איך למנוע רפיון קפיץ ודליפת מושב של שסתום בטיחותי לשחרור לחץ במערכות אדים בטמפרטורות גבוהות (מעל 400° צלזיוס)

ניפוץ תרמי ודחיפה של עמוד האדים בשסתומי בטיחות עם כיסוי פתוח (סוג Xiazhao 4N8 לעומת כיסוי סגור)

פורסם על ידי מחלקת ההנדסה הטכנית, חברת Shanghai Xiazhao Valve Co., Ltd.

מילות מפתח יעד: שסתום בטיחותי לטמפרטורות גבוהות, רפיון קפיץ, שסתום בטיחותי לשחרור לחץ עם כיסוי פתוח, שסתום בטיחותי לאדים לפי תקן API 526, שיכוב קשה מסוג Stellite

1. הדילמה של הטמפרטורות הגבוהות: למה שסתומי בטיחות סגורים סטנדרטיים נכשלים

במגעים עליונים של מיכלים בולמיים תחת לחץ גבוה, בתחנות מעבר טורבינות אדים ובקומפלקסי כח חום המופעלים בטמפרטורות שבין 400° צלזיוס ל-538° צלזיוס (750° פרנהייט עד 1000° פרנהייט), שסתומי היגוי בטיחות (SRV) מהווים את ההגנה האחרונה מפני לחץ יתר קטסטרופלי.

ההשלכות הכלכליות והאופרטיביות הן חמורות:

• אבדן מתמיד של אדים יקר: דליפה מיקרוסקופית של 1.5 מ"מ בקו אדים סופר-מחוממים בלחץ של 10.0 MPa (1450 psig) מבזבז יותר מ-
• סחיפה מוקדמת של לחץ ההפעלה: חשיפה לحرارة ממושכת מורידה את מודול הגזירה ($G$) של הקפיץ, מה שגורם לשסתום לפעול מוקדם מדי, מתחת ללחץ הפעלה הנורמלי, ומביא להפעלות לא מתוכננות של מערכת הפסקת הפעילות.
• משיכה קטסטרופלית של חוטות המושב: ערוץ אדים במהירות גבוהה שזורם על פני משטחי המושב הפגועים חותך חריצים עמוקים בדיסקיות נירוסטה קונבנציונליות, מה שהופך את השסתום בלתי ניתן לשבירה מחדש.

מסלול הצטברות החום בשסתומים עם מכסה סגור לעומת שסתומים עם מכסה פתוח

מכסה סגור (סטנדרטי):

[אדים ב-538°מ] — [תא הגוף] — [אוויר לכוד בתוך המכסה: 380°מ–430°מ] — [ניפוח הקפיץ: 18%]

(פתיחת מוקדמת ודליפה)

מכסה פתוח עם צינור עישן בצורת יוק (סוג Xiazhao 4N8):

[אדים ב-538°מ] — [תא הגוף] === [זרימה טבעית של אוויר דרך הצינור] ====== [תא הקפיץ: פחות מ-140°מ]

(אובדן עומס אפס / נקודת הגדרה יציבה)

2. ניתוח הסיבה העמוקה: פיזיקה תרמית בתוך תא הקפיץ

2.1 התפקיד הקריטי של ניפוח הקפיץ

כל פלדות הקפיץ של השרירים נפגעות מזיהום תרמי תחת מתח סיבוב מתמשך. כאשר שסתום בטיחות עם כיסוי סגור מותקן על צינור אדים בטמפרטורה של 500°צ, חום קרינתי וחום מוליכי מגבילים את הטמפרטורה הפנימית של הכיסוי לטווח של "380°צ–430°צ". בתנאים אלו:

1. פלדת קפיצים מברזל-סגסוגת סטנדרטית (כגון כרום-ונדיום לפי הסטנדרט האמריקאי AISI 6150) מאבדת יותר מ"15% עד 22% מכוח המ_LOADED הראשוני שלה" עקב רלקסציה מתכתית.

2. כוח הלחיצה כלפי מטה על המושב ($F_s = k \cdot \Delta x$) יורד באופן משמעותי מתחת לכוח הלחץ כלפי מעלה של המערכת ($F_p = P \cdot A_{seat}$).

3. הפרש הלחץ בין לחץ הפעולה ללחץ ההגדרה מצטמצם, מה שמוביל להבערה מתמדת ולרעש משמיע.

