Вибухи парових котлів представляють собою миттєве вивільнення енергії перегрітої води і зниження тиску до атмосферного. Це адіабатичний вибух. При атмосферному тиску вода кипить при 100 ° C у відкритому посуді. У закритому - кипіння починається при 100 ° C, пар тисне на поверхню води - і кипіння припиняється. Щоб кипіння тривало необхідно воду нагріти до температури, відповідної тиску пара. Наприклад, при Р = 0,6 МПа (6 КТС / см 2) - Т = 169 ° С, при Р = 0,8МПа - 171 ° C, при Р = 1,2 МПа - 189 ° C, при Р = 1, 96Мпа - 211 ° C. Якщо припинити нагрівання води при 190 ° С і нормально витрачати пар, то вода буде кипіти до тих пір, поки її температура не стане нижче 100 ° С, при цьому, чим швидше забирати пар, тим інтенсивніше буде кипіння і пароутворення за рахунок надлишку енергії міститься в воді. Цей надлишок теплової енергії (від Рмах до Ратм) повністю витрачається на пароутворення. Перегріта вода до 190 ° С цілком перетворюється в пар: з 1 м 3 води утворюється 1700 м 3 пара. Отже, небезпека таїться не в парі, який знаходиться в котлі, а в нагрітій вище 100 ° С воді володіє величезним запасом енергії і готової випаруватися в будь-який момент при різкому падінні енергії. Тому, чим більше води в котлі на одиницю поверхні нагрівання, тим більше акумульованої в ній теплоти і тим більше вибухонебезпечний котел. Надійно спроектований і изготов-ний згідно з технічними умовами при правильному обслуговуванні і контролі посудина під тиском ніколи не вибухне. Руйнівна енергія перегрітої води порівнянна з порохом - 60кг перегрітої води до 160 ° С, Р = 0,5 МПа, по енергії вибуху = 1кг пороху.
Причинами вибуху можуть бути: перевищення розрахункового давши-лення через несправні запобіжних клапанів; нижче-ня рівня води, коли нагріваються стінки перестають охлаж-датися водою; зношеність установки від тривалої експлуата-ції; порушення технічних вимог експлуатації; Ні-достатки конструкції і невідповідність матеріалу розрахунковим параметрам.
За правилами Держнагляду, кожен паровий котел обладнується: запобіжними клапанами манометрами (робочий і контрольний); водовказівними приладами, термометрами; запірним вентилем і зворотним клапаном на нагрівальної лінії живлення котла водою; спускним вентилем із засувкою (засоби захисту).
Кількість запобіжних клапанів, їх розміри і про-пропускну здатність повинні бути вибрані за таким розрахунком: котел паропродуктивністю більше 100 кг / год повинен бути забезпечений не менше, ніж двома запобіжними клапанами, на котлах продуктивністю менше 100 кг / год - встанов-ється один запобіжний клапан.
Рис.3.3.1 Контрольно-вимірювальні і запобіжні пристрої
Сумарна пропускна здатність запобіжних кла-панів, що встановлюються на котлі, повинна бути не менш годинної продуктивності котла. Запобіжні клапани повинні бути розміщені в місцях, доступних для огляду. Робоче середовище, що виходить із запобіжного клапана, повинна відводитися в безпечне місце.
Установка на відвідних і дренажних трубах запірних органів не допускається. Кількість пара, яка може пропустити запобіжний клапан при тиску в котлах від 0,07 МПа до 2 МПа, наступне:
для насиченої пари:
Якщо в котлах тиск пари понад 12 МПа, то кількість пара
де Dн.п. Dп.п. D - пропускна здатність клапана, кг / год: # 945; - коефіцієнт витрати пари (рідини) клапаном, визна-виділяється проектною організацією (заводом-виготовлювачем) експериментально для кожної конструкції клапана і запіси-ється в паспорт; P1 - максимальний надлишковий тиск перед запобіжним клапаном, МПа Vн.п. Vп.п. V - питомий об'єм пари перед запобіжним клапаном, м 3 / кг; F - площа перетину клапана, що дорівнює найменшій пло-щади перетину в проточній частині, мм. Розрізняють пружинні і важільні запобіжні клапани (рис. 3.3.1-3.3.2.).
