تخفيف ضغط الغلايات: دليل عملي لصمامات أمان الغلايات وصيانتها

يسمع مشغل المحطة تفريغًا مفاجئًا من خط تنفيس أسطوانة البخار بعد أن تبدأ غلاية الحرارة المهدرة تشغيلها في الصباح البارد. ينطلق البخار، وتظهر لوحة التحكم الضغط يتصاعد نحو الحد الأقصى لضغط العمل المسموح به، ويسأل أحدهم ما إذا كان من الممكن إعادة تشغيل النظام بسرعة. في نظام الغلايات الصناعية، تخفيف ضغط الغلاية ليس هناك صمام واحد يجب فحصه مرة واحدة في السنة؛ إنها وظيفة وقائية يجب حسابها وتركيبها والتحقق منها مع وعاء الضغط. صمام التنفيس هو الجهاز الأخير بين حدث الضغط الزائد والأضرار الجسيمة للغلاية أو شبكة البخار المتصلة أو الموظفين القريبين. لقد أظهرت تجربتنا كشركة مصنعة لمعدات استعادة الحرارة الصناعية مرارًا وتكرارًا أن معظم المشكلات الميدانية ترجع إلى النظام المحيط بالصمام: المنافذ المسدودة، أو أجهزة التحكم الفاشلة، أو الحجم غير الصحيح، أو سوء الصيانة. يشرح هذا المقال كيفية عمل تخفيف ضغط الغلاية، وكيفية اختيار الصمامات وضبطها، وما يجب على فرق المصنع فعله قبل الاعتماد على خط الدفاع النهائي.

ما الذي يفعله تخفيف ضغط الغلاية ولماذا لا يمكن تجاهله؟

تخفيف ضغط الغلاية هو العملية التي من خلالها يقوم جهاز تخفيف الضغط بحماية الغلاية من تجاوز الحد الأقصى لضغط العمل المسموح به (MAWP). عندما يصل ضغط النظام إلى نقطة ضبط الصمام، يفتح الصمام ويخرج البخار الزائد أو الماء الساخن، ثم يعاد تركيبه بعد انخفاض الضغط إلى مستوى آمن. هذه ليست وظيفة تنظيم الضغط التي يمكن التحكم فيها؛ إنها استجابة طارئة.

غالبًا ما يستخدم المهندسون وفرق الشراء مصطلحات صمام الأمان، وصمام التنفيس، وصمام تنفيس الأمان كما لو كانت قابلة للتبديل. التمييز مهم لأن الصمام يجب أن ينتج خاصية الفتح المطلوبة للسائل الذي يتعامل معه. يفتح صمام الأمان بسرعة بحركة منبثقة وهو مخصص لخدمة البخار أو الهواء. يفتح صمام التنفيس تدريجيًا بما يتناسب مع الضغط ويستخدم عادةً في خدمة السوائل. يمكن لصمام تخفيف الأمان التعامل مع البخار أو السائل.

بالنسبة للغلاية البخارية، يجب أن تأتي وظيفة تخفيف الضغط عادةً من صمام أمان معتمد من ASME. تحتاج غلاية الماء الساخن إلى صمام تنفيس. قد تستخدم سفينة العمليات الصناعية صمام تنفيس الأمان. يؤدي استخدام النوع الخاطئ إلى حدوث ثرثرة وفقدان القدرة وعمليات الفحص الفاشلة.

داخل الصمام: كيف يعمل تخفيف ضغط الغلاية

جهاز تخفيف ضغط الغلايات الصناعية الأكثر شيوعًا هو صمام الأمان المحمل بنابض مباشر. زنبرك يحمل قرصًا متصلبًا على المقعد. عندما يؤثر الضغط الساكن داخل المرجل على القرص بقوة كافية للتغلب على قوة الزنبرك، يرتفع القرص. ينتقل البخار أو الماء عبر جسم الصمام ويخرج من خط التفريغ. بمجرد انخفاض الضغط إلى وضع النفخ، يقوم الزنبرك بإعادة تثبيت القرص ويغلق الصمام.

