Risiko Tersembunyi dalam Wap Lembap: Bagaimana Air Terbawa Mempengaruhi Prestasi Injap Keselamatan

Pemeriksaan ketuhar anda kelihatan baik. Tolok tekanan: normal. Tolok suhu: normal. Tolok aliran: normal. Tiga alat ukur, tiada kecacatan.

Namun, wap yang keluar dari ketuhar anda mungkin tidak pernah benar-benar kering sejak awal lagi.

Dalam keadaan operasi biasa, pecahan kekeringan wap berada antara 0.95 hingga 0.98 — bermaksud setiap tan metrik wap membawa 20 hingga 50 kg air terbawa. Tiada tolak tekanan mahupun tolak suhu yang mampu mengesan kehadirannya. Tetapi apabila air itu sampai ke katkup keselamatan , kesan-kesannya meluas jauh di luar penurunan output penukar haba.

Berdasarkan pegas katkup keselamatan (DN100/150, PN25/16) di sebuah kemudahan pembuatan. Pegas mengawal daya penutupan semula dan secara langsung terjejas oleh perkhidmatan stim lembap.

Artikel ini mengkaji kesan kelembapan terbawa terhadap injap pelepas tekanan, berdasarkan piawaian yang diterbitkan, dapatan peraturan, dan data eksperimen.

1. Valve keselamatan Ditentukan untuk Stim Kering — Tetapi Stim Dari Ketuhar Biasanya Tidak Sepenuhnya Kering

Katkup keselamatan sijil kapasiti berasaskan stim tepu kering. Mengikut keperluan ASME dan Lembaga Kebangsaan, kapasiti bersijil yang dicetak pada injap dinyatakan dalam paun (atau kilogram) stim tepu sejam. Kaedah pekali buangan menggunakan formula aliran teori yang dibangunkan untuk keadaan stim kering.

Dalam amalan, bagaimanapun, wap stim boiler pada keadaan operasi berkadaran biasanya mempunyai pecahan ketandusan hanya 0,96 hingga 0,97. Piawaian boiler Cina, sebagai contoh, menghadkan kandungan lembapan wap tepu kepada 3% untuk boiler tiub-air dan 4% untuk boiler kulit — yang sepadan dengan pecahan ketandusan masing-masing 0,97 dan 0,96.

Oleh itu, terdapat jurang antara keadaan bersijil dan keadaan di medan: injap ini dikadar untuk suatu medium yang jarang wujud secara tepat seperti yang dinyatakan.

Apabila ketandusan menurun kepada 0,95, setiap tan metrik wap membawa 50 kg air. Air ini tiba di katkup keselamatan masukan dan mengubah cara injap beroperasi.

2. Aliran Dua-Fasa: Ketidakpastian yang Diakui

Apabila injap keselamatan dibuka dan melepaskan campuran wap-air, regime aliran menjadi dua-fasa. Ini bukan kes pinggir — ini merupakan cabaran kejuruteraan yang diakui, di mana tiada kaedah penentuan saiz yang disahkan sepenuhnya wujud.

Lampiran D API RP 520 membincangkan pensaizan pelepasan dua-fasa tetapi mencatatkan bahawa topik ini masih kontroversi: tiada kaedah pensaizan yang disahkan melalui ujian, dan tiada prosedur yang diiktiraf untuk mensijilkan kapasiti pelepasan dua-fasa.

Kaedah semasa — Model Keseimbangan Homogen (HEM) dan Model Tidak Keseimbangan Homogen (HNE) — bergantung pada anggapan-anggapan ringkas. Data eksperimen menunjukkan bahawa HEM boleh meramalkan aliran jisim secara rendah di bawah keadaan sebenar. Penyelidik terpaksa memperkenalkan faktor pembetulan empirikal yang jauh lebih tinggi daripada pekali pelepasan gas untuk mencapai kesesuaian dengan data ujian.

