Ako zabrániť uvoľňovaniu pružiny bezpečnostného uzáverového ventilu a úniku cez sedlo v systémoch vysokoteplotnej pary (> 400 °C)

Tepelné oddelenie a komínový ťah pri bezpečnostných ventiloch s otvorenou krytkou (Xiazhao typ 4N8 oproti uzavretej krytke)

Vydané technicko-inžinierskym oddelením spoločnosti Shanghai Xiazhao Valve Co., Ltd.

Cieľové kľúčové slová: bezpečnostný ventil pre vysoké teploty, uvoľňovanie pružiny, bezpečnostný tlakový ventil s otvorenou krytkou, bezpečnostný ventil pre paru podľa API 526, tvrdé povlaky Stellite

1. Dilema vysokých teplôt: Prečo sa štandardné uzavreté bezpečnostné ventily porúšajú

V tlakových kotlových hlavách, obezlienkach parných turbín a tepelných elektrárňach prevádzkovaných v rozsahu teplôt „400 °C až 538 °C (750 °F až 1000 °F)“ predstavujú bezpečnostné uvoľňovacie ventily (SRV) poslednú obranu proti katastrofálnemu prebytku tlaku. Údržbové záznamy elektrární po celom svete však konzistentne odhaľujú alarmujúci vzor: štandardné uzavreté bezpečnostné uvoľňovacie ventily často začínajú priehrievať sa, netesniť alebo sa vychýliť z kalibrácie už len 3 až 6 mesiacov po uvedení do prevádzky.

Finančné a prevádzkové dôsledky sú vážne:

• Nákladné trvalé straty pary: Trvalý mikro-útik s priemerom 1,5 mm na prehriatej parnej trubke s tlakom 10,0 MPa (1450 psig) spôsobuje stratu viac ako
• Predčasné posunutie nastavenej hodnoty tlaku: Vystavenie trvalému teplu zníži strihový modul pružiny ($G$), čo spôsobí, že sa ventil otvorí predčasne, teda pri tlaku nižšom ako je normálny prevádzkový tlak, a vyvolá nepríkazné vypnutia elektrárne.
• Katastrofálny vytahovanie drôtu sedla: Vysokorýchlostná para, ktorá prechádza poškodenými povrchmi sedla, vyrezáva hlboké rýhy do bežných diskov z nehrdzavejúcej ocele, čím sa ventil stáva nesediacim.

Cesta nahromadenia tepla v uzavretých a otvorených ventiloch s krytom

Uzavretý kryt (štandardný):

[538 °C para] --- [priestor tela] --- [uväznený vzduch v kryte: 380 °C až 430 °C] --- [uväznenie pružiny o 18 %]

(predčasné otvorenie a únik)

Otvorený komínový kryt s yoke (typ Xiazhao 4N8):

[538 °C para] --- [priestor tela] === [prirodzený komínový ťah vzduchu] ====== [priestor pružiny: < 140 °C]

(žiadna strata zaťaženia / stabilný nastavený bod)

2. Analýza základnej príčiny: tepelná fyzika vo vnútri priestoru pružiny

2.1 Kľúčová úloha uväznenia pružiny

Všetky pružinové ocele podliehajú tepelnej creepovej deformácii pri dlhodobo pôsobiacej krútiacej sile. Keď je uzavretý bezpečnostný ventil s krytom namontovaný na parnom potrubí s teplotou 500 °C, žiarenie a vedenie tepla rýchlo zvyšujú teplotu vnútorného krytu na "380 °C – 430 °C ". Za týchto podmienok:

1. Štandardná zliatina pružinovej ocele (napr. chróm-vanádová oceľ AISI 6150) stratí viac ako "15 % až 22 % svojej počiatočnej predpínacej sily " v dôsledku metalurgickej relaxácie.

2. Smerom nadol pôsobiaca tlaková sila na sedlo ($F_s = k \cdot \Delta x$) výrazne klesne pod smerom nahor pôsobiace tlakové sily systému ($F_p = P \cdot A_{seat}$).