الأجزاء الرئيسية هي فوهة المدخل، وسطح الجلوس، والقرص، والزنبرك، والمغزل، وحلقة التحكم في النفخ، ورافعة الرفع. يوفر ذراع الرفع طريقة للتحقق من أن القرص حر، لكنه لا يتحقق من نقطة الضبط. الضغط المحدد هو الضغط الذي يبدأ عنده الصمام في الفتح في ظل ظروف الخدمة. النفخ هو الفرق بين ضغط الفتح وضغط إعادة التثبيت، ويتم التعبير عنه عادةً كنسبة مئوية من الضغط المحدد.

• ضبط الضغط: الضغط المعاير الذي يبدأ عنده التفريغ.
• القدرة: كمية البخار، بالجنيه في الساعة، التي يمكن للصمام تفريغها عند ضغط زائد محدد.
• الانفجار: الانخفاض أدناه يضبط الضغط الذي يغلق عنده الصمام مرة أخرى.
• التراكم: ارتفاع الضغط فوق MAWP المسموح به أثناء التفريغ الكامل.

في غلاية بخارية صناعية نموذجية، يُسمح للضغط أثناء التنفيس بالارتفاع فوق MAWP، لكن الارتفاع مقيد بالكود. بالنسبة لغلايات الطاقة التي يحكمها القسم الأول من الجمعية الأمريكية للمهندسين الميكانيكيين (ASME)، يكون الحد عادةً حوالي 6%؛ بالنسبة لغلايات تسخين الماء الساخن، يكون الحد عادة 10%. يجب أن تكون سعة الصمام عالية بما يكفي للحفاظ على الضغط ضمن تلك الحدود حتى لو فشل الموقد في إيقاف التشغيل.

ضبط متطلبات الضغط والسعة والكود خلف تخفيف ضغط الغلاية

هناك رقمان يقرران ما إذا كان صمام تخفيف ضغط الغلاية سيقوم بعمله: ضبط الضغط وسعة التنفيس. يجب أن يكون الضغط المحدد عند أو أقل من الحد الأقصى لضغط العمل المسموح به والمختوم على لوحة اسم الغلاية. يجب أن تكون السعة عالية بما يكفي لتصريف الحد الأقصى لمعدل توليد البخار، حتى لو فشل صمام الوقود ولم يتم إيقاف تشغيل الموقد.

يتطلب القسم الأول من ASME، الذي يحكم غلايات الطاقة، أن تحتوي كل غلاية على صمام واحد على الأقل لتخفيف الضغط. تتطلب الغلايات ذات أسطح التسخين الكبيرة صمامين أو أكثر. أثناء حدث التخفيف، قد يرتفع الضغط فوق MAWP بكمية محدودة. يجب أن تظهر لوحة اسم الصمام السعة المعتمدة والضغط المحدد. عندما تحتوي الغلاية أيضًا على مسخن فائق أو موفر للطاقة، فقد تحتاج كل قطعة من المعدات التي تحتوي على الضغط إلى حماية تنفيس خاصة بها.

في غلاية الحرارة المهدرة، لا يتم حجم صمام التنفيس من حمل الحالة المستقرة فقط. يمكن أن يأتي الحد الأقصى لمدخل الحرارة من الارتفاع المفاجئ في درجة حرارة غاز المداخن، أو نفخ السخام، أو تغيرات دورة العملية. يقوم المصنع الجيد بحساب قدرة التنفيس من تلك الظروف العابرة، وليس من تقرير الإنتاج المتوسط.