Dalam istilah praktikal: jika kekeringan stim jatuh di bawah 0.95, kapasiti sebenar injap menjadi tidak pasti. Ia mungkin melebihi nilai nama, atau mungkin kurang daripadanya. Mana-mana penyimpangan ini merupakan risiko keselamatan.

3. Hakisan Titisan: Mekanisme Kerosakan Kronik

Titisan air adalah beberapa ratus kali lebih pekat daripada wap. Apabila campuran wap-air memecut melalui celah antara tempat duduk injap dan cakera, titisan-titisan ini bertindak sebagai zarah pengikis.

Bersambung flens dengan pegas termuat katkup keselamatan (Kelas 150, badan WCB). Flens masukan ialah tempat wap lembap memasuki injap dan titisan air terperangkap mula-mula menghentam permukaan tempat duduk dan cakera pada kelajuan tinggi.

Pengilang injap utama kini mengakui perkara ini. IMI Critical Engineering mengeluarkan buletin teknikal pada tahun 2024 yang menyatakan bahawa wap lembap menyebabkan hakisan komponen dalaman injap kritikal (cakera, tempat duduk), mencipta risiko keselamatan dan berpotensi membawa kepada pemadaman tidak dirancang. Syarikat itu telah membangunkan jajaran produk khusus, EroSolve Wet Steam, dan melaporkan lebih daripada 200 pemasangan — menunjukkan bahawa hakisan wap lembap merupakan masalah operasi berulang.

Bagi operator: injap yang lulus ujian penerimaan wap kering mungkin mengalami hakisan lebih cepat dalam perkhidmatan wap lembap.

4. Terkunci Terbuka Selepas Sentuhan Air

Walaupun hakisan merupakan kebimbangan kronik, keadaan terkunci-terbuka selepas sentuhan air merupakan kebimbangan akut.

Suruhanjaya Pengawalselia Nuklear Amerika Syarikat (NRC) mendokumenkan satu dapatan bahawa injap yang dioperasikan oleh spring valve keselamatan direka khas untuk perkhidmatan stim, selepas diuji dengan pelepasan cecair, menunjukkan kebarangkalian melekat terbuka atau bocor teruk yang lebih tinggi daripada anggaran sebelumnya iaitu 3×10⁻².

Penilaian NRC menyatakan kebarangkalian ini adalah "jauh lebih tinggi" daripada nilai 3×10⁻². Kajian teknikalnya terhadap data ujian EPRI mencatatkan bahawa daripada kira-kira 26 katkup keselamatan ujian air, lebih kurang sepertiga daripadanya menghasilkan getaran cakera-kepada-tempat duduk — sama ada menyebabkan kerosakan dalaman atau memerlukan penghentian manual dalam masa beberapa saat untuk mencegahnya.

Mekanisme: katkup keselamatan injap jenis ini bergantung kepada pengembangan bendalir di bawah cakera bagi menjana daya angkat. Stim kering mengembang dengan mudah, menghasilkan daya angkat yang stabil. Dengan aliran cecair atau dua-fasa berkelengasan tinggi, tingkah laku kelipan berubah. Cakera mungkin bergetar, gagal mencapai angkat penuh, atau — dalam kes terburuk — melekat terbuka selepas penempatan semula sepatutnya berlaku.

Suatu pemasangan injap keselamatan beroperasi pilot (badan keluli tuang kelabu, tiub pilot keluli tahan karat). Saluran pilot dan saluran pengesan menjadikan penempatan semula yang boleh dipercayai amat penting — gegar atau lekat akibat air dalam litar pilot boleh menimbulkan kesan berantai.

Insiden sejarah adalah relevan di sini. Kemalangan Unit 2 Three Mile Island (1979) melibatkan injap pelepasan bertenaga (PORV) yang terkunci dalam keadaan terbuka, menyebabkan pelepasan air dan gagal menutup semula. Walaupun PORV berbeza daripada valve keselamatan , fizik asasnya — pelepasan air yang mengakibatkan penutupan semula yang tidak boleh dipercayai — tetap relevan.

