उच्च तापमान भाप प्रणालियों (>400°C) में सुरक्षा राहत वाल्व के स्प्रिंग के ढीलेपन और सीट रिसाव को रोकने का तरीका

खुले बॉनेट सुरक्षा वाल्वों (शियाज़हाओ प्रकार 4N8 बनाम बंद बॉनेट) में तापीय डिकपलिंग एवं चिमनी ड्राफ्ट

शंघाई शियाज़हाओ वाल्व कंपनी लिमिटेड, तकनीकी इंजीनियरिंग विभाग द्वारा प्रकाशित

लक्ष्य कीवर्ड: उच्च तापमान सुरक्षा वाल्व, स्प्रिंग ढीलापन, खुले बॉनेट सुरक्षा राहत वाल्व, API 526 भाप सुरक्षा वाल्व, स्टेलाइट हार्डफेसिंग

1. उच्च तापमान की चुनौती: सामान्य बंद बॉनेट सुरक्षा वाल्व विफल क्यों हो जाते हैं

उच्च दबाव बॉयलर हेडर, भाप टरबाइन बायपास स्टेशन और 400°C से 538°C (750°F से 1000°F) के बीच संचालित होने वाली ताप शक्ति सुविधाओं में, सुरक्षा राहत वाल्व (SRV) घातक अधिक दबाव के खिलाफ अंतिम रक्षा हैं। हालाँकि, विश्व स्तर पर शक्ति उपयोगिताओं के रखरखाव लॉग में एक चिंताजनक पैटर्न लगातार देखा गया है: सामान्य बंद बॉनेट सुरक्षा राहत वाल्व आरंभ में ही उबलने लगते हैं, रिसाव करने लगते हैं, या केवल 3 से 6 महीने के भीतर ही कैलिब्रेशन से विचलित हो जाते हैं।

वित्तीय और संचालन परिणाम गंभीर हैं:

• महँगी निरंतर भाप की हानि: 10.0 MPa (1450 psig) की अतितप्त भाप लाइन पर एक स्थायी 1.5 mm का सूक्ष्म रिसाव प्रति वर्ष अधिक से अधिक
• पूर्व-निर्धारित दबाव विचलन: लगातार ऊष्मा के संपर्क में आने से स्प्रिंग का अपरूपण गुणांक ($G$) कम हो जाता है, जिससे वाल्व सामान्य संचालन दबाव से कम दबाव पर ही पहले से ही खुल जाता है और संयंत्र के अनियोजित बंद होने का कारण बनता है।
• विनाशकारी सीट वायर-ड्रॉइंग: उच्च वेग वाली भाप का क्षतिग्रस्त सीटिंग सतहों के पार प्रवाहित होना पारंपरिक स्टेनलेस स्टील डिस्क्स में गहरी खांचे काट देता है, जिससे वाल्व को पुनः सील करना असंभव हो जाता है।

बंद बॉनेट बनाम खुले बॉनेट वाल्वों में ऊष्मा संचयन का मार्ग

बंद बॉनेट (मानक):

[538°C भाप] --- [बॉडी कैविटी] --- [फँसी हुई बॉनेट वायु: 380°C~430°C] --- [स्प्रिंग शिथिलन: 18%]

(पूर्व-समय खुलना और रिसाव)

खुला योक चिमनी बॉनेट (शियाज़ाओ प्रकार 4N8):

[538°C भाप] --- [बॉडी कैविटी] === [प्राकृतिक वायु चिमनी प्रवाह] ====== [स्प्रिंग कैविटी: <140°C]

(शून्य भार हानि / स्थिर सेट बिंदु)

2. मूल कारण विश्लेषण: स्प्रिंग कोष्ठ के अंदर ऊष्मीय भौतिकी

2.1 स्प्रिंग विश्राम की महत्वपूर्ण भूमिका

सभी स्प्रिंग इस्पात लगातार मरोड़ तनाव के अधीन ऊष्मीय रेंगन (क्रीप) का अनुभव करते हैं। जब एक सीलबंद बॉनेट सुरक्षा वाल्व को 500°C भाप पाइप पर लगाया जाता है, तो विकिरण और चालन द्वारा ऊष्मा जल्दी से आंतरिक बॉनेट तापमान को "380°C–430°C" तक बढ़ा देती है। इन परिस्थितियों में:

1. मानक मिश्र धातु स्प्रिंग इस्पात (जैसे क्रोमियम-वैनेडियम AISI 6150) धातु विज्ञान संबंधी विश्राम के कारण अपने प्रारंभिक पूर्व-लोड बल का "15% से 22% तक" खो देता है।

2. नीचे की ओर बैठने का बल ($F_s = k \cdot \Delta x$) ऊपर की ओर प्रणाली दाब बल ($F_p = P \cdot A_{seat}$) की तुलना में काफी कम हो जाता है।

3. संचालन दाब और सेट दाब के बीच का अंतर कम हो जाता है, जिससे लगातार हल्का उबालना और सुनाई देने वाली चटखारे (चैटर) होते हैं।