غلاية حرارية لنفايات غاز المداخن في فرن فحم الكوك لاستعادة درجة الحرارة المتوسطة والمنخفضة تستعيد هذه الغلاية الحرارة من غاز مداخن فرن فحم الكوك بدرجة حرارة 260-300 درجة مئوية لإنتاج البخار، مما يقلل درجة حرارة المخرج إلى 140-160 درجة مئوية. يجب أن يأخذ حجم صمام التنفيس الخاص به في الاعتبار مدخلات الحرارة العابرة، مما يجعله مناسبًا عند التحقيق في أحداث الضغط الزائد. عرض المنتج →

لماذا تفتح صمامات تخفيف ضغط الغلاية؟ الملاحظات الميدانية المستندة إلى البيانات

إن فهم سبب فتح صمام تخفيف ضغط الغلاية لا يقل أهمية عن معرفة كيفية إعادة ضبطه. في مراجعتنا الهندسية لتقارير استكشاف الأخطاء وإصلاحها من محطات البخار الصناعية، تظهر بعض الأسباب في كثير من الأحيان أكثر من غيرها. يلخص الرسم البياني أدناه عينة ميدانية مكونة من 180 حدثًا غير مخطط له لتفريغ صمام التنفيس تم جمعها بواسطة فرق صيانة المصنع ومهندسي الموردين. يعتبر تجميع الأسباب عمليًا وليس أكاديميًا، ويساعد فرق المصانع في تحديد المكان الذي ستقضي فيه وقت التفتيش. اقرأ طول كل شريط كنسبة مئوية من الأحداث المسجلة المنسوبة إلى هذا السبب.

النتيجة الأولى هي أن الإفراط في إطلاق النار يظهر كمحفز رئيسي في هذه العينة. يمكن أن تؤدي وحدة التحكم الفاشلة في الموقد، أو صمام الوقود الذي تمت معايرته بشكل غير صحيح، أو إشارة اللهب المتقطعة إلى زيادة الحرارة بشكل أسرع من قدرة الغلاية على تحويل الماء إلى بخار. يصبح صمام التنفيس بعد ذلك هو المكون الوحيد الذي يمنع رحلة الضغط. السبب الثاني الأكبر، وهو صمام مخرج البخار المغلق أو المقيد، غالبًا ما يمكن تجنبه من خلال قواعد التشغيل البسيطة. تقوم العديد من المصانع بعزل خطوط البخار للصيانة ثم تنسى أن صمام الكتلة يظل مغلقًا. وتشكل أجهزة استشعار الضغط وأجهزة التحكم الفاشلة المجموعة الثالثة، مما يؤكد قيمة المعايرة المنتظمة. في هذه الحالات، لم تكن نقطة التحديد هي المشكلة؛ النظام ببساطة لم يتلق الإشارة الصحيحة لتقليل إطلاق النار. يفسر التمدد الحراري الأحداث التي تحدث في أنظمة الماء الساخن حيث يكون خزان التمدد أصغر من الحجم أو معزولًا بواسطة صمام إغلاق. يمثل التآكل الميكانيكي وانجراف نقطة الضبط حصة أصغر ولكنها لا تزال مهمة، وعادةً ما تظهر أثناء اختبار بدء التشغيل. المطرقة المائية، وهي أصغر مجموعة، نادرة ولكنها خطيرة لأنها تخلق ضغطًا مفاجئًا عابرًا. غالبًا ما ينتج عن التغيرات السريعة في الطلب على البخار، أو سوء تصريف المكثفات، أو حركة الصمام السريعة. بشكل عام، الدرس المستفاد هو أن صمام تخفيف ضغط الغلاية نادرًا ما يحمي من المشكلة التي تظهر دون تحذيرات مسبقة.

اختيار صمامات تخفيف ضغط الغلايات للغلايات الصناعية وغلايات النفايات الحرارية

يجب أن يبدأ الاختيار بالغلاية MAWP وقدرة التنفيس المعتمدة، وليس بحجم الصمام الموجود. عندما يتم تركيب الصمام الخاطئ، لا يمكن للغلاية اجتياز الفحص إلا إذا كانت لوحة الاسم والسعة والضغط المحدد تتوافق مع حسابات التصميم. يجب أن يتناسب الصمام أيضًا مع وصلة المدخل المتاحة، وتخطيط أنابيب التفريغ، ونطاق درجة حرارة التشغيل.

