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锅炉附件及仪表 1 第一节安全阀 一 安全阀的作用及原理安全阀用在锅炉 压力容器及其他受压设备上 以防止设备中的压力超过设计允许值 从而保护设备和运行人员的安全 当受压设备中介质压力由于某种原因而异常升高 超过设计规定值时 阀门自动开启 随着压力继续升高 阀门达到规定开启高度 作全量排放 当介质压力由于安全阀的排放而降低 达到另一规定值时 阀门又自动关闭 阻止介质继续排出 当介质压力处于正常工作压力时 阀门保持关闭和密封状态 由于安全阀可以不依赖任何外部能源而动作 所以常常作为受压设备的最后一道保护装置 从这个意义上说 它的作用是不能用其他保护装置来代替的 2 安全阀的原理 安全阀主要由阀座 阀瓣阀芯和加载机构三部分组成 阀座有的和阀体是一个整体 有的是和阀体组装在一起的 它与设备连通 阀瓣常连带有阀杆 它紧扣在阀座上 阀瓣上面是加载机构 载荷的大小可以调节 当设备内的压力在一定的工作压力范围之内时 内部介质作用于阀瓣上面的力小于加载机构加在阀上面的力 两者之差构成阀瓣与阀座之间的密封力 使阀瓣紧压着阀座 设备的介质无法排出 3 当设备内的压力超过规定的工作压力并达到安全阀的开启压力时 内部介质作用于闹瓣上面的力大于加载机构施加在它上面的力 于是阀瓣离开阀座 安全阀开启 设备内的介质即通过阀座排出 如果安全阀的排量大于设备的安全泄放量 设备内压力即逐渐下降 而且通过短时间的排气后 压力即降回至正常工作压力 此时内压作用于阀瓣上面的力又小于加载机构施加在它上面的力 阀瓣又紧压着阀座 介质停止排出 设备保持正常的工作压力继续运行 所以 安全阀是通过阀瓣上介质作用力与加载机构作用力的消长 自行关闭或开启以达到防止设备超压的目的 4 二 安全阀的形式与结构工业锅炉上常用的安全阀 根据阀芯上加压装置的方式不同可分为静重式 弹簧式 杠杆式三种 由于它们都是借助机械力作用达到密封的 所以称为直接载荷式安全阀 根据阀芯在开启时的压力提升高度可分为微启式 全启式两种 5 1 静重式安全阀静重式安全阀主要由阀体 阀座 阀芯 环状铁块 防飞螺丝和阀罩等构件组成 1 阀体2 泄水孔3 阀座螺丝4 环状生铁块5 防飞螺丝6 阀罩7 载重套8 阀座9 外罩 6 静重式安全阀是利用加在套盘上的环状铁块的重量将阀芯压紧在阀座上 使锅炉蒸汽压力保持在允许范围之内 当阀芯底部的蒸汽托力大于环状铁块的总重量时 阀芯被顶起离开阀座 蒸汽向外排泄 当作用于阀芯底部的蒸汽托力小于环状铁块的总重量时 阀芯下压与阀座重新紧密结合 蒸汽停止排泄 为了防止因阀芯提升过快使环状铁块飞脱 必须装设防飞螺丝 静重式安全阀的整定压力是通过增减环状铁块的数量 改变总重量 来调节的 增加环状铁块数量 总重量增加 整定压力被调高 反之 减少环状铁块的数量 总重量减少 整定压力被调低 静重式安全阀由于体积庞大 过于笨重 适应压力范围很低 现已很少有厂家生产 目前主要用于p 0 1MPa的E2级生活锅炉 7 2 弹簧式安全阀弹簧式安全阀是燃油 气 锅炉上使用最广泛的安全阀 主要由阀体 阀座 阀芯 阀杆 弹簧和调整螺杆等组成 8 1 调整螺杆2 阀杆3 弹簧4 阀盖5 导向套6 反冲盘7 