Клапан электростанции контролирует потоки пара, охлаждающей воды и топлива, которые обеспечивают работу электрогенерации. Укажите неверный, и вы столкнетесь с повреждением оборудования, незапланированными простоями, а в худших случаях — с полным остановом объекта.
Что отличает клапаны электростанций
Энергогенерация — одна из немногих сред, где неправильная спецификация клапана не просто снижает эффективность. Она разрушает оборудование, создает угрозы безопасности и вызывает остановки, которые обходятся дороже в день, чем сам клапан.
Большинство закупочных команд сосредоточены на номинальном давлении и марке материала. Что они упускают, так это функцию обратного седла (back-seat), встроенную в большинство задвижек и проходных клапанов. При полном открытии шток прижимается к вторичной поверхности внутри крышки, изолируя давление системы от уплотнения. Износ снижается, и внешние утечки прекращают развиваться во время нормальной работы. Это было стандартом в конструкции клапанов на протяжении десятилетий и до сих пор редко появляется в контрольном списке спецификаций.
Типы клапанов электростанций: краткий обзор
| Тип клапана | Основная функция | Типичное применение |
| Задвижка | Изоляция | Паропроводы высокого давления |
| Проходной клапан | Дросселирование и регулирование | Питательная вода, байпас турбины |
| Обратный клапан | Предотвращение обратного потока | Защита насосов и турбин |
| Двустворчатый клапан | Управление потоком | Охлаждающая вода, трубопроводы большого диаметра |
| Шаровой кран | Изоляция | Высокотемпературные технологические линии |
Задвижки
The задвижка является стандартным запорным элементом в линиях высокого давления пара и воды. Его прямоточный проход обеспечивает низкое падение давления при полном открытии, а правило эксплуатации простое: полностью открыт или полностью закрыт. При дросселировании седло быстро изнашивается.
Болтовое крепление крышки против герметизации давлением
Ниже ANSI Class 600 эту задачу выполняет задвижка с болтовым креплением крышки. Выше 500 фунтов на квадратный дюйм внутреннее давление со временем ослабляет крепеж, и появляются пути утечки. Задвижки с уплотнением под давлением (pressure seal) созданы для этого диапазона. Их уплотнение затягивается по мере повышения внутреннего давления, что требуется для применений со сверхкритическим паром.
Термосклеивание
Если задвижка закрывается, когда линия горячая, а затем остывает в этом положении, сжатие металла блокирует затвор относительно седла. Современные конструкции с уплотнением под давлением учитывают это, но это все еще застает команды врасплох на старых установках и устаревшем оборудовании.
Релаксация болтов
В конструкциях с болтовым креплением крышки повторяющиеся термические циклы приводят к потере крепежом зажимного усилия со временем. Крышка начинает протекать задолго до следующей плановой проверки. Конструкции с уплотнением под давлением справляются с этим лучше, потому что сила уплотнения исходит от внутреннего давления, а не от натяжения болтов.
Прокладки для герметизации давлением
Серебряные прокладки в клапанах с уплотнением под давлением требуют особого внимания во время термических переходных процессов. Прокладка, раздавленная во время быстрых изменений температуры, является распространенной точкой отказа, которую стандартные графики технического обслуживания редко учитывают.
Для более глубокого изучения того, как класс давления влияет на выбор задвижки и что необходимо подтвердить перед спецификацией, этот обзор типов и конструкций промышленных задвижек стоит прочитать в первую очередь.
Шаровые клапаны
Запорные клапаны (вентили) регулируют поток, а не просто останавливают его. Геометрия диска создает путь потока, который позволяет точно контролировать расход, что на самом деле требуется для регулирования питательной воды, байпаса турбины и дренажных линий.
Болтовое крепление крышки против герметизации давлением
Запорные клапаны (вентили) с болтовым креплением крышки справляются с большинством дросселирующих режимов. Выше 500 фунтов на квадратный дюйм термические циклы со временем ухудшают уплотнение болтового крепления крышки, и становится необходимой конструкция с уплотнением под давлением.
Требования к наплавке твердых сплавов
Запорные клапаны (вентили) в условиях дросселирования под высоким давлением нуждаются в дисках и седлах с твердым покрытием. Повторный контакт изнашивает более мягкие материалы быстрее, чем предполагают большинство спецификаций, и к тому времени, когда износ обнаруживается при проверке, повреждение обычно уже значительно.
Вопросы, связанные с потоком
Запорные клапаны (вентили) создают большее падение давления, чем задвижки. Для применений с высокой скоростью потока этот компромисс необходимо тщательно взвесить. Использование запорного клапана там, где задвижка справилась бы с задачей, приводит к потере эффективности, которая накапливается на протяжении всего срока службы установки.
Несколько моментов, которые следует подтвердить при выборе запорных клапанов:
- Перед окончательным выбором проверьте материал седла и диска на соответствие рабочей температуре и типу жидкости.
