Ang Nakatagong Panganib sa Basang Ulap: Paano Nakaaapekto ang Nakasalang Tubig sa Pagganap ng mga Safety Valve

Ang inyong boiler ay nasa mabuting kondisyon. Normal ang pressure gauge. Normal ang temperature gauge. Normal ang flow meter. Tatlong instrumento, walang anumang kahinaan.

Ngunit ang ulap na lumalabas sa inyong boiler ay maaaring hindi kailanman naging ganap na tuyô mula pa sa simula.

Sa karaniwang kondisyon ng operasyon, ang steam dryness fraction ay nasa hanay na 0.95 hanggang 0.98 — ibig sabihin, bawat metrikong tonelada ng ulap ay dinala ang 20 hanggang 50 kg ng nakasalang tubig. Hindi ito makikita ng pressure gauge o ng temperature gauge. Ngunit kapag dumating na ang tubig na iyon sa inyong safety Valve , ang mga kahihinatnan ay lumalawig nang malayo sa nabawasan na output ng heat exchanger.

Isang spring-loaded safety Valve (DN100/150, PN25/16) sa isang pasilidad ng pagmamanupaktura. Ang spring ay sumasaklaw sa lakas ng reseating at direktang naaapektuhan ng wet-steam service.

Ang artikulong ito ay sinusuri kung ano ang epekto ng entrained moisture sa pressure relief valves, batay sa mga opisyal na pamantayan, mga natuklasang regulasyon, at eksperimental na datos.

1. Mga lapis para sa kaligtasan Nakatatakda para sa Dry Steam — Ngunit ang Boiler Steam ay Karaniwang Hindi Ganap na Dry

Safety Valve ang capacity certification ay batay sa dry saturated steam. Ayon sa mga kinakailangan ng ASME at National Board, ang sertipikadong capacity na nakaukikha sa isang valve ay ipinapahayag sa pounds (o kilograms) ng saturated steam bawat oras. Ang coefficient of discharge method ay gumagamit ng mga teoretikal na flow formula na nilikha para sa mga kondisyon ng dry steam.

Sa kasanayan, gayunpaman, sa mga pinatutunayang kondisyon ng operasyon, ang singaw ng boiler ay karaniwang may kahalintulad na kahalumigmigan (dryness fraction) na 0.96 hanggang 0.97 lamang. Halimbawa, ang mga pamantayan sa boiler ng Tsina ay naglalagay ng hangganan sa kahalumigmigan ng saturated steam sa 3% para sa mga water-tube boiler at 4% para sa mga shell boiler — na tumutugma sa mga kahalintulad na kahalumigmigan na 0.97 at 0.96 ayon sa pagkakabanggit.

Kaya naman, may puwang sa pagitan ng pinatutunayang kondisyon at ng aktwal na kondisyon sa field: ang valve ay binibigyan ng rating para sa isang medium na bihirang umiiral nang eksaktong gaya ng tinukoy.

Kapag bumaba ang kahalintulad na kahalumigmigan sa 0.95, bawat metrikong tonelada ng singaw ay dinala ang 50 kg ng tubig. Ang tubig na iyon ay dumadaloy sa safety Valve inlet at binabago ang pagganap ng valve.

2. Dalawang-yugong Daloy (Two-Phase Flow): Isang Kilalang Di-Katiyakan

Kapag bukas ang isang safety valve at lumalabas ang isang halo ng singaw at tubig, ang uri ng daloy ay dalawang-yugong daloy (two-phase flow). Hindi ito isang ekstremong kaso — ito ay isang kilalang hamon sa inhinyerya kung saan walang umiiral na ganap na na-verify na paraan para sa tamang sukat (sizing method).

Ang Appendix D ng API RP 520 ay tumutugon sa pagsukat ng dalawang-yugtang paglabas, ngunit binabanggit nito na ang paksa ay nananatiling kontrobersyal: walang paraan ng pagsukat na na-verify sa pamamagitan ng mga pagsusulit, ni hindi man may kilalang proseso para sa sertipikasyon ng dalawang-yugtang kakayahan ng paglabas.

Ang mga kasalukuyang paraan—ang Homogeneous Equilibrium Model (HEM) at ang Homogeneous Non-Equilibrium Model (HNE)—ay umaasa sa mga pagsimpleng pagpapalagay. Ang mga eksperimental na datos ay nagpapakita na ang HEM ay maaaring magbigay ng mas mababang pagtataya sa daloy ng masa sa ilalim ng tunay na kondisyon. Kailangan ng mga mananaliksik na ipakilala ang mga empirikal na paktor ng koreksyon na lubhang mas mataas kaysa sa koepisyente ng paglabas ng gas upang tugma sa mga datos mula sa pagsusulit.

