Dual Applications of Overpressure Protection Devices

Prepared by: J. F. Ball10/8/14

What is the Correct PRD Code Stamp?

It seems easy…

Section I: S or M on Boiler ‐ V on pressure relief valve

Section VI: H on boiler, HLW on hot water heater ‐ HV on pressure relief valve

Section VIII: U on pressure vessel ‐ UV or UDon pressure relief devices

<Dual Applications of PRD’S>

Note: Code Stamp = ASME Certification Mark with “Designator”

3

ASME Code Certification Mark with Designator

XX

(XX = “designator” of V, HV, UV, NV, UD)

Old Code Stamps

4

Also HV, UD and NV

What are the exceptions?

Almost more exceptions than standard requirements!!!

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Organic Fluid Vaporizers

From Section I Preamble:

A pressure vessel in which an organic fluid is vaporized by the application of heat resulting from the combustion of fuel (solid, liquid, or gaseous) shall be constructed under the provisions of Section I.

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Application

Used for high temperature processes at lower pressures than would be needed for steam

(Picture: Thanks to Fulton Companies)

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Examples:

• DOWTHERM A (biphenyl and diphenyl),Liquid Phase: 15°C to 400°C (60°F to 750°F)Vapor Phase: 257°C to 400°C (495°F to 750°F)

• DOWTHERM J,Liquid Phase: ‐80°C to 315°C (‐100°F to 600°F)Vapor Phase: 181°C to 315°C (358°F to 600°F)

• THERMINOL• Mineral oil based fluids

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Dowtherm A properties

4 bar (58 psig) gives 330 deg. C. (626 deg. F.)Steam would require about 2000 psi to get the same temperature

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Section I: Rupture disks on organic fluid vaporizers

PVG‐12.3 In order to minimize the loss by leakage of material through the pressure relief valve, a rupture disk may be installed between the pressure relief valve and the vaporizer, provided the requirements of PVG‐12.3.1through PVG‐12.3.4.3 are met.

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Why is rupture disk used?

‐ Some fluids are flammable‐May create deposits in the pressure relief valve‐ Fluid may freeze or solidify

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Quality requirements for these devices?

Section I does not give any quality, marking or Code stamping requirements other than set pressure tolerance (which is the same as Section VIII).

To have disks supplied where production is done under an accepted quality system, Section VIII UDdisks could be used.

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Other Section I Applications

New Section I Thermal Fluid Heaters Appendix

• ASME Code Item Number 12‐1151 (see also 10‐854)

• Part of new Section I appendix PTFH for this equipment

• Will specify pressure relief valves certified for liquid flow at 10% overpressure

< Dual Applications of PRD’S >

Other Section I Applications

Section I economizer valves: What type of valve is appropriate for this service?

– Special pilot valves certified at 3% overpressure for steam and water service

‐ These valves not designed for small economizer applicationsCode Business Item No. 11‐819 would permit economizer valves to be certified at 10% overpressure

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Section IV: Pressure relief valves for expansion tanks

HG‐709.2 Closed Heating Systems. An expansiontank shall be installed that will be consistent with the volumeand capacity of the system. If the system is designedfor a working pressure of 30 psi (200 kPa) or less, the tankshall be suitably designed for a minimum hydrostatic testpressure of 75 psi (520 kPa). Expansion tanks for systemsdesigned to operate above 30 psi (200 kPa) shall be constructedin accordance with Section VIII, Division 1. Alternatively,a tank built to Section X requirements may beused if the pressure and temperature ratings of the tankare equal to or greater than the pressure and temperatureratings of the system. Provisions shall be made for drainingthe tank without emptying the system, except for prepressurizedtanks.

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Pressure relief valves for expansion tanks

HG‐709.3 Hot Water Supply Systems. If a system is equipped with a check valve or pressure reducing valve in the cold water inlet line, consideration should be given to the installation of an airtight expansion tank or other suitable air cushion. Otherwise, due to the thermal expansion of the water, the safety relief valve may lift periodically.If an expansion tank is provided, it shall be constructed in accordance with Section VIII, Division 1 or Section X. Except for prepressurized tanks, which should be installed on the cold water side, provisions shall be made for draining the tank without emptying the system.See Figure HLW‐809.1 for a typical acceptable installation.

< Dual Applications of PRD’S >

Fig HLW‐809.1 shows a pressure vessel with an isolation valve.

< Dual Applications of PRD’S >

< Dual Applications of PRD’S >

UG‐125 GENERAL(a) Other than unfired steam boilers, all pressure 

vessels within the scope of this Division, irrespective of size or pressure, shall be provided with overpressure protection in accordance with the requirements of UG‐125 through UG‐138…

< Dual Applications of PRD’S >

This implies a Section VIII UV pressure relief valve should be used.

However most systems are protected by HV stamped pressure relief valves. 

< Dual Applications of PRD’S >

Justification: System Controls the PRV

HG‐400.2 Safety Relief Valve Requirements for Hot Water Boilers.(a) Each hot water heating or supply boiler shall have at least one officially rated safety relief valve, of the automatic reseating type, identified with the Certification Mark with V or HV designator, and set to relieve at or below the maximum allowable working pressure of the boiler.NOTE: Isolation valve only used during servicing

< Dual Applications of PRD’S >

Another Example!

