Нижняя продувка

Факторы, связанные с удалением взвешенных твёрдых веществ из котла, включая клапаны, трубопроводы и сосуды продувки, а также расчёты.

#Нижняя продувка

Взвешенные твёрдые вещества могут оставаться во взвешенном состоянии, пока котловая вода находится в движении, но как только перемешивание прекращается, они оседают на дно котла. Если их не удалять, они будут накапливаться и со временем начнут ухудшать теплопередачу от жаровых труб котла, которые будут перегреваться и могут выйти из строя. Рекомендуемый способ удаления этого шлама — короткие резкие импульсы через сравнительно большой клапан в нижней части котла. Цель состоит в том, чтобы дать шламу время перераспределиться, чтобы при следующей продувке можно было удалить ещё больше. По этой причине одна продувка продолжительностью четыре секунды каждые восемь часов гораздо эффективнее, чем одна двенадцатисекундная продувка в течение первой восьмичасовой смены и отсутствие продувки в остальное время суток. Продувочная вода либо поступает в заглублённый облицованный кирпичом приямок продувки, либо в металлический сосуд продувки, установленный над землёй. Размер сосуда определяется расходом продувочной воды и вторичного пара, поступающих в сосуд при открытии клапана продувки. Основные факторы, влияющие на расход продувки:

• Давление котла.
• Размер линии продувки.
• Длина линии продувки между котлом и сосудом продувки. На практике разумной минимальной длиной линии продувки считается 7,5 m, и большинство сосудов продувки подбираются исходя из этого условия. Линии продувки содержат отводы, обратные клапаны и сам клапан продувки; эти элементы увеличивают падение давления вдоль линии продувки. Их можно рассматривать как «эквивалентную прямую длину трубы» и суммировать с фактической длиной трубопровода, чтобы получить общий эквивалент. В Таблице 3.14.1 приведены эквивалентные длины различных клапанов и фитингов. На практике разумной минимальной длиной линии продувки считается 7,5 m, и большинство сосудов продувки подбираются исходя из этого условия. Линии продувки содержат отводы, обратные клапаны и сам клапан продувки; эти элементы увеличивают падение давления вдоль линии продувки. Их можно рассматривать как «эквивалентную прямую длину трубы» и суммировать с фактической длиной трубопровода, чтобы получить общий эквивалент. В Таблице 3.14.1 приведены эквивалентные длины различных клапанов и фитингов. В маловероятном случае, если общая эквивалентная длина меньше 7,5 m, сосуд следует подбирать по более высокому расходу. В этих случаях умножьте давление котла на 1,15, чтобы определить расход продувки по Рисунку 3.14.1. Для линий продувки длиннее 7,5 m значения можно считывать непосредственно с этого графика. Пример 3.14.1: для давления котла 10 bar g эквивалентная длина линии продувки 40 mm рассчитана как 10 m, следовательно, расход продувки составляет 6,2 kg/s (см. Рисунок 3.14.1). При нижней продувке необходимо учитывать два важных фактора: Энергосодержание продувки Энергия, содержащаяся в продувочной воде, равна энтальпии жидкости при температуре насыщения и давлении котла. В Примере 3.14.1 давление котла составляет 10 bar g, а по таблицам пара hf = 782 kJ/kg. Следовательно, скорость выделения энергии из котла равна: 782 kJ/kg x 6.2 kg/s = 4.85 MW Изменение объёма За 3-секундный период продувки количество сброшенной воды составляет: 6.2 kg/s x 3 seconds = 18.6 kg Объём этих 18,6 kg сброшенной воды составляет: 18.6 kg x 0.001 m3/kg = 0.018 6 m3 По расчётам вторичного пара 16% воды при температуре насыщения и давлении 10 bar g мгновенно вскипает в пар при снижении давления до атмосферного. Пар при атмосферном давлении имеет значительно больший объём, чем вода, и каждый килограмм занимает 1.673 m3. Итоговый объём вторичного пара из 18,6 kg котловой воды составляет: (18.6 kg x 16%) x 1.673 m3/kg = 4.98 m3 Для сравнения, объём воды уменьшается до: (18.6 kg x 84%) x 0.001 m3/kg = 0.015 6 m3 Очень высокий поток энергии и огромная разница в объёме по обе стороны клапана продувки означают, что возникают значительные реактивные усилия, поэтому продувку котла необходимо организовывать безопасным образом.

#Нормативные требования и руководящие документы

В Великобритании из-за возникающих усилий и потенциальной опасности для персонала и окружающей среды продувка котлов регулируется рядом законодательных актов и руководящих документов Health & Safety Executive.

В Великобритании применяются следующие документы, которым во многих других странах соответствуют местные аналоги:

• Factories Act (1961).
• Health and Safety at Work Act (1974).
• Public Health Act (1936).
• Health and Safety Guidance Notes PM60, BG01 and INDG436.
• Pressure Systems and Transportable Gas Containers Regulations (1989).
• European Pressure Equipment Directive (PED), (2002).

Соблюдение этих требований может быть обязательным или необязательным в зависимости от юрисдикции, но авария на установке или травмирование персонала в любом случае приведут к проверкам и возможным судебным разбирательствам.

Обратите внимание: иллюстрации в этом модуле носят схематический характер, и некоторые важные элементы котловой арматуры, например водоуказательные стекла, для наглядности не показаны.

