ГОСТ 12.2.085-2017
Коротко: межгосударственный стандарт устанавливает общие требования к выбору предохранительных клапанов и расчёту их пропускной способности — ключевого устройства защиты оборудования под давлением (сосудов, котлов, трубопроводов) от аварийного превышения давления. Детализирует применительно к предохранительным клапанам общие требования безопасности ТР ТС 032/2013 и ФНП «Правила промышленной безопасности при использовании оборудования, работающего под избыточным давлением» (приказ Ростехнадзора № 536); персонал, обслуживающий такое оборудование, проходит обучение по эксплуатации сосудов под давлением.
О чём документ
Стандарт распространяется на предохранительные клапаны, предназначенные для защиты от аварийного повышения давления в оборудовании (сосудах, котлах, трубопроводах и др.), работающем под избыточным давлением свыше 0,05 МПа (0,5 бар), путём выпуска (сброса) рабочей среды из оборудования через клапан, и устанавливает общие требования к выбору и расчёту пропускной способности клапанов (раздел 1). В отличие от предыдущей редакции (ГОСТ 12.2.085-2002), стандарт добавляет формулы расчёта пропускной способности не только для однофазных сред (жидких и газообразных), но и для многофазных газожидкостных сред — по методам международных и зарубежных стандартов.
Ключевые положения и сроки
- Основные виды клапанов и их применение (раздел 4.1): двухпозиционные — рекомендуются для сжимаемых сред (пар, воздух, газ), открываются на полный ход при достижении давления начала открытия, но подвержены автоколебаниям запирающего элемента при завышенном типоразмере или переменном аварийном расходе; пропорциональные — подъём запирающего элемента пропорционален росту давления, рекомендуются для несжимаемых сред (вода), не дают автоколебаний; разгруженные — применяют при высоком динамическом противодавлении (не рекомендуется — если противодавление превышает 50 % давления начала открытия); импульсно-предохранительные устройства (ИПУ) — для расходов, которые не может пропустить клапан прямого действия, или при номинальном диаметре свыше DN 300.
- Давление полного открытия Рпо не должно превышать (п. 5.4): для давления настройки Рн менее 0,3 МПа — Рпо = Рн + 0,05 МПа; для Рн от 0,3 до 6,0 МПа и свыше 6,0 МПа — по отдельным формулам (приведены в оригинале, воспроизведены как изображения в исходной выгрузке).
- Поправочный коэффициент от температуры Kt (п. 5.12) — если изготовитель не указал иное: Kt = 1,000 при температуре среды до 100 °C; Kt = 1,020 при 100–250 °C; Kt = 1,025 при 250–300 °C.
- Дублирование клапанов обязательно (п. 5.9) для пожаро- и взрывоопасных веществ, веществ 1-го и 2-го классов опасности по ГОСТ 12.1.007 и оборудования, работающего при криогенных температурах: рабочий и резервный клапан равной пропускной способности плюс переключающее устройство, исключающее одновременное закрытие обоих клапанов.
- Запрет на эксплуатацию (п. 5.10) — не допускается устанавливать запорную арматуру между оборудованием и клапаном или за клапаном, а также использовать предохранительный клапан для регулирования давления.
- Масса груза рычажно-грузового клапана (п. 6.2) — не более 60 кг, отношение плеч рычага — не более 10:1; соединение с подвесным грузом — неразъёмное.
- Проверка исправности клапана принудительным открытием (п. 6.3) — должна быть возможна при давлении не менее 80 % от давления настройки; если принудительное открытие недопустимо по свойствам среды, проверку проводят периодически, но не реже 1 раза в 6 месяцев.
- Требования к трубопроводам (раздел 8): сечение подводящего патрубка при нескольких клапанах — не менее 1,25 суммарной площади входных патрубков (п. 8.1.2); потери давления в подводящем трубопроводе — не более 3 % от давления настройки (0,03·Рн, п. 8.2.1); подводящие трубопроводы — с уклоном в сторону защищаемого оборудования по всей длине.
- Высота установки (п. 5.7) — клапаны, требующие систематического обслуживания на высоте более 1,8 м, оснащают устройствами для удобства обслуживания.
