锅炉及压力容器安全技术

锅炉及压力容器安全技术内容摘要：

室的门应向锅炉房内开。 2）锅炉运行要有操作规程、交接班制度、水质管理制度、定期检 验制度等。 3）运行锅炉应每年进行一次停炉内外部检验，每 6 年进行一次水压试验。 4）蒸汽锅炉运行中遇有下列情况之一时，应立即停炉： ①锅炉水位降到规定的水位极限以下时； ②不断加大向锅炉给水及采取其他措施，但水位仍继续下降时； ③锅炉水位已经升到运行规程规定的水位上位极限以上时； ④给水机械全部失效； ⑤水位表或安全阀全部失效； ⑥锅炉元件损坏，危机运行人员安全； ⑦燃烧设备损坏，炉膛倒塌或锅炉构架被烧红； ⑧其它异常运行情况。 安全附件工作原理和质量要求 锅 炉的安全附件是指为了使锅炉能够安全运行而装设在设备上的一种附属设备，习惯上人们还把一些显示设备中与安全有关的参数的计量仪器，也称为安全附件。 本章通过对锅炉安全附件、仪表的原理及作用的介绍，使司炉人员能够正常地操作使用。 锅炉安全附件是锅炉运行中不可缺少的部分，主要是指压力表、水位计、安全阀、汽水阀、排污阀等附件。 这些附件对锅炉安全运行极为重要，特别是压力表、水位计和安全阀，是锅炉操作人员进行正常操作的耳目，是保证锅炉安全运行的基本附件，因此，通常被人们称为锅炉三大安全附件。 第一节 安全装置 1．安全装置 分类 锅炉的安全装置按其使用性能或用途可以分为以下四种类型： (1)连锁装置 连锁装置是指为了防止操作失误而装设的控制机构，如连锁开关、联动阀等。 锅炉中的缺水连锁保护装置、熄火连锁保护装置、超压连锁保护装置等均属此类。 13 (2)警报装置 警报装置是指的设备在运行过程中出现不安全因素致使其处于危险状态时，能自动发出声光或其他明显报警信号的仪器。 如高低水位报警器、压力报警器、超温报警器等。 (3)计量装置 计量装置是指能自动显示设备运行中与安全有关的参数或信息的仪表、装置，如压力表、温度计。 (4)泄压装置 泄压装置是指设备超压时能自动排放介质、降低压力的装置。 在承压设备的安全装置中，最常用、最关键的是安全泄压装置。 因此，本章将重点介绍安全泄压装置，对其他使用较多的安全装置、压力表、水位表等也适当介绍。 2．安全泄压装置分类 为了确保锅炉的安全运行，防止设备由于过量超压而发生事故，除了从根本上采取措施消除或减少可能引起锅炉产生超压的各种因素以外，在锅炉上还需要安全泄压装置。 安全泄压装置是为了保证锅炉安全运行，防止其超压的一种装置。 它具有下列功能：当容器在正常的工作压力下运行时，保持严密不漏；一 旦器内的压力超过规定，就能自动地、迅速地排泄出器内的介质，使设备内的压力始终保持在最高许用压力范围内。 实际上，安全泄压装置除了具有自动泄压这一主要功能外，还有自动报警的作用。 因为当它启动排放气体时，由于气体高速喷出，发出较大的声响，相当于发出了设备压力过高的报警音响信号。 安全泄压装置按其结构形式分为阀型、断裂型、熔化型和组合型等几种。 (1)阀型安全泄压装置 阀型安全泄压装置即安全阀，设备超压时，通过阀自动开启排出介质降低设备内的压力。 这种安全泄压装置的优点是：仅仅排泄压力设备内高于规定的部分压力，而当 设备内的压力降至正常操作压力时，它即自动关闭。 