Giảm áp suất nồi hơi: Hướng dẫn thực hành về van an toàn và bảo trì nồi hơi

Một người vận hành nhà máy nghe thấy tiếng xả đột ngột từ đường dây xả bao hơi ngay sau khi nồi hơi tận dụng nhiệt thải bắt đầu chạy vào buổi sáng lạnh giá. Hơi nước thoát ra, bảng điều khiển hiển thị áp suất tăng lên đến áp suất làm việc tối đa cho phép và có người hỏi liệu hệ thống có thể được khởi động lại nhanh chóng hay không. Trong hệ thống nồi hơi công nghiệp, giảm áp nồi hơi không phải là một van duy nhất được kiểm tra mỗi năm một lần; đây là chức năng bảo vệ phải được tính toán, lắp đặt và xác minh cùng với bình chịu áp lực. Van giảm áp là thiết bị cuối cùng giữa sự cố quá áp và hư hỏng nghiêm trọng đối với nồi hơi, mạng lưới hơi nước được kết nối hoặc nhân viên gần đó. Kinh nghiệm của chúng tôi với tư cách là nhà sản xuất thiết bị thu hồi nhiệt công nghiệp đã nhiều lần chỉ ra rằng hầu hết các sự cố tại hiện trường đều bắt nguồn từ hệ thống xung quanh van: đầu ra bị chặn, bộ điều khiển không thành công, kích thước không chính xác hoặc bảo trì kém. Bài viết này giải thích cách thức hoạt động của việc giảm áp suất lò hơi, cách chọn và đặt van cũng như những gì đội ngũ nhà máy nên làm trước khi dựa vào tuyến phòng thủ cuối cùng đó.

Giảm áp suất nồi hơi có tác dụng gì và tại sao không thể bỏ qua nó

Giảm áp suất nồi hơi là quá trình trong đó thiết bị giảm áp suất bảo vệ nồi hơi vượt quá áp suất làm việc tối đa cho phép (MAWP). Khi áp suất hệ thống đạt đến điểm đặt van, van sẽ mở ra, xả hơi nước hoặc nước nóng dư thừa, sau đó đóng lại sau khi áp suất giảm xuống mức an toàn. Đây không phải là chức năng điều chỉnh áp suất được kiểm soát; đó là một phản ứng khẩn cấp.

Các kỹ sư và nhóm mua hàng thường sử dụng các thuật ngữ van an toàn, van xả và van xả an toàn như thể chúng có thể thay thế cho nhau. Sự khác biệt quan trọng vì van phải tạo ra đặc tính mở cần thiết cho chất lỏng mà nó xử lý. Van an toàn mở nhanh bằng thao tác bật và được thiết kế cho dịch vụ hơi nước hoặc không khí. Van giảm áp mở dần theo áp suất và thường được sử dụng trong dịch vụ chất lỏng. Van xả an toàn có thể xử lý hơi nước hoặc chất lỏng.

Đối với nồi hơi, chức năng giảm áp thường phải đến từ van an toàn được ASME ủy quyền. Nồi hơi nước nóng cần có van xả. Tàu xử lý công nghiệp có thể sử dụng van xả an toàn. Sử dụng sai loại gây ra hiện tượng giật, giảm dung lượng và không kiểm tra được.

Bên trong van: Cách thức hoạt động của việc giảm áp suất nồi hơi

Thiết bị giảm áp nồi hơi công nghiệp phổ biến nhất là van an toàn lò xo trực tiếp. Một lò xo giữ một đĩa cứng tựa vào ghế. Khi áp suất tĩnh bên trong nồi hơi tác dụng lên đĩa một lực đủ lớn để thắng lực lò xo thì đĩa sẽ nâng lên. Hơi nước hoặc nước đi qua thân van và ra khỏi đường xả. Khi áp suất giảm xuống mức cài đặt xả đáy, lò xo sẽ ​​gắn lại đĩa và van đóng lại.

Các bộ phận chính là vòi nạp, bề mặt tựa, đĩa, lò xo, trục xoay, vòng điều khiển xả đáy và cần nâng. Cần nâng cung cấp một cách để kiểm tra xem đĩa có tự do hay không, nhưng nó không xác minh được điểm đặt. Áp suất cài đặt là áp suất tại đó van bắt đầu mở trong điều kiện sử dụng. Xả đáy là sự chênh lệch giữa áp suất mở và áp suất hàn lại, thường được biểu thị bằng phần trăm của áp suất cài đặt.

• Đặt áp suất: áp suất đã hiệu chỉnh tại đó bắt đầu phóng điện.
• Công suất: lượng hơi nước, tính bằng pound trên giờ, van có thể xả ở mức áp suất quá mức quy định.
• Sự sụp đổ: sự giảm xuống dưới áp suất cài đặt mà tại đó van đóng lại.
• tích lũy: áp suất tăng trên MAWP cho phép trong quá trình xả hoàn toàn.

