Höyryputkijärjestelmiä käytetään laajalti sähköntuotannossa, kemianteollisuudessa, metallurgiassa ja paperiteollisuudessa. Kun käyttöparametrit tulevat korkean lämpötilan ja korkean paineen alueelle – erityisesti ylikriittinen höyrypalvelu yli 374 °C ja 22,1 MPa tai alikriittiset höyryjärjestelmät, jotka toimivat lähellä näitä kynnysarvoja – tavalliset manuaaliset palloventtiilit eivät enää pysty täyttämään perusturvallisuus- ja luotettavuusvaatimuksia. Materiaalien huononeminen, rakenteelliset muodonmuutokset ja tiivistysvauriot ovat yleisimmin havaitut vikatilat näissä olosuhteissa. Venttiilien valinnasta ja spesifikaatioiden kirjoittamisesta vastaavien insinöörien on laadittava selkeät tekniset vaatimukset, jotka koskevat sekä materiaalijärjestelmää että korkean lämpötilan korkeapaineiseen höyrykäyttöön tarkoitettujen manuaalisten palloventtiilien rakennesuunnittelua.
WCB-hiiliteräs, jota käytetään laajalti ympäristön lämpötilasovelluksissa, kokee jyrkän laskun sallitussa jännityksessä yli 425 °C:ssa. Pitkäaikaisessa altistumisessa korkeille lämpötiloille se läpikäy perliittipallon muodostumisen ja karbidiagglomeroitumisen aiheuttaen jatkuvan virumislujuuden heikkenemisen. Korkean lämpötilan, korkeapaineisen höyryn huoltoa varten venttiilin rungon ja kannen materiaalit on valittava todistetuista korkean lämpötilan seosjärjestelmistä.
Kromi-molybdeeniseosteräs on laajimmin käytetty materiaaliluokka korkean lämpötilan venttiilien rakentamiseen. Tyypillisiä laatuja ovat WC6 (1,25Cr-0,5Mo) ja WC9 (2,25Cr-1Mo), joiden enimmäiskäyttölämpötilat ovat noin 540 °C ja 595 °C. Kromi parantaa hapettumisenkestävyyttä ja lujuutta korkeissa lämpötiloissa, kun taas molybdeeni vähentää tehokkaasti virumisnopeutta ja viivyttää termisesti aiheutettua muodonmuutosta ajan myötä.
Korkeakromiseosteräs – kuten C12A, jonka koostumus on 9Cr-1Mo-V – soveltuu jopa korkeampiin lämpötila-alueisiin säilyttäen huomattavan virumismurtolujuuden yli 600 °C:ssa. Tämä laatu on yksi tärkeimmistä materiaalivalinnoista ultra-superkriittisten voimalaitosten venttiilisovelluksissa.
Austeniittinen ruostumaton teräs, kuten CF8M (tyyppi 316), tarjoaa erinomaisen korroosionkestävyyden korkeissa lämpötiloissa ja soveltuu syövyttäviä ainesosia sisältävään höyrykäyttöön. Sen lämpölaajenemiskerroin on kuitenkin huomattavasti suurempi kuin ferriittisten terästen. Termisesti syklisessä käytössä tämä ero vaatii tarkkaa huomiota lämpöjännitykseen laippaliitoksissa ja hitsausliitoksissa.
Takomoiden suosiminen valukappaleiden sijaan on perusperiaate korkean lämpötilan ja korkeapaineisen venttiilimateriaalin valinnassa. Takominen eliminoi valuvirheet, kuten huokoisuuden, kutistumisontelot ja sulkeumat. Tuloksena oleva hienompi ja tasaisempi raerakenne tuottaa huomattavasti parempia mekaanisia ominaisuuksia – erityisesti iskunkestävyyttä – verrattuna saman materiaalilaadun valuvastaanottimiin, mikä tarjoaa paremman kestävyyden lämpöiskuja ja painetransientteja vastaan.
Korkean lämpötilan höyrypalvelu on yksi vaativimmista ympäristöistä venttiilin istukan tiivistysjärjestelmille. PTFE ja muut standardipehmeät materiaalit lähestyvät käyttörajojaan yli 200 °C:ssa ja läpikäyvät täydellisen toimintahäiriön ja hiiltymisen yli 260 °C:ssa. Korkean lämpötilan höyrykäyttöön tarkoitetuissa manuaalisissa palloventtiileissä on siksi käytettävä metalli-metallitiivisterakennetta kauttaaltaan.
Pallon ja istukan tiivistyspinnat kovetetaan tyypillisesti päällyshitsausprosesseilla. Stellite (kobolttipohjainen metalliseos) kovapinnoite on vakiokäsittely korkean lämpötilan venttiilin tiivistepinnoille, saavuttaen kovuustasot HRC 40-50 säilyttäen samalla erinomaisen kulutuskestävyyden ja hapettumisenkestävyyden korkeissa lämpötiloissa. Tämä pintakäsittely tarjoaa tehokkaan suojan nopean höyryvirtauksen aiheuttamia eroosio- ja kavitaatiovaurioita vastaan. Erityisen vaikeissa käyttöolosuhteissa vaihtoehtoisina kovetusratkaisuina käytetään piinitridikeraamisia pinnoitteita tai volframikarbidisia lämpösuihkepinnoitteita.
