Регулирующие клапаны для проекта Avatar: новая паровая турбина 10 MW, PT Muria Sumba Manis

Когда на действующем промышленном предприятии появляется новая паровая турбина 10 MW, бо́льшая часть внимания достаётся самой турбине. Однако то, что на самом деле определяет, выйдет ли новый агрегат на устойчивый режим работы, — это группа более мелкого оборудования вокруг него, и первое место среди неё занимают регулирующие клапаны. Эта страница описывает два регулирующих клапана с кованым корпусом, изготовленных для проекта Avatar — новой паровой турбины 10 MW на PT Muria Sumba Manis (MSM) в Восточной Сумбе, Индонезия: один 3-inch, один 2-inch, оба Class 1500, оба с пневматическими исполнительными механизмами (ИМ) и цифровыми позиционерами.

1. Режим работы — в шести строках

• Среда: перегретый пар, на станциях редуцирования и распределения пара вокруг паровой системы новой турбины

• Клапан 3": 30,000 kg/h, на входе 6.35 MPa(g) с редуцированием до 4.0 MPa(g), 280.35 °C

• Клапан 2": 10,000 kg/h, на входе 5.5 MPa(g) с редуцированием до 4.0 MPa(g), 269.97 °C

• Класс давления: Class 1500, концы под муфтовую сварку (SW) по ASME B16.11

• Привод: пневматический одностороннего действия, открывается воздухом, NC («при потере воздуха — закрытие»), с позиционерами 4–20 mA + HART

• Испытания давлением (корпус и седло) по BS EN 1349 / EN 12266-1; класс негерметичности затвора ANSI/FCI 70-2 Class IV (IEC 60534-4)

Всё остальное — материалы, конструкция крышки, решения по проточной части (trim) — следует из этих шести строк.

2. Где стоят клапаны и о чём говорят цифры

Главное здесь — сами цифры режима. Пар поступает под давлением 6.35 и 5.5 MPa и редуцируется до общего коллектора 4.0 MPa — уровня давления, питающего вспомогательные механизмы турбины и технологические линии вокруг неё. При 280 °C пар на обеих станциях перегрет с запасом, что исключает эрозию от влаги как определяющий фактор проектирования и смещает акцент на другое: герметичность затвора, стабильное дросселирование во всём диапазоне нагрузок (оба клапана рассчитаны на 10 и 30 t/h) и сальниковую набивку, выдерживающую непрерывную работу при 280 °C без затвердевания.

Оба клапана работают в режиме непрерывного регулирования, а не отключения. Именно поэтому это регулирующие клапаны с позиционерами, а не автоматизированные запорные клапаны — различие, которое имеет значение, когда завод специфицирует запасные части для нового турбинного пакета.

3. На заводе уже работают пневматические регулирующие клапаны — и мы выполняли подбор по ним

Существующая паровая система MSM по-прежнему эксплуатирует старые пневматические регулирующие клапаны. Завод документировал их шильдики: Forbes Marshall Series 117-P1, DN80, ANSI 900, Kv 68 (седло Ø 62 mm) и Series 113-L3, DN50, ANSI 900, Kv 12.10 (седло Ø 48 mm), оба с мембранными ИМ на инструментальном воздухе 4 bar.

Для этого заказа шильдики дали две вещи:

• Они зафиксировали целевую пропускную способность. Новый клапан 3-inch несёт номинальный Cv 68 — то же значение, что Kv 68 у прежнего DN80, подтверждённое собственным расчётом из техпаспорта (расчётный Cv 44.61 при нормальном режиме, ход 64.9 %). Замена соответствует установленной базе, а не завышенному наугад значению.

• Они подтвердили концепцию привода. Завод десятилетиями эксплуатирует пневматические ИМ на заводском воздухе. Новые клапаны сохраняют эту логику — ИМ одностороннего действия с пружинным возвратом, — повышая уровень «интеллекта» с механического позиционера до цифрового блока 4–20 mA + HART.

4. Два решения, принятые при рассмотрении чертежей

Две особенности итоговой конструкции отличаются от первого раунда коммерческого предложения, и обе стоит объяснить, потому что именно в них поставщик либо добавляет ценность, либо незаметно сокращает объём поставки.

Одноступенчатая проточная часть. Первое коммерческое предложение содержало многоступенчатую сбалансированную клетку. При проверке цифры её не подтвердили: отношение давлений на станции 3-inch составляет 4.0/6.35 ≈ 0.63, в перегретом паре — это с запасом в пределах того, что пропускает одноступенчатый узел «седло–клетка», оставаясь ниже заданных 85 dBA. Одноступенчатая проточная часть означает меньше изнашиваемых деталей, более простую запасную часть и более низкую цену при той же герметичности затвора Class IV и тех же материалах. Сокращение числа ступеней здесь — не занижение характеристик; это корректный подбор.

Концы под муфтовую сварку. Сначала предлагались фланцевые концы; итоговая конструкция — SW по ASME B16.11. Для сварных паровых трубопроводов такого размера муфтовая сварка убирает фланцевое соединение — точку утечки, вероятнее всего начинающую подтекать паром в течение двух лет, — и соответствует существующим на заводе сварным трубопроводам.

Что не изменилось между раундами: кованый корпус F22, проточная часть с наплавкой Stellite, шпиндель из XM-19, герметичность затвора Class IV и HART-позиционер. Изменения были деталями исполнения, а не спецификации.

