ブローダウンおよびその他の発電所用途での絞り弁の使用

蒸気発電所をできるだけ効率的かつコスト効率よく運転するには、どの用途にどのバルブを使用するかを理解することが不可欠です。たとえば、蒸気発電における重要なステップは、蒸気にフラッシュする水の流量の調整または「絞り」であるブローダウンです。従来、発電所の多くの指定者やオペレーターは、この絞り動作を実現するために標準のグローブバルブを使用していましたが、現実には、標準のグローブバルブは、極めて厳しい絞りに対処できるように設計および製造されていません。

1. グルーヴィーだが、良い意味ではない。時間の経過とともに、シートを横切る高速度により、標準的なグローブバルブに「ワイヤードロー」と呼ばれる溝ができます。この溝は、ワイヤーのように見えることから派生した用語です。伸線の結果、グローブバルブは閉じたときに密閉されず、漏れが発生します。提供：コンバル

シートとディスクの間の隙間が小さいほど、摩耗が早くなります。時間の経過とともに、シートを横切る高速度によって「ワイヤードロー」と呼ばれる溝ができます。この溝はワイヤーのように見えることからこの用語が派生しました (図 1)。伸線加工の結果、グローブバルブが閉じたときに密閉されず、漏れが発生します。極端に言うと、ワイヤーの引き抜きが実際に二股に分かれた舌のようにディスクを食い込み、さらに重大な損傷や流量制御の問題を引き起こす可能性があります (図 2)。

2. 問題がある。極端に言うと、伸線が実際にディスクを侵食し、さらに重大な損傷や流量制御の問題を引き起こす可能性があります。提供：コンバル

標準的なグローブバルブの制限を補おうとして、一部のプラントオペレーターは 2 つのグローブバルブ、またはボールバルブと 1 つのグローブバルブをインラインで設置します。そのうちの 1 つは積極的な遮断を提供し、もう 1 つは「犠牲的な」絞りバルブとして機能します (図3)。ただし、このアプローチは、標準のグローブバルブでスロットリングを実現しようとする場合、扱いにくく、コストがかかる方法です。これは即席の解決策であり、より多くの材料、より多くの溶接、より多くの修理、より多くの交換が必要となり、必要以上に多くの費用がかかります。

3. 面倒で高価。 2 つのグローブバルブをインラインに設置し、そのうちの 1 つが積極的な絶縁を提供し、もう 1 つが「犠牲」スロットルバルブとして機能することは、標準のグローブバルブでスロットルを実現しようとする場合、高価な方法です。提供：コンバル

標準のグローブバルブでは、実際の条件が誤って計算されたり変化したりした場合、バルブのサイズを変更することはできません。対照的に、絞りバルブは、極めて厳しい絞りプロセスに対処できるように特別に設計および製造されており、それにより、再現可能な流量制御と信頼性の高い遮断が実現します (図 4)。独自のニードルディスク設計により、圧力境界が可能な限り最小の直径でシールされ、最大のシール能力が保証されます。

4. 内部の仕組み。左はConvalの高性能スロットルバルブです。右はバルブの断面図で、内部コンポーネントを示しています。提供：コンバル

オリフィスは、シート上の流体速度を損傷レベル以下に保つようなサイズになっています。その結果、シートが摩耗する可能性が大幅に低くなります。そうなった場合は、簡単に交換できます。伸線がより効果的に排除されます。ステムアセンブリは、適切な制御のためにオリフィスに嵌合されます。出口オリフィスの角度は、下流の配管の浸食と騒音を最小限に抑えるように設計されています。実際の条件が誤って計算されたり変化した場合、スロットルバルブベンチュリとステムアセンブリのサイズが新しい条件に合わせて変更されることがあります。

通常、スロットルバルブは、炭素鋼 SA 105、鍛造合金鋼 SA 182-F22、SA 182-F91 および F92、SA 182-F316、およびその他の材料で、ASME 900 ～ 4500 の圧力クラスで使用できます。空気、モーター、または油圧で作動します。

給水化学における最近の進歩により、交換可能なベンチュリオリフィスのサイズ変更オプションによる付加価値のある耐用年数がさらに強調されています。一般に、ブローダウンバルブが 30% 未満の開度で動作している場合、バルブの耐用年数を長くするためにオリフィスのサイズを変更することができます。

デュアルオリフィスのコンセプトと構造に使用されている材料により、スロットルバルブは最も過酷な条件下でもほぼ破壊されません。ディスクの計量ノーズは、交換可能なオリフィスシートカートリッジ内に留まり、バルブが十分に開いて速度がシート表面に損傷を与えなくなるまで、破壊的な高速の流れをブロックします。したがって、絞り弁はますます指定され、複合サイクル排熱回収ボイラプラントを含む、原子力から石炭、天然ガスに至るまでの多くのタイプの蒸気発電プラントに設置されるようになってきています。ブローダウンに加えて、他の一般的なアプリケーションもいくつか続きます。

総溶解固形分 (TDS) スチームドラム化学制御。米国エネルギー省先進製造局蒸気チップシート #9 によると、ボイラーの蒸気ドラム内で水が蒸発すると、給水中に存在する固形物が取り残されます。浮遊物質はボイラー内でスラッジや沈殿物を形成し、熱伝達を低下させます。溶解固体は発泡を促進し、ボイラー水の蒸気へのキャリーオーバーを促進します。浮遊固形分および総溶解固形分 (TDS) のレベルを許容限度まで下げるために、ボイラーから水が定期的に排出または吹き飛ばされます。

