Арматура и принадлежности котла

Обзор необходимой арматуры, принадлежностей и систем управления котла: от табличек и предохранительных клапанов до водоуказательных стекол и контроля уровня.

#Табличка котла

Во второй половине XIX века взрывы паровых котлов были обычным явлением. В результате в Манчестере была создана компания с целью сократить число взрывов путём проведения независимой проверки паровых котлов. Именно эта компания фактически стала началом нынешней Safety Federation (SAFed) — организации, чьё одобрение требуется в Великобритании для систем управления котлом и котловой арматуры.

За сравнительно короткий период взорвались только восемь из 11 000 проверенных котлов. Для сравнения, среди котлов, не охваченных этой схемой, произошло 260 взрывов. Этот успех привёл к принятию Boiler Explosions Act (1882), который включал требование о наличии таблички котла. Пример такой таблички показан на Рисунке 3.7.1.

Серийный номер и номер модели однозначно идентифицируют котёл и используются при заказе запасных частей у производителя, а также в основном журнале котла.

Показатель производительности котла может выражаться несколькими способами, как обсуждалось в предыдущих модулях этого блока.

Предохранительные клапаны Важным элементом котловой арматуры является предохранительный клапан. Его функция — защитить корпус котла от избыточного давления и последующего взрыва. В Великобритании:

В Европе вопросы пригодности предохранительных клапанов для паровых котлов регулируются европейским стандартом EN 12953. В США и некоторых других регионах мира такие вопросы регулируются стандартами ASME. На парокотельных установках применяются различные типы предохранительных клапанов, но в целом все они должны соответствовать следующим критериям:

• Суммарная пропускная способность предохранительного(ых) клапана(ов) должна быть не меньше производительности котла, определённой по показателю ‘from and at 100°C’. Если для подбора предохранительного клапана используется испарительная способность ‘from and at’, то пропускная способность предохранительного клапана всегда будет выше фактической максимальной испарительной способности котла.
• Полная номинальная пропускная способность предохранительного(ых) клапана(ов) должна достигаться при давлении не более 110% от расчётного давления котла.
• Минимальный внутренний диаметр входного патрубка предохранительного клапана, присоединённого к котлу, должен составлять 20 mm.
• Максимальное установленное давление предохранительного клапана должно соответствовать расчётному давлению котла (или максимально допустимому рабочему давлению).
• Между нормальным рабочим давлением котла и давлением срабатывания предохранительного клапана должен быть достаточный запас.

#Требования к предохранительным клапанам (UK)

Котёл должен быть оснащён как минимум одним предохранительным клапаном, рассчитанным на номинальную производительность котла — подробности см. в EN 12953. Отводящий трубопровод от предохранительного клапана должен быть свободным от препятствий и иметь дренаж в нижней точке для предотвращения накопления конденсата. Хорошей практикой считается делать этот трубопровод как можно короче и с минимальным количеством изгибов, чтобы не превысить допустимое противодавление, указанное производителем клапана. Совершенно нормально, если внутренний диаметр отводящего трубопровода больше внутреннего диаметра выходного патрубка предохранительного клапана, но он ни при каких обстоятельствах не должен быть меньше.

