Sistemele de conducte cu abur sunt utilizate pe scară largă în industria de producere a energiei, procesare chimică, metalurgie și producție de hârtie. Când parametrii de funcționare intră în intervalul de temperatură înaltă și presiune înaltă - în special serviciul cu abur supercritic peste 374 ° C și 22,1 MPa sau sisteme de abur subcritic care funcționează în apropierea acestor praguri - supapele cu bilă manuale standard nu mai sunt capabile să îndeplinească cerințele de bază de siguranță și fiabilitate. Degradarea materialului, deformarea structurală și defectarea etanșării sunt cele mai frecvent întâlnite moduri de avarie în aceste condiții. Inginerii responsabili cu selecția supapelor și scrierea specificațiilor trebuie să stabilească cerințe tehnice explicite care se adresează atât sistemului de material, cât și proiectarea structurală a supapelor cu bilă manuale destinate serviciului cu abur de înaltă temperatură și presiune.
Oțelul carbon WCB, care este utilizat pe scară largă în aplicații la temperatură ambientală, înregistrează o scădere bruscă a tensiunii admisibile peste 425°C. Sub expunere prelungită la temperatură înaltă, suferă sferoidizare perlită și aglomerare de carbură, provocând deteriorarea continuă a rezistenței la fluaj. Pentru serviciul cu abur la temperatură înaltă și la presiune înaltă, materialele pentru corpul supapei și capacul trebuie selectate din sistemele de aliaje de înaltă temperatură dovedite.
Oțelul aliat cu crom-molibden este cea mai răspândită categorie de materiale pentru construcția supapelor de înaltă temperatură. Gradele tipice includ WC6 (1,25Cr-0,5Mo) și WC9 (2,25Cr-1Mo), cu temperaturi maxime de utilizare de aproximativ 540°C și, respectiv, 595°C. Cromul îmbunătățește rezistența la oxidare și rezistența la temperaturi ridicate, în timp ce molibdenul suprimă eficient rata de fluaj și întârzie deformarea indusă termic în timp.
Oțelul aliat cu crom ridicat - cum ar fi C12A cu o compoziție 9Cr-1Mo-V - este potrivit pentru intervale de temperatură și mai mari, păstrând rezistența substanțială la rupere la fluaj peste 600°C. Acest grad se numără printre alegerile de materiale primare pentru aplicațiile cu supape de centrale ultra-supercritice.
Oțelul inoxidabil austenitic, cum ar fi CF8M (Tip 316), oferă o rezistență excelentă la coroziune la temperaturi înalte și este potrivit pentru serviciul cu abur care conține constituenți corozivi. Cu toate acestea, coeficientul său de dilatare termică este semnificativ mai mare decât cel al oțelurilor feritice. În serviciul termic ciclic, această diferență necesită o atenție atentă la solicitarea termică la conexiunile cu flanșe și îmbinările de sudură.
Preferința pentru piese forjate față de piese turnate este un principiu fundamental în selecția materialului pentru supape de înaltă temperatură și presiune. Forjarea elimină defectele de turnare, cum ar fi porozitatea, cavitățile de contracție și incluziunile. Structura de granulație mai fină și mai uniformă rezultată produce proprietăți mecanice semnificativ mai bune - în special rezistența la impact - în comparație cu echivalentele turnate din aceeași calitate a materialului, oferind o rezistență mai mare la șocul termic și tranzitorii de presiune.
Serviciul cu abur la temperatură înaltă reprezintă unul dintre cele mai solicitante medii pentru sistemele de etanșare a scaunului supapelor. PTFE și alte materiale standard pentru scaune moale se apropie de limitele lor de utilizare peste 200°C și suferă defecțiuni funcționale complete și carbonizare peste 260°C. Supapele manuale cu bilă destinate utilizării cu abur la temperatură înaltă trebuie, prin urmare, să utilizeze construcția de etanșare metal pe metal pe tot parcursul.
Suprafețele de etanșare cu bile și scaune sunt de obicei călite prin procese de sudare prin suprapunere. Suprafața cu stellit (aliaj pe bază de cobalt) este tratamentul standard pentru suprafețele de etanșare a supapelor la temperatură înaltă, atingând niveluri de duritate de la HRC 40 până la 50, păstrând în același timp rezistență excelentă la uzură și rezistență la oxidare la temperaturi ridicate. Acest tratament de suprafață oferă o protecție eficientă împotriva eroziunii și deteriorarea cavitației cauzate de fluxul de abur de mare viteză. În condiții de funcționare deosebit de severe, acoperirile ceramice cu nitrură de siliciu sau acoperirile cu pulverizare termică din carbură de tungsten sunt utilizate ca soluții alternative de întărire.
