Redukcja ciśnienia w kotle: praktyczny przewodnik po zaworach bezpieczeństwa i konserwacji kotłów

Operator instalacji słyszy nagły wyciek z przewodu upustowego bębna parowego zaraz po tym, jak kocioł na ciepło odpadowe rozpoczyna pracę w zimny poranek. Wychodzi para, na panelu sterowania widać ciśnienie rosnące w stronę maksymalnego dopuszczalnego ciśnienia roboczego, a ktoś pyta, czy można szybko uruchomić ponownie system. W kotłowni przemysłowej obniżenie ciśnienia w kotle czy nie jest to pojedynczy zawór, który należy sprawdzać raz w roku; jest to funkcja zabezpieczająca, którą należy obliczyć, zainstalować i zweryfikować razem ze zbiornikiem ciśnieniowym. Zawór nadmiarowy jest ostatnim urządzeniem pomiędzy wystąpieniem nadciśnienia a poważnym uszkodzeniem kotła, podłączonej sieci parowej lub znajdującego się w pobliżu personelu. Nasze doświadczenie jako producenta przemysłowych urządzeń do odzyskiwania ciepła wielokrotnie pokazało, że większość problemów w terenie ma swoje źródło w systemie wokół zaworu: zablokowane wyloty, wadliwe sterowanie, nieprawidłowe dobranie lub niewłaściwa konserwacja. W tym artykule wyjaśniono, jak działa upust ciśnienia w kotle, jak wybierać i ustawiać zawory oraz co powinny zrobić ekipy instalacyjne, zanim skorzystają z ostatniej linii obrony.

Jak działa redukcja ciśnienia w kotle i dlaczego nie można go zignorować

Obniżanie ciśnienia w kotle to proces, w którym urządzenie obniżające ciśnienie chroni kocioł przed przekroczeniem jego maksymalnego dopuszczalnego ciśnienia roboczego (MAWP). Gdy ciśnienie w instalacji osiągnie wartość zadaną, zawór otwiera się, usuwa nadmiar pary lub gorącej wody, a następnie zamyka się ponownie, gdy ciśnienie spadnie do bezpiecznego poziomu. Nie jest to funkcja kontrolowanej regulacji ciśnienia; jest to reakcja awaryjna.

Inżynierowie i zespoły zakupowe często używają terminów zawór bezpieczeństwa, zawór nadmiarowy i zawór bezpieczeństwa tak, jakby były one zamienne. To rozróżnienie ma znaczenie, ponieważ zawór musi zapewniać wymaganą charakterystykę otwarcia dla obsługiwanego płynu. Zawór bezpieczeństwa otwiera się szybko i z efektem popu i jest przeznaczony do pracy z parą lub powietrzem. Zawór nadmiarowy otwiera się stopniowo proporcjonalnie do ciśnienia i jest zwykle używany w przypadku cieczy. Zawór bezpieczeństwa może obsługiwać parę lub ciecz.

W przypadku kotła parowego funkcja nadmiaru ciśnienia powinna zwykle pochodzić z zaworu bezpieczeństwa zatwierdzonego przez ASME. Kocioł na gorącą wodę potrzebuje zaworu nadmiarowego. Przemysłowy zbiornik procesowy może wykorzystywać zawór bezpieczeństwa. Użycie niewłaściwego typu powoduje drgania, utratę wydajności i nieudane inspekcje.

Wewnątrz zaworu: jak działa nadmiar ciśnienia w kotle

Najpopularniejszym urządzeniem nadmiarowym ciśnienia w kotle przemysłowym jest bezpośredni, sprężynowy zawór bezpieczeństwa. Sprężyna przytrzymuje hartowaną tarczę przy gnieździe. Kiedy ciśnienie statyczne wewnątrz kotła działa na tarczę z siłą wystarczającą do pokonania siły sprężyny, tarcza podnosi się. Para lub woda przepływa przez korpus zaworu i wypływa z przewodu tłocznego. Gdy ciśnienie spadnie do poziomu przedmuchu, sprężyna ponownie osadza dysk i zawór zamyka się.

Kluczowymi częściami są dysza wlotowa, powierzchnia uszczelniająca, tarcza, sprężyna, wrzeciono, pierścień sterujący wydmuchem i dźwignia podnosząca. Dźwignia podnosząca umożliwia sprawdzenie, czy tarcza jest wolna, ale nie pozwala na sprawdzenie wartości zadanej. Ciśnienie zadane to ciśnienie, przy którym zawór zaczyna się otwierać w warunkach eksploatacyjnych. Przedmuch to różnica pomiędzy ciśnieniem otwarcia i ciśnieniem ponownego zamknięcia, zwykle wyrażana jako procent ustawionego ciśnienia.