Мал. 3.3.2 важільних запобіжний клапан
1 - противага; 2 важіль; 3 - корпус клапана
Кількість і діаметр проходу запобіжних клапанів, що встановлюються на водонагрівальних котлах, визначаються за формулою
де n - число запобіжних клапанів;
d - діаметр сідла клапана в світлі, см .;
h - висота підйому клапана, см;
Q - максимальна теплопродуктивність котла, Дж;
k - емпіричний коефіцієнт: для низькопіднімальні клапанів k = 135 (h / d≤1 / 20), повнопідйомний клапанів - k = 70 (h / d≤1 / 4);
Р - абсолютно максимально допустимий тиск в котлі при повному відкритті клапана, МПа;
i - ентальпія насиченої пари при максимально допустимому тиску в котлі, Дж; t В.Х. - температура води, що входить в котел, ° С.
На запобіжний клапан постачальник повинен вислати замовникові паспорт та інструкцію з експлуатації.
Якщо за родом виробництва або внаслідок шкідливості середовища в посудині запобіжний клапан не може надійно працювати, то посудина має бути забезпечений запобіжної пластиною, яка розривається при перевищенні тиску в посудині не більше, ніж на 25% робочого тиску. Запобіжна пластина (мембрана) може бути встановлена перед запобіжним клапаном за умови, що між ними буде пристрій, що дозволяє контролювати справність пластини. У стінці котла з боку топки встановлюють запобіжні вставки (пробки) з легкоплавкого (свинцево-олов'яного) сплаву. При нестачі води нагрів пробки веде до її розплаву.
Всі запобіжні пластини і плавкі вставки повинні мати заводське клеймо із зазначенням тиску, що розриває пластину, або температура оплавлення.
Ріс.3.3.3 Схема запобіжного клапана
Кожна посудина має бути забезпечений манометром. який встановлюється на штуцері корпусу посудини, на трубопроводі до запірної арматури або на пульті управління. Показання манометра повинні бути чітко видні обслужи-вающий персоналу. При цьому шкала його повинна перебувати або у вертикальній площині, або під нахилом вперед до 30 ° (ріс.3.3.4). Установка манометрів на висоті понад 5 м від рівня площадки обслуговування забороняється. Номінальний діаметр манометрів, що встановлюються на висоті від 2 до 5 м від площадки спостереження, повинен бути не менше 160 мм. Між манометром і посудиною має бути встановлений триходовий кран.
На посудинах встановлюються манометри з класом точності не гірше ніж 2,5 і з такою шкалою, щоб межа вимірювання робочого тиску знаходилась у другій третині шкали. На розподілі, соот-ветствующим робочому тиску в посудині, проводиться червона риска або кріпиться металева пластина, пофарбована в червоний колір.
Манометр забороняється застосовувати, якщо відсутня пломба або клеймо, або стрілка манометра не повертається на нульову позначку при його виключенні, або розбите скло. Перевірка манометрів і їх опломб-вання повинні проводитися не рідше одного разу на рік. Крім того, не рідше одного разу на півроку підприємством проводиться додаткова перевірка манометрів контрольним манометром або перевіреним робочим із записом результатів в журнал контрольних перевірок.
У котлів з паропродуктивністю менше 0,7 т / год дозволяється заміна одного з покажчиків рівня води двома корковими кранами або вентилями. Нижній кран, або вентиль, встановлюється на рівні мінімального, а верхній - на рівні максимального допустимого рівня води в котлі.
Мал. 3.3.4 Манометри:
а, б - манометри робочий; і контрольний; 1,2 - пружини;
3 - стрілка; 4 - зубчастий привід; 5 - шарнір; 6 - плече;
7 - ніпель; 8 - стійка;
9 - шкала; 10 - корпус;
11 - зуб-чатое колесо;
12 - манометри; 13- кран;
16 -трубка сифона.
На кожному знову виготовленому паровому котлі для постійного-ного спостереження за рівнем води повинно бути встановлено не менше двох покажчиків рівня води прямої дії (ріс.3.3.5).
