게이트 밸브가 실패하는 이유는 무엇입니까? 베이룬 사건

왜 하는가?게이트 밸브 실패? – Beilun 발전소의 심층 사례 연구-

▶️중국 최대의 석탄 화력 발전소(설치 용량: 5000MW) 중 하나인 Beilun 발전소에서는 주 증기, 급수 및 추출 증기 시스템의 격리를 위해 800개 이상의 게이트 밸브가 사용됩니다. 운영 데이터에 따르면 이러한 게이트 밸브의 약 2%가 3년 이내에 다양한 수준의 누출 또는 고착을 경험하는 것으로 나타났습니다.

▶️이러한 중요한 밸브가 조기에 고장나는 이유는 무엇입니까? 그 답은 고온-온도 및 고압-조건에서 발생하는 네 가지 일반적인 손상 메커니즘에 있습니다.

1. 침식 – 가장 숨겨진 살인자

✔️베이룬 발전소 4호기 주 증기 라인(16.7MPa, 540도)의 DN200 게이트 밸브에서 단 18개월 가동 후 과도한 내부 누출이 발생했습니다. 분해해 보면 디스크 밀봉 표면에 최대 2.3mm 깊이의 침식과 같은 홈-이 드러났습니다.

✔️원인:공장 가동 및 종료 중에 증기는 약 60m/s의 속도로 밀봉 표면에 반복적으로 영향을 미치는 산화물 스케일 입자(50~200μm 크기)를 운반합니다. 한 연구에 따르면전력공학, 매체 속도가 45m/s를 초과하고 고체 입자가 존재하는 경우 게이트 밸브 밀봉 표면의 침식 속도가 8~10배 증가할 수 있습니다.

2. 열 결합 – 고온 서비스에서 일반적인 실패-

✔️급수펌프 토출구의 게이트 밸브가 냉간 개방 시에는 정상적으로 작동되나, 고온 환경에서는 작동이 극도로 어려워졌습니다. 열전대 모니터링에 따르면 스템과 스터핑 박스 사이의 간격은 0.35mm에 불과했습니다(설계 표준에서는 0.5mm 이상이 필요함).

✔️밸브 본체 온도가 20도에서 280도로 상승하면 탄소강 스템의 열팽창(약. 0.42mm)으로 유격이 완전히 제거되어 스템이 고착됩니다. 이러한 "열 결합" 현상은 자주 시작하고 종료하는 장치에서 특히 흔히 발생하며, 일반적인 게이트 밸브 고장 모드의 15~20%를 차지합니다.

3. 부식 – 장기적인-잠재 위험

✔️베이룬 발전소의 폐기된 게이트 밸브 12개에 대한 벽 두께 측정 결과 순환수 시스템에 사용되는 주철 게이트 밸브는 밸브 본체 바닥에서 최대 0.3mm/년의 부식 속도를 경험했으며 8년 후 벽 두께가 2.4mm 이상 손실된 것으로 나타났습니다.

✔️중간(평균 230ppm) 및 낮은 pH(5.8~6.2)의 염화물 이온은 전기화학적 부식을 가속화합니다. 반면, 동일한 사용 조건에서 듀플렉스 스테인레스 스틸(2205)로 제작된 밸브는 10년 후에도 부식이 0.1mm에 불과한 것으로 나타났습니다.

4. 부적절한 작동 및 스템 휘어짐

✔️유지보수 기록에 따르면 약 7%의 고장이 과도한-토크 작동으로 인해 발생하는 것으로 나타났습니다. 예를 들어, 게이트 밸브가 부분적으로 열린 위치에 있을 때 고속-매체로 인해 디스크가 진동할 수 있습니다. 게이트 밸브 누출의 원인은 종종 이와 관련되어 있습니다. 진동으로 인해 밀봉 표면이 완전히 접촉하는 것을 방해하여 침식 영역을 확대하는 고속 제트가 생성되기 때문입니다.-

✔️개선방안 및 업계 권고사항

위의 실패에 대응하여 Beilun Power Plant는 다음과 같은 조치를 취했습니다.

중요한 위치의 밀봉 표면을 표면 경화(Stellite 6 합금)로 업그레이드하여 경도를 230HB에서 420HB로 높이고 침식 수명을 4배 연장합니다.

ASME B16.34에 따라 스템-을 -채우는-박스 간격을 0.6~0.8mm로 확대하고 유연한 흑연 패킹을 채택합니다.

순환수 밸브를 2507 슈퍼 듀플렉스 스테인리스 스틸로 일괄 교체

토크 렌치와 전자 리미트 스위치를 도입하고 게이트 밸브 시트 마모로 인한 교육을 작동 절차에 통합합니다.

📝결론

게이트 밸브 고장은 결코 우연이 아닙니다. Beilun Power Plant의 현장 데이터에 따르면 침식, 열 결합, 부식 및 부적절한 작동이 네 가지 주요 원인입니다.