Overdrukklep uitgelegd: hoe het industriële systemen beveiligt

De veiligheidsvoorziening die in de meeste industrieën voor drukkontrole wordt gebruikt: de overdrukklep (pressure relief valve). Het is een onmisbaar onderdeel om oververoordeelde vaten te controleren.

Een overdrukklep is een veiligheidsinrichting die een gepresuriseerd systeem beschermt bij oververoordeeling tijdens de bedrijfsvoering. Het systeem is beschikbaar als elektronisch, pneumatisch en hydraulisch systeem. De verschillende typen dienen hetzelfde doel in verschillende toepassingen en heten overdrukklep, veiligheidsklep of reliëfklep.

Afhankelijk van het systeemtype is de energiebron elektriciteit of gecomprimeerde lucht. Omdat het doel is druk te controleren om levens en goederen te beschermen, moet een overdrukklep langdurig betrouwbaar functioneren. Een ervaren professional moet verantwoordelijk zijn – er is geen marge voor fouten.

Vandaag bekijken we definitie, functies, toepassingen, werking, typen, componenten, selectiecriteria, voor- en nadelen.

Wat is een overdrukklep?

Een overdrukklep of reliëfklep is een speciaal type veiligheidsklepsysteem dat de druk in een systeem controleert of beperkt. Het kan handmatig of automatisch worden bediend vanaf een gepresuriseerd vat of leidingsysteem. Het gepresuriseerde vloeistof of gas wordt naar een reservoir of de atmosfeer afgelaten om druk boven de maximaal toelaatbare werkdruk (MAWP) te verlagen.

Het primaire doel is bescherming van drukvaten of systemen tegen catastrofale uitval bij oververoordeeling – of het nu vloeistof of gas is.

Deze klep wordt veel gebruikt in petrochemie, petroleumraffinage, chemische industrie, aardgasverwerking, energieopwekking en waterwinning. Afhankelijk van toepassing heet het: Pressure Relief Valve (PRV), Pressure Safety Valve (PSV) of Safety Valve. Let op: ontwerp en werking verschillen licht.

Werkingsprincipe

De werking is complex maar begrijpelijk. Het bestaat uit een bal, poppet of spoel, tegengehouden door een veer in een kaviteit of geport corps. Een hydraulisch systeem wordt vaak gebruikt om vloeistofdruk in het circuit te beperken waar ze geïnstalleerd zijn.

De poppet is een schijf- of kegelvormig object gemonteerd in een zetel. Als het door veerdruk dichtgedrukt wordt, is lekkage minimaal. De spoel is een cilindrische, gefreesde staaf met metering-groeven, ook tegengehouden door een veer. Het lekt meer dan een poppetklep, maar biedt superieure metering.

Een reliëfklep wordt vaak na de pomp in een hydraulisch systeem geplaatst voor direct, effectief en snelle reactie wanneer de klep opent om overtollige vloeistof naar de reservoir te leiden. De vloeistof kan vloeistof, gas of mengsel zijn. Dit verlaagt de druk tot de veerinstelling. De klep opent wanneer de druk door rugdruk of downstream hoog genoeg is om de poppet of spoel tegen de veer open te duwen.

Bij stijgende vloeistofdruk wordt kracht op de onderzijde van de spoel of poppet uitgeoefend. De klep opent eerst enigszins, laten weinig vloeistof af om downstream druk te handhaven. Als de druk verder stijgt, duwt de kracht de poppet/spoel verder tegen de veer tot veerkracht en hydraulische kracht in evenwicht zijn.

Video: werking van een reliëfklep

(Video-inhoud ontbreekt in bron)

De drukstijging komt door combinatie van belastingdruk, rugdruk en energie om door de klep te stromen. De initiële vloeistofkracht overkomt de zetkracht van de veer via de cracking pressure. Naarmate meer vloeistof naar de tank stroomt, is de drukstijging veilig omdat de krachten de veercompressie tegenhouden. Bij bijna vol open klep neemt drukstijging weer toe door stroomkrachten.

Bij dalende bedrijfs- of rugdruk begint de klep te sluiten – met een ander tempo dan openen. Het verschil heet hysterese en is indicatief voor constructiekwaliteit. Hogekwaliteitsklepen met geavanceerde constructie hebben lagere drukstijging en betere hysterese.

Typen overdrukkleppen

Drie basistypen:

Conventioneel veerbelast (Conventional Spring Loaded)

Bevat kap, veer en geleiding in de afgegeven vloeistof. Als kap naar atmosfeer geventileerd is, verlaagt rugdruk de ingestelde druk. Als kap intern naar uitlaat geventileerd is, verhoogt rugdruk de ingestelde druk. Gebruikt bij non-corrosieve diensten en rugdruk < 10% van instelpunt.

Gebalanceerd veerbelast (Balanced Spring Loaded)

Ontwerp beschermt kap, veer en geleiding tegen afgegeven vloeistof en vermindert rugdrukeffect. Schijfoppervlak geventileerd naar atmosfeer, andere schijf blootgesteld aan rugdruk. Ventilatieschijf = blootgestelde schijf. Gebruikt bij corrosieve/vuilende diensten en variabele rugdruk.

Pilot-gestuurd (Pilot Operated)

Gestuurd door een hulpdruk-pilot. Weerstandskracht op de zuiger in de hoofdklep wordt bereikt door druk tijdens bedrijf via een orifice. De netto zetkracht op de zuiger stijgt naarmate procesdruk de instelpunt nadert.

Overige ontwerptypen

• Veiligheidsklep (Safety Valve) – werkt op instatische druk, opent snel met pop-actie. Voor lucht en stoom. Twee vormen: low-lift (uitlaatoppervlak bepaald door schijfpositie) en full-lift (uitlaatoppervlak niet bepaald door schijfpositie).
• Reliëfklep (Relief Valve) – geleidelijke lift proportioneel aan drukstijging. Geschikt voor gesloten afvoersystemen (ingelopen in veerhuis).
• Veiligheidsreliëfklep (Safety Relief Valve) – kenmerkend door snelle opening of pop-actie, en opening proportioneel aan drukstijging. Voor vloeistof of comprimeerbare vloeistof. Conventioneel en gebalanceerd zijn veelvoorkomend.
• Kracht-geactiveerde overdrukklep – bevat afblaasinrichting gekoppeld aan en gestuurd door een externe energiebron.
• Temperatuur-geactiveerde overdrukklep – geactiveerd door externe/interne temperatuur of druk aan inlaatkant.
• Vacuümreliëfklep (Vacuum Relief Valve) – laat vloeistof toe om excessieve interne vacuüm te voorkomen. Sluit weer om verdere stroom te voorkomen na herstel normale toestanden.

Selectiecriteria voor een overdrukklep

Wat een ingenieur of professional overweegt:

• Ontwerpoverwegingen: afmetingen, materiaal, product, complexiteit, etc.
• Individuele reliëflast bepalen
• Oorzaken van oververoordeeling
• Typen reliëfinrichtingen en kenmerken evalueren
• Passende inrichtingen selecteren voor opgelegde lasten: ingestelde druk, rugdruk, dubbele/multiple klepen passend bij capaciteit
• Installatieoverwegingen
• Inlaat- en afvoerpijpen
• Reactiekrachten
• Staartpijpoverwegingen
• Snelle cycli
• Resonantie trilling (excessieve verlies aan klepinlaat)
• Vloeistofafvoer overwegingen

Conclusie

Een overdrukklep is een veiligheidsinrichting in de industrie om levens en goederen te redden. We zagen typen, componenten, werking en selectiecriteria.