Ріс.3.3.5 Покажчик рівня води в котлі: водомірне скло
Мал. 3.3.6 Схема установки контрольно-вимірювальних
приладів на паровому котлі: ВУВ - вищий рівень води;
Нув - нижчий рівень води.
Внутрішній діаметр пробного крана, або вентиля, повинен бути не менше 8 мм. Покажчиків рівня води конструюється так, щоб можна було замінити скло або корпус при експлуата-ції котла. На водовказівних приладах проти допустимого мінімального рівня води в котлі повинен бути встановлений нерухомий металевий покажчик з написом «Мінімальний рівень». Цей рівень повинен бути не менше, ніж на 25 мм, вище нижньої видимої кромки скла. Якщо відстань від пло-щадки, з якої ведеться спостереження, до покажчиків рівня води прямої дії більше 6 м, то встановлюються два надійно діючих знижених дистанційні покажчики рівня води.
Запірна арматура повинна встановлюватися на тру-бопроводах, що підводять і відводять від посудини пар, газ або рідина. При послідовному з'єднанні декількох судин встановлення запірної арматури між ними не обов'язкова. Забороняється встановлювати запірну арматуру між посудиною і запобіжним клапаном. Установка переключающего крана або триходового переключающего вентиля між клапа-ном і стаціонарними судинами допускається, якщо при будь-якому положенні пробки, або шпинделя вентиля, будуть з'єднані обидва запобіжних клапана. На маховиках запірної арматури повинен бути позначений напрямок при їх відкриванні і закривання вання. При наявності вибухонебезпечного середовища або сильнодіючих отрут на лінії підведення від насоса або компресора встановлюється зворотний клапан, який автоматично закривається тиском судини. Зворотний клапан повинен встановлюватися між насосом (компресором) і запірною арматурою. Запірна арматура повинна мати чітке маркування (завод-виробник, умовний прохід, умовний тиск, напрямок потоку середовища).
Котельні приміщення не повинні примикати до житлових і громадських будинків, а також розповзатися всередині цих будівель (вбудовані приміщення). Примикання котелень до виробничих приміщень допускається за умови відокремлення їх протипожежною стіною з межею вогнестійкості не менше 4 год. Двері повинні відкриватися в бік котелень. Пристрій будь-яких приміщень безпосередньо над котлами не допускається.
Всередині виробничих приміщень, а також над ними і під ними допускається установка:
-прямоточних котлів з паропродуктивністю не більше 4 т / год;
-котлів, які відповідають умові:
де t - температура насиченої пари при робочому тиску, ° С;
V - об'єм котла, м 3;
-водогрійних котлів з теплопродуктивністю не більше 10460 Дж / ч.
Місця установок котлів всередині виробничих приміщень, над ними або під ними повинні бути відокремлені від осталь-них частин приміщень вогнетривкими перегородками на всю висоту котлів, але не менше 2 м з улаштуванням дверей до казанів.
У виробничих приміщеннях, що примикають до житлових приміщень, відокремленим від них котельнями стінами, до-пускається установка парових котлів, у яких
де t - температура рідини при робочому тиску, ° С;
V - об'єм котла, м 3.
На кожному поверсі котельного приміщення має бути не менше двох виходів, розташованих в протилежних сторонах приміщення.
В якості запобіжного заходу, при роботі котлів з камерним спалюванням усіх видів палива і з механічними топками твердого палива повинна бути встановлена автоматика безпеки, яка повинна переривати подачу палива при припиненні або зниженні нижче граничного робочого тиску газу, при припиненні подачі електроенергії і відключення дуттєвих вентиляторів, при відключенні димососів або припинення тяги, несправності автоматики.
Автоматика повинна спрацьовувати при досягненні граничних значень параметрів: рівень води в паровому котлі; тиск пара в паровому котлі; температура води на виході з водогрійного котла; тиск води на виході з водогрійного котла; розрядження в топці для котлів з урівноваженою тягою.
Одним із заходів безпеки для працюючого персоналу є пристрій стрічкового скління по всьому фронту котелень. При цьому товщина скління повинна бути не більше 3 мм.