- Структура приложений — эквиваленты терминов в зарубежных стандартах (прил. А), влияние противодавления (прил. Б), принципиальные схемы клапанов (прил. В), сценарии аварийных ситуаций (прил. Г), методики расчёта пропускной способности по модели идеального сопла и прямым интегрированием (прил. Д, Е — самые объёмные разделы стандарта, с формулами и номограммами), расчёт температуры сбрасываемой среды (прил. Ж), таблицы теплофизических свойств рабочих сред и графики поправочных коэффициентов (прил. И).
Частые вопросы
На какое оборудование распространяется стандарт?
На предохранительные клапаны для оборудования (сосудов, котлов, трубопроводов), работающего под избыточным давлением свыше 0,05 МПа (0,5 бар) — п. 1 стандарта.
Как часто нужно проверять клапан, если принудительное открытие недопустимо по свойствам среды?
Не реже одного раза в 6 месяцев (п. 6.3), при условии исключения примерзания, прикипания, полимеризации или забивания клапана рабочей средой.
Чем отличается двухпозиционный клапан от пропорционального?
Двухпозиционный открывается на полный ход сразу при достижении давления начала открытия (рекомендован для газа и пара); пропорциональный открывается постепенно, пропорционально росту давления (рекомендован для несжимаемых сред — воды) и не создаёт автоколебаний при переменном аварийном расходе (пп. 4.1.1–4.1.2).
Связь с другими НПА
- ТР ТС 032/2013 «О безопасности оборудования, работающего под избыточным давлением» — общий технический регламент, требования которого детализирует настоящий стандарт применительно к предохранительным клапанам.
- Приказ Ростехнадзора № 536 от 15.12.2020 — ФНП по оборудованию под избыточным давлением.
- Промышленная безопасность — другие документы раздела.
Связки с базой знаний
- Эксплуатация сосудов под давлением — обучение.
- Обучение для оборудования под давлением: что относится к этой группе.
- Опасность взрыва оборудования под давлением.
Полный текст документа
Стандарт объёмный (8 разделов и 9 приложений, из которых приложения Д и Е — детальные методики расчёта пропускной способности с формулами и номограммами — занимают больше половины объёма и опираются на графические иллюстрации, отдельно от текста в выгрузке не сохранившиеся). Ниже полностью приведены разделы 1, 3 (термины), 4–8, дающие содержательную и процедурную часть стандарта; приложения А–И приведены кратким структурным обзором. Полный текст приложений Д, Е и таблиц приложения И — в оригинале на Диске методотдела, пометка — в .problemy.yaml.
Раздел 1. Область применения
Настоящий стандарт распространяется на клапаны предохранительные (далее — клапаны), предназначенные для защиты от аварийного повышения давления в оборудовании (сосудах, котлах, трубопроводах и др.), работающем под избыточным давлением свыше 0,05 МПа (0,5 бар или кгс/см²), путём выпуска (сброса) рабочей среды из оборудования через клапан, и устанавливает общие требования к выбору и расчёту пропускной способности клапанов.
Раздел 3. Термины и определения (основные)
давление настройки Рн: Наибольшее избыточное давление на входе в предохранительный клапан, при котором затвор закрыт и обеспечивается заданная герметичность затвора.
давление аварийного сброса максимально допустимое Рав max: Максимальное избыточное давление в защищаемой системе, допускаемое в процессе сброса.
давление закрытия Рз (давление обратной посадки): Избыточное давление на входе в предохранительный клапан, при котором после сброса рабочей среды происходит посадка запирающего элемента на седло с обеспечением заданной герметичности затвора.
давление начала открытия Рно: Избыточное давление на входе в предохранительный клапан, при котором усилие, стремящееся открыть клапан, уравновешено усилиями, удерживающими запирающий элемент на седле.
давление полного открытия Рпо: Избыточное давление на входе в предохранительный клапан, при котором совершается ход арматуры и достигается максимальная пропускная способность.
