Все сосуды, работающие под повышенным давлением, должны быть снабжены предохранительными устройствами от повышения давления. Для этого используются:
пружинные предохранительные клапаны (ПК);
импульсные предохранительные устройства, состоящие из главного ПК и управляющего импульсного клапана прямого действия;
предохранительные устройства с разрушающимися мембра нами;
другие предохранительные устройства, применение которых согласовано с Госгортехнадзором России.
Рычажно-грузовые ПК не допускаются к использованию на передвижных сосудах.
Принципиальные схемы основных типов ПК приведены на рисунках 6.1 и 6.2. Груз на рычажно-грузовых клапанах (см. рис. 6.1,6) должен надежно фиксироваться в заданном положении на рычаге после тарировки клапана. Конструкция пружинного ПК (см. рис. 6.1, в) должна исключать возможность затяжки пружины сверх установленной величины и предусматривать устройство для
Рис. 6.1. Принципиальные схемы основных типов предохранительных клапанов:
1 — грузовой с прямым нагружением;б — рычажно-грузовой; в — пружинный с прямым нагружением;1 — груз;2 — рычаг;3 — отводящий трубопровод;4 — пружина.
проверки исправности действия клапана в рабочем состоянии путем принудительного открывания его во время работы. Устройство пружинного предохрани тельного клапана показано на рис. 6.3. Количество ПК, их размеры и пропускная способность должны рассчитываться так, чтобы в Рис. 6.2. Разрывная предохранительная мембрана не превышала более чем на 0,05 МПа для сосудов с давлением до 0,3 МПа, на
15% — для сосудов с давлением от 0,3 до 6,0 МПа, на 10% — для сосудов с давлением более 6,0 МПа. При работающих ПК допускается превышение давления в сосуде не более чем на 25% при условии, что это превышение предусмот рено проектом и отражено в паспорте сосуда.
Пропускная способность ПК определяется по ГОСТ 12.2.085.
На все предохранительные устройства должны быть паспорта и инструкции по эксплуатации.
При определении размера проходных сечений и количества предохранительных клапанов важное значение имеет расчет пропускной способности клапана на G(в кг/ч). Он выполняется по методике, изложенной в ССБТ. Для водяного пара величина рассчитывается по формуле:
Рис. 6.3. Устройство пружинного
1 — корпус; 2 — золотник; 3 — пружина;
4 — отводящий трубопровод;
5 — защищаемый сосуд
где bi — коэффициент, учитывающий физико-химические свойства водяного пара при рабочих параметрах перед предохранительным клапаном; может быть определен по выражению (6-7); изменяется от 0,35 до 0,65; коэффициент, учитывающий соотношение давлений перед и за предохранительным клапаном, зависит от показателя адиабатыk и показателя β, при β k/(k-1) коэффициент B2= 1, показатель β вычисляют по фор муле (6.8); коэффициент B2 изменяется от 0,62 до 1,00; α1— коэффициент рас хода, указываемый в паспортах предохранительных клапанов, для современ ных конструкций низкоподъемных клапанов α1= 0,06-0,07, высокоподъем ных — α1=0,16-0,17,F— площадь проходного сечения клапана, мм 2 ;Р1 — максимальное избыточное давление перед клапаном, МПа;
B1=0,503(2/( k+1) k/(k-1) *
где V — удельный объем пара перед клапаном при параметрах P1иТ1, ) м 3 /кг — температура среды перед клапаном при давлении Рь°С.
где P2 — максимальное избыточное давление за клапаном, МПа.
Показатель адиабаты k зависит от температуры водяного пара. При температуре пара 100 °Сk = 1,324, при 200 "Сk = 1,310, при 300 °Сk= 1,304, при 400 ‘Сk= 1,301, при 500°Ck= 1,296.
Суммарная пропускная способность всех установленных предохранительных клапанов должна быть не менее максимально возможного аварийного притока среды в защищаемый сосуд или аппарат.