阀体8 阀瓣9 调节圈10 阀座 9 弹簧式安全阀是利用安全阀中的弹簧被压缩后产生的弹力将阀芯压紧在阀座上 使锅炉蒸汽压力保持在允许范围之内 当作用于阀芯底部的蒸汽托力大于弹簧作用在阀芯上部的弹力时 弹簧就被压缩 使阀芯被顶起离开阀座 蒸汽通过阀芯与阀座之间的间隙向外排泄 当作用于阀芯底部的蒸汽托力小于弹簧作用在阀芯上部的弹力时 弹簧就伸长 使阀芯与阀座重新紧密结合 蒸汽停止排泄 弹簧式安全阀的整定压力是通过拧紧或放松调整螺杆来调节的 拧紧调整螺杆 弹簧被压缩 弹力增加 作用于阀芯上的压力也就增大 安全阀整定压力被调高 反之 放松调整螺杆 弹簧被放松 弹力减小 作用于阀芯上的压力也就减小 安全阀整定压力被调低 10 弹簧式安全阀按其开启高度 还可分为微启式和全启式两种结构形式 微启式弹簧安全阀在超压开启时 它的阀芯开启高度变化与介质压力成比例增大 排出的流量也相应成比例增大 没有突然的变化 所以也称作比例作用式安全阀 它的阀芯开启高度一般相当于阀座密封面内径 即喉径 的1 40 1 20 全启式弹簧安全阀在阀芯的外边增加了一个与阀芯同步动作的反冲盘 从而利用蒸汽排出时产生的反冲力使阀芯开启高度增大到相当于喉径的1 4以上 排出蒸汽的环形面积增大到微启式阀芯的5 10倍 排量也相应大幅度增加 11 3 杠杆式安全阀杠杆式安全阀主要由阀体 阀座 阀芯 杠杆和重锤等构件组成 1 阀盖2 杠杆3 重锤4 阀杆5 阀体6 阀座7 阀芯 12 杠杆式安全阀是利用重锤的重量通过杠杆力矩作用 将阀芯压紧在阀座上 使锅炉蒸汽压力保持在允许范围之内 当蒸汽托力产生的力矩大于重锤产生的力矩时 阀芯被顶起离开阀座 蒸汽向外排泄 当蒸汽托力产生的力矩小于重锤产生的力矩时 阀芯又重新被压紧在阀座上 蒸汽停止排泄 杠杆式安全阀的整定压力是通过移动重锤与杠杆支点间的距离来调节的 把重锤与杠杆支点的距离增大 安全阀整定压力被调高 反之 把重锤与杠杆支点的距离减小 整定压力就被调低 13 三 选用安全阀应考虑的因素 1 工作压力级弹簧式安全阀的整定压力可以通过改变弹簧预紧压缩量来调节 但必须指出 这种调节不是无限制的 因为每一根弹簧都只能在一定的整定压力范围内工作 如果把压力级高的安全阀配置到工作压力低的锅炉上去 就会造成安全阀整定压力无法调整或开启不灵敏 如果把压力级低的安全阀配置到工作压力高的锅炉上去 就会使安全阀整定压力无法调整或使弹簧提早产生永久变形 失去弹性 造成安全阀漏汽 不到规定压力就开启等现象 所以按不同压力级选择安全阀 就能使弹簧式安全阀在最佳状态下工作 14 2 最大工作压力最大工作压力是指安全阀在某一工作温度下允许承受的最大压力 同一公称压力的安全阀在工作温度超过其材质相对应的额定介质温度后 如碳钢制造的安全阀工作温度在200 以上 因为材料强度随温度升高而降低 故这时安全阀的最大工作压力 公称压力 即安全阀的公称压力并不等于最大允许工作压力 还需考虑温度因素 15 3 安全阀的排汽能力锅筒上的安全阀和过热器上的安全阀的总排放量 必须大于锅炉的额定蒸发量 并且在锅筒和过热器上所有安全阀开启后 锅筒内蒸汽压力不得超过设计时计算压力的1 1倍 过热器和再热器出口处安全阀的排放量 应保证过热器和再热器得到足够的冷却 蒸汽安全阀的排放量可按 