Как защитить твердотопливный котел от перегрева и конденсата. Пара безопасности для котла


Как защитить твердотопливный котел от перегрева и конденсата

Покупая и устанавливая твердотопливный котел, надо обязательно учесть особенности его эксплуатации, а именно – высокую вероятность перегрева в нештатных ситуациях, что может закончиться серьезной аварией и даже разрушением водяной рубашки агрегата (взрывом). Также немалый вред может нанести образование конденсата на стенках камеры сгорания, что случается при определенных режимах работы. Чтобы исключить подобные неприятности, должна быть предусмотрена защита твердотопливного котла от перегрева и конденсата, о чем и пойдет речь в нашей статье.

Как избавиться от конденсата в топке котла?

В котлах на твердом топливе может выпадать влага на внутренних стенках камеры сгорания. Это происходит, когда дрова уже разгорелись и вентилятор наддува (если он есть) работает в полную силу, а вода в системе отопления еще холодная.

От перепада температур и возникает конденсат, который, смешиваясь с продуктами горения, оседает на стенках камеры. Этот налет вызывает коррозию металла, вследствие чего срок службы котла значительно сокращается.

Примечание. Котлы с чугунным теплообменником не боятся коррозии, но, в свою очередь, чувствительны к резким перепадам температуры теплоносителя.

Решить данную проблему несложно, надо лишь включить в схему обвязки трехходовой термостатический клапан, настроенный на температуру теплоносителя 55—60 ºС, как показано на рисунке ниже. Действует защита твердотопливного котла от конденсата следующим образом: пока вода в котле не нагреется до заданной температуры, она циркулирует по малому контуру. После достаточного нагрева трехходовой клапан постепенно подмешивает воду из системы. Таким образом, перепада температур и конденсата в топке не возникает.

Внедрение в схему смесительного узла также защищает чугунный теплообменник от перепада температур теплоносителя, поскольку клапан не даст возможности попасть холодной воде внутрь теплогенератора.

Способы защиты котла от перегрева

Чрезмерный нагрев и закипание теплоносителя в агрегатах на твердом топливе может случиться в процессе эксплуатации по таким причинам:

  • отключение электроэнергии;
  •  вышла из строя электроника или датчик температуры, тогда может не отключаться вентилятор поддува или не закрываться дверца зольника;
  • воздушная заслонка, управляемая механическим термостатом с цепным приводом, закрылась не до конца.

Самый популярный метод защиты котла от перегрева при внезапных и частых отключениях электричества – это использование блоков бесперебойного питания либо электрических генераторов. Вообще, предусмотрительный хозяин, проживающий в местности с частыми отключениями электроэнергии, должен подумать об этом заблаговременно и принять все меры по обеспечению энергонезависимости своей системы отопления.

Совет. Чтобы система была энергонезависимой, надо ее рассчитать и сделать гравитационной с естественной циркуляцией теплоносителя. Отопительное оборудование нужно подобрать как можно проще, где отсутствует электронный блок управления и дутьевой вентилятор для котла.

Поскольку помимо аварийной ситуации с отключением электричества бывают и другие неисправности, приводящие к перегреву, то наличие независимых источников электроэнергии не панацея, нужны более универсальные решения. Вот они:

  • установка двухходового защитного клапана;
  • введение в схему обвязки байпаса для естественной циркуляции, отводящего тепло в буферную емкость или теплоаккумулятор.

Примечание. В некоторых моделях твердотопливных агрегатов внедрена защита от перегрева с помощью встроенного или выносного теплообменника. В случае аварии через него пропускается холодная вода из водопроводной сети. Такое решение можно использовать и тем, кто взялся изготовить котел на твердом топливе своими руками.

Использование клапана безопасности

Это не одно и то же, что предохранительный клапан. Последний просто сбрасывает давление в системе, но не охлаждает ее. Другое дело — клапан защиты от перегрева котла, что отбирает из системы горячую воду, а вместо нее подает холодную, из водопровода. Устройство – энергонезависимое, присоединяется к подающей и обратной магистрали, водопроводной сети и канализации.

При температуре теплоносителя свыше 105 ºС клапан открывается и благодаря давлению в водопроводе 2—5 Бар горячая вода вытесняется из рубашки теплогенератора и трубопроводов холодной, после чего уходит в канализацию. Как присоединяется клапан защиты твердотопливного котла, показано на схеме:

Недостаток этого способа защиты заключается в том, что она непригодна для систем, наполненных незамерзающей жидкостью. Кроме того, схема неприменима в условиях, когда отсутствует централизованное водоснабжение, ведь вместе с отключением электроэнергии прекратится и подача воды из скважины или бассейна.