Предохранительные мембраны (см. рисунки 6.2 и 6.4) представляют собой специально ослабленные устройства с точно рассчитанным порогом разрушения по давлению. Они просты по конструкции и в то же время обеспечивают высокую надежность защиты оборудования. Мембраны полностью герметизируют сбросное отверстие защищаемого сосуда (до срабатывания), дешевы и просты в изготовлении. К их недостаткам относятся необходимость замены после каждого срабатывания, невозмож ность точного определения давления срабатывания мембраны, что заставляет повышать запас прочности защищаемого оборудования.
Мембранные предохранительные устройства могут устанавливаться вместо рычажно-грузовых и пружинных предохранительных клапанов, если эти клапаны в условиях конкретной среды не могут быть использованы вследствие их инерционности или других при чин. Они устанавливаются также перед ПК в случаях, когда ПК не могут надежно работать вследствие особенностей воздействия рабочей среды в сосуде (коррозия, кристаллизация, прикипание, примерзание). Мембраны устанавливаются еще параллельно с ПК для увеличения пропускной способности систем сброса давления. Мембраны устанавливаются еще параллельно с ПК для Увеличения пропускной способности систем сброса давления. Мембраны могут быть разрывными (см. рис. 6.2), ломающимися, отрывными (рис. 6.4), срезными, выщелкивающимися. Толщину разрывных мембран А (в мм) рассчитывают по формуле:
где D — рабочий диаметр;Р- давление срабатывания мембраны, σвр— предел прочности материала мембраны (никель, медь, алюминий и др) при растяжении;К1 — температурный коэффициент, изменяющийся от 0,5 до 1,8; δ — относительное удлинение материала мембраны при разрыве, %.
Для отрывных мембран величиной, определяющей давление срабатывания,
является диаметр DH (см. рис. 6.4), который рассчитывают как
Мембраны должны иметь маркировку, установленного Правилами содержания. Предохранительные устройства должны устанавливаться на патрубках или трубопроводах, непосредственно присоединенных к сосуду. При установке на одном патрубке (или трубопроводе) нескольких предохранительных устройств площадь поперечного сечения патрубка (или трубопровода) должна быть не менее 1,25 суммарной площади сечения ПК, установленных на нем.
Не допускается установка какой-либо запорной арматуры меж ду сосудом и предохранительным устройством, а также за ним. Кроме того, предохранительные устройства должны размещаться в местах, удобных для их обслуживания.
Предохранительные устройства. Предохранительные устройства (клапаны) должны автоматически предотвращать повышение давления сверх допустимого путем выпуска рабочей среды в атмосферу или утилизационную систему. Требуется установка не менее двух предохранительных устройств.
На паровых котлах давлением 4 МПа должны устанавливаться только импульсные предохранительные клапаны.
Диаметр прохода (условный), устанавливаемых на котлах рычажно-,; грузовых и пружинных клапанов, должен быть не менее 20 мм. Допуск уменьшение этого прохода до 15 мм для котлов паропроизводительностью до 0,2 т/ч и давлением до 0,8 МПа при установке двух клапанов.
Суммарная пропускная способность устанавливаемых на паровых котлах предохранительных устройств должна быть не менее номинальной производительности котла. Расчет пропускной способности предельных устройств паровых и водогрейных котлов должен выполняться по 14570 «Клапаны предохранительные паровых и водогрейных котлов. Технические требования».
Места установки предохранительных устройств определеными. В частности, в водогрейных котлах они устанавливаются на выходных коллекторах или барабане.
Методика и периодичность регулирования предохранительных нов (ПК) на котлах указывается в инструкции по монтажу и эксе Клапаны должны защищать сосуды от превышения в них давления более на 10 % расчетного (разрешенного).