- Для работы под высоким давлением убедитесь, что в спецификацию включена твердосплавная наплавка заднего седла.
- Учитывайте количество оборотов, необходимых для открытия и закрытия, так как это влияет на размер привода и время отклика.
Обратные клапаны
Обратные клапаны предотвращают обратный поток и защищают насосы и турбины от повреждений, вызванных обратным потоком. На парогазовых установках, работающих с частыми циклами пуска-останова, они постоянно реагируют на изменения потока и поглощают больше эксплуатационных нагрузок, чем любой другой тип клапанов в системе.
Поворотный обратный клапан и наклонный диск
Поворотные обратные клапаны охватывают большинство применений на угольных электростанциях и парогазовых установках. Конструкции с наклонным диском герметизируют плотнее и требуют меньше обслуживания в течение срока службы, поскольку рабочий механизм прост в обслуживании.
Сопловые обратные клапаны
Обратные клапаны соплового типа закрываются в тот момент, когда скорость потока падает, а не ждут начала реверса. Эта скорость реакции предотвращает превращение скачка давления в гидроудар, особенно на линиях защиты питательных насосов котлов.
Двойные пластинчатые обратные клапаны
Пружинные и более легкие, чем поворотные конструкции, двухстворчатые обратные клапаны выполняют ту же роль быстрого реагирования там, где пространство для трубопроводов ограничено. Они также более экономичны, чем большинство других конструкций обратных клапанов, на протяжении всего цикла обслуживания.
Что необходимо подтвердить перед выбором
Обратные клапаны получают больше повреждений, чем любой другой тип в системе, и отказы здесь, как правило, затрагивают и окружающее оборудование:
- Подтвердите наличие твердосплавных поверхностей седла и антикоррозионных подшипников для защиты от обратного потока.
- Указывайте шарнирные пальцы большого диаметра там, где движение среды создает значительную механическую нагрузку.
- Учитывайте риск гидроудара в линии, прежде чем выбрать тип конструкции.
Поворотные затворы
Задвижки-бабочки годами рассматривались как вариант для низкого давления. Высокопроизводительные конструкции значительно изменили это.
Высокопроизводительный двойной эксцентриситет
Конструкции с двойным эксцентриситетом герметизируют плотнее и служат дольше, чем более ранние версии с одинарным эксцентриситетом. Меньшее трение седла означает более длительный срок службы и лучшую производительность в тех областях применения, где стандартная задвижка-бабочка не выдержала бы.
Тройное смещение
Задвижки-бабочки с тройным эксцентриситетом теперь справляются с работой при высоком давлении и высокой температуре, что ранее требовало использования задвижки. Третий эксцентриситет полностью устраняет трение из цикла открытия и закрытия, обеспечивая газоплотное двунаправленное перекрытие с таким сроком службы, который конкурирует с гораздо более тяжелыми типами клапанов.
Концентрический с упругим уплотнением
Для работы при более низком давлении практичным выбором являются концентрические задвижки-бабочки с эластичным седлом. Они просты в установке и обслуживании, а при больших диаметрах значительно легче и дешевле, чем эквивалентные задвижки.
Совместимость с приводами
Высокопроизводительные конструкции и конструкции с тройным смещением требуют большего крутящего момента, чем стандартные поворотные затворы. В проектах модернизации, в особенности, подтверждение совместимости привода перед заказом предотвращает неполное прилегание и срезание штоков в дальнейшем:
- Проверьте требования к крутящему моменту клапана по сравнению с существующими номинальными характеристиками привода перед спецификацией
- Для моторизованных применений убедитесь, что контур управления совместим с характеристиками отклика клапана
- Конструкции с тройным смещением в условиях высокого давления могут требовать редукторных приводов, а не приводов прямого монтажа
Шаровые краны
Там, где температура превышает 1000°F, шаровые краны с металлическим уплотнением выдерживают нагрузки там, где конструкции с мягким уплотнением выходят из строя. Уплотнение металл-по-металлу не деформируется под воздействием температуры или давления, а четвертьоборотное управление обеспечивает быструю и надежную работу. В случае отказа уплотнения конструкция с металлическим уплотнением ограничивает выброс среды таким образом, как это не может сделать изношенное мягкое уплотнение.
Какова реальная стоимость неполных спецификаций
Большинство отказов клапанов на электростанциях происходят не из-за выбора неправильного типа клапана. Они происходят из-за неполных спецификаций для правильного клапана, и замена клапана на электростанции, которую можно было бы избежать, обычно является тем, как команды выясняют, где их процесс дал сбой.
Одним хорошим примером является кавитация. Пузырьки пара, схлопывающиеся внутри клапана питательной воды, разрушают металлическую поверхность достаточно быстро, чтобы уничтожить стандартную арматуру за считанные дни.