Sa praktikal na pananaw: kung ang kahalumhan ng singaw ay bumaba sa ilalim ng 0.95, hindi tiyak ang aktwal na kapasidad ng balbula. Maaari itong lumampas sa nakasaad sa nameplate, o maaari ring kulang. Ang alinman sa dalawang pagkakaiba ay isang banta sa kaligtasan.

3. Pagkasira dahil sa mga droplet: Isang pangmatagalang mekanismo ng pagkasira

Ang mga patak ng tubig ay ilang daang beses na mas mabigat kaysa sa singaw. Kapag ang halo ng singaw at tubig ay pabilisin sa pamamagitan ng mga puwang sa upuan at disc ng valve, ang mga patak na ito ay nagsisilbing mga partikulong pang-abrasibo.

Isang spring-loaded na may flange sa dulo safety Valve (Class 150, katawan na gawa sa WCB). Ang inlet flange ang lugar kung saan pumapasok ang basang singaw at ang mga nakasalit na patak ng tubig ay una nang umaapak sa mga ibabaw ng upuan at disc nang may mataas na bilis.

Ang mga pangunahing tagagawa ng valve ay kinikilala na ngayon ang isyu na ito. Noong 2024, inilabas ng IMI Critical Engineering ang isang teknikal na bulletin na nagsasaad na ang basang singaw ay nagdudulot ng pagkawasak sa mga mahahalagang bahagi ng loob ng valve (disc, seat), na lumilikha ng mga panganib sa kaligtasan at maaaring magdulot ng di-inaasahang pagpapahinto ng operasyon. Ang kumpanya ay nagbuo ng isang espesyal na linya ng produkto—ang EroSolve Wet Steam—at naiulat ang higit sa 200 na instalasyon, na nagpapakita na ang pagkawasak dulot ng basang singaw ay isang paulit-ulit na problema sa operasyon.

Para sa mga operator: ang isang valve na pumasa sa mga pagsubok para sa tuyo na singaw ay maaaring mas mabilis na masira kapag ginagamit sa serbisyo ng basang singaw.

4. Nakakabit sa bukas na posisyon matapos makontak ang tubig

Kahit na ang pagkakaubos ay isang pangmatagalang problema, ang pagkakalagay ng bukas nang tuluyan matapos ang pakikipag-ugnayan sa tubig ay isang agarang isyu.

Ang U.S. Nuclear Regulatory Commission (NRC) ay nakadokumento ng isang natuklasan na ang mga spring-loaded mga lapis para sa kaligtasan na idinisenyo para sa serbisyo ng singaw, kapag sinubukan gamit ang likidong paglabas, ay may mas mataas na posibilidad na manatiling bukas o lumikha ng malubhang pagbuburasa kaysa sa dati nang tinataya na 3×10⁻².

Ayon sa pagsusuri ng NRC, ang posibilidad na ito ay "napakarami" kumpara sa numerong 3×10⁻². Ang teknikal na pagsusuri nito sa datos ng EPRI test ay nagsasaad na sa mga halos 26 safety Valve na pagsubok sa tubig, humigit-kumulang isang ikatlo ang nagresulta sa disc-to-seat chatter—na nagdudulot ng panloob na pinsala o kailangang i-manual na itigil sa loob lamang ng ilang segundo upang maiwasan ito.

Ang Mekanismo: safety Valve ang mga ito ay umaasa sa pagpapalawak ng daloy sa ilalim ng disc upang makabuo ng lakas na pataas. Ang tuyong singaw ay madaling lumalawak, na nagbibigay ng matatag na pataas na lakas. Sa likido o daloy na may dalawang yugto at mataas na nilalaman ng kahalumigmigan, nababago ang pag-uugali ng pag-flash. Maaaring mag-chatter ang disc, hindi makarating sa buong pataas na posisyon, o—sa pinakamasamang kaso—manatiling bukas matapos dapat sanang muling umupo.

Isang pagsasaayos ng seguridad na pinapatakbo ng isang pilot (abong pinalamutiang katawan, tubo ng pilot na gawa sa stainless steel). Ang mga linya ng pilot at sensing ay nagpapahalaga ng kahalagahan ng maaasahang pag-uulit — ang pagkakaroon ng kakaibang tunog o pagkakadikit dahil sa tubig sa sirkito ng pilot ay maaaring magdulot ng pangkalahatang epekto.

