Válvula de condicionamento

Fratura do trim de uma válvula de condicionamento de vapor na estação de desseperaquecimento de uma usina termelétrica.

A usina pertence a um complexo integrado de celulose e papel com sua própria estação termelétrica cativa e sistema de vapor de alta pressão. A válvula de desseperaquecimento regula o desvio do cabeçalho de vapor de alta pressão para o de média pressão. Após um período de operação, o trim da válvula apresentou fratura por fadiga — não foi um acidente aleatório, não foi uma escolha errada de material, mas as próprias condições de operação empurrando os componentes centrais dentro da cavidade da válvula ao ponto de ruptura. Vamos apresentar as condições reais desta válvula antes de entrar na teoria. A entrada de vapor está logo acima de 6 MPa, 454°C. A saída cai para cerca de 1 MPa, temperatura alvo abaixo de 200°C. Fluxo de vapor de 100 toneladas por hora, injeção de água de desseperaquecimento de 20 toneladas por hora. A redução de pressão depende de placas de orifício de múltiplos estágios mordendo passo a passo. A redução de temperatura depende da atomização por injeção de água puxando o vapor superaquecido para baixo.

Os números por si só não parecem tão ruins? Pense dentro da cavidade da válvula. O vapor de alta pressão passa através da gaiola do primeiro estágio, queda de pressão de 30-40%, depois entra em cilindros perfurados para divisão de fluxo secundária. Enquanto isso, a água de resfriamento atinge pelo bico — névoa de água a 85°C colidindo com vapor a 450°C. Isso é têmpera. Não uma vez, cada ciclo de atuação da válvula é uma têmpera. Durante o desligamento ou mudanças de carga, a válvula fecha, a injeção para, a temperatura da cavidade sobe lentamente de volta à faixa de alta temperatura — isso é recozimento. Na próxima abertura da válvula, têmpera novamente. O metal ciclando através de estresse de fase térmica dessa forma acumula fadiga no contorno de grão muito mais rápido do que estimativas de condições normais. É o mesmo mecanismo de um martelo de forja batendo repetidamente no mesmo ponto — exceto que o "martelo" é vapor e água de resfriamento.

A superfície de fratura conta mais do que a análise teórica. Não é uma fratura por impacto único com bordas ásperas — é uma fratura por fadiga clássica: zona de iniciação de trinca, zona de propagação estável, zona de fratura instantânea. Três estágios distintos visíveis. A origem da trinca está na superfície do trim perto do bico de desseperaquecimento, exatamente onde a alternância frio-quente é mais intensa. O trim desmontado dá uma imagem mais clara da condição geral. 410SS com revestimento de Alloy #6 na bucha, camisa de controle nitrurada por íons A565 Gr.616HT, anel de assento CA15 com Alloy #6 — a especificação do material não é fraca. Mas o projeto original de injeção transformou esses componentes centrais na primeira superfície a suportar todo o impacto da ciclagem térmica. A água de resfriamento entra pela área da haste na cavidade da válvula, atomizando através do bico interno na seção de saída. A eficiência de desseperaquecimento é de fato alta, a distância de evaporação é curta. O custo é o trim recebendo a têmpera por você. Tempo suficiente, ele quebra. Isso não é um problema de material. É um arranjo estrutural fazendo componentes críticos suportarem choque térmico cíclico que não deveriam ter que carregar. Então, nossa abordagem de retrofit se resume a uma coisa — separar a redução de pressão da redução de temperatura. A água de resfriamento não entra mais na cavidade da válvula através da haste para atomização interna. Em vez disso, é direcionada da área da haste diretamente para um bico de pulverização montado externamente no tubo de saída. A função de desseperaquecimento muda de integrada à válvula para externa ao tubo. A mudança não é grande. O retorno é real. O trim suporta apenas a queda gradual de temperatura da redução de pressão do vapor, não mais sujeito ao choque de têmpera da água de resfriamento injetada. O estresse da ciclagem térmica muda do modo de têmpera repetida de volta ao modo de variação térmica normal. A vida em fadiga melhora fundamentalmente. O bico de pulverização no tubo de saída é um componente independente — se falhar, troque-o separadamente, sem necessidade de desmontar o corpo da válvula ou substituir o conjunto do trim. O trim sem a tortura da ciclagem térmica simplesmente dura mais.

Válvula de condicionamento de vapor, válvula de desseperaquecimento, válvula de desvio, válvula de desvio da turbina — nomes diferentes na indústria, mesma lógica central de operação: redução de vapor de alta pressão mais desseperaquecimento por injeção de água. Enquanto a água de resfriamento se misturar diretamente com o vapor dentro da cavidade da válvula, o trim recebe a têmpera. Tempo suficiente, ele quebra. Separe a redução de pressão da redução de temperatura. Deixe o trim lidar apenas com a redução de pressão. Deixe a pulverização no tubo de saída lidar com o desseperaquecimento. Pequena mudança, mas elimina a causa raiz da fratura repetida do trim induzida por têmpera. Se seu projeto encontra fratura do trim sob condições de operação semelhantes, ou você quer evitar esse risco durante a seleção de novas válvulas, entre em contato conosco para soluções de retrofit específicas. Este artigo é conteúdo técnico original. Cópia ou reprodução não autorizada é estritamente proibida. FLOWKS® Control Valves Palavras-chave: Válvula de controle redutora de pressão de múltiplos estágios | Válvula de controle de condicionamento de vapor | Válvula gaveta com selo de pressão | Válvula de controle FLOWKS