Трубопроводы и арматура ТЭС - Предохранительная арматура Венюковского завода

В соответствии с Правилами Госгортехнадзора каждый паровой котел парапроизводительностью более 100 кГ/ч должен быть снабжен не менее чем двумя не зависящими друг от друга предохранительными клапанами, сообщающимися с его паровым пространством. Предохранительные клапаны приводятся в действие либо непосредственно давлением пара на тарелку, либо посредством импульса от вспомогательного клапана.

Рис. 5-11. Клапан дроссельный для пара Dy 50, 100, 150 и 225.
Один из предохранительных клапанов, являющийся контрольным, должен иметь устройство, не позволяющее обслуживающему персоналу изменять его регулировку.
На котлах с номинальным давлением свыше 39 ат предохранительные клапаны должны быть только импульсными и устанавливаться на выходном коллекторе не отключаемого пароперегревателя. При этом отбор импульсов для 50% всех установленных клапанов должен производиться от барабана котла, а для остальных клапанов — от выходного коллектора пароперегревателя.
Конструкции предохранительных клапанов должны допускать проверку исправного их действия путем принудительного подъема. Грузы рычажных предохранительных клапанов должны быть застопорены на рычаге так, чтобы была исключена возможность какого-либо их перемещения без отдачи стопорного приспособления.
Конструкция полноподъемных клапанов должна быть такой, чтобы давление пара в котле с момента начала открытия клапанов до полного их подъема не могло повыситься дополнительно более, чем на 3%.
Клапаны новых конструкций или иные предохранительные устройства могут быть допущены к установке после проверки надежности их работы и пропускной способности в условиях, одинаковых с эксплуатационными и после согласования с Госгортехнадзором.
Предохранительные клапаны на котлах должны быть отрегулированы на начало открытия согласно следующим данным:

Независимо от расчета диаметр прохода предохранительных клапанов должен быть: для котлов с рабочим давлением до 40 ати — не менее 25 и не более 125 мм;
для котлов с рабочим давлением выше 40 ати — не менее 15 и не более 125 мм.
Количество и размеры предохранительных клапанов определяются по следующей формуле:
где h — высота подъема клапана, см;
п — число установленных клапанов;
d — внутренний диаметр тарелки клапана, см;
D — номинальная парапроизводительность котла, кГ/ч;
р — абсолютное давление пара в котле, кГ/см².
Значение коэффициента А принимается для клапанов с малой высотой подъема
равным 0,0075, и для полноподъемных клапанов (h>1/4d) равным 0,015.
В расчетное количество предохранительных клапанов входят все рабочие и контрольные клапаны, а также предохранительные клапаны за пароперегревателем, если между котлом и пароперегревателем нет запорного устройства.
Для защиты котлоагрегатов большой мощности в СССР и за рубежом применяют импульсно-предохранительные устройства различных конструкций.
Наряду с большой пропускной способностью, достигающей для высоких давлений величины 160 т/ч, достоинством импульснопредохранительных устройств является то, что выбрасываемый через них пар можно направлять в аккумулятор низкого давления, это обеспечивается приводом в действие запорного органа клапана при помощи вспомогательного поршня, последнее делает работу клапана не зависящей от противодавления. Таким образом, при установке импульсно-предохранительных устройств имеется возможность применять схемы, исключающие необходимость выброса пара в атмосферу, и тем самым уменьшать потери тепла и конденсата.
Первоначальная схема импульсно-предо- хранительного устройства конструкции Венюковского арматурного завода представлена на рис. 5-12.
Одинарный рычажно-грузовой (импульсный) клапан Dy 10 импульсной трубкой соединяется с паровым пространством котла.
Когда давление в барабане котла превысит установленное, импульсный клапан открывается и пар по импульсной трубке диаметром 10 мм поступает в поршневую камеру главного клапана.
Главный клапан (рис. 5-13) диаметром 90 мм соединен с выходным коллектором пароперегревателя или паровым пространством барабана котла трубой диаметром 150 мм и с атмосферой — трубой диаметром 250 мм.
Запорная тарелка 1 рабочей среды плотно прижимается к седлу 2, обеспечивая герметичность клапана. Через шток 3 тарелка связана с поршнем 4, помещенным в поршневой камере. Уплотнение поршня осуществляется кольцами 5, выполненными из чугуна марки Сч21-40. В верхней части поршень оканчивается штоком 6, проходящим через лабиринтовую втулку крышки поршневой камеры 7; на шток надета спиральная пружина 8, обеспечивающая постоянное прижатие тарелки к седлу. Перестановочное усилие для открытия клапана обеспечивается за счет того, что площадь поршня больше площади затвора клапана.
При снижении давления в котле импульсный клапан закрывается, доступ пара в поршневую камеру главного клапана становится невозможным, вследствие чего последний закрывается, прекращая выхлоп пара.
На импульсной линии между импульсным клапаном и поршневой камерой главного клапана предусмотрен отвод с игольчатым вентилем 9, назначение которого заключается в смягчении удара, возникающего при срабатывании главного клапана.
Как показал опыт эксплуатации, импульсно-предохранительные устройства, выполненные по данной схеме, работают недостаточно надежно.
В последние годы завод осуществил ряд мероприятий по повышению надежности импульсно-предохранительных устройств. Были внесены существенные изменения в принципиальную схему импульсного устройства. Если раньше открытие и закрытие импульсного клапана производились непосредственно под воздействием давления пара, то в новой схеме (рис. 5-12) для этой цели служит электромагнитный привод, воздействующий на рычаг импульсного клапана.
Работа электромагнитного привода импульсного клапана осуществляется по схеме, приведенной на рис. 5-14.
В качестве импульсного органа, воздействующего в зависимости от давления в котле на магниты привода, применено специальное реле давления 1, которое настраивается так, чтобы при рабочем давлении в котле была замкнута цепь нижнего электромагнита 2 (нижний контакт реле). 