Section IV also allows V designated pressure relief valves to be used on Section IV installations. 

(References: HG‐400.1 (a) and HG‐400.2 (a), HLW‐800.1 (a))

< Dual Applications of PRD’S >

Section VIII 

Permits the use of Section I valves to protect pressure vessels:

Reference: UG‐129(b)(b) Safety and safety relief valves certified for a steamdischarging capacity under the provisions of Section Iand bearing the Certification Mark with the VDesignator for safety valves may be used on pressure vessels.

< Dual Applications of PRD’S >

Section X: Fiber‐Reinforced Plastic Pressure Vessels

RR‐112 DESIGN, CONSTRUCTION, CERTIFICATION MARKING, AND INSTALLATIONThe design construction, testing, certification, marking, and installation of pressure relief devices required by this Article shall meet the applicable requirements of Section IV, Article 4 or Section VIII, Division 1, UG‐125 through UG‐136, unless otherwise specified in this Article.

< Dual Applications of PRD’S >

Additional Information/ How to get Involved

• Look at Jurisdictional treatment of Thermal Fluid heaters• Could be Section I or Section VIII Direct Firing (DF) 

vessel

• Monitor ASME Conference Committee activities• Jurisdiction position available on SC‐SVR

Valve Pictures courtesy of Pentair

< Dual Applications of PRD’S >

Why Can’t I Use a Section VIII Steam Valve in a Section I Application?

Topics of Discussion

Capacity Set Pressure Tolerance Blowdown Requirements Materials Nameplate Marking Requirements VR Applications

<Module Title>

Capacity

What is the difference between Section I and Section VIII in how the capacity is calculated?

• Section I capacity is based on rated overpressure (P) of 1.03 x set pressure + 14.7 psia

• Section VIII capacity is based on rated overpressure (P) of 1.10 x set pressure + 14.7 psia

<Module Title>

Capacity (cont.)

Sample Calculation

Capacity = 51.5 x A x P x K

Assumptions: A = 0.785 sq. inK = 0.877Set Pressure = 100 psi

<Module Title>

Capacity (Cont.)

Section I Capacity Calculation51.5 x 0.785 x (100 x 1.03+14.7) x 0.877 =

4,173 lbs/hr

Section VIII Capacity Calculation51.5 x 0.785 x (100 x 1.10+14.7) x 0.877 =

4,421 lbs/hr

<Module Title>

Capacity (Cont.)

Hypothetical Situation:  We have a Section I power boiler with a steaming capacity of 4,300 lbs/hr.

Would the Section VIII valve with the stamped capacity of 4,421 lbs/hr relieve enough?

<Module Title>

Set Pressure Tolerance

For Set Pressures up to and including 300 psi the tolerances of Section I and Section VIII are identical.

• +/‐ 2 psi for pressures less than or equal to 70 psi

• +/‐ 3% for pressures greater than 70 and less than or equal to 300 psi

For Section VIII the set pressure tolerance remains at +/‐ 3% for set pressures greater than 300 psi.

<Module Title>

Set Pressure Tolerance (Cont.)

For Section I the tolerance for set pressures greater than 300 psi is as follows:

• Set pressure tolerance is +/‐ 10 psi for set pressures greater than 300 psi and less than or equal to 1000 psi.

• Set pressure tolerance is +/‐ 1% for set pressures greater than 1000 psi.

<Module Title>

Blowdown Requirements

Section I production blowdown requirement:

• Blowdown shall be set to Manufacturer’s specifications (PG‐73.5.2).  

• PG‐72.1 states that the valve be designed and constructed so that the minimum blowdown is 2 psi or 2% whichever is greater. 

• Manufacturer’s specifications will likely result in a higher blowdown than 2% (typically around 10%).

For Section VIII there is no production blowdown requirement.

<Module Title>

Materials

There are numerous materials permitted in Section VIII that are not permitted in Section I.  If a valve is designed solely for Section VIII service it may not comply with Section I material requirements.

<Module Title>

Nameplate Marking

• Section VIII clearly states in paragraph UG‐129(b) that a Section I valve may be used on pressure vessels.

<Module Title>

Nameplate Marking (Cont.)

• Section I does not clearly disallow valves constructed under the rules of other Code Sections.  However PG‐110 states the marking requirements and does not mention anything other than the Certification Mark with “V” Designator.

• Last sentence of PG‐110 states “The marking shall include the following:”

• PG‐110(g) states “Certification Mark as shown in Figure PG‐105.1 with a “V” Designator…”

<Module Title>

VR Scenario

A VR Certificate holder asks the following question:

If I have a Section VIII valve with a “UV” Designator that is dual certified for Section I, can I us it in a Section I application if I repair it under the VR program, recalculate the capacity, and reset the valve to meet Section I set pressure and blowdown requirements?

<Module Title>

VR Scenario (Cont.)

The answer is no!  

• There are no provisions in either ASME or NBICfor altering the Designator or the old Code Symbol stamp.

• PG‐110 states valve used in a Section I application shall be marked with the “V” Designator.

<Module Title>

Summary

Overall Section I is more stringent than Section VIII

• Valve performance (Set Pressure, Blowdown, and Capacity)

• Materials permitted in construction• Marking requirements only permit the “V” 

Designator

<Module Title>