давление рабочее Рр: Наибольшее (максимальное) избыточное давление, возникающее при нормальном протекании рабочего процесса, без учёта гидростатического давления среды и допустимого кратковременного повышения давления во время действия предохранительного клапана.
давление разрешённое Рраз: Максимально допустимое избыточное давление оборудования, установленное по результатам технического освидетельствования (диагностирования) при эксплуатации.
давление расчётное Р: Избыточное давление, на которое проводят расчёт прочности оборудования (как правило, равно рабочему давлению или выше).
импульсно-предохранительное устройство (ИПУ): Предохранительная арматура, состоящая из взаимодействующих главной и импульсной арматуры; относится к предохранительной арматуре непрямого действия и представляет собой, как правило, совокупность двух или более клапанов, из которых главный оснащён поршневым приводом, а импульсный (с меньшим проходным сечением) служит управляющим элементом, открывающимся по команде от датчика.
импульсный предохранительный клапан: Клапан, предназначенный для управления главным предохранительным клапаном.
коэффициент расхода для газа α1 (жидкости — α2): Коэффициент, определяемый как отношение экспериментально установленной пропускной способности предохранительного клапана к его теоретической пропускной способности через идеальное сопло.
площадь седла F: Наименьшая площадь сечения проточной части седла.
потери давления на входе ΔРвх: Потери давления, вызванные течением в трубопроводе от защищаемого оборудования к входному патрубку предохранительного клапана.
предохранительный клапан двухпозиционный: Предохранительный клапан, в котором в диапазоне от давления начала открытия и выше (в пределах 5 % Рн) запирающий элемент поднимается скачком на весь конструктивно ограниченный ход или на его большую часть.
предохранительный клапан неразгруженный: Клапан, в котором на запирающий элемент воздействует усилие, создаваемое противодавлением.
Раздел 4. Общие положения
4.1 Краткие характеристики и рекомендации по применению клапанов различных конструкций
Двухпозиционные ПК: рекомендуются для сжимаемых сред (пар, воздух, газ); при достижении давления начала открытия открываются на полный ход; обеспечивают высокую пропускную способность при работе на сжимаемых средах. Основной недостаток — автоколебания запирающего элемента; возможны при завышении типоразмера клапана, в системах с переменным аварийным расходом, при колебаниях противодавления (для неразгруженных ПК), если время роста аварийного расхода превышает время полного открытия клапана. Не рекомендуется применять неразгруженные двухпозиционные ПК при противодавлениях Рп ≥ 0,10·Рн (для Рпо=1,1·Рн) и Рп ≥ 0,15·Рн (для Рпо=1,15·Рн).
Пропорциональные ПК: подъём запирающего элемента происходит равномерно, пропорционально повышению давления; рекомендуются для несжимаемых сред (вода); при переменном аварийном расходе не возникает автоколебаний.
Разгруженные ПК применяют, когда динамическое противодавление слишком высокое. Не рекомендуется применять разгруженные ПК при противодавлениях, превышающих 50 % от давления начала открытия.
ИПУ (клапаны непрямого действия) применяют, если нельзя применить клапан прямого действия, если требуется сбросить расход значительно больший, чем может пропустить ПК прямого действия, или для клапанов номинальным диаметром DN свыше 300. Допускается применять ИПУ при противодавлениях до 95 % от давления начала открытия.
4.3 Возможные состояния среды на входе в клапан, которые могут привести к возникновению двухфазных потоков: жидкость с растворённым газом (пример: CO₂/вода); жидкость в состоянии насыщения (кипящая вода); недогретая до температуры насыщения жидкость с возможностью вскипания в клапане; близкий к насыщению пар с возможной конденсацией; пар/жидкость (пар/вода); неиспаряющаяся жидкость и неконденсирующийся газ (азот/вода).
4.5–4.6 Последовательность расчёта предохранительного клапана: анализ возможных сценариев аварийных ситуаций → определение фазового состава среды на входе (однофазный/двухфазный) → расчёт сценария аварийной ситуации и минимально необходимого расхода → определение типоразмера клапана (выбор метода расчёта, режима течения, площади седла) → расчёт линий аварийного сброса и динамического противодавления. Ключевые условия соотношения давлений: Рн > Рр (без превышения допустимой утечки); Рр < Рно ≤ Р (срабатывание при превышении расчётного давления); Рпо ≤ Рав max (полное открытие до достижения максимально допустимого давления аварийного сброса).