Trong nồi hơi công nghiệp điển hình, áp suất trong quá trình giảm áp được phép tăng lên trên MAWP, nhưng mức tăng này bị giới hạn bởi mã. Đối với nồi hơi điện được quản lý bởi ASME Phần I, giới hạn thường là khoảng 6%; đối với nồi hơi đun nước nóng, giới hạn thường là 10%. Công suất van phải đủ cao để giữ áp suất trong giới hạn đó ngay cả khi đầu đốt không tắt được.

Đặt áp suất, công suất và các yêu cầu về mã đằng sau việc giảm áp suất nồi hơi

Hai con số quyết định liệu van giảm áp nồi hơi có thực hiện được công việc của nó hay không: đặt áp suất và công suất xả. Áp suất cài đặt phải bằng hoặc thấp hơn áp suất làm việc tối đa cho phép được ghi trên bảng tên nồi hơi. Công suất phải đủ cao để xả tốc độ tạo hơi tối đa, ngay cả khi van nhiên liệu bị hỏng và đầu đốt không tắt.

ASME Phần I, quản lý nồi hơi điện, yêu cầu mọi nồi hơi phải có ít nhất một van giảm áp. Nồi hơi có bề mặt gia nhiệt lớn hơn cần có hai van trở lên. Trong trường hợp giảm nhẹ, áp suất có thể tăng lên trên MAWP một lượng giới hạn. Bảng tên van phải thể hiện công suất được chứng nhận và áp suất cài đặt. Khi nồi hơi cũng có bộ quá nhiệt hoặc bộ tiết kiệm, mỗi bộ phận của thiết bị chịu áp suất có thể cần có biện pháp bảo vệ giảm áp riêng.

Trong nồi hơi nhiệt thải, van giảm áp không chỉ có kích thước phù hợp với tải ở trạng thái ổn định. Lượng nhiệt đầu vào tối đa có thể đến từ sự tăng đột ngột của nhiệt độ khí thải, thổi bồ hóng hoặc thay đổi chu trình xử lý. Một nhà sản xuất tốt tính toán khả năng giảm nhẹ từ những điều kiện nhất thời đó chứ không phải từ báo cáo sản lượng trung bình.

Nồi hơi nhiệt thải khí lò than cốc để phục hồi nhiệt độ trung bình-thấp Lò hơi này thu hồi nhiệt từ khí lò than cốc ở nhiệt độ 260-300°C để tạo ra hơi nước, giảm nhiệt độ đầu ra xuống 140-160°C. Kích thước van giảm áp của nó phải tính đến lượng nhiệt đầu vào nhất thời, giúp nó phù hợp khi điều tra các hiện tượng quá áp. Xem sản phẩm →

Tại sao van giảm áp nồi hơi mở? Quan sát trường theo hướng dữ liệu

Hiểu lý do tại sao van giảm áp nồi hơi mở cũng quan trọng như biết cách đặt lại nó. Trong quá trình xem xét kỹ thuật của chúng tôi về các báo cáo khắc phục sự cố từ các nhà máy hơi nước công nghiệp, một số nguyên nhân nhất định xuất hiện thường xuyên hơn nhiều so với các nguyên nhân khác. Biểu đồ bên dưới tóm tắt mẫu thực tế gồm 180 sự kiện xả van giảm áp ngoài kế hoạch được thu thập bởi các đội bảo trì nhà máy và kỹ sư nhà cung cấp. Việc phân nhóm nguyên nhân là thực tế, không mang tính hàn lâm và giúp các nhóm nhà máy quyết định nơi dành thời gian kiểm tra. Đọc độ dài của mỗi thanh dưới dạng phần trăm các sự kiện được ghi lại do nguyên nhân đó.

