Сброс давления в котле: Практическое руководство по предохранительным клапанам котлов и их техническому обслуживанию

Оператор установки слышит внезапный выброс пара из разгрузочной линии парового барабана сразу после того, как котел-утилизатор начинает холодную утреннюю работу. Выходит пар, на панели управления отображается давление, приближающееся к максимально допустимому рабочему давлению, и кто-то спрашивает, можно ли быстро перезапустить систему. В промышленной котельной системе сброс давления в котле ни один клапан не подлежит проверке раз в год; это защитная функция, которую необходимо рассчитать, установить и проверить вместе с сосудом под давлением. Предохранительный клапан является последним устройством, защищающим от возникновения избыточного давления и серьезного повреждения котла, подключенной паровой сети или находящегося рядом персонала. Наш опыт производителя промышленного оборудования для рекуперации тепла неоднократно показывал, что большинство проблем на местах связано с системой вокруг клапана: заблокированные выпускные отверстия, отказы управления, неправильные размеры или плохое обслуживание. В этой статье объясняется, как работает сброс давления в котле, как выбирать и настраивать клапаны, а также что следует сделать заводским бригадам, прежде чем полагаться на эту последнюю линию защиты.

Что делает сброс давления в котле и почему его нельзя игнорировать

Сброс давления в котле — это процесс, посредством которого устройство сброса давления защищает котел от превышения максимально допустимого рабочего давления (MAWP). Когда давление в системе достигает заданного значения клапана, клапан открывается, сбрасывает излишки пара или горячей воды, а затем снова закрывается после того, как давление упадет до безопасного уровня. Это не контролируемая функция регулирования давления; это экстренная помощь.

Инженеры и отделы закупок часто используют термины «предохранительный клапан», «предохранительный клапан» и «предохранительный клапан», как если бы они были взаимозаменяемыми. Это различие имеет значение, поскольку клапан должен обеспечивать требуемую характеристику открытия для жидкости, с которой он работает. Предохранительный клапан быстро открывается и предназначен для работы с паром или воздухом. Предохранительный клапан открывается постепенно пропорционально давлению и обычно используется для работы с жидкостями. Предохранительный клапан может работать как с паром, так и с жидкостью.

Для парового котла функция сброса давления обычно должна осуществляться с помощью предохранительного клапана, одобренного ASME. Для водогрейного котла необходим предохранительный клапан. В промышленном технологическом сосуде может использоваться предохранительный клапан. Использование неправильного типа приводит к дребезгу, потере емкости и неудачным проверкам.

Внутри клапана: как работает сброс давления в котле

Наиболее распространенным устройством сброса давления в промышленных котлах является прямой подпружиненный предохранительный клапан. Пружина удерживает закаленный диск на седле. Когда статическое давление внутри котла воздействует на диск с достаточной силой, чтобы преодолеть силу пружины, диск поднимается. Пар или вода проходят через корпус клапана и выходят из нагнетательной линии. Как только давление падает до настройки продувки, пружина снова садит диск и клапан закрывается.

Ключевыми деталями являются впускное сопло, посадочная поверхность, диск, пружина, шпиндель, кольцо управления продувкой и подъемный рычаг. Подъемный рычаг позволяет проверить свободу диска, но не проверяет заданное значение. Давление срабатывания — это давление, при котором клапан начинает открываться в условиях эксплуатации. Продувка — это разница между давлением открытия и давлением повторного закрытия, обычно выражаемая в процентах от давления срабатывания.

• Установленное давление: калиброванное давление, при котором начинается разряд.
• Емкость: количество пара в фунтах в час, которое клапан может выпустить при заданном избыточном давлении.
• Продувка: падение давления ниже установленного, при котором клапан снова закрывается.
• Накопление: повышение давления выше максимально допустимого давления при полной разгрузке.

В типичном промышленном паровом котле давление во время сброса может превышать максимально допустимое давление, но это повышение ограничено нормами. Для энергетических котлов, регулируемых разделом I ASME, предел обычно составляет около 6%; для водогрейных котлов предел обычно составляет 10%. Производительность клапана должна быть достаточно высокой, чтобы поддерживать давление в этих пределах, даже если горелка не отключается.

Установленное давление, производительность и нормативные требования к сбросу давления в котле

Две цифры решают, справится ли предохранительный клапан котла со своей задачей: заданное давление и способность сброса давления. Установленное давление должно быть на уровне или ниже максимально допустимого рабочего давления, указанного на паспортной табличке котла. Производительность должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечить максимальную скорость генерации пара, даже если топливный клапан выйдет из строя и горелка не отключится.

