Reducerea presiunii cazanului: un ghid practic pentru supapele de siguranță și întreținerea cazanului

Un operator de instalație aude o descărcare bruscă de la linia de evacuare a tamburului de abur imediat după ce un cazan de căldură reziduală începe o funcționare rece de dimineață. Aburul iese, panoul de control arată că presiunea urcă spre presiunea maximă de lucru permisă și cineva întreabă dacă sistemul poate fi repornit rapid. Într-un sistem de cazan industrial, reducerea presiunii cazanului nu este o singură supapă care trebuie verificată o dată pe an; este o funcție de protecție care trebuie calculată, instalată și verificată împreună cu vasul sub presiune. Supapa de siguranță este ultimul dispozitiv între un eveniment de suprapresiune și deteriorarea gravă a cazanului, a rețelei de abur conectată sau a personalului din apropiere. Experiența noastră ca producător de echipamente industriale de recuperare a căldurii a arătat în mod repetat că majoritatea problemelor de teren se datorează sistemului din jurul supapei: ieșiri blocate, comenzi eșuate, dimensionare incorectă sau întreținere slabă. Acest articol explică cum funcționează reducerea presiunii din cazan, cum să alegeți și să setați supapele și ce ar trebui să facă echipele din fabrică înainte de a se baza pe acea linie finală de apărare.

Ce face reducerea presiunii din cazan și de ce nu poate fi ignorată

Reducerea presiunii cazanului este procesul prin care un dispozitiv de reducere a presiunii protejează un cazan împotriva depășirii presiunii maxime admisibile de lucru (MAWP). Când presiunea sistemului atinge punctul de referință al supapei, supapa se deschide, evacuează excesul de abur sau apă fierbinte și apoi reașează după ce presiunea scade la un nivel sigur. Aceasta nu este o funcție controlată de reglare a presiunii; este un răspuns de urgență.

Inginerii și echipele de achiziții folosesc adesea termenii supapă de siguranță, supapă de siguranță și supapă de siguranță ca și cum ar fi interschimbabile. Distincția contează deoarece supapa trebuie să producă caracteristica de deschidere necesară pentru fluidul pe care îl manipulează. O supapă de siguranță se deschide rapid cu o acțiune pop și este destinată serviciului cu abur sau aer. O supapă de siguranță se deschide treptat, proporțional cu presiunea și este utilizată în mod normal la serviciul lichid. O supapă de siguranță poate gestiona fie abur, fie lichid.

Pentru un cazan cu abur, funcția de reducere a presiunii ar trebui să provină în mod normal de la o supapă de siguranță autorizată de ASME. Un cazan de apă caldă are nevoie de o supapă de siguranță. Un vas de proces industrial poate folosi o supapă de siguranță. Folosirea unui tip greșit provoacă zgomot, pierderea capacității și inspecții eșuate.

În interiorul supapei: cum funcționează reducerea presiunii cazanului

Cel mai comun dispozitiv industrial de reducere a presiunii din cazan este o supapă de siguranță directă cu arc. Un arc ține un disc întărit de un scaun. Când presiunea statică din interiorul cazanului acționează asupra discului cu suficientă forță pentru a depăși forța arcului, discul se ridică. Aburul sau apa circulă prin corpul supapei și ies pe conducta de refulare. Odată ce presiunea scade la setarea de purjare, arcul reașează discul și supapa se închide.

Părțile cheie sunt duza de admisie, suprafața de așezare, discul, arcul, axul, inelul de control al purgerii și pârghia de ridicare. Pârghia de ridicare oferă o modalitate de a verifica dacă discul este liber, dar nu verifică punctul de referință. Presiunea de reglare este presiunea la care supapa începe să se deschidă în condiții de funcționare. Purificarea este diferența dintre presiunea de deschidere și presiunea de reașezare, de obicei exprimată ca procent din presiunea stabilită.

• Presiune setată: presiunea calibrată la care începe descărcarea.
• Capacitate: cantitatea de abur, în lire pe oră, supapa se poate descărca la o suprapresiune specificată.
• Deflagrația: scăderea sub presiunea stabilită la care supapa se închide din nou.
• Acumulare: creșterea presiunii peste MAWP permisă în timpul descărcării complete.

