วิธีป้องกันไม่ให้สปริงของวาล์วปล่อยแรงดันเพื่อความปลอดภัยคลายตัว และป้องกันการรั่วซึมที่บริเวณที่นั่งในระบบที่ใช้ไอน้ำอุณหภูมิสูง (>400°C)

การแยกความร้อนและการไหลของอากาศแบบปล่องไฟในวาล์วปล่อยแรงดันเพื่อความปลอดภัยแบบฝาครอบเปิด (Xiazhao รุ่น 4N8 เทียบกับแบบฝาครอบปิด)

จัดพิมพ์โดยแผนกวิศวกรรมเทคนิค บริษัท Shanghai Xiazhao Valve Co., Ltd.

คำสำคัญเป้าหมาย: วาล์วปล่อยแรงดันเพื่อความปลอดภัยสำหรับอุณหภูมิสูง, การคลายตัวของสปริง, วาล์วปล่อยแรงดันเพื่อความปลอดภัยแบบฝาครอบเปิด, วาล์วปล่อยแรงดันเพื่อความปลอดภัยสำหรับไอน้ำตามมาตรฐาน API 526, การเคลือบผิวด้วยสแตลไลต์

1. ปัญหาอุณหภูมิสูง: เหตุใดวาล์วปล่อยแรงดันเพื่อความปลอดภัยแบบฝาครอบปิดทั่วไปจึงล้มเหลว

ในส่วนหัวหม้อไอน้ำความดันสูง สถานีบายพาสของเทอร์ไบน์ไอน้ำ และสถานประกอบการผลิตพลังงานความร้อนที่ทำงานที่ช่วงอุณหภูมิ "400°C ถึง 538°C (750°F ถึง 1000°F)" วาล์วปล่อยแรงดันเพื่อความปลอดภัย (SRV) ทำหน้าที่เป็นแนวป้องกันสุดท้ายต่อภาวะความดันเกินอย่างรุนแรง อย่างไรก็ตาม บันทึกการบำรุงรักษาจากโรงไฟฟ้าทั่วโลกแสดงรูปแบบที่น่ากังวลอย่างต่อเนื่อง: วาล์วปล่อยแรงดันเพื่อความปลอดภัยแบบฝาครอบปิดทั่วไปมักเริ่มมีอาการเดือดเบาๆ รั่วซึม หรือค่าการตั้งค่าเบี่ยงเบนออกจากค่าที่กำหนดไว้ภายในเวลาเพียง 3 ถึง 6 เดือนหลังเริ่มใช้งานจริง

ผลกระทบทางการเงินและการดำเนินงานรุนแรงมาก:

• การสูญเสียไอน้ำอย่างต่อเนื่องที่มีค่าใช้จ่ายสูง: รอยรั่วขนาดเล็กเพียง 1.5 มิลลิเมตร บนท่อนำไอน้ำร้อนจัดความดัน 10.0 เมกะพาสคาล (1450 ปอนด์ต่อตารางนิ้ว) ทำให้สูญเสียไอน้ำไปมากกว่า
• การเปลี่ยนแปลงค่าความดันเปิดก่อนกำหนด: การสัมผัสกับความร้อนอย่างต่อเนื่องลดค่าโมดูลัสเฉือน ($G$) ของสปริง ส่งผลให้วาล์วเปิดก่อนเวลาที่ความดันการใช้งานปกติ และก่อให้เกิดการหยุดเดินเครื่องโดยไม่มีคำสั่ง
• การสึกกร่อนรุนแรงบริเวณผิวสัมผัสแบบลวด (Wire-Drawing): ไอน้ำที่ไหลด้วยความเร็วสูงผ่านผิวสัมผัสที่เสียหาย ทำให้เกิดร่องลึกบนแผ่นสแตนเลสธรรมดา จนทำให้ไม่สามารถปิดสนิทได้อีก

เส้นทางการสะสมความร้อนในวาล์วแบบฝาครอบปิดเทียบกับแบบฝาครอบเปิด

แบบฝาครอบปิด (มาตรฐาน):

[ไอน้ำ 538°C] — [ช่องภายในตัววาล์ว] — [อากาศที่ติดอยู่ภายในฝาครอบ: 380°C ถึง 430°C] — [สปริงคลายตัว 18%]