Раздел I ASME, регулирующий энергетические котлы, требует, чтобы каждый котел имел хотя бы один предохранительный клапан. Котлы с большей поверхностью нагрева требуют наличия двух и более клапанов. Во время операции по разгрузке давление может подняться выше MAWP на ограниченную величину. На паспортной табличке клапана должна быть указана сертифицированная пропускная способность и установленное давление. Если котел также оснащен пароперегревателем или экономайзером, каждая часть оборудования, находящегося под давлением, может нуждаться в собственной предохранительной защите.

В котле-утилизаторе предохранительный клапан рассчитан не только на установившуюся нагрузку. Максимальное тепловложение может возникнуть в результате внезапного повышения температуры дымовых газов, выдувания сажи или изменений технологического цикла. Хороший производитель рассчитывает мощность сброса на основе этих переходных условий, а не на основании среднего производственного отчета.

Котел-утилизатор дымовых газов коксовой печи для средне-низкотемпературной рекуперации Этот котел рекуперирует тепло дымовых газов коксовой печи температурой 260–300°C для производства пара, снижая температуру на выходе до 140–160°C. Размер предохранительного клапана должен учитывать переходное тепловложение, что делает его актуальным при расследовании случаев избыточного давления. Просмотреть продукт →

Почему открываются предохранительные клапаны котла? Полевые наблюдения на основе данных

Понимание того, почему открывается предохранительный клапан котла, так же важно, как и знание того, как его сбросить. В нашем инженерном обзоре отчетов об устранении неисправностей промышленных паровых установок определенные причины встречаются гораздо чаще, чем другие. В приведенной ниже таблице представлена ​​выборка из 180 случаев незапланированного сброса предохранительных клапанов, собранная группами технического обслуживания предприятий и инженерами поставщиков. Группировка причин носит практический, а не академический характер и помогает коллективу предприятия решить, на что потратить время на проверку. Прочтите длину каждого столбца как процент записанных событий, связанных с этой причиной.

Первый вывод заключается в том, что в этой выборке ведущим триггером является перенапряжение. Неисправный контроллер горелки, неправильно откалиброванный топливный клапан или прерывистый сигнал пламени могут добавить тепла быстрее, чем котел сможет преобразовать воду в пар. В этом случае предохранительный клапан становится единственным компонентом, предотвращающим скачок давления. Вторую по значимости причину — закрытый или ограниченный выпускной клапан пара — часто можно избежать с помощью простых правил эксплуатации. Многие станции изолируют паропроводы на время технического обслуживания, а затем забывают, что запорный клапан остается закрытым. Неисправные датчики давления и органы управления составляют третью группу, что подтверждает ценность регулярной калибровки. В этих случаях заданное значение не было проблемой; система просто так и не получила правильный сигнал о снижении стрельбы. Тепловое расширение объясняет события в системах горячего водоснабжения, когда расширительный бак имеет недостаточный размер или изолирован запорным клапаном. Механический износ и отклонение заданного значения составляют меньшую, но все же значительную долю, и они обычно проявляются во время пусковых испытаний. Гидравлический удар, самая маленькая группа, встречается редко, но опасен, поскольку создает внезапный переходный процесс давления. Это часто является результатом быстрых изменений потребности в пару, плохого отвода конденсата или быстрого движения клапана. В целом, урок заключается в том, что предохранительный клапан котла редко защищает от проблемы, которая возникает без предварительного предупреждения.

Выбор предохранительных клапанов для промышленных котлов и котлов-утилизаторов

Выбор следует начинать с МДРД котла и сертифицированной пропускной способности, а не с существующего размера клапана. При установке неправильного клапана котел может пройти проверку только в том случае, если паспортная табличка, мощность и давление срабатывания соответствуют проектным расчетам. Клапан также должен соответствовать имеющемуся входному соединению, расположению выпускного трубопровода и диапазону рабочих температур.

Используйте следующие факторы выбора в качестве отправной точки:

• MAWP и расчетная температура компонента котла
• Требуемое сечение ASME и тип клапана
• Сертифицированная производительность при заданном давлении и допустимом избыточном давлении
• Материалы клапанов для работы со стороны пара и воды
• Падение давления на входном трубопроводе ограничено примерно 3 % от заданного давления во избежание вибрации.
• Противодавление на выходе, включая влияние продувочного бака и дымовой трубы
• Настройка продувки и ожидаемое поведение при повторной установке
• Доступ для тестирования, обслуживания и будущей замены

Для котлов-утилизаторов расчет мощности должен включать максимально возможную выработку пара при максимальном расходе дымовых газов, высокой температуре дымовых газов и наихудших технологических условиях. Производитель, который предлагает установку рекуперации отходящего тепла без расчета размеров предохранительного клапана, оставляет слишком много догадок.