Ang mga nakaraang insidente ay may kaugnayan dito. Ang aksidente sa Unit 2 ng Three Mile Island (1979) ay kinasali ang isang bukas na power-operated relief valve (PORV) na naglabas ng tubig at nabigo sa pag-uulit. Bagaman iba ang PORV kaysa sa mga mga lapis para sa kaligtasan , ang likas na pisika — ang paglabas ng tubig na humahantong sa hindi maaasahang pag-uulit — ay nananatiling may kaugnayan.

5. Ang Kulang sa Pamantayan

Ang ASME Section I at Section VIII ay nagpapatunay safety Valve ng kapasidad batay sa tuyong saturated steam. Ang datos ng kapasidad ng National Board ay sumusunod sa parehong batayan.

Ang resulta ay isang sistematikong hindi pagkakatugma: ang mga valve ay pinipili para sa tuyong steam, ngunit ginagamit sa basang steam.

May isang eksepsyon. Ang Russian standard na GOST 24570-81 ay pinapahintulutan — ngunit hindi kinakailangan — ang pagsasaalang-alang sa ratio ng halo ng steam at tubig sa pagtukoy ng sukat mga lapis para sa kaligtasan para sa mga boiler ng mainit na tubig at economizer. Ang karamihan sa mga hurisdiksyon at proyekto ay nananatiling gumagamit ng dry steam sizing.

6. Mga Praktikal na Rekomendasyon para sa mga Operator ng Boiler

1. Itanong ang tanong tungkol sa dryness. Kapag tinutukoy ang isang safety Valve , huwag ipagpalagay ang dryness fraction na 1.0. Kung ang karaniwang dryness ng steam sa outlet ng boiler ay bumababa sa ilalim ng 0.95, dapat i-re-evaluate ang kapasidad ng valve batay sa aktuwal na kondisyon.

2. Kontrolin ang tubig bago ito dumating sa valve. Safety Valve ang inlet piping na may nakapiling condensate ay magpapalabas ng tubig kapag inililift. Dapat tamang gumana ang mga steam trap, at dapat malinis ang mga drain line.

3. Pumili ng mga materyales na may pag-iingat sa erosion. Ang mga karaniwang seat materials ay mas mabilis na nawawala sa ilalim ng wet steam impingement. Isipin ang paggamit ng mas matitibay na sealing surface materials para sa wet steam service.

4. Palakasin ang dalas ng inspeksyon. Kahit na hindi inililift, ang isang safety Valve sa wet steam service ay maaaring makaranas ng seat damage dahil sa patuloy na droplet impingement. Ang mga inirekomendang test interval ng NBIC ay dapat tingnan bilang maximum, hindi bilang target, sa ilalim ng wet steam conditions.

Buod

Bawat metrikong tonelada ng singaw ay dinala ang 20 hanggang 50 kg ng tubig sa karaniwang mga bahagdan ng kaluhaan. Ang anumang instrumento para sa presyon o temperatura ay hindi nagpapakita nito.

Ang tubig na iyon ay binabawasan ang output ng heat exchanger. Sa safety Valve , nakaaapekto ito sa katiyakan ng kapasidad, buhay ng seat, at — sa pinakamasamang kaso — sa kakayahan ng valve na muling umupo matapos itaas.

Nausukso ba ng inyong planta ang kaluhaan ng singaw sa labasan ng boiler? Ano ang presyon at temperatura ng inyong singaw, at tinutukoy ba ng inyong kontrata sa suplay ang isang bahagdan ng kaluhaan?

Sa mga pagpipilian mula sa kahoy hanggang sa marangyang kahon ng balat, may mga istilo na angkop sa anumang kagustuhan.

• Batayan ng sertipikasyon ng kapasidad: ASME Section I/VIII at mga pamantayan ng National Board para sa kapasidad ng relief valve para sa saturated steam.

• Mga limitasyon sa pagsizing ng dalawang yugto: API RP 520, Appendix D — Pagsizing ng Safety Relief Valves para sa Dalawang Yugtong Daloy.

• HEM na kulang sa paghahatol: mga nailathalang eksperimental na pag-aaral sa pagsusuri ng dalawang yugtong daloy ng relief valve.

• Posibilidad ng stuck-open: teknikal na pagsusuri ng U.S. NRC sa safety Valve performance sa ilalim ng pagbubuhos ng likido (pagrerebyu ng EPRI test data).

• Mekanismo ng pagkakaubos: teknikal na literatura ng tagagawa ng valve, kabilang ang EroSolve Wet Steam product bulletin ng IMI Critical Engineering (2024).

• Konteksto ng insidente sa TMI-2: kasaysayan ng dokumentasyon ng U.S. NRC tungkol sa aksidente sa Three Mile Island Unit 2.