(เปิดก่อนเวลาและรั่ว)

แบบฝาครอบเปิดพร้อมปล่องระบายอากาศตามธรรมชาติ (Xiazhao รุ่น 4N8):

[ไอน้ำ 538°C] — [ช่องภายในตัววาล์ว] === [การไหลเวียนของอากาศตามธรรมชาติผ่านปล่องระบาย] ====== [ช่องสปริง: ต่ำกว่า 140°C]

(การสูญเสียโหลดศูนย์ / จุดตั้งค่าคงที่)

2. การวิเคราะห์สาเหตุหลัก: ฟิสิกส์ความร้อนภายในช่องสปริง

2.1 บทบาทสำคัญของการคลายตัวของสปริง

เหล็กสปริงทุกชนิดเกิดปรากฏการณ์การไหลแบบความร้อนภายใต้แรงบิดที่กระทำอย่างต่อเนื่อง เมื่อวาล์วความปลอดภัยแบบฝาครอบปิดติดตั้งบนท่อน้ำร้อนที่มีอุณหภูมิ 500°C ความร้อนที่แผ่ออกมาและถ่ายเทนำความร้อนจะทำให้อุณหภูมิภายในฝาครอบเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วจนถึง "380°C–430°C"

1. เหล็กสปริงโลหะผสมมาตรฐาน (เช่น โครเมียม-วาเนเดียม AISI 6150) สูญเสียแรงดันเริ่มต้นมากกว่า "15% ถึง 22%" อันเนื่องมาจากการคลายตัวทางโลหะวิทยา

2. แรงกดลงที่ผิวปิดผนึก ($F_s = k \cdot \Delta x$) ลดลงอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเปรียบเทียบกับแรงดันระบบขึ้นด้านบน ($F_p = P \cdot A_{seat}$)

3. ระยะห่างระหว่างแรงดันในการทำงานกับแรงดันที่ตั้งไว้แคบลง ส่งผลให้เกิดการเดือดเบาๆ อย่างต่อเนื่องและเสียงสั่นสะเทือนที่ได้ยินได้

2.2 การบิดเบี้ยวเล็กน้อยของพื้นผิวปิดผนึก

เมื่อความต่างของอุณหภูมิทำให้โครงยึดจานและปลอกนำทางบิดงอ แรงกดที่สัมผัสกับผิวปิดผนึกจะไม่สม่ำเสมอ ทำให้เกิดช่องทางการไหลของไอน้ำในระดับจุลภาค ส่งผลให้เกิดการกัดกร่อนแบบเฉพาะจุดด้วยความเร็วสูง (ปรากฏการณ์ wire-drawing)

3. แนวทางแก้ไขเชิงวิศวกรรม: สถาปัตยกรรมการออกแบบสำหรับอุณหภูมิสูงของเซี่ยเจ้า

ภาพถ่ายผลิตภัณฑ์จริง: วาล์วความปลอดภัยสำหรับอุณหภูมิสูงรุ่นเซี่ยเจ้า 3K4 มาตรฐาน ASME Class 600 พร้อมปล่องควันแบบเปิด yoke

เพื่อแก้ไขปัญหาการเสื่อมสภาพจากความร้อนอย่างถาวร วาล์วปล่อยแรงดันความปลอดภัยสำหรับอุณหภูมิสูงรุ่น TOS ของเซี่ยเจ้า (มาตรฐาน API 526 Class 600 / รุ่น 3K4 และ 3K6) ได้รวมคุณลักษณะการออกแบบที่สำคัญยิ่งสามประการไว้

ปล่องระบายความร้อนแบบคอนเวคชันธรรมชาติชนิดยอกเปิด (Open Yoke) รุ่น 3.1 (ฝาปิดแบบ 4N8)

โดยการแทนที่ฝาครอบแบบปิดแน่นด้วยโครงสร้างยอกเปิดที่ออกแบบมาเป็นพิเศษ (Type 4N8) อากาศภายนอกจะไหลเวียนรอบสปริงโดยอาศัยแรงลอยตัวจากความร้อน (thermal buoyancy) โดยความร้อนที่ถ่ายโอนมาจากคอของตัววาล์วจะถูกปล่อยออกสู่บรรยากาศก่อนที่จะถึงแผ่นรองสปริง การวิเคราะห์ภาพความร้อนเชิงประจักษ์ยืนยันว่า เมื่อตัววาล์วทำงานที่อุณหภูมิ 538°C ช่องว่างภายในที่บรรจุสปริงยังคงมีอุณหภูมิต่ำกว่า 140°C (284°F)

