ゲートバルブが故障するのはなぜですか?北侖事件

なぜそうするのかゲートバルブの故障? – 北侖発電所の詳細なケーススタディ-

▶️中国最大の石炭火力発電所の 1 つである北侖発電所（設備容量: 5000 MW）では、主蒸気、給水、抽出蒸気システムの隔離に 800 個を超えるゲート バルブが使用されています。動作データによると、これらのゲート バルブの約 2% で、3 年以内にさまざまな程度の漏れや固着が発生しています。

▶️これらの重要なバルブが早期に故障するのはなぜですか?その答えは、高温高圧条件下での 4 つの典型的な損傷メカニズムにあります。{0}{1}

1.浸食 – 最も隠された殺人者

✔️北侖発電所の 4 号機では、主蒸気ライン (16.7 MPa、540 度) の DN200 ゲートバルブで、わずか 18 か月の運転後に過剰な内部漏れが発生しました。分解すると、ディスクのシール面に最大 2.3 mm の深さの溝-のような浸食が見られました。

✔️原因:プラントの起動および停止中に、蒸気は酸化スケール粒子 (サイズ 50 ～ 200 μm) を運び、約 60 m/s の速度でシール表面に繰り返し衝突します。の研究によると、電力工学媒体速度が 45 m/s を超え、固体粒子が存在する場合、ゲート バルブのシール面の浸食速度は 8 ～ 10 倍に増加する可能性があります。

2. 熱結合 – 高温使用における典型的な障害-

✔️給水ポンプ出口のゲートバルブは、冷間時に開くと正常に動作しましたが、高温状態では動作が非常に困難になりました。熱電対モニタリングにより、ステムとスタッフィング ボックスの間のクリアランスがわずか 0.35 mm であることがわかりました (設計標準では 0.5 mm 以上が必要です)。

✔️バルブ本体温度が20度から280度に上昇すると、炭素鋼ステムの熱膨張(約. 0.42mm)によりクリアランスが完全になくなり、ステムの焼き付きが発生します。この「熱結合」現象は、頻繁に起動と停止が行われるユニットで特に一般的であり、一般的なゲート バルブの故障モードの 15 ～ 20% を占めています。

3. 腐食 – 長期にわたる潜在的な危険性-

✔️北侖発電所で廃止された12個のゲートバルブの壁厚測定により、循環水システムで使用されている鋳鉄製ゲートバルブは、バルブ本体の底部で年間最大0.3 mmの腐食速度が発生し、8年後には壁厚が2.4 mm以上減少していることが判明しました。

✔️媒体中の塩化物イオン (平均 230 ppm) と低 pH (5.8 ～ 6.2) により、電気化学的腐食が促進されます。対照的に、二相ステンレス鋼 (2205) で作られたバルブは、同じ使用条件下で 10 年後にわずか 0.1 mm の腐食を示しました。

4. 不適切な操作とステムの曲がり

✔️メンテナンス記録によると、故障の約 7% は過剰なトルク操作によって引き起こされています。-たとえば、ゲート バルブが部分的に開いた位置に放置されると、高速媒体によってディスクが振動する可能性があります。ゲート バルブの漏れの原因は、多くの場合これに関連しています。振動によってシール面が完全に接触することが妨げられ、侵食領域を拡大する高速ジェットが生成されます。-

✔️改善策と業界の推奨事項

上記の障害に対応して、北侖発電所は次の措置を講じました。

重要な箇所のシール表面を硬化表面仕上げ (ステライト 6 合金) にアップグレードし、硬度を 230 HB から 420 HB に高め、浸食寿命を 4 倍延長します。

ASME B16.34 に従ってステム-と-スタッフィング-ボックスのクリアランスを 0.6 ～ 0.8 mm に拡大し、柔軟なグラファイトパッキンを採用

循環水バルブを2507スーパー二相ステンレス鋼に一括交換

トルクレンチや電子リミットスイッチを導入し、ゲートバルブシートの摩耗原因訓練を操作手順に組み込む

📝結論

ゲートバルブの故障は決して偶然ではありません。北侖発電所の現場データが明確に示しているように、侵食、熱結合、腐食、不適切な操作が 4 つの主な原因です。