كيفية منع استرخاء نابض صمام التفريغ الآمن وتسرب المقعد في أنظمة البخار عالي الحرارة (>٤٠٠°م)

العزل الحراري وسحب الدخان عبر المدخنة في صمامات السلامة ذات الغطاء المفتوح (نوع شيازهاو 4N8 مقابل الغطاء المغلق)

من إصدار قسم الهندسة التقنية، شركة شيازهاو لصمامات شنغهاي المحدودة.

الكلمات المفتاحية المستهدفة: صمام سلامة عالي الحرارة، استرخاء النابض، صمام سلامة تفريغي ذي غطاء مفتوح، صمام سلامة بخار وفق معيار API 526، طلاء ستيليت الصلب

١. لغز درجات الحرارة العالية: لماذا تفشل صمامات السلامة القياسية ذات الغطاء المغلق؟

في رؤوس المرجل عالي الضغط، ومحطات التفافية توربينات البخار، والمرافق الكهربائية الحرارية العاملة ضمن نطاق «٤٠٠°م إلى ٥٣٨°م (٧٥٠°ف إلى ١٠٠٠°ف)»، تُعَدُّ صمامات السلامة التفريغية (SRVs) الخط الدفاعي الأخير ضد الانفجارات الناتجة عن ارتفاع الضغط بشكل كارثي. ومع ذلك، تكشف سجلات الصيانة في شركات الطاقة العالمية باستمرار عن نمطٍ مقلقٍ: فغالبًا ما تبدأ صمامات السلامة التفريغية القياسية ذات الغطاء المغلق بالغليان أو التسريب أو الانحراف عن معايرة التشغيل خلال فترة وجيزة لا تتجاوز ٣ إلى ٦ أشهر من بدء التشغيل الفعلي.

والنتائج المالية والتشغيلية لذلك وخيمة:

• خسارة مستمرة باهظة الثمن للبخار: تسرب دقيق بحجم ١,٥ مم في خط بخار مُسخَّن زائداً يبلغ ضغطه ١٠,٠ ميغاباسكال (١٤٥٠ رطل/بوصة²) يؤدي إلى هدر يتجاوز
• انحراف مبكر في ضغط التفعيل: التعرّض المستمر للحرارة يقلل معامل القص للمرونة ($G$)، ما يؤدي إلى فتح الصمام قبل الأوان عند ضغط أقل من الضغط التشغيلي العادي، وبالتالي تشغيل إيقافات غير مأذون بها في المحطة.
• تآكل كارثي لمقعد الصمام على شكل خدوش سلكية: تدفق البخار عالي السرعة عبر أسطح المقاعد المتضررة يُحدث خدوشاً عميقة في الأقراص المصنوعة من الفولاذ المقاوم للصدأ التقليدي، ما يجعل الصمام غير قادر على إعادة الإغلاق بشكل محكم.

مسار تراكم الحرارة في صمامات الغطاء المغلق مقابل صمامات الغطاء المفتوح

الغطاء المغلق (القياسي):

[بخار عند ٥٣٨°م] — [تجويف الجسم] — [هواء محبوس داخل الغطاء: ٣٨٠–٤٣٠°م] — [استرخاء المرونة بنسبة ١٨٪]

(فتح مبكر وتسريب)

الغطاء المفتوح ذي المدخنة ذات الذراع المفتوحة (نوع شيازهاو ٤N٨):

[بخار عند ٥٣٨°م] — [تجويف الجسم] === [تيار طبيعي للهواء عبر المدخنة] ====== [تجويف المرونة: أقل من ١٤٠°م]

(بدون خسارة حمل / نقطة تفعيل مستقرة)

٢. تحليل السبب الجذري: الفيزياء الحرارية داخل تجويف النابض

٢.١ الدور الحاسم لاسترخاء النابض

تتعرض جميع أنواع فولاذ النوابض للزحف الحراري تحت إجهاد لوي مستمر. وعند تركيب صمام أمان غطائي مغلق على أنبوب بخار عند درجة حرارة ٥٠٠°م، فإن الحرارة الإشعاعية والحرارة التوصيلية ترفع بسرعة درجات الحرارة الداخلية للغطاء إلى "٣٨٠°م–٤٣٠°م". وفي هذه الظروف:

١. يفقد فولاذ النوابض السبائكي القياسي (مثل سبيكة الكروم-فاناديوم AISI 6150) أكثر من "١٥٪ إلى ٢٢٪ من قوة التحميل المبدئية" بسبب الاسترخاء المعدني.

٢. تنخفض قوة الجلوس الهابطة ($F_s = k \cdot \Delta x$) بشكل كبير دون قوة ضغط النظام الصاعدة ($F_p = P \cdot A_{seat}$).

٣. ينخفض الهامش بين ضغط التشغيل وضغط الإعداد، ما يؤدي إلى الغليان المستمر والصوت المتكرر المسموع.