Раздел 5. Общие требования к выбору ПК и расчёту пропускной способности
5.1 Для защиты оборудования применяют клапаны и вспомогательные устройства, соответствующие требованиям ГОСТ 12.2.063. Защите подлежит оборудование, в котором возможно превышение рабочего давления над расчётным — от питающего источника, химической реакции, нагрева, солнечной радиации, пожара рядом с оборудованием.
5.2 Давление настройки принимают, как правило, не менее рабочего давления; для сброса в атмосферу не токсичных и не взрывопожароопасных веществ — равным рабочему; для токсичных/взрывопожароопасных веществ — по нормативным актам или расчётам риска.
5.3 Давление начала открытия Рно не должно превышать расчётное (разрешённое) давление оборудования; допускается увеличение до 1,1·Р, если расчётное давление равно рабочему.
5.4 Давление полного открытия не должно превышать значения по формулам, зависящим от диапазона давления настройки (для Рн < 0,3 МПа: Рпо = Рн + 0,05 МПа; для больших давлений — по формулам приложений).
5.5 Методики расчёта пропускной способности — приложения Д и Е. Площадь седла выбранного клапана должна быть равна или ближайшей большей к расчётной минимальной.
5.6–5.8 Конструкция клапанов должна обеспечивать свободное перемещение подвижных элементов и исключать произвольное изменение регулировок; клапаны размещают в местах, доступных для безопасного обслуживания (при высоте обслуживания более 1,8 м — со специальными устройствами), в зоне газовой (паровой) фазы, без застойных зон.
5.9 Для пожаро- и взрывоопасных веществ и веществ 1-го и 2-го классов опасности по ГОСТ 12.1.007, а также для криогенного оборудования — система из рабочего и резервного клапана равной пропускной способности плюс переключающее устройство без возможности одновременного закрытия обоих клапанов.
5.10 Не допускается устанавливать запорную арматуру между оборудованием и клапаном или за клапаном; не допускается использовать клапан для регулирования давления.
5.11–5.12 В эксплуатационной документации клапана указывают номинальные диаметры и давления, коэффициенты расхода, диапазон давлений настройки, давления настройки/начала открытия/полного открытия/закрытия, противодавление, поправочный коэффициент от температуры Kt и рабочую среду. Значения Kt по умолчанию: 1,000 (до 100 °C), 1,020 (100–250 °C), 1,025 (250–300 °C).
5.13 Настройка клапана на испытательном стенде должна учитывать реальные рабочие условия — влияние противодавления и температуры; конкретный алгоритм определяет изготовитель.
5.14–5.16 Влияние противодавления на функционирование и пропускную способность — приложение Б. При изменяющихся противодавлениях применяют только разгруженные клапаны либо предохранительные мембраны. При проектировании, изготовлении, испытании и эксплуатации соблюдают ГОСТ 12.2.063 и требования технического регламента.
Раздел 6. Особенности проектирования и применения ПК прямого действия
6.1–6.2 Рычажно-грузовые клапаны — только на стационарном оборудовании; масса груза не более 60 кг (указывается на поверхности груза), отношение плеч рычага — не более 10:1; соединение с подвесным грузом — неразъёмное.
6.3 Конструкция должна предусматривать возможность проверки принудительным открытием при давлении не менее 80 % от давления настройки. Если это недопустимо по свойствам среды — периодическая проверка не реже 1 раза в 6 месяцев (при исключении примерзания, прикипания, полимеризации, забивания).
6.4–6.6 Пружины защищают от недопустимого нагрева/охлаждения и воздействия рабочей среды; предусматривают удаление конденсата из корпуса и отводящих трубопроводов; эффективная площадь узла разгрузки не должна уменьшать усилие герметизации затвора при росте противодавления.