#Запорные клапаны котла

Паровой котёл должен быть оборудован запорным клапаном (также известным как crown valve), который изолирует паровой котёл и его давление от технологического процесса или установки. Обычно это угловой проходной клапан с винтовым закрытием. На Рисунке 3.7.3 показан типичный запорный клапан этого типа. Ранее такие клапаны часто изготавливались из чугуна, а для более высоких давлений применялись сталь и бронза. В Великобритании BS 2790 (впоследствии заменяемый EN 12953) устанавливает, что чугунные клапаны больше не допускаются для применения на паровых котлах. Шаровидный графитовый чугун (SG) не следует путать с серым чугуном, поскольку его механические свойства близки к стали. По этой причине многие производители котлов используют клапаны из SG-чугунов как стандарт. Запорный клапан не предназначен для дросселирования и должен быть либо полностью открыт, либо полностью закрыт. Его всегда следует открывать медленно, чтобы предотвратить резкий рост давления на выходе, связанный с ним гидроудар, а также ограничить падение давления в котле и возможный унос воды. Для соответствия требованиям Великобритании клапан должен быть с поднимающимся маховиком. Это позволяет оператору котла легко видеть положение клапана даже с уровня пола. Показанный клапан дополнительно оснащён индикатором, что ещё больше упрощает работу оператора. На многокотельных установках последовательно с crown valve должен устанавливаться дополнительный запорный клапан. По крайней мере один из этих клапанов должен запираться в закрытом положении. Дополнительный клапан обычно представляет собой проходной клапан с винтовым приводом невозвратного типа, предотвращающий повышение давления в одном котле за счёт другого. В качестве альтернативы можно использовать винтовой клапан с дисковым обратным клапаном, зажатым между фланцами crown valve и самого клапана.

#Обратные клапаны питательной воды

Обратный клапан питательной воды (показан на Рисунках 3.7.4 и 3.7.5) устанавливается в линии подачи питательной воды между насосом и котлом. На корпусе котла устанавливается запорный клапан подачи питательной воды. Обратный клапан имеет пружину, эквивалентную статическому напору воды в приподнятом питательном баке при отсутствии давления в котле. Это предотвращает затопление котла под действием статического напора из питательного бака. В нормальном режиме парообразования обратный клапан работает обычным образом, предотвращая обратный поток из котла в линию подачи, когда насос не работает. Когда насос работает, его давление преодолевает усилие пружины и вода подаётся в котёл как обычно. Поскольку требуется хорошая герметичность, а рабочие температуры сравнительно невысоки (обычно ниже 100 °C), лучшим вариантом обычно является обратный клапан с мягким седлом из EPDM (Ethylene Propylene).

#Контроль качества котловой воды

Поддержание качества воды необходимо для безопасной и эффективной работы парового котла. Измерение и регулирование различных параметров — сложная тема, которая также регулируется рядом нормативных требований. Поэтому она подробно рассматривается далее в этом блоке. Цель нескольких следующих разделов — лишь обозначить арматуру, которую можно увидеть на котле.

#Контроль TDS

Эта система регулирует количество общего содержания растворённых веществ (TDS) в котловой воде и иногда также называется непрерывной продувкой. Присоединение к котлу обычно имеет размер DN15 или DN20. Система может быть ручной или автоматической. Независимо от типа системы TDS в пробе котловой воды сравнивается с заданным значением; если уровень TDS слишком высок, часть котловой воды сбрасывается и заменяется питательной водой с гораздо более низким уровнем TDS. Это приводит к разбавлению воды в котле и снижению уровня TDS. При ручном контроле TDS проба котловой воды обычно отбирается каждую смену. Типичная автоматическая система контроля TDS показана на Рисунке 3.7.6.

#Нижняя продувка

Эта система удаляет шлам или осадок из нижней части котла. Орган управления — крупный клапан с ключевым приводом (обычно DN25-DN50). Такой клапан обычно открывают примерно на 5 секунд один раз за смену. На Рисунке 3.7.7 показан ручной клапан нижней продувки с ключевым приводом, а на Рисунке 3.7.8 — автоматизированный клапан нижней продувки и его типичное расположение в системе продувки.

#Манометр

Все котлы должны быть оснащены как минимум одним прибором индикации давления. Обычно используется простой манометр, изготовленный в соответствии с EN 12953. Диаметр шкалы должен быть не менее 150 mm, манометр должен быть типа Бурдона, а на шкале должны быть отмечены нормальное рабочее давление и максимально допустимое рабочее / расчётное давление. Манометры подключаются к паровому пространству котла и обычно имеют сифонную трубку кольцевого типа, которая заполняется сконденсировавшимся паром и защищает измерительный механизм от высокой температуры. Манометры могут устанавливаться и на другие аппараты под давлением, например на сосуды продувки; в этом случае они, как правило, имеют меньшие шкалы, как показано на Рисунке 3.7.9.