2.2 सूक्ष्म बैठने के विकृतियाँ

जब तापीय प्रवणताएँ डिस्क होल्डर और गाइड बुशिंग को विकृत करती हैं, तो सीट के समग्र संपर्क दबाव में असमानता आ जाती है। सूक्ष्म भाप मार्ग बन जाते हैं, जिससे स्थानीय उच्च-वेग अपरदन (वायर-ड्रॉइंग) होता है।

3. इंजीनियरिंग समाधान: शांघाई शियाझ़ाओ उच्च-तापमान डिज़ाइन वास्तुकला

वास्तविक उत्पाद फोटो: शांघाई शियाझ़ाओ 3K4 एएसएमई क्लास 600 उच्च-तापमान सुरक्षा वाल्व, ओपन योक चिमनी के साथ

तापीय क्षरण को स्थायी रूप से दूर करने के लिए, "शांघाई शियाझ़ाओ टीओएस श्रृंखला उच्च-तापमान सुरक्षा रिलीफ वाल्व (एपीआई 526 क्लास 600 / 3K4 और 3K6)" में तीन मिशन-महत्वपूर्ण डिज़ाइन विशेषताएँ शामिल हैं:

3.1 खुला योक प्राकृतिक संवहन चिमनी (कैप प्रकार 4N8)

बंद बॉनेट को "अभियांत्रिकी खुले-योक संरचना (प्रकार 4N8)" से बदलकर, वातावरणीय वायु ऊष्मीय प्लवन के कारण स्प्रिंग के चारों ओर स्वाभाविक रूप से प्रवाहित होती है। शरीर के गर्दन से स्थानांतरित ऊष्मा स्प्रिंग वॉशर तक पहुँचने से पहले वातावरण में अपव्ययित हो जाती है। प्रायोगिक तापीय इमेजिंग से पुष्टि होती है कि जब वाल्व शरीर 538°C पर कार्य करता है, तो स्प्रिंग कोष्ठ अभी भी "140°C (284°F)" से कम रहता है।

3.2 इनकोनेल एक्स-750 सुपरअलॉय स्प्रिंग धातुविज्ञान

427°C से अधिक तापमान के लिए, शियाझ़ाओ सुरक्षा वाल्वों को "इनकोनेल एक्स-750 अवक्षेप-कठोरित निकल-क्रोमियम मिश्र धातु स्प्रिंग" से सुसज्जित करता है। इनकोनेल एक्स-750 में विशिष्ट रूप से विश्राम और क्रीप के प्रति प्रतिरोधकता होती है, जो 10,000+ थर्मल घंटों तक अपनी प्रारंभिक स्प्रिंग दर का "98.5% से अधिक" बनाए रखती है।

3.3 स्टेलाइट कोबाल्ट-आधारित हार्डफेसिंग के साथ प्रकाशिक सूक्ष्म-लैपिंग

दोनों ठोस स्क्रू-इन नॉज़ल और डिस्क पर "स्टेलाइट कोबाल्ट मिश्र धातु (ग्रेड 6)" की मोटी हार्डफेसिंग (न्यूनतम 2.5 मिमी मोटाई, उच्च तापमान पर 40–45 HRC) जमा की जाती है। सतहों पर बहु-चरणीय हीरा ग्राइंडिंग और प्रकाशिक सूक्ष्म-लैपिंग की जाती है, जिससे "1–2 एकवर्णी हीलियम प्रकाश बैंड (0.3–0.6 µम समतलता)" प्राप्त होती है, जिससे तार-खींचने की कमजोरियाँ पूरी तरह समाप्त हो जाती हैं।

4. क्षेत्र स्थापना के सर्वोत्तम अभ्यास एवं रखरखाव जाँच सूची

उच्च-तापमान भाप लाइनों पर 5+ वर्ष के रखरखाव-मुक्त जीवनचक्र को प्राप्त करने के लिए, निम्नलिखित ASME अनुभाग VIII दिशानिर्देशों का पालन करें:

विद्युतरोधी सीमा: खुले-योक सुरक्षा वाल्व के हुड या स्प्रिंग कैविटी को कभी भी विद्युतरोधित न करें। केवल इनलेट नॉज़ल और वाल्व बॉडी को निचले बॉडी फ्लैंज तक ही विद्युतरोधित करें।

इनलेट पाइपिंग हानि: पूर्ण रेटेड क्षमता के तहत कुल इनलेट दबाव गिरावट को कड़ाई से नीचे रखा जाना चाहिए

ड्रेनेज पोर्टिंग: शरीर ड्रेन पोर्ट (१/२" एनपीटी) को हमेशा एक खुली ड्रेन लाइन से जोड़ें ताकि ठंडी शुरुआत के दौरान संघनित द्रव के जमा होने और तापीय झटके को रोका जा सके।

तकनीकी परामर्श, प्रमाणित एपीआई ५२० आकार निर्धारण गणनाओं और अनुकूलित एएसएमई क्लास ६००/९०० उच्च-तापमान वाल्व के उद्धरणों के लिए, शंघाई शियाज़हाओ वाल्व कंपनी, लिमिटेड से संपर्क करें।