6.7–6.8 Для двухпозиционных клапанов с ограничителем хода золотника в документации приводят зависимости коэффициента расхода от высоты подъёма и от противодавления. Пропорциональные клапаны, особенно для жидких сред, должны обладать высокой чувствительностью к изменению давления во избежание гидравлических ударов.
Раздел 7. Особенности проектирования и применения ИПУ
7.2–7.4 Конструкция ИПУ предусматривает ручное или дистанционное управление; двухпозиционные и пропорциональные клапаны управляются соответствующими импульсными клапанами; закрытие импульсного клапана — при давлении не менее 95 % давления настройки.
7.5 Клапаны с электроприводом снабжают двумя независимыми источниками питания (кроме схем, где отключение энергии само вызывает открывающий импульс); при риске отключения всех источников — клапан управления с альтернативным питанием.
7.6–7.8 Диаметр импульсных линий рассчитывают с учётом допустимого времени срабатывания главного клапана; запорная арматура на импульсных линиях запрещена; рабочая среда управления не должна замерзать, коксоваться, полимеризоваться или оказывать коррозионное воздействие; клапан снабжают не менее чем двумя независимыми цепями управления.
Раздел 8. Требования к подводящим и отводящим трубопроводам
8.1 Клапаны устанавливают на патрубках или трубопроводах, непосредственно присоединённых к защищаемому оборудованию. При установке нескольких клапанов на одном патрубке его сечение — не менее 1,25 суммарной площади входных патрубков. Обеспечивают компенсацию температурных удлинений, защиту от замерзания, меры против тепловых ударов, расчёт крепежа с учётом статических и динамических нагрузок. Запрещён отбор рабочей среды из патрубка клапана и присоединительных трубопроводов.
8.2 Подводящие трубопроводы — с уклоном по всей длине в сторону оборудования; внутренний диаметр — не менее диаметра входного патрубка клапана; потери давления — не более 3 % от давления настройки (иначе — проверка динамической устойчивости). Отводящие трубопроводы — диаметр не менее диаметра выходного патрубка (при нескольких клапанах — сечение не менее суммарной площади выходных патрубков); противодавление на выходе не должно превышать допустимого по эксплуатационной документации.
8.3 Динамическое противодавление определяют для всех систем сброса. Величина противодавления в выходном патрубке после открытия клапана — сумма статического и динамического противодавлений; проектировщик указывает значение противодавления в заказной спецификации клапана.
Приложения А–И (обзор)
- Приложение А (справочное) — эквиваленты терминов стандарта, применяемые в зарубежных стандартах (по защищаемому оборудованию и по клапанам).
- Приложение Б (справочное) — влияние противодавления на давление начала открытия, пропускную способность и устойчивость работы клапана; таблица допустимых превышений противодавления над давлением настройки.
- Приложение В (справочное) — принципиальные схемы работы распространённых конструкций предохранительных клапанов (неразгруженный, разгруженный, ИПУ), с рисунками действия давлений и усилий.
- Приложение Г (справочное) — классификация сценариев аварийных ситуаций, приводящих к срабатыванию предохранительного клапана, по физическому механизму аварийного повышения давления.
- Приложение Д (рекомендуемое) — основы расчёта пропускной способности предохранительного клапана по модели идеального сопла: адиабатическое изоэнтропное течение, формулы для газообразных, жидких и многофазных сред. Самый объёмный раздел стандарта — не воспроизведён полностью, см.
.problemy.yaml. - Приложение Е (рекомендуемое) — расчёт пропускной способности методом прямого интегрирования и другими методами для многофазных потоков; крупнейший раздел стандарта по объёму — не воспроизведён полностью, см.
.problemy.yaml. - Приложение Ж (справочное) — расчёт температуры сбрасываемой среды и материалов стенок клапана и трубопроводов системы сброса, включая случаи адиабатических тепловых процессов.
- Приложение И (справочное) — таблицы теплофизических характеристик наиболее часто встречающихся рабочих сред и графики поправочных коэффициентов (влияние противодавления, вязкости) для расчёта пропускной способности.
Официальный источник
ГОСТ 12.2.085-2017 на сайте Росстандарта — карточка реквизитов и статус действия.