蒸汽锅炉安全技术监察规程 第134条推荐的公式或方法进行计算 16 4 锅炉的安全阀应采用全启式弹簧式安全阀 杠杆式安全阀和控制式安全阀 对于额定蒸汽压力小于或等于0 1MPa的锅炉可采用静重式安全阀或水封式安全装置 5 选购安全阀时 还应考虑阀体受压腔材料 弹簧材料 阀壳材料 密封面材料 导向部分材料的材质是否符合工作压力 工作温度的要求 17 四 对安全阀的要求 1 每台锅炉至少应装设两个安全阀 不包括省煤器安全阀 符合下列规定之一的 可只装一个安全阀 1 额定蒸发量小于或等于0 5t h的锅炉 2 额定蒸发量小于4t h且装有可靠的超压联锁保护装置的锅炉 可分式省煤器出口处 蒸汽过热器出口处 再热器入口处和出口处以及直流锅炉的启动分离器 都必须装设安全阀 18 2 安全阀应铅直安装 并应装在锅筒 集箱的最高位置 在安全阀和锅筒之间或安全阀和集箱之间 不得装有取用蒸汽的出汽管和阀门 3 几个安全阀如共同装置在一个与锅筒直接相连接的短管上 短管的流通截面积应不小于所有安全阀流道面积之和 对于额定蒸汽压力小于或等于3 8MPa的锅炉 安全阀的流道直径不应小于25mm 对于额定蒸汽压力大于3 8MPa的锅炉 安全阀的流道直径不应小于20mm 19 4 安全阀应装设排汽管 排汽管应直通安全地点 并有足够的流通截面积 保证排汽畅通 同时排汽管应予以固定 安全阀排汽管底部应装有接到安全地点的疏水管 在排汽管和疏水管上都不允许装设阀门 省煤器的安全阀应装排水管 并通至安全地点 在排水管上不允许装设阀门 5 安全阀排汽管上如装有消音器 应有足够的流通截面积 以防止安全阀排放时所产生的背压过高影响安全阀的正常动作及其排放量 消音板或其他元件的结构应避免因结垢而减小蒸汽的流通截面 20 6 安全阀上必须有下列装置 1 杠杆式安全阀应有防止重锤自行移动的装置和限制杠杆越出的导架 2 弹簧式安全阀应有提升手把和防止随便拧动调整螺钉的装置 3 静重式安全阀应有防止重片飞脱的装置 21 五 安全阀常见故障及排除方法 22 23 24 第二节压力表 一 压力表的作用压力表是锅炉三大安全附件之一 它的作用是指示锅炉内蒸汽压力的高低 司炉工人根据压力表的指示数值来调节燃烧 以保证用汽部门的要求和锅炉的安全运行 25 二 压力表的结构及原理 锅炉上普遍使用的是弹簧管式压力表 主要由弹簧弯管 连杆 扇形齿轮 小齿轮 中心轴 指针 表盘等构件组成 1 弹簧管2 游丝3 指针4 小齿轮5 扇形齿轮6 自由端7 连接杠杆8 支点9 固定端 26 弹簧弯管是由金属管 无缝铜管或无缝钢管 制成的 管子截面呈扁圆形或椭圆形 它的一端固定在支撑座上 并与汽水介质相通 另一端是封闭的自由端 与杠杆连接 杠杆的另一端连接扇形齿轮 扇形齿轮又与中心轴上的小齿轮相啮合 压力表的指针固定在中心轴上 当弹簧弯管受到介质压力的作用时 它的截面有变成圆形的趋势 迫使弹簧弯管逐渐伸直 从而使弹簧弯管的自由端向上翘起 压力越高 自由端向上翘起的幅度越大 这一动作经过杠杆 扇形齿轮 小齿轮的传动 使指针偏转一个角度 在刻度盘上指示出压力高低 当被测介质压力降低时 弹簧管要恢复原状 指针退回到相应刻度处 27 在燃油 气 锅炉上还有一种使用较多的是电接点压力表 电接点压力表是在普通弹簧管压力表上加装一套高低限电接点装置构成的 