Схема с аварийным байпасом

Практически не имеет недостатков представленная ниже схема защиты твердотопливного котла от перегрева:

При отключении электричества остановится циркуляционный насос, который во время работы поддавливает лепесток обратного клапана, чем препятствует движению воды через байпас. Но после остановки клапан откроется и теплоноситель продолжит циркуляцию естественным образом. Даже если в это время произойдет какая-то авария с твердотопливным котлом и нагрев воды не остановится, то тепло будет отводиться в буферную емкость, пока дрова в топке не прогорят.

Правда, здесь требуется выполнение нескольких условий:

  • наличие теплоаккумулятора или буферной емкости достаточного объема;
  • трубы котлового контура до емкости должны быть стальными, с увеличенными диаметрами и надлежащими для естественной циркуляции уклонами;
  • обратный клапан – только лепесткового типа, монтируемый в горизонтальном положении.

Заключение

Схему и способ защиты лучше подбирать в соответствии с условиями эксплуатации. В одном случае будет достаточно электрического генератора, в другом не обойтись без байпаса и буферной емкости. Но использование последней считается предпочтительным, в некоторых странах западной Европы эксплуатация теплогенераторов на твердом топливе без буферной емкости вообще запрещена.

cotlix.com

Автомат безопасности парового котла

 

Изобретение относится к энергетике и предназначено для защиты парового котла от аварии при отключении питания котловой водой. Автомат безопасности парового котла содержит расположенный под сосудом набор полых, коаксильно размещенных горизонтальных цилиндров - наружного, внутреннего и промежуточного, разобщительный клапан. Наружная полость набора цилиндров с одной из сторон посредством приемного трубопровода сообщена с замкнутым сосудом на уровне его нижней кромки, а с другой - сливным трубопроводом с пароводяным барабаном на уровне его нижней кромки, а каждая из остальных полостей (внутренняя и промежуточная) набора посредством переливных трубопроводов - соответственно либо с пароводяным барабаном на уровне, несколько превышающем срез его опускных труб, либо с замкнутым сосудом на уровне его верхней кромки, причем полость под клапаном сообщена посредством трубопроводов с сигнальным устройством и механизмом отключения подачи топлива к форсункам. Изобретение обеспечивает высокую надежность и эффективность защиты, полную безопасность работы котла. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике, а конкретно к котлостроению, и предназначено для защиты парового котла от аварии при отключении питания котловой водой.

