมดุลโมเมนตัมที่ระนาบทางออก (API 520-II §7.3) ให้แรงปฏิกิริยาสภาวะคงตัว:
พจน์แรกคืออัตราการเปลี่ยนโมเมนตัมของไอที่พุ่งออก พจน์ที่สองคือแรงดันสุทธิที่ระนาบทางออก (เพราะลำไอไหลวิกฤตออกที่ P₂ > Pa) ในระบบ SI gc = 1 ท่อเปิดสู่บรรยากาศมักไหลวิกฤตเสมอ จึงใช้ V = c = k R T / M เป็นค่าออกแบบ
4. ทำไมโมเมนต์ดัดของท่อเปิดจึงสำคัญ แรง F กระทำที่ปลายท่อระบาย (หลังข้องอ) จึงสร้างโมเมนต์ดัด ผ่านระยะแขน a: M = F ⋅ a — โมเมนต์นี้ทำให้หน้าแปลน PSV, nozzle ของถัง และ support ต้องรับภาระดัด มักเป็นตัวกำหนดขนาด bracket มากกว่าตัวแรงเอง จึงต้องมี support ใกล้จุดเปลี่ยนทิศทางเสมอ
5. API 520-II เทียบกับ API 521 API RP 520 Part II = การติดตั้ง PSV: เกณฑ์ 3% ทางเข้า 16% ความดันย้อนกลับสะสม แรงปฏิกิริยา และ support — ตรวจระหว่างวาล์วถึง header
API RP 521 = ระบบกำจัด : flare / blowdown header, ความดันย้อนกลับซ้อน (superimposed) จากระบบรวม, การแผ่รังสี — ความดันปลายทางที่ได้จาก 521 เป็น input ของการตรวจหน้านี้
6. ขอบเขตและข้อจำกัด ก๊าซ / ไอเฟสเดียวเท่านั้น — ท่อระบายสองเฟส / วาบเป็นไอต้องใช้วิธีละเอียด (API 520-II Annex / DIERS) ΔP จาก L, D, ΣK ใช้ Crane TP-410 Eq 1-7 แบบอุณหภูมิคงที่ — ΣK → Lₑ = ΣK·D/f แรงปฏิกิริยาเป็นสภาวะคงตัว — แรงช่วงวาล์วเปิด (transient) อยู่นอกขอบเขต ท่อปลายท่อนเดียว / ข้องอเดียว — หลายท่อนหรือหลายข้องอต้องวิเคราะห์ความเค้นท่อ (เช่น CAESAR II) API RP 520 Part II, 7th ed. (2020) — Installation of Pressure-relieving Devices (§4, §7, §7.3) API Standard 521 — Pressure-relieving and Depressuring Systems Crane Technical Paper No. 410 — Flow of Fluids , §1-7