#Водоуказательные стекла и арматура

Все паровые котлы оснащаются как минимум одним индикатором уровня воды, однако котлы мощностью 100 kW и более должны иметь два индикатора. Обычно это водоуказательные стекла, соответствующие EN 12953. Водоуказательное стекло показывает текущий уровень воды в котле независимо от режима его работы. Водоуказательные стекла должны устанавливаться так, чтобы их нижняя отметка показывала уровень воды на 50 mm выше точки, где может начаться перегрев. Они также должны иметь защитный экран, но он не должен ухудшать видимость уровня воды. На Рисунке 3.7.10 показано типовое водоуказательное стекло. Водоуказательные стекла подвержены повреждениям по ряду причин, включая коррозию от химических веществ в котловой воде и эрозию во время продувки, особенно со стороны пара. Любые признаки коррозии или эрозии указывают на необходимость замены стекла. При проверке парового подключения водоуказательного стекла водяной кран должен быть закрыт. При проверке водяного подключения водоуказательного стекла паровой кран должен быть закрыт. Для проверки водоуказательного стекла следует выполнить следующую процедуру:

1. Закрыть водяной кран и открыть сливной кран примерно на 5 секунд.
2. Закрыть сливной кран и открыть водяной кран. Вода должна сравнительно быстро вернуться к нормальному рабочему уровню. Если этого не происходит, причиной может быть засорение водяного крана, и меры следует принять как можно скорее.
3. Закрыть паровой кран и открыть сливной кран примерно на 5 секунд.
4. Закрыть сливной кран и открыть паровой кран. Если вода не возвращается сравнительно быстро к нормальному рабочему уровню, возможно, имеется засорение парового крана. Необходимые меры следует принять как можно скорее. Уполномоченный оператор должен систематически проверять водоуказательные приборы не реже одного раза в день и должен быть обеспечен надлежащей защитой лица и рук на случай ожога при разрушении стекла. Примечание: в рабочем состоянии все рукоятки кранов водоуказательного стекла должны быть направлены вниз.

#Защитные экраны водоуказательных стекол

Защитный экран водоуказательного стекла следует содержать в чистоте. При очистке экрана на месте или его снятии для очистки указатель следует временно отключить. Перед отключением указателя убедитесь, что уровень воды находится в допустимых пределах, и следите, чтобы не касаться и не ударять водоуказательное стекло. После очистки и установки экрана на место указатель следует проверить, а краны установить в правильное положение.

#Техническое обслуживание

Водоуказательное стекло должно тщательно проверяться и обслуживаться при каждом ежегодном освидетельствовании. Недостаток технического обслуживания может привести к затвердеванию уплотнений и заеданию кранов. Если рукоятка крана погнута или деформирована, необходимо особенно внимательно следить за тем, чтобы кран был полностью открыт. Повреждённую арматуру следует немедленно заменить или отремонтировать. Водоуказательные стекла часто мутнеют из-за состояния воды; кроме того, из-за эрозии они становятся тоньше и изнашиваются. Поэтому стекла следует регулярно заменять. В котельной всегда должен быть запас запасных стекол и конусных уплотнений. Следует помнить:

• Если паровые проходы засорены, водоуказательное стекло может показывать ложный высокий уровень воды. После проверки стекла ложный высокий уровень всё ещё может сохраняться.
• Если водяные проходы засорены, из-за конденсации пара в стекле может наблюдаться искусственно завышенный уровень воды. После проверки стекло будет стремиться оставаться пустым, если только уровень воды в котле не выше верхнего подключения; в этом случае вода может поступать в стекло через это соединение.
• К показаниям водоуказательного стекла необходимо относиться с максимальным вниманием, поскольку это единственный визуальный индикатор уровня воды внутри котла. Любой уровень воды, который воспринимается как ненормальный, должен быть проверен сразу после обнаружения, а при необходимости горелка котла должна быть немедленно остановлена.

