Badania urządzeń sterujących i zaworów bezpieczeństwa prowadzone przez Centralne Laboratorium Dozoru Technicznego

Konwencjonalne zawory bezpieczeństwa bezpośredniego działania, zwłaszcza z siedliskami metalowymi nie są w stanie zapewnić szczelności zamknięcia przy ciśnieniach zbliżonych do ciśnienia początku otwarcia. Siły działające na zamknięty grzybek zaworu maleją przy zbliżaniu się do ciśnienia początku otwarcia, a siły powodujące otwarcie zaworu rosną dopiero ze wzrostem ciśnienia. W strefie ciśnień zbliżonych do ciśnienia otwarcia zaworu siły wywierane przez czynnik roboczy zbliżone są do sił wywieranych przez mechanizm zaworowy, dzięki czemu układ opisanych przeciwstawnych sił znajduje się w stanie „quasi’ – równowagi. Powoduje to niestabilne zachowanie się grzybka zaworu w obrębie ciśnień zbliżonych do ciśnienia początku otwarcia zaworu. Zjawisko to można określić jako tzw. „pływanie” grzybka zaworu, co powoduje uszkodzenie przylgi siedziska oraz straty ekonomiczne w postaci ubytku pary. Przy małych siłach wywieranych na grzybek zaworu w kierunku jego zamykania szczelność urządzenia staje się problematyczna i może być osiągnięta dopiero przy stosunkowo dużym spadku ciśnienia. W opisanej sytuacji zadowalającą szczelność zaworów bezpieczeństwa można uzyskać wyłącznie przez stosowanie zwiększonych sił oddziaływujących na grzybki zaworów w kierunku ich zamykania i usuwanie tych sił dopiero w momencie otwarcia.

Realizującymi powyższe założenia są zawory bezpieczeństwa sterowane, w których tradycyjne obciążenie mechanizmu zaworowego (sprężyna) wzmocnione jest dodatkowym osiowym obciążeniem, najczęściej pneumatycznym.

Zawory takie zbudowane są jak zwykłe zawory bezpieczeństwa, natomiast mają na górze (na trzpieniu) zamontowany siłownik pneumatyczny, który dociska grzybek do siedziska zapewniając szczelność oraz wspomaga ruch wznośny grzybka w momencie otwarcia.

Dzięki zastosowaniu mechanizmu obciążającego utrzymujemy wysoką szczelność zaworu, praktycznie do ciśnienia nastawy, a pełne otwarcie uzyskujemy przy przyroście ciśnienia o ok. 2 ÷ 8% ciśnienia początku otwarcia. Urządzenie sterujące odprowadza znad tłoka zaworu powietrze obciążające w momencie kiedy ciśnienie osiąga wielkość ciśnienia nastawy.

Wymagana jest duża niezawodność układu oraz działanie zaworu w tradycyjny sposób przy jakiejkolwiek awarii układu sterującego. Osiąga się to wymaganie poprzez zastosowanie zasady zwalniania dodatkowej siły, w przypadku zaniku energii układu sterującego. Ponadto wymaga się ograniczenia wielkości siły osiowej, która nie powinna przekroczyć 20% siły wywieranej na grzybek w kierunku jego otwarcia – przez czynnik roboczy przy ciśnieniu dopuszczonym. Podstawową zaletą zaworów wspomaganych jest zachowanie ich szczelności przy ciśnieniu bliskim początku otwarcia. Dodatkowo zaletami zaworów sterowanych jest:

  • możliwość ich pracy ze stosunkowo dużym przeciwciśnieniem (do 25% ciśnienia początku otwarcia) na wypływie zaworów, co ma znaczenie w przypadku odprowadzenia czynnika z zaworu rurociągami wyposażonymi w tłumiki hałasu,
  • w zależności od potrzeby, praca ze wspomaganiem samego tylko zamykania, jak i ze wspomaganiem zamykania i otwierania, co umożliwia stopniowanie procesu otwierania zaworów na urządzeniu zabezpieczanym w zależności od stopnia wzrostu ciśnienia i wymaganej przepustowości.
  • możliwość sprawdzenia każdego obwodu sterowania w ruchu bez konieczności otwierania zaworu bezpieczeństwa (układ musi zadziałać prawidłowo przy uszkodzeniu lub odłączeniu jednego z obwodów sterowania),

możliwość zastosowania jednego urządzenia sterującego do współpracy z kilkoma zaworami bezpieczeństwa np. zamontowanymi na walczaku i na przegrzewaczu (rys. nr 1).

 

Rys. 1. Układ dwóch zaworów, których prawy (na przegrzewaczu pary) pracuje z powietrzem dociążającym i podnoszącym natomiast lewy (na walczaku tylko z dociążającym. Do urządzenia sterującego dochodzi impuls ciśnienia zarówno z przegrzewacza jak i z walczaka.

 

Fot. 1. Zawór bezpieczeństwa typu SOH, produkcji SEMPEL – na górze zaworu siłownik pneumatyczny z przewodami powietrza dociążającego i podnoszącego.

 

Fot. 2. Zawór bezpieczeństwa typu SiZ, produkcji CHEMAR z Kielc – na górze zaworu siłownik pneumatyczny z przewodami powietrza dociążającego i podnoszącego.

 

Ze względu na potrzebę wysokiej niezawodności urządzenie sterujące wyposażone jest w trzy przyłącza impulsu i trzy zespoły sterujące. Praktycznie za prawidłowe otwarcie zaworu odpowiedzialne jest urządzenie sterujące i jego nastawy, dlatego kontrola ich jest niezmiernie istotna tym bardziej, że zawory wspomagane najczęściej zabudowane są na kotłach parowych.