2.2 עיוותי מושב מיקרוסקופיים

כשהגרדיאנטים התרמיים מקלקים את מחזיק הדיסק ואת בושינג המנחה, הלחץ המופעל על המושב נעשה לא אחיד. נוצרים מסלולים מיקרוסקופיים לאדים, הגורמים לבלאי מקומי במהירות גבוהה (תהליך הנקרא 'wire-drawing').

3. פתרונות הנדסיים: מבנה העיצוב לטמפרטורות גבוהות של Xiazhao

תמונה אמיתית של המוצר: שסתום בטיחות ללחצים גבוהים מסוג ASME Class 600 של Shanghai Xiazhao 3K4 לשימוש בטמפרטורות גבוהות, עם מבנה צינור עישן פתוח (Open Yoke Chimney)

כדי לפתור באופן קבוע את תופעת הידרדרות החום, שסתום הבטיחות והשחרור לשימוש בטמפרטורות גבוהות מהסדרה TOS של Shanghai Xiazhao (לפי התקן API 526 Class 600 / 3K4 ו־3K6) כולל שלוש תכונות עיצוביות קריטיות למילוי המשימה:

צינור עלייה של הולכה טבעית עם יוק פתוח (סוג 4N8)

על ידי החלפת המכסה הסגור במבנה יוק פתוח מהנדס (סוג 4N8), אוויר סבב נחלף באופן טבעי סביב הקפיץ באמצעות ציפה תרמית. החום המועבר מצוואר הגוף נדחה לאטמוספירה לפני שמגיע למחברי הקפיץ. הדמיה תרמית אמפירית מאשרת שבזמן שהגוף של השסתום פועל בטמפרטורה של 538°‏C, חלל הקפיץ נשאר מתחת ל-140°‏C (284°‏F).

מתכת קפיץ סופר-אלוי Inconel X-750

בטמפרטורות העולות על 427°‏C, שיאג'או מציידת שסתומי בטיחות בקפיצים מסגסוגת ניקל-כרום מותקנת על ידי הצטברות Inconel X-750. סגסוגת Inconel X-750 מציגה התנגדות יוצאת דופן להרפייה וזרימה תרמית, ומשמרת יותר מ-98.5% מקצב הקפיץ הראשוני שלה לאורך יותר מ-10,000 שעות תרמיות.

3.3 Stellite: שכבת הגנה בסגסוגת קובלט בסיסית עם ליפוף מיקרו אופטי

גם הפייה המוצקת עם ריסוי והצלחת מוצפים בשכבת הגנה כבדה מסוג "Stellite סגסוגת קובלט (Grade 6)" (בעובי מינימלי של 2.5 מ"מ, 40–45 HRC בטמפרטורות גבוהות). המשטחים עוברים גריסה יהלומית רב-שלבית וליפוף מיקרו אופטי עד ל-"1–2 פסי אור מונוכרומטיים של הליום (שטיחות 0.3–0.6 µm)", המונע לחלוטין את פגיעויות תופעת החוט.

4. נוהלי עבודה מומלצים להתקנה בשטח ורשימת בדיקה לתחזוקה

כדי להשיג מחזור חיים של 5+ שנים ללא תחזוקה בקווים של אדי מים בטמפרטורות גבוהות, יש לעקוב אחר הנחיות ASME Section VIII הבאות:

גבול בידוד: אין לבודד את הכיסוי או את חלל הקפיץ של שסתום בטיחות עם יוק פתוח. יש לבודד רק את פיית הכניסה וגוף השסתום עד לפלנג' התחתון של הגוף.

אובדן צינורות כניסה: ודאו שאובדן לחץ הכניסה הכולל תחת קיבולת דירוג מלאה נשאר נמוך יותר באופן קפדני מ-

יציאת ניקוז: תמיד לחבר את פתח הניקוז של הגוף (1/2" NPT) לקו ניקוז פתוח כדי למנוע הצטברות קondenסאט וכתמים תרמיים בעת הפעלה קרה.

ליעוץ טכני, חישובים מאומתים לפי API 520, וציטוטים מותאמים לשסתומים ללחצים גבוהים לפי סטנדרט ASME כיתה 600/900 לטמפרטורות גבוהות, יש ליצור קשר עם Shanghai Xiazhao Valve Co., Ltd.