Istutusjännitys – pallon ja istuimen pintojen välinen kosketuspaine – on laskettava tarkasti suunnitteluvaiheessa. Riittämätön istukkajännitys johtaa riittämättömään tiivistyskykyyn, kun taas liiallinen istukkajännitys kiihdyttää pinnan kulumista, mikä voimistuu merkittävästi jatkuvan korkean lämpötilan höyryn törmäyksessä. Käyttömomentti, istuimen kosketinleveys ja kosketuskulman geometria on optimoitava yhdessä integroiduksi suunnittelujärjestelmäksi.
Varsi on käsikäyttöisen palloventtiilin komponentti, joka on alttiina vuotovaurioille korkean lämpötilan käyttöolosuhteissa. Lämmön aiheuttama metallin viruma ja tiivisteen hajoaminen vaarantavat asteittain varren tiivistysjärjestelmän, mikä johtaa ulkoisiin hajapäästöihin. Korkean lämpötilan käsikäyttöisten palloventtiilien on vastattava karakokoonpanoa useiden koordinoitujen suunnitteluvaatimusten kautta.
Varren materiaali on tyypillisesti 17-4PH sadekarkaiseva ruostumaton teräs tai AISI 410 martensiittinen ruostumaton teräs. Molemmat laatuluokat säilyttävät riittävän lujuuden ja korroosionkestävyyden korkeissa lämpötiloissa, samalla kun niillä on suhteellisen alhainen virumisherkkyys pitkien käyttöjaksojen aikana.
Pakkausjärjestelmän tulee käyttää korkean lämpötilan materiaaleja. Joustava grafiittitiiviste on vakiovalikoima korkean lämpötilan höyryn huoltoon, kun toiminnallinen lämpötilakatto ylittää 600 °C. Siinä yhdistyvät erinomainen elastinen palautuminen luontaisiin itsevoiteleviin ominaisuuksiin, mikä säilyttää vakaan tiivistyskontaktin koko lämpösyklin ajan ilman mekaanista toimenpiteitä. Monissa malleissa on kuormitettuja tiivistysjärjestelyjä, joissa Belleville-jousipino kompensoi jatkuvasti lämpösyklin ja pitkäaikaisen virumisen rentoutumisen aiheuttamaa pakkauspuristushäviötä. Tämä kokoonpano säilyttää varren tiivistyksen eheyden koko käyttöiän ajan ilman, että tiivisteholkkia on säädettävä säännöllisesti.
Puhallettu varren rakenne on pakollinen rakenteellinen vaatimus korkeapainehöyrypalvelussa. Varteen koneistettu sisäinen olake tai kiinnitysominaisuus estää varren irtoamisen linjapaineen alaisena tiivistysjärjestelmän täydellisen vian sattuessa, mikä eliminoi henkilövahinkojen ja toissijaisten laitteiden vaurioitumisen riskin, joka liittyy paineistetun varren irtoamistapahtumiin.
Korkean lämpötilan käyttöolosuhteissa yksittäiset venttiilikomponentit laajenevat eri nopeudella riippuen materiaalikoostumuksesta ja seinämän paksuuden jakautumisesta. Jos lämpölaajenemisrajoituksia ei ole otettu riittävästi huomioon suunnitteluvaiheessa, pallon ja istukan välinen mittasuhde muuttuu olennaisesti käyttölämpötilan noustessa.
Riittämätön välys pallon ja istukan välillä kylmässä tilassa johtaa siihen, että pallo painuu lujasti istuimen pintoja vasten lämpölaajenemisen tapahtuessa, jolloin käyttömomentti kasvaa jyrkästi - mahdollisesti pisteeseen, jossa palloa ei voida pyörittää käsin. Vaihtoehtoisesti istukkaan voi tapahtua plastinen muodonmuutos termisesti indusoidun puristuskuormituksen alaisena, mikä tuottaa pysyvän vuodon, kun venttiili palaa ympäristön lämpötilaan.
Pallon ja istukan välisen kylmävälyksen arvot on määritettävä eksplisiittisten lämpölaajenemislaskelmien avulla ottaen huomioon pallon materiaali, istukkamateriaali, maksimi käyttölämpötila ja seinämän paksuusprofiilit koko kokoonpanossa. Venttiilin rungon sisäiset ontelon mitat on myös tarkistettava pallon säteittäistä laajenemista vastaan, jotta varmistetaan, että lämmön aiheuttama kasvu ei aiheuta tahatonta rasitusta rungon poraukseen.
Päätyliitoksen geometria – joko laipallinen tai päittäishitsi – edellyttää rakenteellista arviointia putkilinjan lämpölaajenemisen aiheuttaman lisäkuormituksen varalta. Korkean lämpötilan putkijärjestelmissä putkilinjan kasvuvoimat siirretään laippojen kautta venttiilin runkoon. Laipan paksuuden ja pulttien esijännityksen suunnittelussa on otettava huomioon tämä kuormitusyhdistelmä sisäisen paineen lisäksi.