Zgodnie z § 48.1 Rozporządzenia Ministra Gospodarki Pracy i Polityki Społecznej z dnia 9 lipca 2003 r. w sprawie warunków technicznych dozoru technicznego w zakresie eksploatacji niektórych urządzeń ciśnieniowych (Dz. U. Nr 135, poz. 1269) sterowane zawory bezpieczeństwa kotłów powinny być sprawdzane w terminach określonych w instrukcji ruchowej zaworów, jednak nie rzadziej niż raz na 12 miesięcy. Sprawdzenie zaworów w ruchu przeprowadza się w taki sposób, aby można było sprawdzić prawidłowość działania zaworów głównych oraz poszczególnych obwodów sterujących.

Takie właśnie sprawdzenie urządzenia sterującego przeprowadza Centralne Laboratorium Dozoru Technicznego (CLDT). CLDT dokonuje kontroli urządzeń sterujących min. firm: Sempell i Bopp & Reuther.

Badania przeprowadza się w zakresie:

  1. sprawdzenia szczelności połączeń urządzeń sterujących i zaworów bezpieczeństwa,
  2. sprawdzenia ciśnienia powietrza sterującego, obciążającego i podnoszącego,
  3. sprawdzenia wystarczającej rezerwy siły nastawy urządzeń sterujących,
  4. sprawdzenia ciśnienia zadziałania przełączników ciśnienia odpowiedzialnych za zrzut ciśnienia obciążającego,
  5. sporządzenia linii wzorcowych na podstawie pomiarów wykonanych przy dwóch różnych ciśnieniach roboczych kotła i w ich wyniku ustalenie ciśnienia początku otwarcia zaworu bez konieczności niebezpiecznego podnoszenia ciśnienia w kotle do ciśnienia otwarcia,
  6. korekty ciśnienia nastawy zaworu i ponowne sprawdzenie nastawy (w tym przypadku wystarczy jedno ciśnienie pracy kotła).

 

Fot. 3. Sprawdzenie ciśnienia zadziałania przełączników ciśnienia.

 

Fot. 4. Sprawdzenie ciśnienia początku otwarcia zaworu bezpieczeństwa metodą pośrednią.

 

Przykładowe urządzenia sterujące, które były badane przez Centralne Laboratorium Dozoru Technicznego:

 

Fot. 5 i 6. Urządzenia sterujące typu PC 50 i PC 53, produkcji Bopp & Reuther.

 

Fot. 7 i 8. Urządzenie sterujące typu STE5, produkcji firmy Sempell.

 

Fot. 9. Urządzenie sterujące typu STE4, produkcji firmy Sempell – część urządzenia odpowiedzialna za przesłanie sygnału sterującego.

 

Fot.10. Urządzenie sterujące typu STE4 – część urządzenia z przełącznikami ciśnienia.

 

Przedstawione powyżej urządzenia sterujące umożliwiają zdalne otwarcie zaworów w celu sprawdzenia prawidłowości ich pracy poprzez zadziałanie odpowiednim przyciskiem w samym urządzeniu, jak również z nastawni bloku.

Poważną zaletą powyższych urządzeń sterujących jest wspomniana powyżej możliwość określenia ciśnienia początku otwarcia zaworu bezpieczeństwa metodą pośrednią (z użyciem pneumatycznego urządzenia wspomagającego). Przy istniejącym ciśnieniu roboczym w zabezpieczanym urządzeniu (niższym, niż ciśnienie otwarcia zaworu bezpieczeństwa) zwiększa się ciśnienie powietrza pod tłokiem siłownika, aż do osiągnięcia początku otwarcia zaworu. Znając wartości ciśnienia pod tłokiem siłownika w momencie początku otwarcia (wyznaczone dla co najmniej dwóch różnych ciśnień w zabezpieczanym urządzeniu) można graficznie określić ciśnienie, przy którym zawór otworzy się bez wpływu ciśnienia wspomagającego czyli w sposób tradycyjny, gdy obciążeniem jest tylko sprężyna. Punkt przecięcia przez prostą (wyznaczoną przez dwa punkty) osi rzędnych, na której zaznaczone jest ciśnienie w zabezpieczanym urządzeniu określi nam ciśnienie początku otwarcia zaworu obciążonego tylko sprężyną (rys. nr 2).

Gdy mamy już wyznaczoną tzw. prostą wzorcową dla zaworu każde następne sprawdzenie nastawy sprowadza się do wyznaczenia tylko jednego punktu i poprowadzeniu prostej równoległej do prostej wzorcowej.

Centralne Laboratorium Dozoru Technicznego posiada urządzenia rejestrujące, umożliwiające jednoczesną rejestrację ciśnień (w zabezpieczanym urządzeniu i ciśnienia podnoszącego w siłowniku) oraz przemieszczenia trzpienia zaworu podczas jego otwierania. Otrzymane zapisy pozwalają na dokładne wyznaczenie punktów nanoszonych na układ współrzędnych zależności ciśnienia podnoszącego w siłowniku od ciśnienia w zabezpieczanym urządzeniu.

 

 

Korzystając z równania prostej, wartość ciśnienia nastawy zaworu bezpieczeństwa wynosi 108,7 bar (dla y = 0). W ten sposób możemy wyznaczyć ciśnienie początku otwarcia bez konieczności podnoszenia ciśnienia w zabezpieczanym urządzeniu co niejednokrotnie jest niebezpieczne, szczególnie przy urządzeniach eksploatowanych wiele lat. Zapraszamy do współpracy.

 

Autor: Jacek Tyszkiewicz, Urząd Dozoru Technicznego Centralne Laboratorium Dozoru Technicznego

Authors

Related posts

Góra
English