4. Предохранительные клапаны. Их типы, устройство, принцип расчета.

Все сосуды, работающие под повышенным давлением, должны быть снабжены предохранительными устройствами от повышения давления. Для этого используются:

1. пружинные предохранительные клапаны (ПК);

2. рычажно-грузовые ПК;

3. импульсные предохранительные устройства, состоящие из главного ПК и управляющего импульсного клапана прямого действия;

4. предохранительные устройства с разрушающимися мембра нами;

5. другие предохранительные устройства, применение которых согласовано с Госгортехнадзором России.

Рычажно-грузовые ПК не допускаются к использованию на передвижных сосудах.

Принципиальные схемы основных типов ПК приведены на рисунках 6.1 и 6.2. Груз на рычажно-грузовых клапанах (см. рис. 6.1,6) должен надежно фиксироваться в заданном положении на рычаге после тарировки клапана. Конструкция пружинного ПК (см. рис. 6.1, в) должна исключать возможность затяжки пружины сверх установленной величины и предусматривать устройство для

Рис. 6.1. Принципиальные схемы основных типов предохранительных клапанов:

¹- грузовой с прямым нагружением;б - рычажно-грузовой; в - пружинный с прямым нагружением;1 - груз;2 - рычаг;3 - отводящий трубопровод;4 - пружина.

проверки исправности действия клапана в рабочем состоянии путем принудительного открывания его во время работы. Устройство пружинного предохрани тельного клапана показано на рис. 6.3. Количество ПК, их размеры и пропускная способность должны рассчитываться так, чтобы в Рис. 6.2. Разрывная предохранительная мембрана не превышала более чем на 0,05 МПа для сосудов с давлением до 0,3 МПа, на

15% - для сосудов с давлением от 0,3 до 6,0 МПа, на 10% - для сосудов с давлением более 6,0 МПа. При работающих ПК допускается превышение давления в сосуде не более чем на 25% при условии, что это превышение предусмот рено проектом и отражено в паспорте сосуда.

Пропускная способность ПК определяется по ГОСТ 12.2.085.

На все предохранительные устройства должны быть паспорта и инструкции по эксплуатации.

При определении размера проходных сечений и количества предохранительных клапанов важное значение имеет расчет пропускной способности клапана на G(в кг/ч). Он выполняется по методике, изложенной в ССБТ. Для водяного пара величина рассчитывается по формуле:

G=10B₁B₂α₁F(P₁+0,1)

Рис. 6.3. Устройство пружинного

предохранительного клапана:

1 - корпус; 2 - золотник; 3 - пружина;

4 - отводящий трубопровод;

5 - защищаемый сосуд

где bi - коэффициент, учитывающий физико-химические свойства водяного пара при рабочих параметрах перед предохранительным клапаном; может быть определен по выражению (6-7); изменяется от 0,35 до 0,65; коэффициент, учитывающий соотношение давлений перед и за предохранительным клапаном, зависит от показателя адиабатыk и показателя β, при β<β_кр=(2-(k+1))^k/(k-1)коэффициент B₂= 1, показатель β вычисляют по фор муле (6.8); коэффициент B₂ изменяется от 0,62 до 1,00; α₁- коэффициент рас хода, указываемый в паспортах предохранительных клапанов, для современ ных конструкций низкоподъемных клапанов α₁= 0,06-0,07, высокоподъем ных - α₁=0,16-0,17,F- площадь проходного сечения клапана, мм²;Р₁ - максимальное избыточное давление перед клапаном, МПа;

B₁=0,503(2/( k+1) ^k/(k-1)*

где V\ - удельный объем пара перед клапаном при параметрах P₁иТ_1, ) м³/кг - температура среды перед клапаном при давлении Р_ь°С.

(6.7)

β = (P₂+ 0,1)/(P₁+0,1), (6.8)

где P2 - максимальное избыточное давление за клапаном, МПа.

Показатель адиабаты k зависит от температуры водяного пара. При температуре пара 100 °Сk = 1,324, при 200 "Сk = 1,310, при 300 °Сk= 1,304, при 400 'Сk= 1,301, при 500°Ck= 1,296.

Суммарная пропускная способность всех установленных предохранительных клапанов должна быть не менее максимально возможного аварийного притока среды в защищаемый сосуд или аппарат.