• Ustawione ciśnienie: skalibrowane ciśnienie, przy którym rozpoczyna się wyładowanie.
• Pojemność: ilość pary w funtach na godzinę, jaką zawór może wypuścić przy określonym nadciśnieniu.
• Przedmuch: spadek poniżej ustawionego ciśnienia, przy którym zawór ponownie się zamyka.
• Akumulacja: wzrost ciśnienia powyżej MAWP dozwolony podczas pełnego rozładowania.

W typowym przemysłowym kotle parowym ciśnienie podczas upustu może wzrosnąć powyżej MAWP, ale wzrost ten jest ograniczony przepisami. W przypadku kotłów energetycznych podlegających przepisom ASME sekcja I limit wynosi zwykle około 6%; w przypadku kotłów grzewczych na ciepłą wodę limit wynosi zwykle 10%. Wydajność zaworu musi być wystarczająco wysoka, aby utrzymać ciśnienie w tych granicach, nawet jeśli palnik nie zostanie wyłączony.

Ustawić ciśnienie, wydajność i wymagania normowe dotyczące usuwania nadmiaru ciśnienia w kotle

O tym, czy zawór bezpieczeństwa kotła spełni swoje zadanie, decydują dwie liczby: ustawione ciśnienie i wydajność upustowa. Ustawione ciśnienie musi być równe lub niższe od maksymalnego dopuszczalnego ciśnienia roboczego podanego na tabliczce znamionowej kotła. Wydajność musi być wystarczająco wysoka, aby zapewnić maksymalną wydajność wytwarzania pary, nawet w przypadku awarii zaworu paliwa i palnika nie wyłączającego się.

Sekcja I ASME, która reguluje kotły energetyczne, wymaga, aby każdy kocioł był wyposażony w co najmniej jeden ciśnieniowy zawór bezpieczeństwa. Kotły o większych powierzchniach grzewczych wymagają dwóch lub więcej zaworów. Podczas odciążania ciśnienie może w ograniczonym stopniu wzrosnąć powyżej MAWP. Na tabliczce znamionowej zaworu powinna być podana certyfikowana wydajność i ustawione ciśnienie. Jeżeli kocioł posiada również przegrzewacz lub ekonomizer, każde urządzenie zawierające ciśnienie może wymagać własnego zabezpieczenia nadmiarowego.

W kotle na ciepło odpadowe zawór nadmiarowy nie jest dobierany wyłącznie dla obciążenia w stanie ustalonym. Maksymalny dopływ ciepła może wynikać z nagłego wzrostu temperatury gazów spalinowych, wydmuchu sadzy lub zmian w cyklu technologicznym. Dobry producent oblicza zdolność odciążającą na podstawie warunków przejściowych, a nie na podstawie przeciętnego raportu produkcyjnego.

Kocioł na ciepło odpadowe z pieca koksowniczego do odzyskiwania średnio-niskich temperatur Kocioł ten odzyskuje ciepło ze spalin o temperaturze 260-300°C w celu wytworzenia pary, obniżając temperaturę na wylocie do 140-160°C. Rozmiar zaworu nadmiarowego musi uwzględniać przejściowy dopływ ciepła, co czyni go istotnym przy badaniu zdarzeń związanych z nadciśnieniem. Zobacz produkt →

Dlaczego otwierają się zawory nadmiarowe ciśnienia w kotle? Obserwacje terenowe oparte na danych

Zrozumienie, dlaczego otwiera się zawór bezpieczeństwa kotła, jest tak samo ważne, jak wiedza, jak go zresetować. W naszym przeglądzie technicznym raportów dotyczących rozwiązywania problemów z przemysłowych instalacji parowych niektóre przyczyny pojawiają się znacznie częściej niż inne. Poniższy wykres podsumowuje próbkę terenową obejmującą 180 nieplanowanych zdarzeń związanych z uwolnieniem zaworu nadmiarowego, zebraną przez zespoły zajmujące się konserwacją instalacji i inżynierów dostawców. Grupowanie przyczyn ma charakter praktyczny, a nie akademicki, i pomaga zespołom zakładów w podejmowaniu decyzji, gdzie spędzić czas na inspekcję. Odczytaj długość każdego słupka jako procent zarejestrowanych zdarzeń przypisanych do tej przyczyny.