Într-un cazan industrial cu abur tipic, presiunea în timpul reducerii poate crește peste MAWP, dar creșterea este limitată de cod. Pentru centralele electrice reglementate de ASME Secțiunea I, limita este de obicei în jur de 6%; pentru cazanele de incalzire cu apa calda, limita este de obicei de 10%. Capacitatea supapei trebuie să fie suficient de mare pentru a menține presiunea în aceste limite, chiar dacă arzătorul nu se oprește.

Setați presiunea, capacitatea și cerințele codului din spatele reducerii presiunii cazanului

Două numere decid dacă o supapă de limitare a presiunii cazanului își va face treaba: reglarea presiunii și capacitatea de eliberare. Presiunea reglată trebuie să fie la sau sub presiunea maximă de lucru permisă marcată pe plăcuța de identificare a cazanului. Capacitatea trebuie să fie suficient de mare pentru a descărca rata maximă de generare a aburului, chiar dacă o supapă de combustibil se defectează și arzătorul nu se oprește.

Secțiunea I ASME, care reglementează cazanele de putere, necesită ca fiecare cazan să aibă cel puțin o supapă de limitare a presiunii. Cazanele cu suprafețe de încălzire mai mari necesită două sau mai multe supape. În timpul unui eveniment de eliberare, presiunea poate crește peste MAWP cu o cantitate limitată. Plăcuța de identificare a supapei trebuie să indice capacitatea certificată și presiunea reglată. Atunci când un cazan are, de asemenea, un supraîncălzitor sau un economizor, fiecare echipament care conține presiune poate avea nevoie de propria protecție de ușurință.

Într-un cazan de căldură reziduală, supapa de siguranță nu este dimensionată numai de la sarcina în regim de echilibru. Aportul maxim de căldură poate proveni dintr-o creștere bruscă a temperaturii gazelor de ardere, suflarea funinginei sau modificări ale ciclului de proces. Un bun producător calculează capacitatea de relief din acele condiții tranzitorii, nu dintr-un raport mediu de producție.

Cazan de căldură reziduală din cuptorul de cocs pentru recuperare la temperatură medie-josă Acest cazan recuperează căldura de la 260-300°C gazele de ardere ale cuptorului de cocs pentru a produce abur, reducând temperatura de ieșire la 140-160°C. Dimensionarea supapei de suprapresiune trebuie să țină cont de intrarea tranzitorie de căldură, ceea ce o face relevantă atunci când se investighează evenimentele de suprapresiune. Vizualizare produs →

De ce se deschid supapele de reducere a presiunii cazanului? Observații de câmp bazate pe date

Înțelegerea de ce se deschide o supapă de limitare a presiunii din cazan este la fel de importantă ca și cum să o resetați. În analiza noastră de inginerie a rapoartelor de depanare de la instalațiile industriale de abur, anumite cauze apar mult mai des decât altele. Graficul de mai jos rezumă un eșantion pe teren de 180 de evenimente neplanificate de descărcare a supapei de siguranță colectate de echipele de întreținere a instalației și de inginerii furnizorilor. Gruparea cauzelor este practică, nu academică și ajută echipele fabricii să decidă unde să petreacă timpul de inspecție. Citiți lungimea fiecărei bare ca procent de evenimente înregistrate atribuite acelei cauze.

