光速でのボイラー起動のパイロット

May 28, 2023

多くのコンバインドサイクル発電所は、ベースロードユニットとしてではなく、ピーカープラントとして運転されています。 これにより、エコノマイザー安全弁に問題が生じる可能性があります。 この状況では、パイロット操作の安全弁には、標準のバネ式安全弁と比較していくつかの利点があります。

電力業界は、過去数十年にわたり、石炭火力発電所と原子力発電所が主流だった 20 世紀のインフラから、より効率的で環境に優しい今日の電力供給に至るまで、一連の大きな技術の変化を目の当たりにしてきました。 天然ガスコストの大幅な削減により、より高い効率とより少ない二酸化炭素排出量をもたらす複合サイクル発電所 (CCPP) の急速な出現が促進されました。 20 年近くにわたり、CCPP は世界中で新たに建設され、生産能力が急増している主要な技術でした。

しかし最近では、発電コストの削減、建設リードタイムの​​短縮、政府の補助金により、風力や太陽光などの再生可能エネルギー源の需要が世界的に急増しています。 再生可能電力の急増により、新しい CCPP の需要が劇的に減少しました。 国際エネルギー機関によると、2015 年は再生可能エネルギーにとって転換点となりました。 風力と太陽光が牽引し、再生可能エネルギーはその年に世界中で設置された新規電力容量の半分以上を占め、その成長は続いています。

市場の総供給能力の増加と再生可能エネルギーの運用コストの低下により、電力業界は多くの CCPP を「ピーク」ユニットに変換し、再生可能エネルギーが完全な需要を満たせない場合（日没時など）に電力を供給するようになりました。夜。 この需要の変化により、CCPP は発電を迅速に利用できるように運用を変更するようになりました。これにより、起動と停止が高速化され、排熱回収ボイラ (HRSG) などの主要機器に大きなサイクル負荷がかかります。

CCPP が稼働すると、給水は HRSG に供給される前に、エコノマイザーと呼ばれるシステムを介してガス タービンの排気から熱を吸収するため、給水の温度が上昇します。HRSG では蒸気に完全に変換されて蒸気タービンを駆動します。 エコノマイザー自体は燃焼圧力容器として設計されているため、ボイラーから隔離されて独立して排気する必要がある場合に備えて、ASME コードにより 1 つ以上の圧力解放装置を備えることが要求されています。

歴史的に、これらの圧力逃がし装置は、直接バネ式の密閉ボンネット型安全弁でした。 これらのバネ式安全弁は、ASME ボイラーおよび圧力容器コード (BPVC) セクション I 規則に準拠して認証される必要があります。つまり、これらのバルブは流体媒体として蒸気を使用して設計、テスト、および認証される必要があります。 ただし、エコノマイザの適用流体は通常、蒸気への相変化がまだ完全に起こっていない高温水です。

コードが必要な蒸気トリムは液体アプリケーションで緩和するように設計されていないため、これはコード設計と適切なアプリケーション エンジニアリングに矛盾をもたらします。 多くの設置では、これらのバネ式蒸気安全弁により、「チャタリング」と呼ばれる一般的な救済シナリオが発生します。 チャタリングは、連続的な一連の急速な開閉イベントによって引き起こされる振動効果です。 対処せずに放置すると、チャタリングはすぐに損傷やバルブシート全体の漏れにつながる可能性があり、さらにひどい場合は隣接する配管に損傷を与える可能性もあります。

スプリング式エコノマイザ バルブの損傷と、十分に文書化された HRSG 起動時の問題というこの傾向に対応して、ASME BPVC セクション I 委員会はコード ケース 2446 を作成および承認し、エコノマイザを保護するためにパイロット操作式安全弁 (POSV) を使用できるようにしました。 POSV には、この用途においてバネ式バルブに比べて次のような多くの利点があります。

POSV は、上流システムの圧力を感知し、この圧力を小さなパイロット バルブに通過させて、メインバルブ ディスクに作用する閉じる力を制御することによって動作します。 バルブ入口の圧力が増加すると、パイロットバルブが開くまで閉じる力が増加します。 入口圧力に関係なく閉じる力を提供するバネを備えたバネ式バルブとは異なり、POSV は主弁ドームに圧力を負荷するために入口圧力を必要とし、これにより主弁ピストンに閉じる力が生じ、その力が主弁ピストンに作用します。メインバルブディスク。