conditioning valve

Van điều chỉnh hơi nước.

Bộ phận điều chỉnh của van điều chỉnh hơi nước tại trạm giảm nhiệt của nhà máy điện bị nứt.

The plant belongs to a large pulp-and-paper integrated mill with its own captive thermal power station and high-pressure steam system. The desuperheating valve handles bypass regulation from the high-pressure to medium-pressure steam header. After a period of operation, the valve trim showed fatigue fracture — not a random accident, not a wrong material choice, but the operating conditions themselves pushing core components inside the valve cavity to the breaking point. Let's lay out the actual conditions of this valve before we get into theory. Steam inlet just over 6 MPa, 454°C. Outlet drops to around 1 MPa, target temperature below 200°C. Steam flow 100 tonnes per hour, desuperheating water injection 20 tonnes per hour. Pressure reduction relies on multi-stage orifice plates biting down step by step. Temperature reduction relies on water injection atomization pulling the superheated steam down.

Sự đứt gãy bộ phận tiết lưu của van điều áp hơi tại trạm giảm nhiệt của nhà máy điện.

Nhà máy thuộc một khu liên hợp sản xuất giấy và bột giấy lớn, có nhà máy nhiệt điện riêng và hệ thống hơi áp suất cao. Van giảm nhiệt đảm nhận vai trò điều chỉnh bypass từ ống góp hơi áp suất cao sang áp suất trung bình. Sau một thời gian vận hành, bộ phận tiết lưu của van xuất hiện đứt gãy do mỏi — không phải tai nạn ngẫu nhiên, không phải chọn sai vật liệu, mà chính điều kiện vận hành đã đẩy các bộ phận cốt lõi bên trong khoang van đến điểm phá hủy. Hãy trình bày các điều kiện thực tế của van này trước khi đi vào lý thuyết. Hơi đầu vào chỉ hơn 6 MPa, 454°C. Đầu ra giảm xuống khoảng 1 MPa, nhiệt độ mục tiêu dưới 200°C. Lưu lượng hơi 100 tấn/giờ, nước phun giảm nhiệt 20 tấn/giờ. Giảm áp dựa trên các tấm tiết lưu nhiều tầng cắn từng bước. Giảm nhiệt dựa trên phun sương nước kéo hơi quá nhiệt xuống.

tháo rời các bộ phận bên trong

tháo rời các bộ phận bên trong

Chỉ số đơn thuần trông không tệ lắm? Hãy nghĩ bên trong khoang van. Hơi áp suất cao đi qua lồng tầng một, giảm áp 30-40%, sau đó vào các xi lanh đục lỗ để chia dòng thứ cấp. Trong khi đó nước làm mát phun từ vòi phun — sương nước 85°C lao vào hơi nước 450°C. Đó là quá trình tôi. Không chỉ một lần, mỗi chu kỳ đóng mở van là một lần tôi. Trong thời gian dừng máy hoặc thay đổi tải, van đóng lại, phun nước dừng, nhiệt độ khoang từ từ tăng trở lại vùng nhiệt độ cao — đó là quá trình ủ. Lần mở van tiếp theo, lại tôi một lần nữa. Kim loại chịu ứng suất chuyển pha nhiệt theo chu kỳ như vậy tích lũy mỏi biên giới hạt nhanh hơn nhiều so với ước tính điều kiện bình thường. Cơ chế tương tự như búa rèn đập liên tục vào cùng một điểm — ngoại trừ "búa" ở đây là hơi nước và nước làm mát.