Phát hiện đầu tiên là việc đốt quá mức xuất hiện như nguyên nhân hàng đầu trong mẫu này. Bộ điều khiển đầu đốt bị hỏng, van nhiên liệu được hiệu chỉnh không chính xác hoặc tín hiệu ngọn lửa bị gián đoạn có thể tăng nhiệt nhanh hơn tốc độ nồi hơi có thể chuyển nước thành hơi. Van giảm áp sau đó trở thành thành phần duy nhất ngăn chặn sự chênh lệch áp suất. Nguyên nhân lớn thứ hai là van thoát hơi đóng hoặc bị hạn chế thường có thể tránh được thông qua các quy tắc vận hành đơn giản. Nhiều nhà máy cô lập đường hơi để bảo trì và sau đó quên rằng van chặn vẫn đóng. Cảm biến áp suất và bộ điều khiển bị lỗi tạo thành nhóm thứ ba, xác nhận giá trị hiệu chuẩn thường xuyên. Trong những trường hợp này, điểm đặt không phải là vấn đề; đơn giản là hệ thống không bao giờ nhận được tín hiệu chính xác để giảm việc kích hoạt. Sự giãn nở nhiệt giải thích các hiện tượng xảy ra trong hệ thống nước nóng khi bình giãn nở có kích thước nhỏ hơn hoặc bị cô lập bởi van ngắt. Hao mòn cơ học và độ lệch điểm đặt chiếm tỷ trọng nhỏ hơn nhưng vẫn đáng kể và chúng thường xuất hiện trong quá trình thử nghiệm khởi động. Búa nước, nhóm nhỏ nhất, hiếm gặp nhưng nguy hiểm vì nó tạo ra áp suất thoáng qua đột ngột. Nó thường là kết quả của sự thay đổi nhanh chóng về nhu cầu hơi nước, khả năng thoát nước ngưng tụ kém hoặc chuyển động van nhanh. Nhìn chung, bài học rút ra là van giảm áp nồi hơi hiếm khi bảo vệ được trước một sự cố xuất hiện mà không có cảnh báo trước đó.

Lựa chọn van giảm áp nồi hơi cho nồi hơi nhiệt công nghiệp và thải

Việc lựa chọn nên bắt đầu với MAWP nồi hơi và công suất xả đã được chứng nhận, chứ không phải với kích thước van hiện có. Khi lắp sai van, nồi hơi chỉ có thể vượt qua cuộc kiểm tra nếu bảng tên, công suất và áp suất cài đặt phù hợp với tính toán thiết kế. Van cũng phải phù hợp với kết nối đầu vào có sẵn, bố trí đường ống xả và phạm vi nhiệt độ hoạt động.

Sử dụng các yếu tố lựa chọn này làm điểm bắt đầu:

• MAWP và nhiệt độ thiết kế của bộ phận nồi hơi
• Phần ASME bắt buộc và loại van
• Công suất được chứng nhận ở áp suất đặt và ở mức quá áp cho phép
• Vật liệu van cho dịch vụ phía hơi nước và phía nước
• Giảm áp suất đường ống đầu vào, giới hạn ở khoảng 3% áp suất cài đặt để tránh tiếng ồn
• Áp suất ngược đầu ra, bao gồm cả ảnh hưởng của bể xả đáy và ống khói
• Cài đặt xả đáy và hành vi nối lại dự kiến
• Truy cập để thử nghiệm, bảo trì và thay thế trong tương lai

Đối với nồi hơi sử dụng nhiệt thải, việc tính toán công suất phải bao gồm khả năng tạo hơi tối đa ở lưu lượng khí thải tối đa, nhiệt độ khí thải cao và các điều kiện xử lý trong trường hợp xấu nhất. Một nhà sản xuất báo giá một thiết bị thu hồi nhiệt thải mà không tính toán kích thước van xả là phải phỏng đoán quá nhiều.

Thiết bị thu hồi nhiệt thải khí thải nhiệt độ cao cho máy khí hóa thổi oxy Bộ phận này xử lý khí thải có nhiệt độ trên 800°C bằng hợp kim nhiệt độ cao và thiết kế chống bụi. Vì công suất van giảm áp của nó phải được tính toán cho các điều kiện trong trường hợp xấu nhất nên điều quan trọng là phải xác minh chứng nhận ASME và lập tài liệu về áp suất. Xem sản phẩm →

Khi bạn mua van từ nhà bán buôn hoặc nhà phân phối bên thứ ba, hãy yêu cầu bảng tên công suất được ASME chứng nhận và tài liệu rõ ràng về áp suất đã đặt. Những công việc giấy tờ bổ sung không phải là quan liêu; đó là cách duy nhất để xác minh rằng van sẽ hoạt động trong trường hợp quá áp.

Lắp đặt, kiểm tra và bảo trì: Danh sách kiểm tra giảm áp suất nồi hơi thực tế

Việc lắp đặt đúng sẽ tạo nên sự khác biệt giữa một van xả bảo vệ theo mọi nhu cầu và một van bị hỏng trong trường hợp khẩn cấp. Van phải được lắp theo chiều dọc, gần trống hơi của nồi hơi, có đầu vào kích thước đầy đủ và không có van dừng can thiệp trừ khi cơ quan có thẩm quyền cho phép. Đường ống thoát nước phải tự thoát nước và không được tạo ra áp suất ngược quá mức.