استخدم عوامل الاختيار هذه كنقطة بداية:

• MAWP ودرجة الحرارة التصميمية لمكونات المرجل
• مطلوب قسم ASME ونوع الصمام
• القدرة المعتمدة عند الضغط المحدد وعند الضغط الزائد المسموح به
• مواد الصمام لخدمة جانب البخار وجانب الماء
• انخفاض ضغط أنابيب المدخل يقتصر على 3% تقريبًا من الضغط المحدد لتجنب الثرثرة
• الضغط الخلفي للمخرج، بما في ذلك تأثير خزان التصريف والمكدس
• إعداد النفخ وسلوك إعادة الجلوس المتوقع
• الوصول للاختبار والصيانة والاستبدال في المستقبل

بالنسبة لغلايات الحرارة المهدورة، يجب أن يتضمن حساب السعة أقصى قدر ممكن من توليد البخار عند الحد الأقصى لتدفق غاز المداخن، ودرجة حرارة غاز المداخن المرتفعة، وظروف العملية الأسوأ. إن الشركة المصنعة التي تقتبس وحدة استرداد الحرارة المهدرة دون حساب حجم صمام التنفيس تترك الكثير من التخمين.

وحدة استعادة الحرارة المهدرة لغاز المداخن ذات درجة الحرارة العالية لجهاز التغويز المنفوخ بالأكسجين تتعامل هذه الوحدة مع غاز المداخن الذي يزيد عن 800 درجة مئوية باستخدام سبائك عالية الحرارة وتصميمات مقاومة للغبار. نظرًا لأنه يجب حساب سعة صمام التنفيس لأسوأ الظروف، فمن المهم التحقق من شهادة ASME وتعيين وثائق الضغط. عرض المنتج →

عند شراء الصمامات من تاجر جملة أو موزع خارجي، يجب الإصرار على لوحة اسم السعة المعتمدة من ASME والتوثيق الواضح للضغط المحدد. الأعمال الورقية الإضافية ليست بيروقراطية؛ إنها الطريقة الوحيدة للتحقق من عمل الصمام أثناء حدث الضغط الزائد.

التثبيت والاختبار والصيانة: قائمة مرجعية عملية لتخفيف ضغط الغلاية

يُحدث التثبيت الصحيح فرقًا بين صمام التنفيس الذي يوفر الحماية عند كل طلب والصمام الذي يفشل أثناء الطوارئ. يجب أن يتم تركيب الصمام عموديًا، بالقرب من أسطوانة بخار الغلاية، مع مدخل كامل الحجم ولا يوجد صمام إيقاف متداخل ما لم تسمح السلطة القضائية بذلك. يجب أن تكون أنابيب المخرج ذاتية التصريف ويجب ألا تسبب ضغطًا خلفيًا مفرطًا.

يجب إجراء اختبار الرافعة اليدوي لصمام تخفيف ضغط الغلاية بعناية. يثبت اختبار الرافعة أن آلية الصمام يمكن رفعها، لكنه لا يثبت أن الصمام سيفتح عند نقطة الضبط الصحيحة. بالنسبة للصمامات القديمة، يمكن للاختبار اليدوي أن يدفع الترسبات والحطام إلى المقعد، مما يسبب تسربًا لم يكن موجودًا من قبل. بعد سنوات من الخدمة، غالبًا ما يكون الطريق الأكثر أمانًا هو إزالة الصمام وإجراء اختبار الطاولة.

لا تقم بضبط نقطة ضبط الصمام دون مراجعة حسابات التصميم وتقرير بيانات الغلاية. في العديد من الولايات القضائية، يتطلب تغيير الضغط المحدد شهادة قدرة جديدة وفحصًا. يجب على فريق الصيانة أيضًا تسجيل كل تاريخ خدمة، ونتيجة اختبار، وقطعة استبدال، لأن هذا التاريخ يصبح دليلاً على أن المرجل آمن للتشغيل.