所以可以避免一旦出现设备超压就得把全部介质排出而造 成的浪费和生产中断。 装置本身可重复使用多次，安全调整也比较容易。 这类安全泄压装置的缺点是密封性能较差，即使是合格的安全阀，在正常的工作压力下也难免有轻微的泄漏；由于弹簧等的惯性作用，阀的开放有滞后现象，泄压反应较慢；另外，安全阀所接触的介质不洁净时，有被堵塞或粘住的可能。 阀型安全泄压装置适用于介质比较洁净的气体，如空气、 水蒸气等的设备，不宜用于介质具有剧毒性的设备，也不能用 用于器内有可能产生剧烈化学反应而使压力 急剧升高的设备。 (2)断裂型安全泄压装置 常见的有爆破片和爆破帽，前者用于中低压容器，后者多用于超高压容器。 这类安全泄压装置是通过爆破元件 (爆破片 )在较高压力下发生断裂而排放介质的。 其优点是密封性能较好，卸压反应快，气体中的污物对装置元件的动作压力影响较小。 14 缺点是在完成降压作用以后，元件不能继续使用，容器也得停止运行；爆破元件长期在高压作用下易产生疲劳损坏，因而元件寿命短；此外爆破元件的动作压力也不易采用。 （ 3）熔化型安全泄压装置 熔化型安全泄压装置即易熔塞。 它是利用装置内低熔点合金在较高的温度下熔化 ．打开通道，使气体从原来填充有易熔合金的孔中排放出来而泄放压力的。 其优点是结构简单，更换容易，由熔化温度而确定的动作压力较易控制。 缺点是在完成降压作用后不能继续使用，导致 器停止使用，而且因易熔合金强度的限制，泄压面积不能太大。 这类装置还可能在不应该动作时脱落或熔化，致使发生意外事故。 熔化型安全泄压装置仅用于器内介质压力完全取决于温度的小型容器，如气瓶等。 (4)组合型安全泄压装置 组合型安全泄压装置同时具有阀型和断裂型或阀型和熔化型的泄压结构。 常见的是弹簧式安全阀与爆破片的串联组合。 这种类型的安全泄压 装置同时具有阀型和断裂型优点，它既可以防止阀型安全泄压装置的泄漏，又可以在排放过高的压力以后使容器继续运行。 组合装置的爆破片，可以根据不同的需要设置在安全阀的人口侧或出口侧。 前者可以利用爆破片把安全阀与气体隔离，防止安全阀受腐蚀或被气体中的污物堵塞或黏结。 当容器超压时，爆破片断裂，安全阀开放后再关闭，容器可以继续暂时运行，待设备检修时再装上爆破片。 这种结构要求爆破片的断裂不妨碍后面安全陷的正常运作，而且要在爆破片与安全阀之间设置检查仪器，阻止其间有压力，影响爆破片的正常运作。 后一种 (即爆破片在安全阀出口侧 )可以使爆破片免受气体压力与温度的长期作异而产生疲劳，而爆破片则用以防止安全阀泄漏。 这种结构要球及时将安全阀与爆破片之间的气体排出 (由安全阀漏出 )，再则安全阀即失去作用。 由于结构复杂，组合型安全泄压装置一般剧毒或稀有介质容器；又因为安全阀的滞后作用，它不能用于器内升压速度极高的反应容器。 第 二 节 安全阀及其安全技术要求 安全阀是保证锅炉在一定工作压力下安全运行必不可缺少的锅炉附件，俗称锅炉三大安全附件之一。 当锅筒内工质压力超过规定工作压力时，安全阀应自动开启，起排汽减压作用。 当压力降低到规定工作压力以内时 ，安全阀应自动关闭 ， 保证锅炉安全。 《蒸汽锅炉安全技术监察规程》和《热水锅炉安全技术监察规程》中对安全阅的设置数量、规格和开启压力部有明确的规定。 一、安全阎的种类及构造 15 常用的安全阀按结构分类有游重式、杠杆式、弹簧式三种。 