3.2 โลหะผสมสปริงซูเปอร์อัลลอยอินโคเนล เอ็กซ์-750

สำหรับอุณหภูมิที่สูงเกิน 427°C ซิ่าเจ้าโอใช้สปริงโลหะผสมนิกเกิล-โครเมียมแบบตกตะกอนแข็ง (Inconel X-750) บนวาล์วความปลอดภัย อินโคเนล เอ็กซ์-750 มีคุณสมบัติทนต่อการคลายตัวและการไหลของวัสดุได้ดีเยี่ยม โดยรักษาระดับความแข็งแรงของสปริงเริ่มต้นไว้ได้มากกว่า "98.5%" ตลอดระยะเวลาให้ความร้อนมากกว่า 10,000 ชั่วโมง

3.3 การเคลือบผิวด้วยโลหะผสมโคบอลต์สแตลไลต์พร้อมขัดผิวด้วยเทคนิคไมโครเลปปิ้งแบบแสงออปติคัล

ทั้งหัวฉีดแบบเกลียวและแผ่นปิดผนึกถูกเคลือบผิวด้วยโลหะผสมโคบอลต์สแตลไลต์ (เกรด 6) อย่างหนาแน่น (ความหนาขั้นต่ำ 2.5 มม. และความแข็ง 40–45 HRC ที่อุณหภูมิสูง) พื้นผิวผ่านกระบวนการขัดด้วยเพชรหลายขั้นตอนและขัดละเอียดด้วยเทคนิคไมโครเลปปิ้งแบบแสงออปติคัลจนได้ความเรียบระดับ "1–2 แถบแสงฮีเลียมแบบโมโนโครมาติก (ความเรียบ 0.3–0.6 ไมโครเมตร)" ซึ่งช่วยกำจัดจุดอ่อนที่อาจเกิดการลากเส้น (wire-drawing) ได้อย่างสิ้นเชิง

4. แนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุดสำหรับการติดตั้งจริงและรายการตรวจสอบการบำรุงรักษา

เพื่อให้บรรลุอายุการใช้งานโดยไม่ต้องบำรุงรักษาเป็นเวลา 5 ปีขึ้นไปบนท่อไอน้ำอุณหภูมิสูง โปรดปฏิบัติตามแนวทางของ ASME ส่วนที่ VIII ดังต่อไปนี้:

ขอบเขตการหุ้มฉนวน: ห้ามหุ้มฉนวนฝากระโปรงหน้าหรือช่องสปริงของวาล์วความปลอดภัยแบบเปิดแอกอย่างเด็ดขาด ให้หุ้มฉนวนเฉพาะที่ท่อเข้าและตัววาล์วจนถึงข้อต่อฟลานจ์ด้านล่างเท่านั้น

การสูญเสียแรงดันที่ท่อเข้า: ต้องมั่นใจว่าการลดลงของแรงดันรวมที่ท่อเข้าภายใต้กำลังการผลิตสูงสุดที่ระบุไว้จะยังคงต่ำกว่าค่าที่กำหนดอย่างเคร่งครัด

การระบายน้ำ: ต้องเชื่อมต่อพอร์ตระบายน้ำที่ตัววาล์ว (1/2 นิ้ว NPT) เข้ากับท่อระบายน้ำแบบเปิดเสมอ เพื่อป้องกันไม่ให้น้ำควบแน่นสะสม และป้องกันการกระแทกจากความร้อนขณะเริ่มต้นใช้งานในสภาวะเย็น

สำหรับคำปรึกษาทางเทคนิค การคำนวณขนาดตามมาตรฐาน API 520 ที่ได้รับการรับรอง และใบเสนอราคาวาล์วแบบพิเศษตามมาตรฐาน ASME Class 600/900 ที่ใช้งานได้ที่อุณหภูมิสูง โปรดติดต่อ Shanghai Xiazhao Valve Co., Ltd.