Pierwszym wnioskiem jest to, że głównym czynnikiem wyzwalającym w tej próbce jest przepalenie. Awaria sterownika palnika, nieprawidłowo skalibrowany zawór paliwa lub przerwany sygnał płomienia mogą powodować dodawanie ciepła szybciej niż kocioł jest w stanie przekształcić wodę w parę. Zawór nadmiarowy staje się wówczas jedynym elementem zapobiegającym skokom ciśnienia. Drugiej co do wielkości przyczyny, czyli zamkniętego lub zatkanego zaworu wylotowego pary, często można uniknąć, stosując proste zasady obsługi. Wiele zakładów izoluje przewody parowe w celu konserwacji, a następnie zapomina, że ​​zawór odcinający pozostaje zamknięty. Do trzeciej grupy zaliczają się uszkodzone czujniki ciśnienia i regulatory, potwierdzające wartość regularnej kalibracji. W tych przypadkach wartość zadana nie była problemem; system po prostu nigdy nie otrzymał prawidłowego sygnału, aby ograniczyć strzelanie. Rozszerzalność cieplna wyjaśnia zdarzenia w instalacjach ciepłej wody, w których naczynie wyrównawcze jest zbyt małe lub izolowane za pomocą zaworu odcinającego. Zużycie mechaniczne i dryft wartości zadanej mają mniejszy, ale nadal znaczący udział i zwykle ujawniają się podczas testów rozruchowych. Uderzenie wodne, najmniejsza grupa, jest rzadkie, ale niebezpieczne, ponieważ powoduje nagłe przejściowe ciśnienie. Często wynika to z szybkich zmian zapotrzebowania na parę, złego odprowadzania kondensatu lub szybkiego ruchu zaworu. Ogólnie rzecz biorąc, lekcja jest taka, że ​​zawór bezpieczeństwa kotła rzadko chroni przed problemem, który pojawia się bez wcześniejszych ostrzeżeń.

Dobór ciśnieniowych zaworów nadmiarowych kotła do kotłów przemysłowych i kotłów na ciepło odpadowe

Dobór należy rozpocząć od MAWP kotła i certyfikowanej wydajności upustowej, a nie od istniejącej wielkości zaworu. W przypadku zamontowania niewłaściwego zaworu kocioł może przejść przegląd tylko wtedy, gdy tabliczka znamionowa, wydajność i ustawione ciśnienie odpowiadają obliczeniom projektowym. Zawór musi także pasować do dostępnego przyłącza wlotowego, układu rurociągów tłocznych i zakresu temperatur roboczych.

Użyj tych czynników wyboru jako punktu wyjścia:

• MAWP i temperatura obliczeniowa elementu kotła
• Wymagana sekcja ASME i typ zaworu
• Certyfikowana wydajność przy ustawionym ciśnieniu i przy dopuszczalnym nadciśnieniu
• Materiały zaworów do obsługi po stronie pary i wody
• Spadek ciśnienia w rurociągu wlotowym, ograniczony do około 3% ustawionego ciśnienia, aby uniknąć drgań
• Przeciwciśnienie wylotowe z uwzględnieniem wpływu zbiornika odmulającego i komina
• Ustawienie przedmuchu i oczekiwane zachowanie podczas ponownego osadzania
• Dostęp w celu testowania, konserwacji i przyszłej wymiany

W przypadku kotłów na ciepło odpadowe obliczenie wydajności musi uwzględniać maksymalne możliwe wytwarzanie pary przy maksymalnym przepływie gazów spalinowych, wysokiej temperaturze gazów spalinowych i najgorszych warunkach procesu. Producent, który oferuje jednostkę do odzysku ciepła odpadowego bez obliczenia doboru zaworu nadmiarowego, pozostawia zbyt wiele domysłom.

Wysokotemperaturowa jednostka odzyskiwania ciepła odpadowego ze spalin do generatora gazu przedmuchowego tlenem To urządzenie przetwarza spaliny o temperaturze powyżej 800°C przy użyciu stopów wysokotemperaturowych i konstrukcji odpornych na kurz. Ponieważ wydajność zaworu nadmiarowego należy obliczyć dla najgorszych warunków, ważne jest sprawdzenie certyfikatu ASME i dokumentacji ustawionego ciśnienia. Zobacz produkt →

Pozyskując zawory od hurtownika lub zewnętrznego dystrybutora, należy wymagać tabliczki znamionowej wydajności z certyfikatem ASME i jasnej dokumentacji ustawionego ciśnienia. Dodatkowa papierkowa robota nie jest biurokracją; jest to jedyny sposób sprawdzenia, czy zawór będzie działał w przypadku wystąpienia nadciśnienia.

Instalacja, testowanie i konserwacja: praktyczna lista kontrolna dotycząca usuwania ciśnienia w kotle

Prawidłowa instalacja sprawia, że różnica pomiędzy zaworem nadmiarowym, który chroni na każde żądanie, a zaworem, który zawiedzie w sytuacji awaryjnej. Zawór musi być zamontowany pionowo, blisko bębna parowego kotła, z pełnowymiarowym wlotem i bez pośredniego zaworu odcinającego, chyba że zezwalają na to przepisy. Rurociągi wylotowe powinny być samoopróżniające i nie mogą powodować nadmiernego przeciwciśnienia.