Prima constatare este că supraalimentarea apare ca declanșator principal în acest eșantion. Un controler de arzător defect, o supapă de combustibil calibrată incorect sau un semnal de flacără întrerupt pot adăuga căldură mai repede decât poate transforma boilerul apa în abur. Supapa de siguranță devine apoi singura componentă care împiedică o excursie a presiunii. A doua cauză ca mărime, o supapă de evacuare a aburului închisă sau restricționată, este adesea evitată prin reguli simple de funcționare. Multe fabrici izolează liniile de abur pentru întreținere și apoi uită că o supapă de blocare rămâne închisă. Senzorii de presiune și comenzile eșuate formează al treilea grup, confirmând valoarea calibrării obișnuite. În aceste cazuri, punctul de referință nu a fost problema; pur și simplu sistemul nu a primit niciodată semnalul corect pentru a reduce tragerea. Expansiunea termică explică evenimentele din sistemele de apă caldă în care un rezervor de expansiune este subdimensionat sau izolat de o supapă de închidere. Uzura mecanică și deviația punctului de referință reprezintă o pondere mai mică, dar totuși semnificativă, și apar de obicei în timpul testării de pornire. Ciocanul de berbec, cel mai mic grup, este rar, dar periculos, deoarece creează o presiune tranzitorie bruscă. Adesea rezultă din schimbările rapide ale cererii de abur, scurgerea slabă a condensului sau mișcarea rapidă a supapei. În general, lecția este că o supapă de limitare a presiunii cazanului rareori protejează împotriva unei probleme care apare fără avertismente anterioare.

Selectarea supapelor de reducere a presiunii cazanelor pentru cazane industriale și de căldură reziduală

Selectarea ar trebui să înceapă cu MAWP al cazanului și cu capacitatea de degajare certificată, nu cu o dimensiune de supapă existentă. Când este instalată o supapă greșită, centrala poate trece o inspecție numai dacă plăcuța de identificare, capacitatea și presiunea stabilită se potrivesc cu calculele de proiectare. Supapa trebuie să se potrivească, de asemenea, cu conexiunea de admisie disponibilă, dispunerea conductelor de refulare și intervalul de temperatură de funcționare.

Utilizați acești factori de selecție ca punct de plecare:

• MAWP și temperatura de proiectare a componentei cazanului
• Secțiune și tip de supapă ASME necesare
• Capacitate certificată la presiune stabilită și la suprapresiune admisă
• Materiale pentru supape pentru service pe partea de abur și pe partea de apă
• Căderea presiunii la conductele de admisie, limitată la aproximativ 3% din presiunea setata pentru a evita vibrațiile
• Contrapresiunea de ieșire, inclusiv efectul unui rezervor de purjare și al stivei
• Setarea de purjare și comportamentul așteptat la reașezare
• Acces pentru testare, întreținere și înlocuire viitoare

Pentru cazanele de căldură reziduală, calculul capacității trebuie să includă generarea maximă de abur posibilă la debitul maxim de gaze de ardere, temperatură ridicată a gazelor arse și condiții de proces în cel mai rău caz. Un producător care citează o unitate de recuperare a căldurii reziduale fără un calcul al dimensionării supapei de siguranță lasă prea multe de ghicit.

Unitate de recuperare a căldurii reziduale de gaze de ardere la temperatură înaltă pentru gazeificator cu oxigen Această unitate tratează gazele de ardere peste 800°C folosind aliaje de temperatură ridicată și modele rezistente la praf. Deoarece capacitatea supapei de siguranță trebuie calculată pentru condițiile cele mai defavorabile, este important să se verifice certificarea ASME și să se stabilească documentația privind presiunea. Vizualizare produs →

Când achiziționați supape de la un angrosist sau un distribuitor terță parte, insistați asupra unei plăcuțe de identificare a capacității certificate de ASME și a unei documentații clare a presiunii setate. Hârtia suplimentară nu este birocrație; este singura modalitate de a verifica dacă supapa va funcționa în timpul unui eveniment de suprapresiune.

Instalare, testare și întreținere: o listă de verificare practică a reducerii presiunii din cazan

Instalarea corectă face diferența între o supapă de siguranță care protejează la orice cerere și una care se defectează în timpul unei urgențe. Vana trebuie să fie montată vertical, aproape de tamburul de abur al cazanului, cu o admisie de dimensiune completă și fără supapă de oprire intermediară, cu excepția cazului în care jurisdicția permite acest lucru. Conductele de evacuare trebuie să fie auto-drenabile și nu trebuie să creeze contrapresiune excesivă.