3. Rozdiel medzi prevádzkovým tlakom a nastaveným tlakom sa zmenší, čo spôsobuje trvalé pomalé varenie (simmering) a počuteľné chvatanie (chatter).

2.2 Mikroskopické deformácie sedla

Keď tepelné gradienty skreslia držiak diskového uzáveru a vodidlá vložiek, tlak kontaktu po celej ploche sedla sa stane nerovnomerným. Vznikajú mikroskopické parné cesty, ktoré spôsobujú lokálnu eróziu vysokou rýchlosťou (wire-drawing).

3. Inžinierske riešenia: Architektúra konštrukcie Xiazhao pre vysoké teploty

Skutočná fotografie výrobku: Bezpečnostný ventil pre vysoké teploty Shanghai Xiazhao 3K4 podľa normy ASME Class 600 s otvorenou yolkou a komínovou časťou

Na trvalé odstránenie tepelnej degradácie je do „bezpečnostného ventilu pre vysoké teploty série TOS od spoločnosti Shanghai Xiazhao (API 526 Class 600 / 3K4 a 3K6)“ integrovaných tri kľúčové konštrukčné prvky:

3.1 Prirodzená konvekcia cez otvorený yoke – komín (typ 4N8)

Nahradením uzavretej krytky „inžinierskou štruktúrou s otvoreným yoke (typ 4N8)“ sa okolitý vzduch prirodzene cirkuluje okolo pružiny vďaka tepelnej vztlakovosti. Teplo prenášané z krku telesa sa odvádza do atmosféry, kým sa dostane k pružinovým podložkám. Empirické termografické snímanie potvrdzuje, že keď teleso ventilu pracuje pri teplote 538 °C, teplota dutiny pružiny zostáva pod hodnotou „140 °C (284 °F)“.

3.2 Pružinová kovová zliatina z Inconelu X-750

Pre teploty vyššie ako 427 °C vybavuje Xiazhao bezpečnostné ventily pružinami z nikel-chrómového zliatiny Inconel X-750, ktorá je tvrdá usadzovaním. Inconel X-750 vykazuje výnimočnú odolnosť voči relaxácii a creepu a udržiava viac ako „98,5 % svojej pôvodnej tuhosti pružiny“ po viac ako 10 000 tepelných hodín.

3.3 Stellite kobaltová povrchová úprava s optickým mikrobrúsením

Pevný závitový tryskový vývod aj disk sú pokryté hrubou povrchovou úpravou z „Stellite kobaltového zliatiny (trieda 6)“ (minimálna hrúbka 2,5 mm, tvrdosť 40–45 HRC pri zvýšených teplotách). Povrchy prechádzajú viacstupňovým diamantovým brúsením a optickým mikrobrúsením na dosiahnutie „1–2 monochromatických svetelných pásov hélia (rovinnosť 0,3–0,6 µm)“, čím sa úplne eliminujú riziká vzniku drôteného efektu.

4. Odporúčané postupy montáže na mieste a kontrolný zoznam údržby

Ak chcete dosiahnuť bezúdržbový životný cyklus trvajúci 5 a viac rokov na parných potrubiach vysokého tlaku a teploty, dodržiavajte nasledujúce pokyny podľa ASME Section VIII:

Hranica izolácie: Nikdy neizolujte krytku alebo priestor pružiny bezpečnostného ventilu s otvoreným y-kusom. Izolujte len vstupnú trysku a telo ventilu až po spodnú prírubu tela.

Strata tlaku vo vstupnom potrubí: Celková strata tlaku vo vstupnom potrubí pri plnom menovitom prietoku musí byť prísne nižšia ako

Odvodňovací port: Vždy pripojte odvodňovací port tela (1/2" NPT) k otvorenej odvodňovacej trubici, aby ste zabránili hromadeniu kondenzátu a tepelnej šoku po studenom štarte.

Pre technické poradenstvo, certifikované výpočty veľkosti podľa API 520 a ponuky na špeciálne uzávery ASME Class 600/900 pre vysoké teploty kontaktujte spoločnosť Shanghai Xiazhao Valve Co., Ltd.