在工业锅炉中，以弹簧式安全阀使用得最为广泛。 弹簧式安全阀按开启高度又可分为微启式和全启式，按排汽形式 可分为封闭式和非封闭式， 此外还有带冲洗手柄的、带散热片的、带波纹管的 弹 簧安全阀等。 (一 ) 静重式安全阀 这是比较原始的安全阀。 其构造是在安全阀的阀芯上压装若干个铸铁圆盘，靠它们的自重压住阀 芯，用铸铁圆盘的数量来调整安全阀的开启压力。 这种安全阀的缺点是重量大，不容易调整，圆盘生锈后容易卡死，已很少采用。 (二 )杠杆式安全阀 它由阀体、阀芯、阀杆、杠杆 、 导向杆、 支点轴、 重 锤等组成。 当锅筒内的蒸汽压力超过重锤以及杠杆作用在阀芯上的压力时， 阀 芯被顶起，徘汽泄压。 通过改变重锤离支点铀的距离 来 调整 排 汽压力。 重锤离支点轴的距离越远，安全阀的排汽压力就越大；反之，就小。 杠杆式安全 阀 结构比较简单，调整排汽压力也比较方便，目前使用还比较广泛。 高压大型锅炉多用这种 安全 阀 ， 其结构见图 53。 图 53 杠杆式安 全阀 (三 )弹簧式安全阀 弹簧式安全阀主要由阀体、阀座、阀芯、阀杆、弹簧、弹簧压盖、调整螺丝等零件组成，其结构见图 54。 16 1 阀体； 2 阀套； 3 导环； 4 支撑螺栓； 5 阀芯； 6 套筒； 7 轴杆； 8 弹簧； 9 手柄； 10 调节螺帽； 11 调节弹簧压力杆 图 54 弹簧式安全阀 弹簧式安全阀是根据在弹性范围内，弹簧变形与弹簧上作用力成正比 (即虎克定律 )得原理制成的。 当体用在阀芯上的蒸汽压力超过弹簧压力的时候，阀芯拾起，排汽泄压。 锅简内的蒸汽压力 降低到规定的工作压力以下时，阀芯在弹簧力的作用下，迅速回座。 阀芯与阀座接触面外常留有少许边缘，当压力上升，接触面稍有蒸汽排出时，由于阀芯边缘也受压力作用，使整个体用面积骤然增大，向上的力突然增加，阀芯顿时开启。 当压力下降后，由于作用面积骤然成小，作用力 立 即下降，使阀芯迅速落座，避免出现反复跳动 的 现象。 排汽压力的调整是用调整调节螺栓的方法来实现的。 织拴往下旋，弹簧被压缩，安全 阀 的排汽压力增高。 反 之，排汽压力降低。 弹簧式安全阀尺寸小、重量轻、易调 节等优点。 二、锅炉安全阀的安装和维护应注意以下事项： （ 1） 、各 种安全阀都应垂直安装。 （ 2） 、安全阀出口处应无阻力，避免产生受压现象。 （ 3） 、安全阀在安装前应专门测试，并检查其官密封性。 （ 4） 、对使用中的安全阀应作定期检查。 三、安全阀安装应符合下列要求： （ l）额定蒸发量大于 ，至少装设两个安全阀：额定蒸发量小于或等于 的锅炉，至少装一个安全阀。 可分式省煤器出口处、 蒸汽 过热器出口处都必须装设 安全阀。 （ 2）安全阀应垂直安装在锅商、集箱的最高位置。 在安全阀和锅筒或集箱之间，不得装有取用蒸汽的出口管和阀门。 17 （ 3）杠杆式安全阀要有防止重锤自行移动的装置和限制杠杆越轨的导架，弹簧式安全阀要有提升手把和防止随便拧动调整螺钉的装置。 （ 4）对于额定蒸汽压力小于或等于 的锅炉，安全阀喉径不应小于 25mm：对于额定蒸汽压力大于 的锅炉，安全阀喉径不应小于 20mm。 （ 5）安全阀与锅炉的连接管，其截面积应不小于安全阀的进口截面积。 