Высокотемпературная установка утилизации тепла дымовых газов для кислородного газификатора Эта установка работает с дымовыми газами при температуре выше 800°C, используя жаропрочные сплавы и пыленепроницаемую конструкцию. Поскольку пропускная способность предохранительного клапана должна рассчитываться для наихудших условий, важно проверить сертификацию ASME и документацию по установленному давлению. Просмотреть продукт →

Когда вы приобретаете клапаны у оптового продавца или стороннего дистрибьютора, настаивайте на наличии паспортной таблички мощности, сертифицированной ASME, и четкой документации установленного давления. Дополнительная бумажная работа — это не бюрократия; это единственный способ убедиться, что клапан будет работать в случае возникновения избыточного давления.

Установка, тестирование и обслуживание: практический контрольный список сброса давления в котле

Правильная установка определяет разницу между предохранительным клапаном, который защищает при любом требованию, и клапаном, который выходит из строя во время чрезвычайной ситуации. Клапан должен быть установлен вертикально, рядом с паровым барабаном котла, с полноразмерным входным отверстием и без промежуточного запорного клапана, если это не разрешено юрисдикцией. Выпускной трубопровод должен быть самодренирующимся и не должен создавать чрезмерного противодавления.

К ручному рычажному тестированию предохранительного клапана котла следует подходить осторожно. Испытание рычага доказывает, что клапанный механизм можно поднять, но не доказывает, что клапан откроется в правильной заданной точке. На старых клапанах ручная проверка может привести к попаданию накипи и мусора в седло, что приведет к утечке, которой раньше не было. После многих лет эксплуатации более безопасным способом часто является снять клапан и провести стендовые испытания.

Не регулируйте уставку клапана, не просмотрев проектный расчет и отчет с данными котла. Во многих юрисдикциях изменение установленного давления требует новой сертификации мощности и проверки. Команда технического обслуживания также должна записывать каждую дату обслуживания, результаты испытаний и замененные детали, поскольку эта история становится доказательством того, что котел безопасен в эксплуатации.

Сотрудничество с производителем, который рассматривает сброс давления в котле как компонент системы.

Опытные производители рассматривают сброс давления в котле как часть общей теплогидравлической конструкции котла, а не как приобретаемый аксессуар. В нашем собственном процессе проектирования MAWP парового барабана, уставка предохранительного клапана и регулятор давления пара на выходе рассматриваются вместе. Это особенно важно при утилизации отработанного тепла, где источник тепла не так стабилен, как котел, работающий на топливе.

Например, для кольцевого охладителя для спекания температура и объем вытяжного воздуха изменяются в зависимости от глубины слоя материала, потока охлаждающего воздуха и производительности. Предохранительный клапан должен быть рассчитан на наихудший вариант расхода пара, а не на среднюю кривую производительности. Поставщик, который понимает эти технологические колебания, также проверит время отклика, настройку продувки и влияние длинных дымоходов на переходные процессы давления.

Агломерационный кольцевой охладитель Котел-утилизатор с парогенерацией Этот котел рекуперирует отходящее тепло от спекания выхлопных газов при температуре около 400°C для выработки пара, используя циркулярное охлаждение и устойчивые к высоким температурам материалы. Размер предохранительного клапана должен учитывать переменные условия выхлопа и конструкцию выпускного тракта. Просмотреть продукт →

В высокотемпературных процессах, таких как конвертеры с кислородным дутьем или системы дымовых газов коксовых печей, проект должен включать в себя тракт сброса линии сброса, независимо от того, выбрасывается ли пар в атмосферу или направляется в деаэратор. Производитель должен предоставить полное описание системы, включая сертификат клапана, установочный чертеж и рекомендуемые запасные части. Когда вы сравниваете предложения производителей котлов и поставщиков оборудования для рекуперации тепла, спросите каждого из них, как была рассчитана пропускная способность предохранительного клапана. Если ответ прост: он был скопирован из аналогичного проекта, считайте это риском. Ответственный поставщик расскажет вам о максимальном тепловложении, MAWP и допустимом избыточном давлении.

Где найти дополнительную информацию о сбросе давления в котле

Сброс давления в котле регулируется нормами, и требования могут различаться в зависимости от юрисдикции, типа котла и класса давления. Ссылки ниже ведут к справочным материалам о промышленных системах отработанного тепла и о процессе обеспечения качества, используемом на нашем производстве.

• Производитель оборудования для рекуперации тепла промышленных отходов.
• Качественная техника безопасности для оборудования, работающего под давлением

Перед изменением настройки клапана всегда проверяйте исходный проектный документ, отчет с данными котла и применимые местные правила. Предохранительный клапан, который открывается раньше, чем необходимо, тратит энергию, но тот, который открывается слишком поздно, представляет собой серьезную угрозу безопасности.