Valetut ja taotut painetta säilyttävät komponentit korkean lämpötilan korkeapainehuoltoa varten on läpäistävä lämpökäsittely koneistuksen jälkeen jäännösjännityksen lievittämiseksi ja metallurgisen mikrorakenteen stabiloimiseksi. Normalisointi- ja lämpökäsittely on vakiona kromi-molybdeeniseoksesta valmistettujen venttiilirunkojen kohdalla. Karkaisulämpötila ja pitoaika säätelevät suoraan materiaalin lopullista mekaanista ominaisuusprofiilia – erityisesti korkeiden lämpötilojen virumismurtolujuutta ja iskunkestävyyttä alhaisissa lämpötiloissa.
Kaikille venttiilin painetta pidättävien komponenttien hitsausliitoksille – mukaan lukien tiivistelaatikoiden hitsit ja rungon korjaushitsaukset – on suoritettava jälkihitsauksen lämpökäsittely (PWHT) täysin sovellettavien määräysten mukaisesti. Kromi-molybdeeniteräksen hitsauslämmön aiheuttamat vyöhykkeet, joita ei ole karkaistu kunnolla PWHT:n avulla, säilyttävät liiallisen kovuuden ja ovat erittäin herkkiä vetyavusteiselle halkeilulle ja jännityskorroosiohalkeilulle korkean lämpötilan höyryympäristöissä. PWHT-prosessiparametrien on oltava ASME B31.1:n, ASME Section IX:n ja muiden sovellettavien suunnittelukoodien mukaisia, ja jokaisen hitsiliitoksen aika-lämpötilatiedot on dokumentoitava täydellisesti.
Korkean lämpötilan höyryn käsikäyttöisen palloventtiilin paine-lämpötila-arvo on määritettävä ASME B16.34 -standardin mukaisesti todellisessa käyttölämpötilassa, ei ympäristöolosuhteissa. Sallittu paine tietyssä paineluokassa 600 °C:ssa voi olla vain puolet tai vähemmän sen ympäristön lämpötilan arvosta, ja materiaaliryhmien välillä voi olla merkittäviä eroja. Venttiilin valinta pelkästään nimellispaineluokan perusteella ilman P-T-arvoa todellisessa käyttölämpötilassa on spesifikaatiovirhe, joka voi johtaa kroonisesti ylikuormitettuun painerajaan käytössä.
Seinänpaksuuslaskelmassa on samanaikaisesti otettava huomioon sisäinen paineenrajoitus, korroosiovara ja valmistajan myllyn alitoleranssi. Korkean lämpötilan höyry edistää hiiltä sisältävien terästen oksidatiivista korroosiota, ja korroosiorajoitusten valinnan tulee heijastaa höyryn liuenneen happipitoisuutta, kattilan syöttövesijärjestelmän pH-säätötasoja ja laitoksen suunniteltua käyttöikää – ei yleisiä empiirisiä oletusarvoja, jotka saattavat olla sopimattomia tietylle prosessikemialle.
Tavanomaisen kuoren hydrostaattisen testauksen ja ympäristön lämpötilan istukan vuototestauksen lisäksi korkean lämpötilan ja korkeapaineisen höyryn käsikäyttöiset palloventtiilit edellyttävät lisähyväksymiskriteerejä, jotka koskevat korkeissa lämpötiloissa tapahtuvaa palvelua. Korkean lämpötilan tiivisteen vuototestaus, joka suoritetaan todellisessa käyttölämpötilassa tai lähellä sitä, varmistaa metallisen istuimen tiivistyksen suorituskyvyn käyttöolosuhteissa. Tämä on pätevyys, jota ympäristön lämpötilatestaus ei voi toistaa metalli-istukkaisille malleille. Sallittujen vuotomäärien on oltava API 598:ssa tai ISO 5208:ssa määritellyn soveltuvan vuotoluokan ja prosessin turvallisuusvaatimusten määrittämän erityisluokan mukaisia.
Materiaalin jäljitettävyys on pakollinen hyväksymisvaatimus korkean lämpötilan ja korkeapaineisten venttiilikomponenttien osalta. Jokaisen painetta säilyttävän osan mukana tulee olla täydelliset myllytestitodistukset, lämpökäsittelytiedot ja ainetta rikkomattomat tutkimusraportit – mukaan lukien ultraäänitestaus, radiografiset testit ja soveltuvin osin nesteen tunkeutumisen tai magneettisten hiukkasten tarkastus. Tällä dokumentaatiolla varmistetaan, että materiaalijärjestelmä on suunnitteluspesifikaatiovaatimusten mukainen ja että se on saatavilla tarkastusta ja todentamista varten koko laitteen käyttöiän ajan.
Aloita yhteistyömatkasi Baodin kanssa
Linkit
Ota yhteyttä
baodivalve@bdsjfm.com
+86-574-86817753
+86-574-86812190
After-Hours Hotline：
+86-18395898313
NO.42 Yongjiang Road, Beilun, Ningbo kaupunki, Zhejiangin maakunta, P.R.China
Teollisuuden muoviventtiilien tukkuvalmistajat