Tensiunea de așezare — presiunea de contact dintre suprafețele bilei și scaunului — trebuie calculată cu precizie în timpul fazei de proiectare. Tensiunea insuficientă de așezare are ca rezultat o performanță de etanșare inadecvată, în timp ce stresul excesiv de așezare accelerează uzura suprafeței, o consecință care este amplificată semnificativ în cazul impactului continuu cu abur la temperatură ridicată. Cuplul de operare, lățimea contactului scaunului și geometria unghiului de contact trebuie optimizate împreună ca un sistem de proiectare integrat.
Tija este componenta unei supape cu bilă manuală cea mai vulnerabilă la defecțiunea scurgerilor în condiții de funcționare la temperaturi ridicate. Fluajul metalului indus termic și degradarea umpluturii compromit progresiv sistemul de etanșare a tijei, rezultând emisii fugitive externe. Supapele manuale cu bilă de înaltă temperatură trebuie să se adreseze ansamblului tijei prin mai multe cerințe de proiectare coordonate.
Materialul tijei este de obicei specificat ca oțel inoxidabil 17-4PH cu întărire prin precipitare sau oțel inoxidabil martensitic AISI 410. Ambele clase mențin rezistența adecvată și rezistența la coroziune la temperaturi ridicate, prezentând în același timp o susceptibilitate la fluaj relativ scăzută pe perioade lungi de utilizare.
Sistemul de ambalare trebuie să utilizeze materiale pentru temperaturi ridicate. Ambalajul flexibil din grafit este selecția standard pentru serviciul cu abur la temperatură înaltă, cu un plafon funcțional de temperatură care depășește 600°C. Combină o recuperare elastică excelentă cu proprietăți inerente de auto-lubrifiere, menținând contactul de etanșare stabil pe tot parcursul ciclului termic fără intervenție mecanică. Multe modele încorporează aranjamente de împachetare cu încărcare activă, în care o stivă cu arc Belleville compensează continuu pierderea de compresie a împachetarii cauzată de ciclul termic și relaxarea fluajului pe termen lung. Această configurație menține integritatea etanșării tijei pe întreaga durată de viață fără a necesita reglarea manuală periodică a presetupei.
Proiectarea tijei anti-explozie este o cerință structurală obligatorie pentru serviciul cu abur de înaltă presiune. Un umăr intern sau o caracteristică de reținere prelucrată în tijă previne ejectarea tijei sub presiunea liniei în cazul unei defecțiuni complete a sistemului de ambalare, eliminând riscul de rănire a personalului și deteriorarea echipamentului secundar asociat cu incidentele de ejectare a tijei sub presiune.
În condiții de funcționare la temperatură ridicată, componentele individuale ale supapelor se extind la viteze diferite, în funcție de compoziția materialului și distribuția grosimii peretelui. Dacă permisele de dilatare termică nu sunt încorporate în mod adecvat în timpul etapei de proiectare, relația dimensională dintre bilă și scaune se schimbă fundamental pe măsură ce temperatura de funcționare crește.
Distanța insuficientă între minge și scaun în condiții de frig are ca rezultat o apăsare puternică a mingii pe suprafețele scaunului odată ce are loc dilatarea termică, determinând creșterea bruscă a cuplului de operare – potențial până la punctul în care bila nu poate fi rotită manual. În mod alternativ, scaunul poate suferi deformare plastică sub sarcina compresivă indusă termic, producând scurgeri permanente odată ce supapa revine la temperatura ambiantă.
Valorile jocului la rece dintre bilă și scaun trebuie să fie determinate prin calcule explicite de dilatare termică, luând în considerare materialul bilei, materialul scaunului, temperatura maximă de funcționare și profilele grosimii peretelui de-a lungul ansamblului. Dimensiunile cavității interne din corpul supapei trebuie, de asemenea, verificate împotriva expansiunii radiale a bilei pentru a se asigura că creșterea indusă termic nu impune solicitări neintenționate asupra alezajului corpului.
Geometria conexiunii la capăt – indiferent dacă este cu flanșă sau sudată cap la cap – necesită evaluarea structurală pentru sarcini suplimentare transmise de dilatarea termică a conductei. În sistemele de conducte de temperatură înaltă, forțele de creștere a conductei sunt transferate prin flanșe în corpul supapei. Grosimea flanșei și proiectarea de preîncărcare a șuruburilor trebuie să țină cont de această combinație de sarcină în plus față de presiunea internă.