如果几个安全阀共同装设在一根与锅筒直接相 连的短管上，短管的通路截面积应不步于所有安全阀排汽面积的 倍。 （ 6）安全阀一般应装设排汽管，排汽管应直通安全地点，并有足够的截面积，保证排汽畅通。 安全阀排气管底部应装腔 作势有接到安全地点的疏水管，在排气管和疏水管上都不允许装设阀门。 （ 7）安全阀排汽管底部应装有接到安全地点的泄水管，在排汽管和泄水管上不允许装置阀门。 （ 8）几个安全阀共同装置在一个与锅简直接相连接的短管上时，短管的通路截面应不小于所有安全阀排汽面积的 倍。 额定蒸汽压力不大于 的锅炉，安全阀喉径应不小于 25mm。 （ 9） 安全阀排汽管底部应装有接到安全地点的泄水管，在排汽管和泄水管上不允许装置阀门。 （ 10）为了防止安全阀阀芯和阀座粘住，应定期对安全阀进行手动的放水或放汽检验。 （ 11）锅筒和过热器上的安全阀，开启压力按表 51 的规定进行调整和检验。 省煤器的开启压力，应为装置地点工作压力的 倍。 表 51 安全阀开启压力规定 锅炉工作压力 /MPa 安全阀开启压力 / MPa 备注 工作压力 + 控制安全阀 工作安全阀 ~ 工作压力 工作压力 控制安全阀 工作安全阀 . 工作压力 工作压力 控制安全阀 工作安全阀 （ 12）安全阀经过校验后，应加销或铅封，严禁用加重物、移动重锤、将阀芯卡死等 18 手段，任意提高安全阀的排气压力或使安全阀失效。 并将校验后的开启压力、起座压力和回座压力等校验结果记入锅炉技术档案。 三、安全阀 常见故障及其产生原因 安全阀在使用过程中常见故障及产生原因列于表 52。 表 52 安全阀在使用过程中常见的 故障及产生原因 常见故障 产生原因 漏气 阀芯和阀座接触不严密，或其间有脏物；阀杆中心线不正或阀杆弯曲；弹簧产生永久变形失 去弹性；弹簧的平面不平行，或杠杆与支点发生偏差，使阀座接触面压力不均匀。 到开启压力时还不排气 阀芯与阀座被黏住；弹簧调整压力过大或重锤向后移动等；杠杆被卡住或杠杆的框轴生锈 不到开启压力时，开启排气 弹簧的弹力不足或调整的压力不准确；调整 螺丝固定不牢；重锤向前移动 第三节 压力表 压力表的种类较多，有液压式、弹簧元件式、活塞式和电量式四大类。 目前使用较多的是弹簧元件式，其中大多数是弹簧管式压力表。 这是由于它具有结构简单，使用方便和准确可靠等优点的缘故。 压力表或称压力计，是用来测量锅炉水汽压力的一 种计量仪表，它可以显示锅炉内的压力，使操作人员能够正确操作，防止设备超压和引起事故。 一、弹簧管式压力表的结构原理 弹簧管式压力表是根据弹簧弯管在内压作用下发生位移的原理制成的，按位移的转变机构可分为扇形齿轮式和杠杆式两种。 最常用的是扇形齿轮式单弹簧管式压力表，它的结构如图 55 所示。 其主要部件是一根横断面呈椭圆形或扁平形的中空 弯管， 通过压力表接头与锅炉相连接，当蒸汽进入这根弹簧弯 管， 由于内压的作用，使弯管向外伸展发生位移变形，位移 通过 一套扇形齿轮和小齿轮的 转 动带着压力表的指针转动，进 入弯 管内的气体压力越高 、弯管位移越大、指针转动的角度也 越大。 这样，锅炉的压力就在压力表上显示出来。 压力表上所指的是在大气压力以上的压力数值，即表压力。 若要求绝对压力还必须再加上。 19 图 55 弹簧。