Краткий ответ:Все сосуды, работающие под повышенным давлением, должны быть снабжены предохранительными устройствами от повышения давления. Для этого используются:
пружинные предохранительные клапаны (ПК);
импульсные предохранительные устройства, состоящие из главного ПК и управляющего импульсного клапана прямого действия;
предохранительные устройства с разрушающимися мембранами;
другие предохранительные устройства, применение которых согласовано с Госгортехнадзором России.
Рычажный предохранительный клапан
Рычажные предохранительные клапаны устанавливают на участке трубопровода между котлом и запорной выходной задвижкой. Работа рычажных клапанов заключается в следующем. Вода, при повышении давления выше расчетного, приподнимает золотник клапана, преодолевая сопротивление рычага с грузом, и через открытую трубу выбрасывается в раковину. [1]
Рычажные предохранительные клапаны следует хранить в условиях, гарантирующих их от повреждения. Обработанные поверхности деталей должны быть смазаны антикоррозионным составом. Грузы должны быть сняты с рычагов, проходные отверстия — закрыты заглушками, рычаги и золотники — неподвижно закреплены распорками в закрытом положении. [2]
Рычажные предохранительные клапаны следует хранить в условиях, гарантирующих их от повреждений. Обработанные поверхности деталей должны быть смазаны антикоррозионным составом. Грузы должны быть сняты с рычагов, проходные отверстия закрыты заглушками, рычаги и золотники неподвижно закреплены распорками в закрытом положении. [3]
Рычажные предохранительные клапаны можно применять в трубопроводах с нейтральными продуктами, не имеющими запаха, так как шток клапана в крышке не уплотнен. Пружинные предохранительные клапаны предназначены для тех же целей, что и рычажные. Могут устанавливаться на трубопроводах с продуктами, имеющими запах, и с вредными для человека и огневзрьгвоопасными продуктами. [4]
Рычажные предохранительные клапаны могут применяться в трубопроводах с нейтральными продуктами, не имеющими запаха, так как шток клапана в крышке не уплотнен. [5]
Рычажные предохранительные клапаны устанавливают так, чтобы шток золотника находился в строго вертикальном положении. Принцип действия предохранительного клапана сводится к следующему: когда клапан закрыт, золотник плотно прижимается к седлу силой, передаваемой от веса груза через рычаг и шпиндель. Поэтому при установке предохранительного клапана необходимо следить, чтобы положение груза на рычаге клапана было строго зафиксировано и соответствовало бы расчетным данным. Груз обычно закрепляют на рычаге стопорным болтом. Клапан регулируют изменением величины и положения груза на рычаге. [6]
Рычажные предохранительные клапаны следует устанавливать так, чтобы шток золотника находился в строго вертикальном положении. Принцип действия предохранительного клапана сводится к следующему: когда клапан закрыт, золотник плотно прижимается к седлу силой, передаваемой от веса груза через рычаг и шпиндель. Естественно, что чем тяжелее груз и больше расстояние от оси крепления шпинделя до центра груза, тем больше давление, при котором клапан остается закрытым. Поэтому при установке предохранительных клапанов необходимо следить, чтобы положение груза на рычаге клапана было строго зафиксировано и соответствовало бы расчетным данным. [7]
Однако рычажные предохранительные клапаны имеют и существенные недостатки, которые значительно ограничивают область их возможного применения. Применение таких клапанов недопустимо на подвижных установках, а также на установках, способствующих возникновению вибрации. Эти клапаны нельзя применять на установках, где давление резко пульсирует, так как наличие длинного рычага с грузом способствует усилению пульсации. [9]
Грузы рычажных предохранительных клапанов должны быть отрегулированы и застопорены на рычаге так, чтобы была исключена возможность какой-либо передвижки без снятия стопорного приспособления. [11]
Кроме рычажных предохранительных клапанов , в компрессорных установках невысокого давления иногда приме-шются предохранительные клапаны с прямой нагрузкой на иток клапана или пружинные предохранительные клапаны рис. 46), где груз заменяется пружиной. При высоком дав-шнии сжатого воздуха предохранительные клапаны с пря — 4ОЙ нагрузкой и пружинные клапаны не применяются. [13]
Грузы рычажных предохранительных клапанов следует надежно укреплять на рычаге, так чтобы перемещение их возможно было лишь после ослабления стопорного устройства. [14]
Конструкция предохранительного клапана обязательно включает в себя две основных составляющих — запорный элемент и задатчик обеспечивающий силовое воздействие на чувствительный элемент. Запорный элемент состоит из затвора и седла, а в качестве задатчика применяют пружинный или рычажно-грузовой механизм.