За пределами Великобритании следует уточнить местные аналоги перечисленных документов, но в любом случае необходимо подчёркивать важность:

• Здравого смысла.
• Хорошей инженерной и монтажной практики.
• Безопасности. Во всех случаях важно обеспечить надёжную изоляцию для целей технического обслуживания и предотвращения обратного потока. Установка оборудования контроля TDS на многокотельных установках должна включать обратный клапан и запорный клапан, чтобы предотвратить воздействие давления/потока одного котла на другой. Это особенно важно при остановленном котле, поскольку клапан контроля TDS может быть не рассчитан на герметичность при давлении со стороны выхода. Хорошая инженерная практика всегда должна учитывать, что произойдёт, если регулирующий клапан будет пропускать воду или пар. В худшем случае отсутствие обратного и запорного клапанов может подвергнуть опасности персонал, работающий на остановленном котле или внутри него.

#Клапан нижней продувки

В Великобритании этот тип клапана подпадает под действие Factories Act (1961). Раздел 34 запрещает персоналу входить в определённые котлы, если:

• Все входы, через которые в котёл может попасть пар или горячая вода (из любой другой части системы), не отсоединены от этой части; или
• Все клапаны или краны, управляющие подачей пара или воды, не закрыты и надёжно не заперты. Если имеется общая продувочная линия или сосуд, клапан продувки должен быть выполнен так, чтобы его можно было открыть только ключом, который нельзя вынуть, пока клапан продувки не закрыт, и этот ключ должен быть единственным ключом, используемым в котельной. Автоматическая нижняя продувка с управлением по таймеру В настоящее время можно автоматизировать клапан нижней продувки с помощью фирменного таймера, связанного с пневматическим шаровым клапаном. Таймер должен обеспечивать открытие клапана в заданное время и удержание его открытым в течение установленного числа секунд. Использование автоматической нижней продувки гарантирует регулярное выполнение этой важной операции и освобождает оператора котельной для других задач. На многокотельных установках необходимо блокировать клапаны так, чтобы одновременно был открыт не более чем один клапан, иначе сосуд продувки будет перегружен. Проще всего это реализовать, задав разные времена срабатывания отдельных таймеров продувки или организовав их последовательную работу.

#Сосуды продувки по стандартам UK

Сосуды продувки являются предпочтительной альтернативой продувочным приямкам. Следующая информация взята из HSE Guidance Note PM60 и может быть полезна и за пределами Великобритании: Традиционно сосуды продувки имели тангенциальные входные патрубки. Однако это приводило к тому, что сосуды были конструктивно ослаблены в месте входа патрубка. Предпочтительной альтернативой является радиальный ввод линии продувки с установкой диффузора внутри сосуда. Такое решение также уменьшает эрозию, которая могла бы возникать внутри сосуда с тангенциальным входом. Стандарт изготовления Сосуд должен соответствовать European Pressure Equipment Directive (2002) для газов Group 2. Эта директива требует от производителя соблюдения стандартов проектирования и изготовления. Поскольку это спецификация для сосуда под давлением, в сосуде также должны быть предусмотрены средства для инспекции, включая люк доступа и дренаж. Расчётная температура и давление Расчётное давление сосуда продувки должно составлять не менее 25% от максимального рабочего давления котла, а расчётная температура должна быть больше или равна температуре насыщения при расчётном давлении сосуда. Размер Он зависит от давления котла и размера линии продувки, однако:

• Вентиляционный патрубок должен быть достаточно большим, чтобы давление внутри сосуда не превышало 0,35 bar g.
• Объём стоячей воды должен обеспечивать, чтобы температура переливающейся воды не превышала 43 °C. Режим работы Сосуд должен работать с определённым количеством стоячей воды, причём её количество должно быть как минимум вдвое больше количества продувочной воды. Примерно половина объёма резервуара должна быть занята стоячей водой, а оставшаяся часть — воздушным пространством. Вентиляция Вентиляция должна обеспечивать безопасный отвод вторичного пара и отсутствие значительного уноса воды на выходе из вентиляционной трубы. Вентиляционная линия должна быть как можно более прямой и в идеале завершаться оголовком. Штуцер под манометр Сосуд должен иметь штуцер для манометра, поскольку он изготавливается по спецификации сосуда под давлением и требует регулярных испытаний и осмотров. Система охлаждения Если температура горячей воды вызывает превышение допустимой температуры на выходе при продувке, на сосуд следует установить охлаждающее устройство. Наиболее экономичным вариантом для этого применения является самодействующий регулирующий клапан. Если температура превышает заданное значение, клапан откроется и подаст в сосуд холодную водопроводную воду.

#Многокотельные установки

Схема трубопроводов для многокотельных установок рассмотрена в UK HSE Guidance Note (PM60); в ней отмечаются следующие моменты: Эксплуатация В каждый момент времени продувку можно выполнять только на одном котле. Фактически выбор сосуда продувки будет основан на котле с наибольшим давлением и самым большим размером линии продувки. На это также указывает UK Factories Act (1961). Трубопроводы На Рисунке 3.14.5 показана рекомендуемая компоновка для многокотельных установок, где линии нижней продувки и продувки TDS отдельно подводятся к сосуду продувки. Объединение линий должно выполняться у сосуда, а не у котла. На сосуде требуются отдельные подключения для нижней продувки и для линий возврата продувки TDS. Для соответствия UK Guidance Notes (BG01 and INDG436), касающимся контроля уровня воды в котлах, на сосуде также требуется третье подключение. Оно нужно для отвода продувки из камер контроля и от водоуказательных стекол. Клапаны Если линии продувки подключаются к входному коллектору на сосуде, каждая из них должна быть оснащена либо запорным обратным клапаном с винтовым приводом, либо обратным клапаном и запорным клапаном. Это необходимо, чтобы исключить возможность попадания пара и горячей воды под давлением из одного работающего котла в другой котёл (внутри которого может работать персонал) во время технического обслуживания. Предпочтительно использовать два отдельных клапана. Обратный клапан должен регулярно срабатывать, поэтому износ седла неизбежен.