#Системы контроля уровня воды

Поддержание правильного уровня воды в паровом котле необходимо для его безопасной и эффективной работы. Способы определения уровня воды и последующего управления им — сложная тема, регулируемая рядом нормативных документов. Следующие несколько разделов дают лишь краткий обзор, а позднее тема будет рассмотрена гораздо подробнее.

#Наружные камеры контроля уровня

Камеры контроля уровня устанавливаются снаружи котлов для монтажа приборов контроля уровня или сигнализации, как показано на Рисунке 3.7.11. Работа приборов контроля уровня или сигнализации ежедневно проверяется с помощью клапанов последовательной продувки. Когда маховик полностью повернут против часовой стрелки, клапан находится в рабочем положении, а заднее седло перекрывает дренажное соединение. Шкала маховика может быть похожа на показанную на Рисунке 3.7.12. Некоторые маховики не имеют шкалы и полагаются на механизм для правильной работы.

Ниже приведена типовая процедура проверки приборов, которую можно использовать, когда котёл находится под давлением и горелка работает:

• Медленно повернуть маховик по часовой стрелке, пока указатель не окажется в первом положении 'pause'. Соединение с поплавковой камерой дросселируется, дренажное соединение открывается, а водяное соединение продувается.
• Выдержать паузу 5-8 секунд.
• Медленно повернуть маховик дальше по часовой стрелке до полного хода. Водяное соединение перекрывается, дренажный клапан остаётся открытым, а поплавковая камера и паровое соединение продуваются. Системы управления котлом должны отреагировать так же, как при понижении уровня воды в котле, то есть включением насоса и/или срабатыванием звуковой сигнализации и отключением горелки. Либо, если камера контроля уровня оснащена второй или дополнительной сигнализацией предельно низкого уровня воды, котёл должен перейти в блокировку.
• Выдержать паузу 5-8 секунд.
• Медленно повернуть маховик полностью против часовой стрелки до упора в заднее седло, возвращая его в рабочее положение.
• Клапаны последовательной продувки выпускаются рядом производителей. У каждого может быть своя процедура работы. Крайне важно соблюдать инструкции производителя при выполнении этой операции.

#Встроенные системы контроля уровня

Также доступны системы контроля уровня с датчиками (или зондами), устанавливаемыми внутри корпуса котла (или парового барабана). Они обеспечивают более высокий уровень безопасности по сравнению с наружными системами. Системы сигнализации уровня также могут иметь функцию самоконтроля целостности системы. Поскольку они установлены внутри, для них не требуются процедуры продувки наружных камер. Работоспособность системы проверяют испарительным испытанием до положения '1st low', после чего выполняют продувку до положения '2nd low'. Для ограничения движения воды вокруг датчика устанавливаются защитные трубки.

#Воздухоотводчики и вакуумные прерыватели

При пуске холодного котла паровое пространство заполнено воздухом. Этот воздух не несёт тепловой ценности и ухудшает работу паровой установки, экранируя поверхности теплообмена. Если воздух удаляется недостаточно, он также может вызывать коррозию в системе конденсата. Воздух можно удалять из парового пространства через простой кран; обычно его оставляют открытым до тех пор, пока манометр не покажет давление около 0,5 bar. Альтернативой крану является уравновешенный по давлению воздухоотводчик, который не только освобождает оператора котла от ручного удаления воздуха (и тем самым гарантирует, что эта операция действительно будет выполнена), но и работает значительно точнее, удаляя газы, которые могут накапливаться в котле. Типовые воздухоотводчики показаны на Рисунке 3.7.14. Когда котёл выводится из работы, пар в паровом пространстве конденсируется, и образуется вакуум. Этот вакуум вызывает внешнее давление на котёл, что может привести к протечкам инспекционных люков, повреждению плоских стенок котла и опасности переполнения остановленного котла. Чтобы этого избежать, на корпусе котла требуется вакуумный прерыватель (см. Рисунок 3.7.14).