Do ręcznego testowania dźwigni ciśnieniowego zaworu bezpieczeństwa kotła należy podchodzić ostrożnie. Test dźwigni dowodzi, że mechanizm zaworu można unieść, ale nie dowodzi, że zawór otworzy się przy właściwej wartości zadanej. W przypadku starych zaworów test ręczny może wepchnąć kamień i zanieczyszczenia do gniazda, powodując wyciek, który wcześniej nie istniał. Po latach pracy bezpieczniejszym rozwiązaniem jest często demontaż zaworu i wykonanie testu na stanowisku badawczym.

Nie regulować wartości zadanej zaworu bez sprawdzenia obliczeń projektowych i raportu danych kotła. W wielu jurysdykcjach zmiana ustawionego ciśnienia wymaga nowego certyfikatu wydajności i inspekcji. Zespół konserwacyjny powinien również rejestrować każdą datę serwisu, wynik testu i część zamienną, ponieważ ta historia staje się dowodem na to, że kocioł jest bezpieczny w obsłudze.

Współpraca z producentem, który traktuje redukcję ciśnienia w kotle jako element systemu

Doświadczeni producenci traktują redukcję ciśnienia w kotle jako część ogólnej konstrukcji termohydraulicznej kotła, a nie jako akcesorium zakupowe. W naszym własnym procesie inżynieryjnym sprawdzamy łącznie MAWP bębna parowego, nastawę zaworu bezpieczeństwa i sterowanie ciśnieniem pary za zaworem. Ma to największe znaczenie w przypadku odzysku ciepła odpadowego, gdzie źródło ciepła nie jest tak stabilne jak kocioł opalany paliwem.

Na przykład w przypadku okrągłej chłodnicy do spiekania temperatura i objętość powietrza wylotowego zmieniają się wraz z głębokością złoża materiału, przepływem powietrza chłodzącego i szybkością produkcji. Zawór nadmiarowy należy dobrać pod kątem najgorszego przepływu pary, a nie średniej krzywej produkcji. Dostawca rozumiejący te wahania procesu zweryfikuje również czas reakcji, ustawienie przedmuchu i wpływ długich kanałów gazów spalinowych na stany nieustalone ciśnienia.

Kocioł na ciepło odpadowe ze spiekaną chłodnicą okrągłą i generatorem pary Kocioł ten odzyskuje ciepło odpadowe ze spiekanych gazów spalinowych o temperaturze około 400°C w celu wytworzenia pary, wykorzystując chłodzenie okrężne i materiały odporne na wysoką temperaturę. Dobór zaworu nadmiarowego powinien uwzględniać zmienne warunki wydechowe i konstrukcję ścieżki wylotowej. Zobacz produkt →

W procesach wysokotemperaturowych, takich jak konwertory tlenowe lub systemy gazów spalinowych z pieców koksowniczych, projekt musi uwzględniać ścieżkę wylotową przewodu upustowego, niezależnie od tego, czy para jest odprowadzana do atmosfery, czy kierowana do odgazowywacza. Producent powinien dostarczyć pełny opis systemu, w tym certyfikat zaworu, rysunek montażowy i zalecane części zamienne. Porównując oferty producentów kotłów i dostawców sprzętu do odzyskiwania ciepła, zapytaj każdego z nich, w jaki sposób obliczono wydajność zaworu nadmiarowego. Jeśli odpowiedź brzmi po prostu, że został skopiowany z podobnego projektu, potraktuj to jako ryzyko. Odpowiedzialny dostawca przeprowadzi Cię przez przypadek maksymalnego dopływu ciepła, MAWP i dopuszczalne nadciśnienie.

Gdzie znaleźć dodatkowe informacje dotyczące usuwania nadmiaru ciśnienia w kotle

Reduktor ciśnienia w kotle jest tematem regulowanym przepisami, a wymagania mogą się różnić w zależności od jurysdykcji, typu kotła i klasy ciśnienia. Poniższe łącza prowadzą do materiałów informacyjnych na temat przemysłowych systemów ogrzewania odpadowego i procesu jakości stosowanego w naszym zakładzie produkcyjnym.

• Producent urządzeń do odzysku ciepła odpadowego przemysłowego
• Najwyższa jakość inżynieria bezpieczeństwa dla urządzeń ciśnieniowych

Przed zmianą ustawienia zaworu należy zawsze zapoznać się z oryginalną dokumentacją projektową, raportem danych kotła i obowiązującymi przepisami lokalnymi. Zawór nadmiarowy, który otwiera się wcześniej niż to konieczne, powoduje marnowanie energii, natomiast zawór otwierający się za późno stanowi poważne zagrożenie dla bezpieczeństwa.