Предохранительные мембраны (см. рисунки 6.2 и 6.4) представляют собой специально ослабленные устройства с точно рассчитанным порогом разрушения по давлению. Они просты по конструкции и в то же время обеспечивают высокую надежность защиты оборудования. Мембраны полностью герметизируют сбросное отверстие защищаемого сосуда (до срабатывания), дешевы и просты в изготовлении. К их недостаткам относятся необходимость замены после каждого срабатывания, невозмож ность точного определения давления срабатывания мембраны, что заставляет повышать запас прочности защищаемого оборудования.

Мембранные предохранительные устройства могут устанавливаться вместо рычажно-грузовых и пружинных предохранительных клапанов, если эти клапаны в условиях конкретной среды не могут быть использованы вследствие их инерционности или других при чин. Они устанавливаются также перед ПК в случаях, когда ПК не могут надежно работать вследствие особенностей воздействия рабочей среды в сосуде (коррозия, кристаллизация, прикипание, примерзание). Мембраны устанавливаются еще параллельно с ПК для увеличения пропускной способности систем сброса давления. Мембраны устанавливаются еще параллельно с ПК для Увеличения пропускной способности систем сброса давления. Мембраны могут быть разрывными (см. рис. 6.2), ломающимися, отрывными (рис. 6.4), срезными, выщелкивающимися. Толщину разрывных мембран А (в мм) рассчитывают по формуле:

А = -

PD/(8σ_врK_t)((1+(δ/100))/(1+( (δ/100)-1))^1/2

где D - рабочий диаметр;Р- давление срабатывания мембраны, σ_вр- предел прочности материала мембраны (никель, медь, алюминий и др) при растяжении;К₁ - температурный коэффициент, изменяющийся от 0,5 до 1,8; δ - относительное удлинение материала мембраны при разрыве, %.

Для отрывных мембран величиной, определяющей давление срабатывания,

является диаметр D_H (см. рис. 6.4), который рассчитывают как

D_н=D(1+P/σ_вр)^1/2

Мембраны должны иметь маркировку, установленного Правилами содержания. Предохранительные устройства должны устанавливаться на патрубках или трубопроводах, непосредственно присоединенных к сосуду. При установке на одном патрубке (или трубопроводе) нескольких предохранительных устройств площадь поперечного сечения патрубка (или трубопровода) должна быть не менее 1,25 суммарной площади сечения ПК, установленных на нем.

Не допускается установка какой-либо запорной арматуры меж ду сосудом и предохранительным устройством, а также за ним. Кроме того, предохранительные устройства должны размещаться в местах, удобных для их обслуживания.

Предохранительные устройства. Предохранительные устройства (клапаны) должны автоматически предотвращать повышение давления сверх допустимого путем выпуска рабочей среды в атмосферу или утилизационную систему. Требуется установка не менее двух предохранительных устройств.

На паровых котлах давлением 4 МПа должны устанавливаться только импульсные предохранительные клапаны.

Диаметр прохода (условный), устанавливаемых на котлах рычажно-,_; грузовых и пружинных клапанов, должен быть не менее 20 мм. Допуск уменьшение этого прохода до 15 мм для котлов паропроизводительностью до 0,2 т/ч и давлением до 0,8 МПа при установке двух клапанов.

Суммарная пропускная способность устанавливаемых на паровых котлах предохранительных устройств должна быть не менее номинальной производительности котла. Расчет пропускной способности предельных устройств паровых и водогрейных котлов должен выполняться по 14570 «Клапаны предохранительные паровых и водогрейных котлов. Технические требования».

Места установки предохранительных устройств определеными. В частности, в водогрейных котлах они устанавливаются на выходных коллекторах или барабане.

Методика и периодичность регулирования предохранительных нов (ПК) на котлах указывается в инструкции по монтажу и эксе Клапаны должны защищать сосуды от превышения в них давления более на 10 % расчетного (разрешенного).

Краткий ответ:Все сосуды, работающие под повышенным давлением, должны быть снабжены предохранительными устройствами от повышения давления. Для этого используются:

6. пружинные предохранительные клапаны (ПК);

7. рычажно-грузовые ПК;

8. импульсные предохранительные устройства, состоящие из главного ПК и управляющего импульсного клапана прямого действия;

9. предохранительные устройства с разрушающимися мембранами;

10. другие предохранительные устройства, применение которых согласовано с Госгортехнадзором России.