Testarea manuală a pârghiei a unei supape de limitare a presiunii cazanului trebuie abordată cu atenție. Un test de pârghie demonstrează că mecanismul supapei poate fi ridicat, dar nu dovedește că supapa se va deschide la punctul de referință corect. Pe supapele vechi, un test manual poate împinge calcarul și resturile în scaun, provocând o scurgere care nu exista înainte. După ani de funcționare, calea mai sigură este deseori îndepărtarea supapei și efectuarea unui test pe banc.

Nu ajustați un punct de referință al supapei fără a revizui calculul de proiectare și raportul de date al cazanului. În multe jurisdicții, modificarea presiunii stabilite necesită o nouă certificare a capacității și o inspecție. Echipa de întreținere ar trebui, de asemenea, să înregistreze fiecare dată de service, rezultatul testului și piesă de schimb, deoarece istoricul respectiv devine dovada că cazanul este sigur de funcționare.

Lucrul cu un producător care tratează reducerea presiunii cazanului ca pe o componentă a sistemului

Producătorii cu experiență tratează reducerea presiunii cazanului ca parte a designului termo-hidraulic general al cazanului, nu ca un accesoriu de achiziție. În propriul nostru proces de inginerie, MAWP a tamburului de abur, punctul de referință al supapei de siguranță și controlul presiunii aburului din aval sunt revizuite împreună. Acest lucru contează cel mai mult în recuperarea căldurii reziduale, unde sursa de căldură nu este la fel de stabilă ca un cazan pe combustibil.

Pentru un răcitor circular de sinterizare, de exemplu, temperatura și volumul aerului evacuat se modifică în funcție de adâncimea stratului de material, debitul de aer de răcire și rata de producție. Supapa de siguranță trebuie să fie dimensionată pentru debitul de abur din cel mai rău caz, nu pentru curba medie de producție. Un furnizor care înțelege aceste fluctuații de proces va verifica, de asemenea, timpul de răspuns, setarea de purjare și efectul conductelor lungi de gaze de ardere asupra tranzitorii de presiune.

Răcitor circular Sinter Cazan de căldură reziduală cu generare de abur Acest cazan recuperează căldura reziduală de la aproximativ 400°C gazele de eșapament de sinterizare pentru a genera abur, folosind răcire circulară și materiale rezistente la temperaturi înalte. Dimensionarea supapei de siguranță ar trebui să ia în considerare condițiile de evacuare variabile și proiectarea căii de descărcare. Vizualizare produs →

În procesele la temperatură înaltă, cum ar fi convertoarele cu oxigen sau sistemele de gaze de ardere a cuptoarelor de cocs, proiectarea trebuie să includă calea de descărcare a liniei de evacuare, indiferent dacă aburul este evacuat în atmosferă sau direcționat către un dezaerator. Producătorul trebuie să furnizeze o descriere completă a sistemului, inclusiv certificatul supapei, desenul de instalare și piesele de schimb recomandate. Când comparați ofertele de la producătorii de cazane și furnizorii de echipamente de recuperare a căldurii, întrebați-i pe fiecare cum a fost calculată capacitatea supapei de siguranță. Dacă răspunsul este pur și simplu că a fost copiat dintr-un proiect similar, tratați-l ca pe un risc. Un furnizor responsabil vă va ghida prin caz de aport maxim de căldură, MAWP și suprapresiune permisă.

Unde puteți găsi informații suplimentare despre reducerea presiunii din cazan

Reducerea presiunii cazanului este un subiect bazat pe cod, iar cerințele pot varia în funcție de jurisdicție, tipul cazanului și clasa de presiune. Linkurile de mai jos se conectează la materiale de bază despre sistemele industriale de căldură reziduală și despre procesul de calitate utilizat de unitatea noastră de producție.

• Producator de echipamente industriale de recuperare a caldurii reziduale
• Inginerie de siguranță pe primul loc pentru echipamentele sub presiune

Înainte de a schimba setarea unei supape, consultați întotdeauna documentul original de proiectare, raportul de date al cazanului și reglementările locale aplicabile. O supapă de siguranță care se deschide mai devreme decât este necesar risipește energie, dar una care se deschide prea târziu reprezintă un pericol grav pentru siguranță.