По данным Инспекции морского флота Регистра России из общего количества аварий судовых котлов более 70% приходится на аварии, связанные с пережогом котельных труб по причине упуска котловой воды. Несмотря на то, что котлы оборудованы системами автоматической защиты, реагирующими на снижение уровня воды ниже допустимого, последние не являются достаточно эффективными и надежными средствами, исключающими аварии. По этой причине только по Дальневосточному региону России в течение года происходит несколько аварий судовых котлов из-за упуска воды. В связи с изложенным разработка эффективных и надежных технических средств, автоматически предотвращающих аварии котлов при упуске котловой воды, является назревшей общественной необходимостью. Известны автоматические системы защиты котлов по нижнему уровню воды (Д. Х. Милтон, Р.М.Лич. Судовые паровые котлы. М., "Транспорт, 1985, с. 187-188, 207-08), содержащие датчик, установленный в камере во внутренней полости котла либо в наружном устройстве, соединенном с паровой и водяной полостями коллектора, и игольчатый клапан, сообщенный со свистком и механизмом отключения подачи топлива к форсункам котла. Датчик выполнен в виде поплавка. При снижении уровня воды до опасного предела игольчатый клапан под действием поплавка открывается, обеспечивая поступление пара для подачи звукового сигнала и привода исполнительного механизма отключения топлива. Известно выполнение таких поплавков с магнитоуправляемыми контактами, а исполнительных механизмов отключения топлива - с электрическим приводом (см. там же). Поплавок в этом случае соединен с постоянным магнитом, который расположен напротив такого же магнита в корпусе устройства (реле). При работе одноименные полюса этих магнитов отталкиваются один от другого через стенку корпуса реле, переключая контакты в процессе отслеживания поплавком уровня воды. Известны реле и с вертикальным расположением оси поплавка (см. там же). Известные автоматические системы защиты котлов (по предельному нижнему уровню воды в барабане) данного поплавкового типа обеспечивают при снижении уровня до предельного значения две основные функции, не более: подачу сигнала на пост управления и прекращение подачи топлива в котел. Недостатками их являются низкая эффективность предотвращения пережога котла и недостаточная надежность, увеличивающая, в свою очередь, вероятность вывода котла из строя. Проверка технического состояния и уход за известной системой сопряжены обычно с выводом котла из действия, что не всегда возможно, выдержкой времени на остывание конструкции, вскрытием либо самого барабана, либо наружного устройства, чисткой и уходом за элементами системы, на что требуется немалое количество времени. Проверка взаимодействия и точности функционирования элементов известной системы защиты котла в процессе его работы не обеспечивает ухода за элементами и опасна, т.к. требует снижения уровня воды до проверяемого значения - предельно допустимого, когда возможно нарушение циркуляции и недопустимый перегрев элементов поверхностей нагрева. В связи с этим проверка технического состояния известных автоматических систем защиты котлов, как судовых, так и стационарных, находящихся практически всегда в рабочем состоянии, выполняется, как правило, через большие промежутки времени, что не обеспечивает систематический качественный контроль за их состоянием и способствует накоплению массы отклонений и неисправностей, воздействующих друг на друга в работе (заклинивание поплавков при загрязнении камеры, обрывы связей поплавков, скопление и попадание влаги в электрические цепи, обрывы электроцепей и пр.). Все это снижает надежность срабатывания автоматических систем защиты котлов в чрезвычайной ситуации и увеличивает вероятность выхода котлов из строя. Известен автомат безопасности котла паротурбинной установки, выбранный по достигаемому техническому эффекту за прототип, содержащий конденсационные сосуды, датчики перепада давлений, реле давления и сигнализации, реле защиты по предельному нижнему уровню, механизм управления топливным быстрозапорным клапаном, регулятор уровня воды в котле, водоуказатели и табло "Низкий уровень" (Д.Х. Милтон, Р.М.Лич. Судовые паровые котлы. М. "Транспорт", 1985, с 207-208). Каждый из датчиков, входы которых соединены соответственно с нижней частью коллектора котла и нижними частями конденсационных сосудов, измеряет разность давлений, создаваемых столбами воды, высота одного конденсационного сосуда постоянна, а высота другого изменяется в зависимости от уровня воды в коллекторе котла. Сигналы с выходов этих датчиков поступают в систему регулирования уровня воды в котле на одноименный регулятор, в систему сигнализации по уровню воды на реле давления и сигнализации и далее на табло "Низкий уровень воды", а также в систему дистанционного водоуказателя на одноименный указатель. Известное техническое решение обладает большей надежностью, нежели предыдущие, однако обеспечить полную безопасность работы котла оно не может. Как известно, при срабатывании системы защиты горение топлива в котле прекращается, содержание пара в пароводяной смеси и уровень воды в котле снижаются до опасного предела, а т.к. процесс теплообмена в топке из-за наличия раскаленных поверхностей кирпичной кладки не прекращается и не прекращается подача пара потребителям, то уровень воды в котле продолжает снижаться, и он может выйти за пределы допустимого, что сопряжено с возможностью выхода котла из строя. В таком случае правила эксплуатации требуют вывода котла из действия с последующей проверкой его герметичности, на что требуется достаточное количество времени и что, однако, не гарантирует еще его исправность. В силу этого известное техническое решение, как и другие изложенные менее совершенные технические решения - автоматические системы защиты котлов, является: во-первых, недостаточно надежным функционально, а во-вторых, по существу пассивным регистратором опасного снижения уровня воды в котле, неспособным обеспечить автоматический экстренный вывод котла из критически опасного состояния, обуславливающего его тяжелые аварии (пережог). Указанный вывод котла обеспечивается обслуживающим персоналом после срабатывания системы зашиты и сигнализации в течение определенного промежутка времени, что отнюдь не гарантирует его исправность. При отказе же в работе котла системы питания и неудовлетворительном техническом состоянии системы защиты котел подвергается разрушению с последующим заводским ремонтом или заменой. Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение указанных недостатков, а именно повышение надежности и эффективности автоматических средств защиты паровых котлов - автоматов безопасности - при упуске воды, обеспечивающее полную безопасность работы котла. Указанная техническая задача достигается тем, что в известном автомате безопасности котла, содержащем замкнутый сосуд, устройство сигнализации по нижнему предельному уровню воды в пароводяном барабане котла и механизм отключения подачи топлива к форсункам котла, в отличие от него в заявляемом дополнительно содержится расположенный под сосудом набор полых, коаксиально размещенных горизонтальных цилиндров, состоящий из наружного, внутреннего и промежуточного цилиндров, образующих соответственно наружную, внутреннюю и промежуточную обособленные полости и жестко закрепленных по периметру каждой из своих оконечностей к вертикальной стенке с одной из сторон набора и аналогично по периметрам оконечностей наружного и промежуточного цилиндров набора к другой вертикальной стенке с противоположной стороны набора. Вторая вертикальная стенка имеет отверстие с диаметром, несколько превышающим наружный диаметр внутреннего цилиндра, и центром, расположенным на уровне оси коаксиальных цилиндров. На наружную поверхность второй вертикальной стенки коаксиально ее отверстию предложено установить корпус разобщительного клапана, надклапанная полость которого имеет сообщение с промежуточной полостью набора цилиндров через упомянутое отверстие стенки, а шток самого клапана сопряжен с оконечностью внутреннего цилиндра. Стенка внутреннего цилиндра на оконечности со стороны разобщительного клапана имеет ряд отверстий, а промежуточный цилиндр снабжен компенсатором линейного расширения. Наружная полость набора цилиндров с одной из сторон посредством приемного трубопровода сообщена с замкнутым сосудом на уровне его нижней кромки, а с другой - сливным трубопроводом с пароводяным барабаном на уровне его нижней кромки, а каждая из остальных полостей набора - и внутренняя, и промежуточная - посредством переливного трубопровода - соответственно либо с пароводяным барабаном на уровне, несколько превышающем срез его опускных труб, либо с замкнутым сосудом на уровне его верхней кромки. При этом полость под клапаном содержит связанную с ним пружину и сообщена посредством подающих трубопроводов с сигнальным устройством и механизмом отключения подачи топлива к форсункам котла, замкнутый сосуд и набор цилиндров расположены над пароводяным барабаном, а сам замкнутый сосуд в верхней части снабжен клапаном для выпуска воздуха. Причем надклапанную полость разобщительного клапана предложено выполнить в виде полости, снабженной трубопроводом с запорным клапаном, имеющим сообщение с пароводяным барабаном в его верхней части. Заявленная совокупность признаков позволяет достигнуть предложенному автомату безопасности котла высокой надежности и эффективности защиты, обеспечивающих полную безопасность работы котла. Наличие сообщения пароводяного барабана котла на уровне, превышающем несколько срез его опускных труб, т.е. на нижнем аварийном уровне воды, с одной из полостей набора цилиндров - внутренней либо промежуточной - позволяет в общей совокупности обеспечить поступление в нее в критический момент, т.е. при падении уровня воды до предельного, пара. Жесткое крепление по периметру каждой из оконечностей коаксиальных цилиндров набора к вертикальной стенке с одной из сторон и аналогичное по периметрам оконечностей только наружного и промежуточного цилиндров набора к другой вертикальной стенке с противоположной стороны набора позволяет в общей совокупности обеспечить возможность свободного теплового линейного расширения внутреннего цилиндра и его оконечности от воздействия на них температуры поступившего в этот критический момент во внутреннюю либо промежуточную полости пара. Наличие отверстия во второй вертикальной стенке с центром, расположенным на уровне оси коаксиальных цилиндров, и диаметром, превышающим несколько наружный диаметр внутреннего цилиндра, наряду с подпружиненным разобщительным клапаном, шток которого сопряжен с оконечностью внутреннего цилиндра, обеспечивает в совокупности возможность механического перемещения - открытия клапана в данный момент. Сообщение полости под клапаном с сигнальным устройством и механизмом отключения подачи топлива к форсункам котла, наличие ряда отверстий на оконечности внутреннего цилиндра (т.е. сообщающих его внутреннюю полость с промежуточной полостью набора), сообщение промежуточной полости, благодаря тому, что диаметр отверстия второй стенки превышает диаметр внутреннего цилиндра, с надклапанной полостью разобщительного клапана, в совокупности обеспечивают подачу пара в данный момент и звуковую сигнализацию с прекращением подачи топлива. Снабжение промежуточного цилиндра компенсатором линейного расширения позволяет избежать в этот момент его линейного температурного удлинения по оконечностям, т.к. обе его оконечности по периметрам имеют жесткое закрепление к своим вертикальным стенкам, а сама промежуточная полость в данный момент находится в зоне относительно высоких температур. Наличие замкнутого сосуда, предназначенного для хранения запаса подпиточной воды, и расположенного под ним набора коаксиальных цилиндров в совокупности с приемный трубопроводом, соединяющим нижнюю часть сосуда с наружной полостью набора с одной из его сторон, сливным трубопроводом, соединяющим эту полость набора с противоположной стороны с нижней частью пароводяного барабана, переливными трубопроводами, соединяющими внутреннюю и промежуточную полости набора либо с пароводяным барабаном котла на уровне, превышающем несколько срез его опускных труб, либо с замкнутым сосудом на уровне его верхней кромки, а также в совокупности с наличием уровня и сосуда, и набора коаксиальных цилиндров выше уровня пароводяного барабана позволяет создавать и хранить во всех этих элементах запас подпиточной котловой воды и подавать ее в нужный момент на пароводяной барабан. При понижении уровня котловой воды в пароводяном водяном барабане ниже предельного допустимого, т.