5. Матрица конфигурации

6. Почему кованый F22, крышка с оребрением и шпиндель из XM-19

Кованый корпус F22. F22 — сталь 1.25Cr-0.5Mo — стандартный кованый материал для паровых сред в этом температурном диапазоне, с допуском до 540 °C по ASME B16.34. Ковка полностью исключает литейную пористость из списка рисков: корпус происходит из катаной заготовки с полностью плотной зернистой структурой, что важно при толщинах стенок 1500 LB, где обнаруженный позднее литейный дефект обходится в недели.

Крышка с радиационным оребрением. При температуре среды 280 °C крышка должна удерживать сальниковую набивку шпинделя ниже температуры, при которой графит окисляется, а смазка шпинделя разрушается. Удлинённая оребрённая крышка решает эту задачу пассивно, без продувки или охлаждающей воды — стандартное решение для паровых клапанов непрерывного дросселирования.

Шпиндель из XM-19. Шпиндель год за годом работает в скользящем контакте под графитовой сальниковой набивкой в среде пара. XM-19 (Nitronic 50, S20910) — высокопрочная аустенитная нержавеющая сталь с высокой стойкостью к заеданию и коррозии; для этого режима она подходит лучше, чем стандартный шпиндель из 13Cr, и именно поэтому в техпаспорте шпиндель указан по номеру UNS, а не по обобщённой марке.

7. Где этот комплект клапанов НЕ является решением

• Жидкие среды с высоким перепадом давления. Эти клапаны рассчитаны на перегретый пар. Жидкостное редуцирование с критическим истечением (choking) и кавитацией (например, дросселирование питательной воды котла) требует антикавитационной проточной части, подобранной по фактическим данным жидкой среды, — это иная задача.

• Режимы, где определяющим фактором является шум. Требование 85 dBA при этих отношениях давлений выполняется одноступенчатой проточной частью. При бо́льших отношениях давлений правильным решением будет малошумная многоступенчатая клетка, а одноступенчатая конструкция не пройдёт прогнозный расчёт шума.

• Заводы, которым нужна защита с открытием при отказе. Оба клапана здесь — NC. Дросселирование, при котором закрытие привело бы к превышению давления в оборудовании ниже по потоку, требует противоположного положения при отказе и другой пружинной конфигурации.

• Приборы во взрывоопасных зонах. Данная комплектация — без Ex (без сертифицированного позиционера или соленоидного клапана). Для зон, классифицированных по взрывоопасным атмосферам, требуются сертифицированные аксессуары, что меняет список аксессуаров ИМ.

8. Проверки и комплект документации

Регулирующие клапаны не проходят приёмо-сдаточные испытания так, как запорные, и план испытаний это отражает. Основной стандарт производственных испытаний для этих клапанов — BS EN 1349, выполняемый по указанной в нём процедуре испытаний арматуры EN 12266-1: прочность корпуса подтверждена гидростатическим испытанием при 39.0 MPa — полуторакратным испытанием относительно номинального давления Class 1500 для стали F22 (по ASME B16.34) при температуре окружающей среды, — за которым следуют испытания седла и сальниковой набивки. Негерметичность затвора подтверждена по ANSI/FCI 70-2 Class IV (эквивалент IEC 60534-4) — классу негерметичности, заданному в техпаспорте, — с измерением при стандартных условиях испытаний, а не простой выдержкой под высоким давлением. Помимо испытаний давлением: сертификаты заводских испытаний материалов корпуса, крышки и проточной части, размерный контроль по утверждённому чертежу и функциональное испытание хода каждого контура «ИМ — позиционер» по 4–20 mA с проверкой HART-связи. Завод получает комплект, который можно подшить в документацию турбинного проекта, а не просто ящик.

9. Часто задаваемые вопросы

Почему на клапане 1500 LB одноступенчатая проточная часть — разве это не недостаточная инженерная проработка?

Нет. Число ступеней определяется отношением давлений и прогнозом шума, а не классом давления. При отношении 0.63 в перегретом паре одна ступень обеспечивает герметичность затвора Class IV и предел 85 dBA; многоступенчатая клетка добавила бы изнашиваемые детали и стоимость, не меняя того, что делает клапан в этих режимах.

Почему кованый корпус, а не литой?

Ковка исключает литейную пористость из списка рисков и соответствует стенке 1500 LB. Кованый F22 — распространённая кованая марка для пара при этой температуре, с номинальными характеристиками по ASME B16.34 до 540 °C.

Могут ли они заменить существующие регулирующие клапаны без переделки трубопроводов?

Концы под муфтовую сварку ввариваются в стандартные муфты B16.11, а монтажная длина была подтверждена на стадии чертежей, до производства. Проверять в каждом конкретном случае нужно толщину стенки трубы в зоне разделки под сварку и пространство над трубопроводом для ИМ.

Что на самом деле даёт HART-позиционер по сравнению с пневматическим?

Помимо управляющего сигнала 4–20 mA, HART даёт заводу цифровой доступ к ходу, отклонению и диагностике контура из DCS или с ручного коммуникатора — полезно для клапанов непрерывного регулирования, где дрейф позиционера проявляется как медленно нарастающая технологическая проблема ещё до того, как кто-либо посмотрит на сам клапан.

10. Пришлите нам эти восемь строк — и мы подготовим коммерческое предложение

• Среда и её состояние (пар / вода / газ)

• Расход: максимальный, нормальный, минимальный

• Давление на входе и выходе при каждом режиме расхода

• Температура

• Диаметр и толщина стенки трубы; требуемое присоединение

• Класс герметичности затвора и положение при отказе

• Инструментальный сигнал (4–20 mA? HART?) и доступный питающий воздух

• Стандарты, которым должен соответствовать комплект

Технические данные клапанов на этой странице: спецификационные листы Flowks и рабочий чертёж для модели FKM1062-1500Lb(I), 2" и 3", июль 2025 г.