العمل مع شركة مصنعة تتعامل مع تخفيف ضغط الغلاية كأحد مكونات النظام

يتعامل المصنعون ذوو الخبرة مع تخفيف ضغط الغلاية كجزء من التصميم الحراري الهيدروليكي الشامل للغلاية، وليس كملحق للشراء. في عمليتنا الهندسية الخاصة، تتم مراجعة أسطوانة البخار MAWP ونقطة ضبط صمام الأمان والتحكم في ضغط البخار في اتجاه مجرى النهر معًا. وهذا أمر مهم للغاية في استعادة الحرارة المهدرة، حيث لا يكون مصدر الحرارة مستقرًا مثل المرجل الذي يعمل بالوقود.

بالنسبة للمبرد الدائري الملبد، على سبيل المثال، تتغير درجة حرارة هواء العادم وحجمه مع عمق طبقة المادة، وتدفق هواء التبريد، ومعدل الإنتاج. يجب أن يكون حجم صمام التنفيس مناسبًا لتدفق البخار في أسوأ الحالات، وليس منحنى الإنتاج المتوسط. المورد الذي يفهم هذه التقلبات في العملية سوف يتحقق أيضًا من وقت الاستجابة، وإعدادات التصريف، وتأثير قنوات غاز المداخن الطويلة على عابري الضغط.

غلاية حرارة النفايات المبردة الدائرية الملبدة مع توليد البخار تستعيد هذه الغلاية الحرارة المهدرة من غاز العادم الذي تبلغ درجة حرارته حوالي 400 درجة مئوية لتوليد البخار، وذلك باستخدام التبريد الدائري والمواد المقاومة للحرارة العالية. يجب أن يأخذ حجم صمام التنفيس في الاعتبار ظروف العادم المتغيرة وتصميم مسار التفريغ. عرض المنتج →

في العمليات ذات درجات الحرارة المرتفعة مثل محولات نفخ الأكسجين أو أنظمة غاز المداخن في فرن فحم الكوك، يجب أن يتضمن التصميم مسار تفريغ خط التنفيس، سواء تم تنفيس البخار إلى الغلاف الجوي أو توجيهه إلى جهاز إزالة الهواء. يجب على الشركة المصنعة تقديم وصف كامل للنظام، بما في ذلك شهادة الصمام ورسم التثبيت وقطع الغيار الموصى بها. عند مقارنة العطاءات المقدمة من الشركات المصنعة للغلايات وموردي معدات استعادة الحرارة، اسأل كل منهم عن كيفية حساب سعة صمام التنفيس. إذا كان الجواب ببساطة أنه تم نسخه من مشروع مماثل، فتعامل مع ذلك على أنه مخاطرة. سيرشدك المورد المسؤول عبر حالة الحد الأقصى لإدخال الحرارة، وMAWP، والضغط الزائد المسموح به.

أين يمكن العثور على معلومات إضافية حول تخفيف ضغط الغلاية

يعد تخفيف ضغط الغلاية موضوعًا يعتمد على الكود، ويمكن أن تختلف المتطلبات حسب الاختصاص القضائي ونوع الغلاية وفئة الضغط. تتصل الروابط أدناه بمواد أساسية حول أنظمة تسخين النفايات الصناعية وعملية الجودة التي تستخدمها منشأة التصنيع لدينا.

• الشركة المصنعة لمعدات استعادة حرارة النفايات الصناعية
• هندسة السلامة ذات الجودة الأولى لمعدات الضغط

قبل تغيير إعداد الصمام، قم دائمًا بمراجعة مستند التصميم الأصلي وتقرير بيانات الغلاية واللائحة المحلية المعمول بها. صمام التنفيس الذي يفتح في وقت أبكر من اللازم يهدر الطاقة، ولكن الصمام الذي يفتح بعد فوات الأوان يشكل خطرا جسيما على السلامة.