Bề mặt vết nứt cho thấy nhiều điều hơn cả phân tích lý thuyết. Đây không phải là vết nứt do va đập một lần với các cạnh thô ráp — mà là vết nứt mỏi điển hình: vùng khởi phát vết nứt, vùng lan truyền ổn định, vùng nứt tức thời. Ba giai đoạn riêng biệt có thể nhìn thấy. Vết nứt bắt nguồn từ bề mặt viền gần vòi phun khử quá nhiệt, chính xác là nơi sự thay đổi nhiệt độ nóng-lạnh diễn ra mạnh nhất. Việc tháo rời các chi tiết viền cho thấy rõ hơn tình trạng tổng thể. Thép không gỉ 410SS với nút bịt phủ hợp kim #6, ống điều khiển A565 Gr.616HT được xử lý ion nitriding, vòng đệm CA15 với hợp kim #6 — thông số vật liệu không hề yếu. Nhưng thiết kế phun ban đầu đã biến các bộ phận cốt lõi này thành bề mặt đầu tiên chịu toàn bộ tác động của chu kỳ nhiệt. Nước làm mát đi vào khoang van qua khu vực thân van, được phun sương qua vòi phun bên trong ở phần đầu ra. Hiệu suất khử quá nhiệt thực sự cao, khoảng cách bay hơi ngắn. Cái giá phải trả là các chi tiết viền phải chịu sự làm nguội đột ngột. Nếu đủ lâu, nó sẽ bị gãy. Đây không phải là vấn đề về vật liệu. Đó là một cấu trúc khiến các bộ phận quan trọng phải chịu đựng những cú sốc nhiệt tuần hoàn mà chúng không nên phải gánh chịu. Vì vậy, phương pháp cải tiến của chúng tôi tóm gọn lại ở một điều — tách biệt việc giảm áp suất khỏi việc giảm nhiệt độ. Nước làm mát không còn đi vào khoang van qua trục van để phun sương bên trong nữa. Thay vào đó, nó được dẫn từ khu vực trục van trực tiếp đến vòi phun gắn ngoài trên ống dẫn ra. Chức năng khử quá nhiệt được chuyển từ tích hợp trong van sang bên ngoài ống. Sự thay đổi không lớn. Nhưng lợi ích mang lại là có thật. Bộ phận điều chỉnh chỉ chịu sự giảm nhiệt độ dần dần do giảm áp suất hơi nước, không còn chịu tác động làm nguội đột ngột từ nước làm mát được phun vào. Ứng suất chu kỳ nhiệt chuyển từ chế độ làm nguội lặp đi lặp lại trở lại chế độ biến đổi nhiệt bình thường. Tuổi thọ mỏi được cải thiện đáng kể. Vòi phun trên ống dẫn ra là một bộ phận độc lập — nếu nó bị hỏng, chỉ cần thay thế riêng lẻ, không cần phải tháo rời thân van hoặc thay thế toàn bộ cụm điều chỉnh. Bộ phận điều chỉnh không phải chịu sự tra tấn của chu kỳ nhiệt sẽ bền hơn.

Các bộ phận quan trọng nhất của van

Bề mặt đứt gãy cho biết nhiều hơn phân tích lý thuyết. Không phải đứt gãy va đập một lần với mép thô ráp — mà là đứt gãy mỏi điển hình: vùng khởi tạo vết nứt, vùng lan truyền ổn định, vùng đứt gãy tức thời. Ba giai đoạn rõ rệt. Điểm khởi tạo vết nứt tại bề mặt tiết lưu gần vòi phun giảm nhiệt, chính xác là nơi xen kẽ nóng-lạnh dữ dội nhất. Bộ phận tiết lưu đã tháo rời cho thấy rõ hơn tình trạng tổng thể. Nút van 410SS phủ hợp kim #6, ống điều khiển A565 Gr.616HT thấm nitơ ion, vòng đế CA15 phủ hợp kim #6 — thông số vật liệu không yếu. Nhưng thiết kế phun ban đầu đã biến các bộ phận cốt lõi này thành bề mặt đầu tiên chịu toàn bộ sức nặng của chu kỳ nhiệt. Nước làm mát đi qua khu vực thân van vào khoang van, phun sương qua vòi phun bên trong tại phần đầu ra. Hiệu suất giảm nhiệt thực sự cao, khoảng cách bay hơi ngắn. Cái giá phải trả là bộ phận tiết lưu chịu quá trình tôi thay bạn. Đủ lâu, nó sẽ gãy. Đây không phải vấn đề vật liệu. Đó là cách bố trí kết cấu khiến các bộ phận quan trọng phải chịu sốc nhiệt chu kỳ mà chúng không nên phải gánh. Vì vậy, phương án cải tạo của chúng tôi quy về một điều — tách biệt giảm áp khỏi giảm nhiệt. Nước làm mát không còn đi qua thân van vào khoang van để phun sương bên trong nữa. Thay vào đó, nó được dẫn từ khu vực thân van trực tiếp đến vòi phun lắp ngoài trên đường ống đầu ra. Chức năng giảm nhiệt chuyển từ tích hợp trong van sang bên ngoài đường ống. Thay đổi không lớn. Lợi ích thực sự. Bộ phận tiết lưu chỉ chịu giảm nhiệt độ dần dần từ quá trình giảm áp hơi, không còn chịu sốc tôi từ nước làm mát phun vào. Ứng suất chu kỳ nhiệt chuyển từ chế độ tôi lặp lại về chế độ biến thiên nhiệt bình thường. Tuổi thọ mỏi được cải thiện về cơ bản. Vòi phun trên đường ống đầu ra là bộ phận độc lập — nếu hỏng, chỉ cần thay riêng nó, không cần tháo rời thân van hoặc thay cụm tiết lưu. Bộ phận tiết lưu không bị hành hạ bởi chu kỳ nhiệt sẽ bền hơn.

Trục gãy tại hiện trường sự cố

Trục gãy tại hiện trường sự cố