е. выше уровня среза его опускных труб, вне связи с техническим состоянием системы защиты котла по нижнему аварийному уровню, характерной для известных технических решений, переливной трубопровод в пароводяном барабане сообщается с паровым пространством барабана, и пар, в силу закона гидростатики перечисленных, сообщающихся сосудов, поступая в данный переливной трубопровод и внутреннюю либо промежуточную полости набора, обуславливает одновременно слив статического столба воды переливных трубопроводов в пароводяной барабан и слив в него воды из замкнутого сосуда по приемному трубопроводу набора цилиндров, наружной полости набора цилиндров и сливной трубопровод. Это обеспечивает подпитку пароводяного барабана котловой водой в необходимом количестве воды, причем хранимого в автомате безопасности постоянно в течение всей эксплуатации, и предохраняет таким образом котел от упуска воды при его работе в течение того промежутка времени, пока производится слив воды из замкнутого сосуда. Наличие в верхней части замкнутого сосуда клапана для выпуска воздуха обеспечивает возможность полного заполнения сосуда питательной водой из пароводяного барабана в период подготовки устройства к работе при подготовке котла к работе из сухого хранения и позволяет в совокупности с набором, трубопроводами и пароводяным барабаном обеспечить работоспособность системы в целом. Таким образом достигается повышение надежности и эффективности автоматических технических средств защиты паровых котлов при упуске воды, обеспечивающее полную безопасность работы котла. Заявленное техническое решение поясняется следующими графическими материалами: на фиг.1 представлена схема общего вида автомата безопасности парового котла; на фиг.2 показан узел "А" фиг.1. Автомат безопасности котла показан на примере конкретного его исполнения для судового котла типа КАВ 2,5/7 с параметрами: паропроизводительность 2,5 т/час, избыточное давление пара 0,7 МПа. Автомат безопасности содержит замкнутый сосуд 1, в котором сосредоточен запас котловой подпиточной воды, и размещенное под ним автоматическое устройство 2, предназначенное для автоматического подвода подпиточной воды в пароводяной барабан 3, подачи пара на паровой тифон (не показан) и быстрозапорный топливный клапан (не показан). И сосуд 1, и устройство 2 размещены выше пароводяного барабана 3. Автоматическое устройство 2 состоит из прямых труб 4,5 и 6, коаксиально размещенных одна в другой и жестко закрепленных посредством сварки по периметру каждого из торцов труб 4, и 5, и оконечности трубы 6 к фланцу 7 с одной стороны и торцов труб 4 и 5 к фланцу 8 с противоположной их стороны. Фланец 8 имеет отверстие 9, диаметр которого несколько превышает наружный диаметр трубы 6, центр которого находится на одном уровне с осью коаксиальных труб 4,5 и 6. На фланец 8 коаксиально его отверстию 9 установлен корпус 10 разобщительного клапана 11, надклапанная полость 12 которого через отверстие 9 имеет сообщение с полостью между промежуточной 5 и внутренней трубой 6 (промежуточной полостью), а шток 13 клапана 11 через гайку 14 сопряжен с оконечностью внутренней трубы 6. Труба 6 со стороны фланца 8 имеет ряд отверстий 15, а промежуточная труба 5 снабжена компенсатором линейного удлинения 16. Полость между наружной 4 и промежуточной 5 трубами (наружная полость) устройства 2 с одной из сторон посредством приемного трубопровода 17 сообщена с замкнутым сосудом 1 на уровне его нижней кромки, а с другой - сливным трубопроводом 18 с пароводяным барабаном 3 на уровне его нижней кромки. Полость внутри внутренней трубы 6 (внутренняя полость) посредством переливного трубопровода 19 через фланец 7 сообщена с пароводяным барабаном 3 на уровне, несколько превышающем срез его опускных труб (не показаны), т.е. на уровне нижнего аварийного уровня воды (НАУВ). Полость между трубами 5 и 6 (промежуточная полость) посредством переливного трубопровода 20 сообщена с замкнутым сосудом 1 на уровне его верхней кромки. Полость 21 под клапаном 11 содержит связанную с ним пружину 22 и сообщена посредством подающего пар трубопровода 23 с паровым тифоном (не показан) и механизмом отключения быстрозапорного топливного клапана (не показан). Замкнутый сосуд 1 в верхней части снабжен клапаном 24 для выпуска воздуха. Надклапанная полость 12 разобщительного клапана 11 посредством трубопровода 25 с запорным клапаном 26 имеет сообщение с пароводяным барабаном 3 в его верхней части. При нормальной работе систем котла уровень котловой воды в пароводяном барабане 3 поддерживается на отметке среднего уровня (СУВ) с колебаниями от верхнего уровня (ВУВ) до нижнего уровня (НУВ). При отказе системы регулирования уровня (не показана) или питательной системы ( не показана) уровень воды может достигнуть нижнего аварийного уровня (НАУВ). Автомат безопасности парового котла используют следующим образом. При включении котла в работу из сухого хранения вначале через систему питания (не показано) подают в котел питательную воду до среднего уровня воды (СУВ). С заполнением котла водой до среднего уровня включают подачу воздуха и топлива на котел и осуществляют выпуск воздуха из образовавшихся воздушных подушек в верхних частях пароводяного барабана 3 и замкнутого сосуда 1, используя у последнего клапан 24. При появлении пара на выходе из воздушного клапана (не показан) пароводяного барабана 3 его закрывают и начинают подъем давления пара в котле. При этом вода из пароводяного барабана 3 в до 500 кг в связи с тем, что клапан 24 замкнутого сосуда в данный момент открыт, давлением пара через трубопроводы 18, 17, 19 и 20 устройство 2 вытесняется в замкнутый сосуд 1, и последний полностью заполняется запасом котловой воды. При появлении воды на выходе из клапана 24 его закрывают. С этого момента автомат безопасности котла заполнен подпиточной водой полностью и готов к работе по защите котла от упуска воды. Уровень воды в барабане 3 при исправной работе системы регулирования уровня (не показана) находится в пределах эксплуатационных значений с колебаниями от верхнего уровня (ВУВ) до