它不但能随时测量介质压力变化情况 而且还能将被测介质保持在一定压力范围内 当被测压力超过这一范围时 能自动发出报警信号 电接点压力表也可带继电器及接触器的电气线路 获得自动控制信号 通过控制机构 使被测介质的压力自动保持在上下限给定值的范围内 28 三 安全技术要求 1 安装压力表的部位 除与锅筒蒸汽空间直接相连接处必须安装压力表外 1 给水调节阀前 2 可分式省煤器出口 3 过热器出口和主汽阀之间 4 再热器出 入口 5 直流锅炉启动分离器 6 直流锅炉一次汽水系统的阀门前 7 强制循环锅炉锅水循环泵出 入口 8 燃油锅炉油泵进 出口 9 燃气锅炉的气源人口 29 2 选用压力表的规定 1 对于额定蒸汽压力小于2 5MPa的锅炉 压力表精确度不应低于2 5级 对于额定蒸汽压力大于或等于2 5MPa的锅炉 压力表的精确度不应低于1 5级 2 压力表应根据工作压力选用 压力表表盘刻度极限值应为工作压力的1 5 3 0倍 最好选用2倍 3 压力表表盘大小应保证司炉人员能清楚地看到压力指示值 表盘直径不应小于100mm 30 3 压力表除在选用时应符合有关技术标准的要求外 其校验和维护也应符合国家计量部门的规定 压力表装用前应进行校验并注明下次的校验日期 压力表的刻度盘上应划红线指示出工作压力 装用后每半年至少校验一次 校验后应封印 31 4 装设压力表的要求 1 应装设在便于观察和吹洗的位置 并应防止受到高温 冰冻和振动的影响 2 压力表与锅筒之间应装有存水弯管 存水弯管用钢管时 其内径不应小于10mm 几种存水弯管 32 压力表与筒体之间的连接管上应装有三通阀门 以便吹洗管路 卸换 校验压力表 汽空间压力表上的三通阀门应装在压力表与存水弯管之间 其三通阀门在各个位置的作用如下 1 当压力表通过存水弯管直接连接锅筒时是正常工作位置 2 压力表与锅筒隔开 直通外界大气时 是检查压力表的位置 如压力表正常 指针回零 2 锅炉与压力表隔断 蒸汽直通外界时 是冲洗存水弯管的位置 4 当压力表 锅筒 外界均隔断不通时 是积存冷凝水的位置 冲洗存水弯管后 应在此位置停留一定时间 约5min左右 使存水弯管中的蒸汽冷凝成水 起水封闭的作用 保护压力表 然后再把三通阀门开到正常位置 5 当压力表 锅筒 旁通管 先装好标准压力表 均互通时 是校验压力表的位置 此时 两块压力表指示的数值相差不得超过规定值 33 5 压力表的停用 在下列情况之一时 1 有限止钉的压力表在无压力时 指针转动后不能回到限止钉处 没有限止钉的压力表在无压力时 指针离零位的数值超过压力表规定允许误差 2 表面玻璃破碎或表盘刻度模糊不清 3 封印损坏或超过校验有效期限 4 表内泄漏或指针跳动 5 影响压力表指示准确的其他缺陷 34 四 常见故障及排除方法 35 36 37 第三节水位表 一 水位表的作用与原理水位表是锅炉三大安全附件之一 它的作用是显示锅筒内水位的高低 锅炉上如果不安装水位表或者水位表失灵 司炉工将无法了解锅筒内水位的变化 在运行中就会发生缺水或满水事故 如果严重缺水后盲目进水 还会造成爆炸事故 水位表是按照连通器内水表面的压力相等时水面的高度便一致的原理设计制造的 水位表与锅筒之间分别由汽 水连管相连 组成一个连通器 