Рис. 5-12. Схемы импульсно-предохранительных устройств котлов высокого давления.
а — первоначальная; б — с электромагнитным приводом; 1 — главный предохранительный клапан; 2 — импульсный клапан; 3 — импульсные трубки; 4 — дренажные трубки.

Рис. 5-13. Главный предохранитель импульсно-предохранительного устройства. а — главный предохранительный клапан конструкции 

Рис. 5-13. б — главный предохранительный клапан улучшенной конструкции; в — главный предохранительный клапан высокого давления, настоящее время; г — главный предохранительный клапан повышенных параметров Рраб =140 кГ/см² и Т=570°С.

Рис. 5-14. Электрическая схема электромагнитного привода импульсно-предохранительного устройства.

Последний обеспечивает необходимую величину удельного давления на уплотнительных поверхностях затвора импульсного клапана 3 и надежную его герметичность.
При повышении давления в котле, до регламентированной величины (на 5—8% сверх нормального) реле давления срабатывает, обесточивает цепь нижнего электромагнита 2 и замыкает цепь верхнего электромагнита 4, который и производит (в дополнение к усилию от статического давления среды на тарелку) открытие импульсного клапана.
Открытие последнего влечет за собой открытие главного клапана.
С понижением давления в котле до номинальной величины реле давления производит обратное переключение — обесточивает верхний и включает нижний электромагниты.
В случае исчезновения напряжения весовая система импульсного клапана (рычаг, груз, сердечник нижнего магнита), настраиваемая предварительно на самостоятельное срабатывание, обеспечивает работу импульснопредохранительного устройства. Привод работает на постоянном токе с напряжением 110 а. Схемой предусмотрена возможность принудительного открытия и посадки импульсного клапана при помощи универсального переключателя 5, а также в случае необходимости — возможность обесточивания всей схемы с помощью двухпозиционного ключа 6; сигнальные лампы 7, включенные параллельно катушкам электромагнитов, дают возможность судить об исправности схемы.
В качестве импульсного клапана в новой схеме применен рычажно-грузовой клапан Dy 20. Отличительной особенностью этого клапана (рис. 5-15) является применение упругого затвора: уплотняющие поверхности тарелки выполнены коническими с утоняющимися н относительно узкими стенками1.
Большое значение для защиты уплотнительных поверхностей импульсного клапана имеет установка на входе в него фильтра. Как видно из рис. 5-16, работа фильтра основана на центробежном принципе.
1 В настоящее время ВАЗ вместо упругого затвора применяет тарелку от запорного вентиля у 20.

Рис. 5-15. Импульсный клапан  20 с упругим затвором.
Благодаря тому, что патрубок 1 приварен к корпусу фильтра 2 со смещением относительно центральной осн на 25 мм, поступающий в фильтр пар получает вращательное движение. Более тяжелые инородные частички центробежной силой отжимаются к стенкам фильтра и сползают по ним в грязесборник 4, а пар через патрубок 3 поступает в Импульсный клапан; мелкие загрязнения улавливаются сеткой 5, вваренной на выходе из фильтра.
Опыт эксплуатации показал, что это устройство помогает сохранению уплотнительных поверхностей клапана в удовлетворительном состоянии, в связи с чем установка указанного фильтра может быть рекомендована также на клапанах непосредственного действия, где защита уплотнительных поверхностей имеет особенно большое значение.
Изменения были внесены также в конструкцию главного клапана (рис. 5-13), а именно: составной поршень заменен цельным; дрос сельный вентиль Dy 10 снят, а настройка клапана на безударное открытие предусмотрена дренажным вентилем Dy 10.
Применение электромагнитного привода значительно повысило надежность работы импульсного клапана, а следовательно, и всего импульсно-предохранительного устройства. Однако некоторые конструктивные дефекты главного клапана в новой схеме устранены не были.
В связи с этим Венюковским заводом в 1956 г. была разработана новая, более рациональная конструкция главного клапана.
Наиболее важной особенностью этой конструкции является наличие демпферного устройства, состоящего из демпферной камеры, внутри которой помещен поршень, имеющий по окружности два сквозных отверстия диаметром по 3 мм. Через шток поршень демпфера связан с поршнем клапана. Демпферная камера заливается водой. При работе клапана вода, продавливаясь через отверстия в поршне демпфера, способствует безударному открытию и закрытию клапана.
Пружина, необходимая для удержания клапана в закрытом состоянии при отсутствии Давления под тарелкой, устанавливается в демпферной камере, заполненной водой, благодаря чему изолирована от воздействия высоких температур.
В более благоприятных температурных условиях находится и поршень клапана, в связи с чем поршневые кольца, выполнявшиеся раньше из серого чугуна, заменены стальными из нержавеющей стали марки 3X13.

Рис, 5-16. Импульсный клапан с фильтром.

Седло клапана устанавливается на прокладке в выточку фланца пароподводящего патрубка и прижимается к нему корпусом при монтаже клапана. Такое конструктивное выполнение дает возможность постоянно поддерживать уплотнительную поверхность седла в хорошем состоянии.
Корпус клапана имеет два противоположно направленных выхлопа, благодаря чему уравновешиваются реактивные усилия, возникающие при истечении пара.
При прежней производительности новый клапан имеет значительно меньший вес и габариты; клапан прост и удобен для сборки и разборки, что имеет большое значение при его ремонтах.