٢.٢ تشوهات دقيقة في مكان الجلوس

عندما تُشوِّه التغيرات الحرارية حامل القرص وغلاف التوجيه، يصبح ضغط التلامس عبر المقعد غير متجانس. وتتشكل مسارات دقيقة لبخار الماء، ما يؤدي إلى تآكل محلي عالي السرعة (ظاهرة السحب الخيطي).

٣. الحلول الهندسية: هيكل التصميم عالي الحرارة من شنغهاي شيازهاو

صورة حقيقية للمنتج: صمام الأمان عالي الحرارة من شركة شنغهاي شيازهاو طراز ٣ك٤ وفق معيار ASME الفئة ٦٠٠ مع مدخنة ذات قوس مفتوح

لحل مشكلة التدهور الحراري بشكل دائم، يضم «صمام الإطلاق الآمن عالي الحرارة من سلسلة TOS من شنغهاي شيازهاو (وفق معيار API 526 الفئة ٦٠٠ / الطرازان ٣ك٤ و٣ك٦)» ثلاث ميزات تصميمية جوهرية:

ماسورة تهوية ذات انتقال حراري طبيعي بنوع «ياوك» مفتوح (النوع 4N8)

باستبدال الغطاء المغلق بهيكل «ياوك» مفتوح مُصمَّم هندسيًّا (النوع 4N8)، يتدفَّق الهواء المحيط تلقائيًّا حول النابض بفعل الطفو الحراري. وتُطرَد الحرارة المنقولة من عنق جسم الصمام إلى الجو قبل أن تصل إلى حلقات النابض. وأكَّدت صور التصوير الحراري التجريبية أن تجويف النابض يبقى عند درجة حرارة أقل من ١٤٠°م (٢٨٤°ف) حين يعمل جسم الصمام عند درجة حرارة ٥٣٨°م.

٣٫٢ سبائك الربيع الفائقة إنكونيل إكس-٧٥٠

لدرجات الحرارة التي تفوق ٤٢٧°م، تزود شيازهاو صمامات الأمان بـ"نابض سبيكة النيكل-الكروم المُصلَّبة بالترسيب إنكونيل إكس-٧٥٠". وتتميَّز سبيكة إنكونيل إكس-٧٥٠ بمقاومة استثنائية للارتخاء والانزلاق، مع الحفاظ على أكثر من "٩٨٫٥٪ من معدل الربيع الأولي" على امتداد ١٠٠٠٠ ساعة حرارية فأكثر.

٣٫٣ طلاء التحميل الصلب الكوبالتى ستيليت مع تلميع بصري دقيق جدًّا

يتم تطبيق طلاء التحميل الصلب الكوبالتى (الدرجة ٦) من نوع ستيليت بكثافة على كلٍّ من فوهة المسمار الصلبة والقرص (بسماكة لا تقل عن ٢٫٥ مم، وصلادة تتراوح بين ٤٠–٤٥ هرتس عند درجات الحرارة المرتفعة). وتتعرَّض الأسطح لعمليات طحن متعددة المراحل باستخدام الألماس، ثم تلميع بصري دقيق جدًّا ليصل سطحها إلى "١–٢ شريط ضوئي أحادي اللون من ضوء الهيليوم (مسطحية تتراوح بين ٠٫٣–٠٫٦ ميكرومتر)"، ما يلغي تمامًا عيوب السحب الخيطي.

٤٫ أفضل الممارسات الميدانية الخاصة بالتثبيت وقائمة فحص الصيانة

لتحقيق عمر تشغيلي خالٍ من الصيانة لمدة ٥ سنوات فأكثر في خطوط البخار عالي الحرارة، يجب الالتزام بالإرشادات التالية الواردة في القسم الثامن من معايير الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين (ASME):

حد العزل: لا يجوز أبدًا عزل غطاء المحرك أو تجويف النابض في صمام الأمان ذي الأوك المفتوح. ويُسمح فقط بعزل أنبوب الدخول وهيكل الصمام حتى شفة الهيكل السفلية.

فقدان الضغط في أنابيب الدخول: يجب أن يظل مجموع فقدان الضغط عند مدخل الصمام تحت السعة المُصنَّفة الكاملة أقلَّ بشكلٍ صارمٍ من

منفذ التصريف: يجب دائمًا توصيل منفذ تصريف الهيكل (1/2 بوصة بخيط NPT) بخط تصريف مفتوح لمنع تراكم المكثفات والصدمات الحرارية أثناء التشغيل البارد.

للاستشارات الفنية، وحسابات تحديد الحجم المعتمدة وفق معيار API 520، وعروض أسعار صمامات درجات الحرارة العالية المخصصة وفق معايير ASME Class 600/900، يُرجى التواصل مع شركة شنغهاي شيازهاو لتصنيع الصمامات المحدودة.