нижнего уровня (НУВ). Трубопроводы 18, 17, 19 и 20 и устройство 2 также заполнены питательной водой. При нормальной работе средств питания (не показано) и регулирования уровня котел работает в своем обычном режиме, а имеющийся запас котловой воды в замкнутом сосуде 1, трубопроводах 18, 17, 19 и 20 и устройстве 2 охлаждается до уровня температуры окружающей среды. При отказах в работе системы питания котла уровень воды в котле начнет снижаться и в какой-то момент достигнет отметки нижнего аварийного уровня НАУВ (выше среза опускных труб), как показано на фиг.1. При этом в любом случае, вне связи с техническим состоянием системы защиты котла по нижнему аварийному уровню (НАУВ), характерной для известных технических решений, нижний срез переливного трубопровода 19 сообщается с паровым пространством барабана, и пар, в силу стремления к равновесию гидростатических сил, действующих в данной системе сообщающихся сосудов и обеспечивающих слив статического столба воды в трубопроводах 17 и 18, начинает поступать по трубопроводу 19 во внутреннюю трубу 6, проходит через отверстия 15 в полость между трубами 6 и 5 и далее по переливному трубопроводу 20 попадает в верхнюю часть замкнутого сосуда 1. Причем исключение статического столба воды в переливных трубопроводах 19 и 20 обеспечивает одновременно слив воды из замкнутого сосуда 1 по приемному трубопроводу 17, полости между трубами 4 и 5, через сливной трубопровод 18 в пароводяной барабан 3. Это, в свою очередь, обеспечивает его подпитку в необходимом количестве воды и предохраняет таким образом котел от упуска воды при его работе, первоначально с горением топлива, в течение определенного промежутка времени, пока осуществляется подпитка котла из замкнутого сосуда 1. Данный промежуток времени определяется как где VАБК - запас воды в сосуде 1, равен 500 кг; D - паропроизводительность котла на данном режиме номинальной погрузки, равна 0,7 кг/с, откуда = 720, с =12 мин. При поступлении пара с температурой до 165 oC во внутреннюю полость трубы 6 последняя через определенный промежуток времени нагревается и при нагреве удлиняется. Это обеспечивается свободным, не закрепленным жестко положением оконечности трубы 6 у фланца 8. Полость между трубами 4 и 5 (наружная полость) остается холодной за счет слива холодной воды из замкнутого сосуда 1, проходящего через эту полость, остается холодной и труба 4. Труба 5, находящаяся за счет протока пара по трубе 6 в зоне средних температур, через некоторый промежуток времени несколько нагревается и также удлиняется. Т.к. трубы 4 и 5 жестко связаны между собой по оконечностям посредством фланцев 7 и 8, то данное удлинение трубы 5 компенсируется компенсатором 16. Т. к. три трубы 4, 5 и 6 жестко связаны между собой только с одной стороны - посредством фланца 7, - то с противоположной стороны оконечность трубы 6 относительно оконечности трубы 5 удлиняется и через гайку 14 перемещает шток 13 клапана 11. Клапан 11 открывается и сообщает надклапанную полость 12 клапана с полостью 21 под ним. Пар из полости 12, связанной посредством отверстия 9 с полостью между трубами 5 и 6, в свою очередь сообщенной отверстиями 15 с внутренней полостью трубы 6, поступает через полость 21 к трубопроводу 23, подающему пар в систему сигнализации (паровой тифон - не показан) и на механизм отключения быстрозапорного топливного клапана (не показан). Подача топлива прекращается. Полный перепуск запаса воды из замкнутого сосуда 1 в пароводяной барабан 3 обеспечивает поступление пара в полость между трубами 4 и 5 (наружную полость) с нагревом трубы 4. При этом относительное удлинение трубы 6 относительно трубы 4 исчезает, и клапан 11 под действием пружины 22 закрывается, прекращая доступ пара к паровому тифону и на быстрозапорный топливный клапан. Тифон прекращает звуковую работу, топливный клапан открывается, подача топлива в котел может быть возобновлена. После восстановления работоспособности системы питания котла подпитка замкнутого сосуда 1 котловой водой осуществляется из барабана 3 по трубопроводам 18, 17, 19 и 20 автоматически за счет избыточного давления в нем пара по мере конденсации пара в замкнутом сосуде 1 за счет теплообмена с окружающей средой. Через некоторое время, соответствующее периоду охлаждения воды в замкнутом сосуде 1 и не превышающее 10 мин, автомат безопасности снова готов к работе по подпитке котла в случае отказа системы питания или неисправности в системе регулирования уровня. Таким образом, автомат безопасности обеспечивает 100% гарантию защиты котла от упуска воды с последующим пережогом труб в случае возникновения неисправностей в системах питания или регулирования уровня и дает запас времени обслуживающему персоналу по принятию решений в аварийных ситуациях. При этом с устранением неисправности системы питания или с переходом на ручное управление котел может быть сразу запущен в работу без отключения потребителей. Проверка работоспособности автомата безопасности в действии осуществляется открытием запорного клапана 26. При этом пар из пароводяного барабана 3 поступает в полость 12 над разобщительным клапаном 11, проходит через отверстие 9 в полость между трубами 5 и 6 (промежуточную полость) и через отверстия 15 во внутреннюю полость трубы 6, а вода из переливного трубопровода 19 и внутренней полости трубы 6 сливается в барабан 3, а из промежуточной полости между трубами 5 и 6 и переливного трубопровода 20 поступает в замкнутый сосуд 1, данное перетекающее количество воды по трубопроводам 17 и 18 сливается в барабан 3. Внутренняя труба 6 от пара нагревается. За счет разности температур труб 4 и 6 происходит перемещение (открытие) разобщительного клапана 11 с соответствующей подачей пара на паровой тифон и механизм управления быстрозапорным топливным клапаном, срабатывание которых свидетельствует об исправной работе автомата. Последующим закрытием запорного клапана 26 автомат безопасности котла приводят в исходное рабочее состояние. Автомат безопасности после срабатывания при работе питания котла автоматически полностью переходит в свое первоначальное рабочее состояние и способен срабатывать многократно, обеспечивая постоянную и надежную защиту котла от упуска в течение всего времени эксплуатации.