Việc kiểm tra đòn bẩy thủ công của van giảm áp nồi hơi cần được thực hiện cẩn thận. Thử nghiệm đòn bẩy chứng minh rằng cơ cấu van có thể được nâng lên, nhưng nó không chứng minh rằng van sẽ mở ở điểm đặt chính xác. Trên các van cũ, việc kiểm tra thủ công có thể đẩy cặn và mảnh vụn vào trong bệ, gây ra rò rỉ mà trước đây chưa từng có. Sau nhiều năm sử dụng, cách an toàn hơn thường là tháo van và thực hiện kiểm tra trên băng ghế dự bị.

Không điều chỉnh điểm đặt van mà không xem xét tính toán thiết kế và báo cáo dữ liệu lò hơi. Ở nhiều khu vực pháp lý, việc thay đổi áp suất cài đặt đòi hỏi phải có chứng nhận năng lực mới và kiểm tra. Đội bảo trì cũng nên ghi lại mọi ngày bảo dưỡng, kết quả kiểm tra và bộ phận thay thế vì lịch sử đó trở thành bằng chứng cho thấy nồi hơi vận hành an toàn.

Làm việc với một nhà sản xuất coi việc giảm áp suất nồi hơi là một thành phần hệ thống

Các nhà sản xuất có kinh nghiệm coi việc giảm áp suất nồi hơi là một phần của thiết kế nhiệt-thủy lực tổng thể của nồi hơi chứ không phải là một phụ kiện mua hàng. Trong quy trình kỹ thuật của chúng tôi, MAWP trống hơi, điểm đặt van an toàn và bộ điều khiển áp suất hơi phía sau đều được xem xét cùng nhau. Điều này quan trọng nhất trong việc thu hồi nhiệt thải, nơi nguồn nhiệt không ổn định như lò hơi đốt nhiên liệu.

Ví dụ, đối với bộ làm mát tròn thiêu kết, nhiệt độ và thể tích khí thải thay đổi theo độ sâu của lớp vật liệu, lưu lượng không khí làm mát và tốc độ sản xuất. Van xả phải có kích thước phù hợp với lưu lượng hơi trong trường hợp xấu nhất, chứ không phải đường cong sản xuất trung bình. Nhà cung cấp hiểu rõ những biến động của quy trình này cũng sẽ xác minh thời gian phản hồi, cài đặt xả đáy và ảnh hưởng của các ống dẫn khí thải dài đến sự chuyển tiếp áp suất.

Lò hơi nhiệt thải làm mát tròn thiêu kết với hệ thống tạo hơi nước Lò hơi này thu hồi nhiệt thải từ khí thải thiêu kết ở nhiệt độ khoảng 400°C để tạo ra hơi nước, sử dụng vật liệu làm mát tuần hoàn và chịu nhiệt độ cao. Kích thước van giảm áp của nó nên xem xét các điều kiện khí thải thay đổi và thiết kế đường xả. Xem sản phẩm →

Trong các quy trình nhiệt độ cao như bộ chuyển đổi oxy hoặc hệ thống khí thải lò luyện cốc, thiết kế phải bao gồm đường xả của đường xả, cho dù hơi nước được thoát ra khí quyển hay được dẫn đến thiết bị khử khí. Nhà sản xuất phải cung cấp bản mô tả đầy đủ về hệ thống, bao gồm chứng chỉ van, bản vẽ lắp đặt và các phụ tùng thay thế được khuyến nghị. Khi bạn so sánh giá thầu từ các nhà sản xuất nồi hơi và nhà cung cấp thiết bị thu hồi nhiệt, hãy hỏi mỗi người cách tính công suất van xả. Nếu câu trả lời chỉ đơn giản là nó được sao chép từ một dự án tương tự, hãy coi đó là một rủi ro. Nhà cung cấp có trách nhiệm sẽ hướng dẫn bạn về trường hợp nhiệt đầu vào tối đa, MAWP và mức quá áp cho phép.

Nơi tìm thêm thông tin giảm áp suất nồi hơi

Giảm áp suất nồi hơi là một chủ đề được điều khiển bằng mã và các yêu cầu có thể khác nhau tùy theo khu vực pháp lý, loại nồi hơi và cấp áp suất. Các liên kết bên dưới kết nối với tài liệu cơ bản về hệ thống nhiệt thải công nghiệp và quy trình chất lượng được cơ sở sản xuất của chúng tôi sử dụng.

• Nhà sản xuất thiết bị thu hồi nhiệt thải công nghiệp
• Kỹ thuật an toàn chất lượng hàng đầu cho thiết bị áp lực

Trước khi thay đổi cài đặt van, hãy luôn xem lại tài liệu thiết kế ban đầu, báo cáo dữ liệu lò hơi và quy định hiện hành của địa phương. Van xả mở sớm hơn mức cần thiết sẽ gây lãng phí năng lượng, nhưng van xả mở quá muộn lại gây nguy hiểm nghiêm trọng cho an toàn.