Многоступенчатая антикавитационная арматура, такая как Fisher Cavitrol или серия Masoneilan ST, постепенно снижает давление через корпус клапана, а не сразу. Жидкость остается выше своего давления насыщенных паров на протяжении всего процесса. Она стоит дороже изначально и окупается в течение первого года эксплуатации.
Класс герметичности — это отдельный, но не менее распространенный пробел. API 598 и FCI 70-2 определяют классы от I до VI, при этом критические системы высокого давления требуют как минимум класс V или VI.
Когда это пропускается, начинается эрозия уплотнения. Тонкий путь потока постепенно разрушает геометрию седла, и к тому времени, когда это обнаруживается при проверке, седло обычно уже не подлежит ремонту.
Финансовые последствия выходят за рамки самого ремонта. Протекающий байпасный клапан напрямую влияет на тепловой КПД установки, и потеря даже небольшого процента пара через один клапан может привести к сотням тысяч долларов потерянной выработки каждый год.
Поиск поставщиков для применений с высоким давлением и криогенных сред
Стандартные каталожные подборки не подходят для некоторых применений. Инженеры, работающие с документацией PDF комбинированной парогазовой установки, часто ссылаются на конкретные стандарты материалов и давления, которые обычные дистрибьюторы не могут обеспечить. Знание того, где искать поставщика, имеет такое же значение, как и знание того, что специфицировать.
Клапаны СПГ
Установкам, подключенным к газовым терминалам, требуются клапаны, рассчитанные на криогенную эксплуатацию при температурах до -162°C. Стандартная углеродистая сталь теряет пластичность при таких температурах и выходит из строя без предупреждения. Удлиненные крышки удерживают уплотнение вдали от холодной зоны, а такие материалы, как нержавеющая сталь 316, указываются потому, что они остаются прочными там, где стандартные сплавы не выдерживают.
Дистрибьюторы клапанов высокого давления
Для систем высокого давления поиск поставщиков через дистрибьюторов клапанов высокого давления, которые имеют надлежащую металлургическую документацию и сертификаты давления ASME, не является деталью, от которой можно отказаться. Оборудование нуждается в прослеживаемых данных испытаний, а не просто в техническом паспорте продукта.
Клапаны Baker Hughes
В тяжелых условиях эксплуатации продукция Valves Baker Hughes, в частности линии Masoneilan и Consolidated, является одним из немногих вариантов с задокументированным опытом применения в системах рециркуляции питательных насосов котлов и предохранительных клапанах, где стандартная арматура выходит из строя в течение нескольких недель.
Клапан Mason
На старых установках, где каталожные размеры не соответствуют существующему трубопроводу, производители, такие как Mason Valve, предлагают индивидуальную отделку и модификации "лицом к лицу", которые делают возможной целенаправленную замену без перепроектирования трубопровода.
Для более детального ознакомления со стандартами конструкции и требованиями к материалам для работы под высоким давлением, наш обзор что на самом деле требуют спецификации клапанов высокого давления охватывает информацию, которую стоит знать, прежде чем вы что-либо окончательно оформите.
Прежде чем вы укажете спецификацию
Правильный выбор типа клапана — это лишь часть работы. Несколько моментов, которые стоит подтвердить перед оформлением любого заказа:
- Сопоставьте материал корпуса с рабочей температурой и типом жидкости: углеродистая сталь подходит для большинства паровых систем, а легированная сталь или нержавеющая сталь — для коррозионных или криогенных применений.
- Используйте конструкции крышек с уплотнением под давлением для любых применений выше 500 фунтов на квадратный дюйм.
- Указывайте класс герметичности по API 598 или FCI 70-2, а не принимайте общее заявление о герметичности.
- Перед заказом убедитесь, что требования к крутящему моменту привода соответствуют существующему оборудованию на объекте.
- Проверьте, поддерживает ли клапан обслуживание без демонтажа из трубопровода или его необходимо вырезать из трубы, так как это напрямую влияет на продолжительность простоя.
- Убедитесь, что сальниковая набивка клапана соответствует стандартам низкой утечки для соблюдения требований по выбросам летучих веществ, поскольку экологические нормы в этой области ужесточаются и больше не являются необязательными в большинстве юрисдикций.
- Не выбирайте только по закупочной цене, так как самая низкая первоначальная стоимость редко является самой низкой стоимостью в течение пятилетнего периода обслуживания.
Для более широкого обзора того, как эти типы клапанов для электростанций работают в различных процессах генерации, прочитайте наши аналитические материалы о выборе и применении промышленных клапанов в условиях электростанций.
Правильно составьте спецификацию с самого начала
Создайте идеальный клапан для вашего проекта! Получите предложение и изучите наши индивидуальные возможности.
Клапан — это небольшой компонент в большой системе. Решения, принятые на этапе спецификации, определяют, будет ли эта система надежно работать в течение десятилетия или ваша команда по техническому обслуживанию будет устранять сбои между остановками. Правильная спецификация, правильный источник и правильный подход к установке — вот что отличает эффективно работающую установку от неэффективной.