Пружинный предохранительный клапан — в клапанах этого типа давлению воды на затворе противодействует усилие сжатой пружины. Сила сжатия пружины определяет давление срабатывания, а диапазон настройки определяется упругостью пружины.
Надёжная конструкция, низкая цена и простое устройство предохранительного клапана с пружинным задатчиком, способствовали его широкому применению в инженерных системах и маломощных промышленный установках.
Некоторые производители предохранительных клапанов поставляют свои устройства с заводской настройкой на определённое давление, а настройку других можно выполнить по месту во время пусконаладочных работ, изменяя силу сжатия пружины.
Рычажный предохранительный клапан — в клапанах этого типа давлению воды противодействует усилие, созданное рычажно-грузовым механизмом. Масса груза и длина рычага определяют давление срабатывания и диапазон настраиваемых давлений. Рычажные предохранительные клапаны не менее надёжны пружинных, но имеют несколько большую цену и выпускаются, с диаметром присоединения Ду50 и более. Рычажные предохранительные клапаны получили широкое распространение в промышленности.
По высоте подъёма затвора предохранительные клапаны делятся на малоподъёмные и полноподъёмные.
Малоподъёмный предохранительный клапан — высота подъёма затвора не превышает 0,05 диаметра седла. В малоподъёмных клапанах, как правило, применён пропорциональный механизм открытия. Они отличаются малой пропускной способностью, простым устройством и меньшей ценой, по сравнению с полноподёмными клапанами.
Полноподъёмный предохранительный клапан — высота подъёма затвора больше или равна диаметру седла. В полноподъёмных предохранительных клапанах, как правило, применяется двухпозиционный механизм открытия. Клапаны отличаются высокой пропускной способностью и устанавливаются в системах со сжимаемыми средами, например паром или сжатым воздухом. Конструкция полноподъёмного предохранительного клапана сложнее, чем у малоподъёмного, а цена соответственно выше.
По действию при достижении давления начала открытия предохранительные клапаны делятся на пропорциональные и двухпозиционные.
Пропорциональные предохранительные клапаны — открываются пропорционально росту давления, с подъёмом затвора равномерно увеличивается объём сбрасываемой среды. Пропорциональные клапаны применяются для воды или других несжимаемых сред, хотя конструкция не исключает возможность применения со сжимаемыми средами.
По сравнению с двухпозиционными, пропорциональные предохранительные клапаны обладают такими преимуществами:
- Низкая цена
- Простая конструкция
- Возможность использования для воды и других жидких сред
- В системах с переменным аварийным расходом не возникают автоколебания
- Способность открываться именно в такой степени, насколько это необходимо для установления рабочих параметров
Двухпозиционные предохранительные клапаны — открываются моментально на полный ход, при достижении давления начала открытия. Применение двухпозиционных клапанов рекомендовано для сжимаемых сред, например, для пара, воздуха или газа.
Автоколебания затвора это основной недостаток двухпозиционных устройств. Работа предохранительного клапана в режиме автоколебаний возможна:
- В случае завышения типоразмера
- В системах с переменным аварийным расходом
- Если время роста аварийного расхода до своего максимального значения превышает время полного открытия клапана
Применение двухпозиционных предохранительных клапанов для воды или другой несжимаемой жидкости имеет две особенности:
- Резкое открытие клапана приводит к большому сбросу воды и резкому падению давления.
- После резкого падения давления клапан моментально закроется и спровоцирует гидравлический удар.