Формула изобретения

1. Автомат безопасности парового котла, содержащий замкнутый сосуд, устройство сигнализации по нижнему предельному уровню воды в пароводяном барабане котла и механизм отключения подачи топлива к форсункам котла, отличающийся тем, что он дополнительно содержит расположенный под сосудом набор полых, коаксиально размещенных горизонтальных цилиндров, состоящий из наружного, внутреннего и промежуточного цилиндров, образующих соответственно наружную, внутреннюю и промежуточную обособленные полости, и жестко закрепленных по периметру каждой из своих оконечностей к вертикальной стенке с одной из сторон набора и аналогично по периметрам оконечностей наружного и промежуточного цилиндров набора к другой вертикальной стенке с противоположной стороны, вторая вертикальная стенка имеет отверстие диаметром, несколько превышающим наружный диаметр внутреннего цилиндра, и центром, расположенным на уровне оси коаксиальных цилиндров, на наружную поверхность второй вертикальной стенки коаксиально отверстию установлен корпус разобщительного клапана, надклапанная полость которого имеет сообщение с промежуточной полостью набора цилиндров через упомянутое отверстие, а шток клапана сопряжен с оконечностью внутреннего цилиндра, стенка внутреннего цилиндра на оконечности со стороны разобщительного клапана имеет ряд отверстий, а промежуточный цилиндр снабжен компенсатором линейного расширения, наружная полость набора цилиндров с одной из сторон посредством приемного трубопровода сообщена с замкнутым сосудом на уровне его нижней кромки, а с другой - сливным трубопроводом с пароводяным барабаном на уровне его нижней кромки, а каждая из остальных полостей набора посредством переливных трубопроводов - соответственно либо с пароводяным барабаном на уровне, несколько превышающем срез его опускных труб, либо с замкнутым сосудом на уровне его верхней кромки, причем полость под клапаном содержит связанную с ним пружину и сообщена посредством трубопроводов с сигнальным устройством и механизмом отключения подачи топлива к форсункам, замкнутый сосуд и набор цилиндров расположены над пароводяным барабаном, а сам замкнутый сосуд в верхней части снабжен клапаном для выпуска воздуха. 2. Автомат по п.1, отличающийся тем, что надклапанная полость разобщительного клапана посредством трубопровода с запорным клапаном имеет сообщение с пароводяным барабаном в его верхней части.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