所以水位表指示的水位即为锅筒内的水位 38 二 水位表的结构 根据工作压力的不同 水位表的构造形式有很多种 常用的有玻璃管式水位表和平板式水位表 39 1 玻璃管式水位表玻璃管式水位表主要由玻璃管 汽旋塞 水旋塞和放水旋塞等组成 如图所示 玻璃管是用耐热玻璃制成的 其内径不应过细 否则易造成毛细管现象 影响指示水位的准确性 一般水位表玻璃管常用15mm和20mm两种规格 汽 水旋塞用铸铁 铸钢或铸铜制成 水位表与锅筒之间一般用法兰连接 安装时水位表的汽水旋塞的中心应在同一中心线上 以防止玻璃管受弯曲应力造成破裂 在水位表的汽水旋塞通路中 有的还装有闭锁钢珠 其目的是当水位表玻璃管因某种原因破裂时 由于汽水的压力 将旋塞中的钢珠顶到汽水出口处 以防止锅内汽水的大量喷出 保护操作人员免受烫伤的危险 但当锅炉水质不良时 如给水不除氧 则钢球极易腐蚀 并黏附于停留处 以致在玻璃管破裂时 钢球起不到应有的保护作用 因此 如果采用这种结构的旋塞 在使用中应作定期检查 防止钢球因锈死而不起作用 40 1 汽旋塞2 玻璃管3 防护罩4 水旋塞5 放水旋塞 为防止玻璃管破碎时发生人身伤害事故 玻璃管水位表还要装设防护罩 防护罩应采用较硬的耐热钢化玻璃板 但不应影响观察水位 不能用普通玻璃板作防护罩 否则当玻璃管损坏后 会连带玻璃板破碎 反而增加危险 玻璃管式水位表结构简单 价格低廉 安装和拆换方便 但玻璃管易破碎 适用于工作压力不超过1 27MPa的小型锅炉 41 2 平板式水位表平板式水位表有单面玻璃板和双面玻璃板两种 主要由玻璃板 金属框盒 汽旋塞 水旋塞和放水阀等构件组成 由于玻璃板式水位表比玻璃管式水位表承压能力大 因此广泛应用于额定工作压力大于或等于1 27MPa的锅炉上 1 接汽连管的法兰2 汽旋塞3 玻璃板4 金属框盒5 水旋塞6 放水阀7 接水连管的法兰 42 3 浮球水位表浮球水位表的结构与平板式水位表相比较 不同之处是表腔内有一个空心的石英玻璃球 球内充装有卤素着色剂 当表腔内有高温炉水时 它即变成一色彩鲜艳的小球漂浮在液面上 并随着表腔内液位的升降而同步变换其位置 因此这种水位表的汽水分界线一目了然 十分清晰 尤其在锅炉发生缺水或满水时 更能显示这种水位表的优越性 43 4 双色水位表双色水位表是利用光学原理设计的 通过光的反射或透射作用 使水位表中无色的水和汽分别以不同的颜色显示 汽水分界面清晰醒目 利用它即使在远距离或夜间 操作者也能准确地判断水位 特别是当锅炉出现满水或严重缺水事故时 水位表内出现全绿或全红颜色 非常醒目 有利于司炉工迅速辨别事故 正确采取措施 44 三 水位表安全技术要求 1 每台锅炉至少应装两个彼此独立的水位表 但符合下列条件之一的锅炉可只装一个直读式水位表 1 额定蒸发量小于或等于0 5t h的锅炉 2 电加热锅炉 3 额定蒸发量小于或等于2t h 且装有一套可靠的水位示控装置的锅炉 4 装有两套各自独立的远程水位显示装置的锅炉 45 2 水位表应装在便于观察的地方 水位表距离操作地面高于6m时 应加装远程水位显示装置 远程水位显示装置的信号不能取自一次仪表 3 用远程水位显示装置监视水位的锅炉 控制室内应有两个可靠的远程水位显示装置 同时运行中必须保证有一个直读式水位表正常工作 46 4 