Componentele de reținere a presiunii turnate și forjate pentru servicii la temperatură înaltă și la presiune înaltă trebuie să fie supuse unui tratament termic după prelucrare pentru a elimina stresul rezidual și pentru a stabiliza microstructura metalurgică. Tratamentul de normalizare și temperare este standard pentru corpurile de supape din oțel aliat cu crom-molibden. Temperatura de revenire și timpul de menținere guvernează direct profilul final al proprietăților mecanice al materialului – în special rezistența la rupere la fluaj la temperaturi ridicate și rezistența la impact la temperatură joasă.
Toate îmbinările de sudură ale componentelor de reținere a presiunii supapelor – inclusiv sudurile pentru cutia de ambalare și sudurile pentru repararea caroseriei – trebuie să fie supuse unui tratament termic post-sudare (PWHT) în deplină conformitate cu codurile aplicabile. Zonele afectate de căldură de sudare din oțel crom-molibden care nu sunt temperate corespunzător prin PWHT păstrează duritatea excesivă și sunt foarte susceptibile la fisurarea asistată de hidrogen și la fisurarea prin coroziune sub tensiune în medii cu abur la temperatură înaltă. Parametrii procedurii PWHT trebuie să se conformeze cerințelor specifice ale ASME B31.1, ASME Secțiunea IX și altor coduri de proiectare aplicabile, cu documentația completă a înregistrărilor timp-temperatură pentru fiecare îmbinare de sudură.
Valoarea presiune-temperatură a unui robinet manual cu bilă pentru abur la temperatură înaltă trebuie stabilită prin referire la ASME B16.34 la temperatura reală de funcționare, nu în condițiile ambiante. Presiunea admisibilă pentru o anumită clasă de presiune la 600°C poate fi doar jumătate sau mai mică din valoarea nominală a temperaturii ambiante, cu variații semnificative între grupurile de materiale. Selectarea unei supape bazată exclusiv pe clasa de presiune nominală, fără a verifica ratingul P-T la temperatura reală de serviciu, este o eroare de specificație care poate duce la o suprasolicitare cronică a limitei de presiune în funcționare.
Calculul grosimii peretelui trebuie să ia în considerare simultan limitarea presiunii interne, toleranța la coroziune și subtoleranța la morii a producătorului. Aburul la temperatură înaltă promovează coroziunea oxidativă a oțelurilor purtătoare de carbon, iar selecția cotei de coroziune trebuie să reflecte conținutul de oxigen dizolvat în abur, nivelurile de control al pH-ului din sistemul de alimentare cu apă a cazanului și durata de viață prevăzută a instalației - nu valorile empirice generalizate care pot fi inadecvate pentru chimia procesului specific.
În plus față de testarea hidrostatică standard a carcasei și testarea de scurgere a scaunului la temperatură ambientală, supapele manuale cu bilă pentru abur de înaltă presiune și temperatură înaltă necesită criterii suplimentare de acceptare specifice serviciului la temperatură ridicată. Testarea de scurgere a scaunului la temperatură înaltă, efectuată la sau aproape de temperatura reală de funcționare, oferă verificarea performanței de etanșare a scaunului metalic în condiții reprezentative pentru serviciu - o calificare pe care testarea la temperatură ambientală nu o poate replica pentru modelele cu scaune metalice. Ratele de scurgere admise trebuie să respecte clasa de scurgere aplicabilă definită în API 598 sau ISO 5208, cu clasa specifică determinată de cerințele de siguranță a procesului.
Trasabilitatea materialului este o cerință obligatorie de acceptare pentru componentele supapelor de înaltă temperatură și presiune. Fiecare piesă de reținere a presiunii trebuie să fie însoțită de certificate complete de testare la moară, înregistrări de tratament termic și rapoarte de examinare nedistructivă - inclusiv testare cu ultrasunete, testare radiografică și inspecție cu penetrant lichid sau particule magnetice, după caz. Această documentație asigură că sistemul de materiale este în conformitate cu cerințele specificațiilor de proiectare și rămâne disponibil pentru audit și verificare pe toată durata de viață operațională a echipamentului.
Începe-ți călătoria de cooperare cu Baodi
Legături
Contact
baodivalve@bdsjfm.com
+86-574-86817753
+86-574-86812190
After-Hours Hotline：
+86-18395898313
NR.42 Yongjiang Road, Beilun, orașul Ningbo, provincia Zhejiang, P.R.China
Producători de vane din plastic industrial cu ridicata