5. Jurang Piawaian

Bahagian I dan Bahagian VIII ASME mensahkan katkup keselamatan kapasiti berdasarkan wap lembap tepu kering. Data kapasiti Lembaga Kebangsaan menggunakan dasar yang sama.

Akibatnya ialah ketidaksesuaian sistematik: injap dipilih untuk wap kering, tetapi beroperasi pada wap lembap.

Terdapat satu pengecualian. Piawaian Rusia GOST 24570-81 membenarkan — tetapi tidak mewajibkan — pertimbangan nisbah campuran wap-air semasa penentuan saiz valve keselamatan untuk ketuhar air panas dan ekonomiser. Kebanyakan bidang kuasa dan projek masih menggunakan saiz stim kering secara lalai.

6. Cadangan Praktikal untuk Pengendali Ketuhar

1. Tanya soalan tentang kekeringan. Apabila menentukan spesifikasi suatu katkup keselamatan , jangan menganggap pecahan kekeringan sebanyak 1.0. Jika kekeringan stim di saluran keluar ketuhar secara berterusan jatuh di bawah 0.95, kapasiti injap tersebut perlu dinilai semula berdasarkan keadaan sebenar.

2. Kawal air sebelum ia sampai ke injap. Katkup keselamatan paip masukan yang mempunyai kondensat terkumpul akan melepaskan air semasa angkat. Perangkap stim mesti berfungsi dengan betul, dan saluran pembuangan mesti sentiasa bersih.

3. Pilih bahan dengan mempertimbangkan hakisan. Bahan dudukan piawai lebih cepat haus apabila terdedah kepada impak stim lembap. Pertimbangkan bahan permukaan pengedap yang lebih keras untuk perkhidmatan stim lembap.

4. Ketatkan selang pemeriksaan. Walaupun tanpa angkat, suatu katkup keselamatan dalam perkhidmatan stim lembap boleh mengalami kerosakan dudukan akibat impak titisan berterusan. Selang ujian yang disyorkan oleh NBIC harus dianggap sebagai maksimum, bukan sasaran, dalam keadaan stim lembap.

Ringkasan

Setiap tan metrik wap membawa 20 hingga 50 kg air pada pecahan kekeringan tipikal. Tiada alat pengukur tekanan mahupun suhu yang dapat mendedahkannya.

Air tersebut mengurangkan output penukar haba. Di katkup keselamatan , ia menjejaskan ketepatan kapasiti, jangka hayat pelapik dudukan, dan — dalam kes terburuk — keupayaan injap untuk kembali duduk selepas terangkat.

Adakah loji anda mengukur kekeringan wap di keluaran ketuhar? Apakah tekanan dan suhu wap anda, dan adakah kontrak bekalan anda mensyaratkan pecahan kekeringan tertentu?

Rujukan

• Asas pensijilan kapasiti: Bahagian ASME I/VIII dan piawaian National Board untuk kapasiti injap pelepas wap tepu.

• Had saiz aliran dua-fasa: API RP 520, Lampiran D — Penentuan Saiz Injap Keselamatan/Pelepas untuk Aliran Dua-Fasa.

• Ramalan rendah HEM: kajian eksperimen yang diterbitkan mengenai ujian aliran injap pelepas dua-fasa.

• Kebarangkalian terkunci-terbuka: penilaian teknikal U.S. NRC terhadap katkup keselamatan prestasi di bawah pelepasan cecair (ulasan data ujian EPRI).

• Mekanisme hakisan: literatur teknikal pengilang injap, termasuk risalah produk EroSolve Wet Steam oleh IMI Critical Engineering (2024).

• Konteks insiden TMI-2: dokumentasi sejarah U.S. NRC mengenai kemalangan Unit 2 Three Mile Island.