泥や船底の吹き飛ばしは通常、数時間の間隔で数秒間行われる手動手順です。ボイラー水から沈殿して重いスラッジを形成する懸濁物質を除去するように設計されています。表面ブローダウンまたはスキミングブローダウンは、液体表面近くに集中する溶解固体を除去するように設計されています。表面ブローダウンは、多くの場合、連続的なプロセスです。

最適なブローダウン量は、ボイラーの種類、運転圧力、水処理、補給水の水質などのさまざまな要因によって決まります。ブローダウン率は通常、ボイラー給水流量の 4% ～ 8% の範囲ですが、補給水の固形分が多い場合は 10% に達する場合もあります。ブローダウンが不十分な場合、ボイラー水が蒸気中にキャリーオーバーしたり、堆積物が形成されたりする可能性があります。過剰なブローダウンはエネルギー、水、化学薬品を無駄にします。したがって、プラントを効率的に運転するには、正確なブローダウン制御を行うことが重要です。

5. 流動曲線。ここでは、さまざまな「バルブ開」パーセンテージに合わせて調整された、スロットルバルブの流量曲線が示されています。 Cv は流量係数であり、システムのバルブのサイズを決めて選択する際の重要な設計上の考慮事項です。基本的に、さまざまなシステムパラメータに基づいてバルブの容量の測定値を提供します。提供：コンバル

絞り弁の流量曲線 (図 5) を調べると、自動か手動かにかかわらず、作動の最初の約 10% で比較的平坦な帯域が見られます。これは、計量ノーズがオリフィス内に留まり、シートを損傷から保護する領域です。デッドバンドを通過した後、バルブは流量とレットダウンの線形制御を可能にします。この設計により、バルブのシール面への損傷が最小限に抑えられるため、多くのサイクルの後でもバルブを確実に閉じることができます。

ウェアラブルまたは交換可能なコンポーネントは、部品の寿命を延ばすために非常に硬い材料で作られています。ディスクノーズアセンブリに使用されるステライト 6 合金の硬度は 50 ～ 58 HRc です。材質の硬度により、表面が傷つきにくく長持ちします。シート-オリフィス-ベンチュリコンポーネントはSS 440Cで作られています。 440C は焼きなましすると 60 HRc の硬度を持ち、コンポーネントのライフサイクルを非常に長くすることができます。ベンチュリはバルブ内で大静脈の位置を維持するため、下流配管の完全性を保護しながらバルブ内で回復が行われます。

6. クロスオーバー。 2 つのスロットルバルブは、2 つのスチームドラム間のクロスオーバーとして機能します。制御されたアクチュエータで操作されるこのシステムは、動作中のドラムからドラムに蒸気を放出し、ドラムの表面と内容物を予熱します。これにより、発電所は 2 番目のドラムをより迅速に起動できるようになり、時間とコストが節約されます。提供：コンバル

クイックスタートウォームアップ。図 6 では、2 つの絞り弁が 2 つの蒸気ドラム間のクロスオーバーとして機能します。制御されたアクチュエータで操作されるこのシステムは、動作中のドラムからドラムに蒸気を放出し、ドラムの表面と内容物を予熱します。これにより、発電所は 2 番目のドラムをより迅速に起動できるようになり、時間とコストが節約されます。

給水バイパス。絞り弁は、給水調整弁のケージトリムの寿命を延ばします。通常、ケージトリムはバルブの最初の 0 ～ 20% 開度中に高速の給水にさらされるため、高価なトリム部品が損傷します。対照的に、スロットルバルブは、有害な速度にさらされない程度に開いたときにレギュレータバルブに切り替えるのに十分な負荷要求が高くなるまで、これらの有害な流れをバイパスするように設定されています。

シートの排水口。主蒸気シートドレンの上下に使用される作動絞り弁は、非常に過酷な条件下でも信頼性の高いサービスを提供します。ある例では、1,007°F で 3,650 psig の条件により、2 年間の停止スケジュール内に以前のバルブが破壊されました。しかし、絞り弁は20年以上使用されており、停止のたびにメンテナンスが行われており、現在は3年周期でメンテナンスが行われています。予防メンテナンスには、ディスクノーズアセンブリとシートオリフィスベンチュリの交換が含まれます。スロットルバルブの寿命は、バルブの出口にWhisperjetアセンブリを組み込むことによって延長できます。この変更により、バルブトリムの寿命が延び、配管への損傷を防ぐことができます。

排水サンプリングバルブ。絞り弁の別の用途は、水素化分解装置の流出物サンプルステーションです。サンプリングバルブは SS347 製で、SS316 ヨークが付いています。その他の非標準素材には、シート-オリフィス-ベンチュリおよびディスク-ノーズ用のアルティメットなどがあります。ステムとボンネットはニトロニック50、後部シートはニトロニック60で作られています。

視力ゲージの分離。通常はアングルパターンバルブが使用されますが、蒸気や流体がチューブやその他の装置内に絞り込まれることで破損することが多く、漏れが発生したり、レベルの監視が困難になったりします。スロットルバルブは、この用途にとって優れた代替品です。

スロットルバルブがアプリケーションに適切かどうかを評価するときは、スロットルバルブが特定の温度と圧力条件で正確な制御を提供するチョークデバイスであることに留意してください。絞り弁は、下流側の圧力を制御しないという意味では制御弁ではありません。ほとんどのブローダウンや他の多くの用途では、絞りバルブを検討するのが賢明なオプションです。 ■

—Michael Glavin はエンジニアリング担当副社長です。グレン・ガーンジーは南中部地域マネージャーです。 Michael Hendrick はグローバルセールスおよびマーケティング担当副社長です。 Scott Hilke は西部地域マネージャーです。ジェレミア・オキャラハンは、コネチカット州エンフィールドに本拠を置く過酷なサービスバルブのメーカーである Conval の上級エンジニアです。

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