水位表应有下列标志和防护装置 1 水位表应有指示最高 最低安全水位和正常水位的明显标志 水位表的下部可见边缘应比最高火界至少高50mm 且应比最低安全水位至少低25mm 水位表的上部可见边缘应比最高安全水位至少高25mm 2 为防止水位表损坏时伤人 玻璃管式水位表应有防护装置 如保护罩 快关阀 自动闭锁珠等 但不得妨碍观察真实水位 3 水位表应有放水阀门并接上通往安全地点的放水管 47 5 水位表的结构和装置应符合下列要求 1 锅炉运行中能够吹洗和更换玻璃板 管 云母片 2 用两个及两个以上玻璃板或云母片组成一组的水位表 能够保证连续指示水位 3 水位表 或水表柱 和锅筒之间的汽水连接管内径不得小于18mm 连接管长度大于500mm或有弯曲时 内径应适当放大 以保证水位表灵敏准确 4 连接管应尽可能地短 如连接管不是水平布置时 汽连管中的凝结水应能自行流向水位表 水连管中的水应能自行流向锅筒 以防止形成假水位 5 阀门的流道直径及玻璃管的内径都不得小于8mm 6 水位表 或水表柱 和锅筒之间的汽水连接管上 应装有阀门 锅炉运行时阀门必须处于全开位置 48 四 常见故障及消除方法 49 50 第四节排污和放水装置 一 排污的作用锅炉在运行中 由于炉水不断地蒸发 浓缩 使水中的含盐量不断增加 所谓排污即是连续或定期从炉内排出一部分含高浓度盐分的炉水 以达到保持炉水质量和排除锅炉底部的泥渣 水垢等杂质的目的 这是排污最主要的作用 它的第二个作用就是当锅炉满水或停炉清洗时排放余水 51 二 定期排污装置 定期排污装置设在锅筒 集箱的最低处 一般由两只串联的排污阀和排污管组成 常用的排污阀有旋塞式 齿条闸门式 摆动闸门式 慢开闸门式等多种形式 52 1 旋塞式排污阀旋塞式排污阀主要由阀芯和阀体两部分组成 如图所示 阀芯呈上大下小的圆锥形 中间开有长圆形的对穿孔 以流通炉水 当阀芯旋转90 时 其长圆孔与阀体接触 阀门即关闭 阀芯上部用填料与阀体密封 这种阀门属于快开型 特点是结构简单 但是阀芯很容易受热膨胀 使阀芯转动困难 所以目前已较少使用 仅在p 0 1MPa的E2级锅炉上尚有应用 1 阀盖2 填料3 阀芯4 阀体 53 2 齿条闸门式排污阀齿条闸门式排污阀主要由齿条 闸板 阀座和阀体等零件组成 如图所示 在手柄的摆动轴上有一小齿轮与齿条啮合 齿条的下部与闸板相连 闸板由两个套筒合成 中间的弹簧向两侧推压套筒 使闸板紧贴阀座 保持接触面严密 当手柄如图示摆动180 时 小齿轮转动 同时带动齿条和闸板上移 闸门便快速开启 属快开型 1 手柄2 齿条3 阀盖4 阀芯5 阀体6 密封圈 54 3 摆动闸门式排污阀摆动闸门式排污阀主要由手柄 传动轴 闸板和阀体等零件组成 如图所示 闸板由两个阀片合成 中间的弹簧向两侧推压阀片 使闸板紧贴阀座 保持接触面严密 闸板的一端与传动轴相连 手柄转动轴与阀片两者的中心线不在同一直线上 相当于曲轴转动 当转动手柄时 阀片相随摆动 从而达到开启和关闭通路的目的 这种阀门动作敏捷 排污效果好 属快开型 1 阀体2 密封环3 螺栓4 填料管5 填料6 压盖7 螺母8 手柄9 传动轴10 弹簧11 阀片12 销钉 55 4 慢开闸门式排污阀慢开闸门式排污阀的构造与齿条闸门式大体相同 如图所示 其不同点是用丝杆代替了齿条 阀