NF4A Восстановление действия патента Российской Федерации на изобретение

Извещение опубликовано: 27.04.2006        БИ: 12/2006

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 12.04.2007

Извещение опубликовано: 10.08.2008        БИ: 22/2008

PD4A - Изменение наименования обладателя патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

(73) Новое наименование патентообладателя:Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования “Морской государственный университет имени адмирала Г.И. Невельского” (RU)

Адрес для переписки:690059, г. Владивосток, ул. Верхнепортовая, 50а, МГУ им. адм. Г.И. Невельского

Извещение опубликовано: 20.11.2008        БИ: 32/2008

www.findpatent.ru

Требование безопасности к паровым котлам. Требования безопасности к котлам

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПОВЫШЕННОЙ ОПАСНОСТИ

К технологическому оборудованию повышенной опасности в теплоэ-нергетике относятся парогенераторы (паровые котлы), турбины, трубоп-роводы пара и горячей воды, подъемно-транспортные механизмы и т.д.

Паровые котлы работают под повышенным давлением, вода и пар, заключенные в них, имеют высокую температуру. Разрушения котлов приводят к тяжелым последствиям: повреждению оборудования, зданий и сооружений, а подчас к человеческим жертвам. Поэтому проектирование, изготовление и эксплуатация котлов находится под постоянным контролем Госгортехнадзора России (федеральный горный и промышленный надзор).

Конструкция котла и его элементов должны быть надежной и безопасной в эксплуатации, обеспечивающей возможность осмотра, очистки с применением средств механизации, промывки и продувки, а также ремонта.

Для изготовления и ремонта котла и его элементов, предназначенных для работы под давлением, применяют материалы, предусмотренные «Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов».

Каждый элемент котла и отдельные детали, работающие под давлением, должны иметь клеймо завода-изготовителя с указанием марки металла. Завод-изготовитель представляет паспорт (сертификат), где указаны марка металла, результаты химического анализа и механических испытаний. Такие же требования предъявляются и к материалам (трубам, деталям, крепежу и т.д.), используемым при ремонте котла.

Несоблюдение этих требований было причиной многих аварий и групповых несчастных случаев. В ходе расследования аварий выяснилось, что при комплектовании котла заводом ошибочно были отгружены трубы или другие элементы, не соответствующие паспортным данным, а на монтажной площадке не проверили наличие клейма и сертификата.

Надежность и безопасность работы котлов в значительной мере зависят от качества сварных швов. Поэтому к сварке элементов допускаются лишь сварщики, аттестованные в соответствии с Правилами аттестации сварщиков, утвержденными Госгорнадзором и РФ, и имеющие удостоверения установленного образца. Сварные соединения с толщиной стенки более 7 мм отмечают клеймом, позволяющим установить фамилию сварщика, выполнявшего сварку.

Наиболее ответственные сварные соединения подвергают ультразву-ковому контролю или просвечиванию рентгеновскими лучами.

Во время работы котла его отдельные элементы (трубы, коллекторы, барабаны) нагреваются и перемещаются. Конструкция котла должна предусматривать свободу удлинения и перемещения его отдельных элементов и возникновению в них опасных перенапряжений, могущих привести к разрыву труб, коллекторов и барабанов с выбросом в помещение пара.

Из-за неправильного ведения топочного режима в топке и газоходах могут происходить хлопки и взрывы большой силы, способные разрушить обмуровку. Для предотвращения таких последствий топку и газоходы оборудуют взрывными предохранительными клапанами. Основным элементом клапана являются диафрагма, выполняемая из тонкой мягкой жести или листового алюминия. Диафрагму предварительно надрезают по диагонали на половину толщины. При взрыве или хлопке диафрагма легко взрывается по линиям насечки, а продукты взрыва выбрасываются по выхлопным коробам или трубам в атмосферу. Взрывные предохранительные к

tehnashop.ru