Арматура и контрольно-измерительные приборы

По назначению арматуру можно разделить на четыре груп­пы: 1) для управления работой котла – стопорные, питатель­ные, топливные клапаны, клапаны отбора насыщенного и охлаж­денного пара; 2) для защиты котла – предохранительные кла­паны, быстрозапорное устройство; 3) для физико-химического контроля – клапаны отбора, проб, ввода присадок, продувания и др.; 4) для выпуска воздуха, дренажа, присоединения к кон­трольно-измерительным и регулирующим приборам – дополни­тельная арматура.

На рис. 7.22 показана примерная схема размещения арма­туры на водотрубном котле. На пароводяном коллекторе котла (Рис. 7.22, а, в) установлена следующая арматура: два питатель­ных клапана 5 и 17 для регулирования подачи питательной воды в котел вручную; питательные невозвратные клапаны 4 и 18 для пропуска питательной воды только в одном направле­НИИ – в котел; сдвоенные предохранительные клапаны – глав­ный 19 и импульсный 20; клапаны 10 и 11 пароохладителя, рас­положенного в водяном пространстве коллектора; водоуказателыше приборы 6 и 12; клапан верхнего продувания 23 и клапан 3 продувания пароохладителя; спускные клапаны 16; воз­душные клапаны 7 и 24 для выпуска воздуха из перепускной трубы 25, соединительной трубы конденсационного сосуда и па­роохладителя; клапан 1 для отбора проб котловой воды на хи­мический анализ; клапаны 22 манометров, импульсные клапаны 2 и 21 для подачи сигналов к регулятору питания; клапан 9 отбора насыщенного пара.

На коллекторе пароперегревателя (Рис. 7.22, б) размещены главный стопорный клапан 13, клапан дренажа (осушения) 15 и главный предохранительный клапан 14 пароперегревателя (импульсные клапаны 8, 9 установлены на пароводяном кол­лекторе). Клапаны нижнего продувания, предназначенные для удаления воды и шлама, имеются на всех водяных коллекторах котла. Их размещают аналогично клапану 15.

Главный стопорный клапан (ГСК) служит для со­общения котла с главной паровой магистралью, по которой пар поступает к основным потребителям. На рис. 7.23 показана конструкция ГСК с сервомотором системы аварийного отключе­ния котла. Тарелка 10 клапана перемещается с помощью махо­вика 1 и зубчатой передачи 2.

20 21 22 21 Я

Рис. 7.22. Размещение арматуры парового котла

Последняя вращает ходовую гайку 16, благодаря чему движется вверх и вниз втулка 14, имеющая винтовое соединение с гайкой 16 и шпоночное – со стопором-указателем 13, который передвигается по направляю­щим стоек 15 клапана и не позволяет втулке 14 вращаться. При подаче втулки 14 вверх тарелка 10 отходит от седла 9 клапана и клапан открывается. В этом случае пар свободно проходит че­рез ГСК. Однако при давлении в котле ниже давления в паро­проводе (например, при разрыве парообразующей трубы) пар не пойдет из паропровода в котел, так как тарелка клапана вместе со штоком опустится и перекроет проход. Таким образом, ГСК является невозвратно-запорным клапаном.

Клапан закрывается при ходе вниз втулки 14, которая пере­мещает шток); последний прижимает тарелку 10 к седлу 9. Шток 11 соединен с втулкой 14 прессовой посадкой.

Рис. 7.23. Главный стопорный кла­пан

Рис. 7.24. Главный питательный клапан

При неисправности зубчатой передачи 2 для перемещения тарелки 10 можно использовать квадрат в верхней части штока. Квадраты на валике маховика 1 служат для присоединения при­водов дистанционного управления.

Для ускоренного закрытия клапана в случае аварии турбо­агрегата или главного паропровода применяют сервомотор 7. Шток 5 сервомотора через приставку 4 и рычаг 3 соединен с по­перечиной 17. Рычаг 3 имеет опору 12 на крышке клапана и мо­жет поворачиваться вокруг этой опоры. При открытом клапане в верхнюю и нижнюю полости сервомотора поступает пар. Пор­шень 8 находится в верхней полости 6 сервомотора поскольку площадь поршня вверху меньше на величину площади попереч­ного сечения штока и сила давления на поршень снизу больше, чем сверху. Для быстрого закрытия клапана достаточно соеди­нить нижнюю часть сервомотора с паровой магистралью низкого давления или с конденсатором. При этом поршень сервомотора пойдет вниз, крестовина 4 надавит на рычаг 3, который повер­нется относительно опоры 12, и поперечина 17 переместит шток 11 вниз. При этом шток опустит вниз тарелку клапана и при­жмет ее к седлу 9.

Питательный клапан служит для управления подачей питательной воды в котел. Этот клапан тоже невозвратно-за­порный, что исключает утечку воды из котла в случае аварии питательной системы (Рис. 7.24). Тарелка клапана 4 с запрессо­ванной латунной втулкой 2 может свободно перемещаться по концу штока 1 вверх и вниз. Отверстие 3 предотвращает разре­жение в полости между концом штока и тарелкой клапана, что препятствует присасыванию тела клапана к штоку. При откры­вании клапана с помощью маховика и пары шестерен шток под­нимается вверх, при закрывании – опускается вниз. После подъема штока тарелка клапана поднимается под действием давления воды в питательном трубопроводе.

Топливный клапан предназначен для управления по­дачей топлива к форсункам котла. Конструктивно он подобен питательному клапану.

Предохранительные клапаны (ПХК) обеспечивают защиту котла от чрезмерного повышения давления пара. Со­гласно действующим нормативам, ПХК должен открываться при повышении давления пара на 5% от номинального значе­ния. При давлении в котле < 4 МПа используют ПХК пря­мого действия, при > 4 МПа – предохранительные устрой­ства непрямого действия, состоящие из импульсных и главных ПХК.

Предохранительный клапан прямого действия представляет собой пробку в стенке пароводяного коллектора котла. На одну сторону этой пробки давит пар, на другую – пружина или груз. При давлении свыше нормативного сила давления пара на пробку превысит силу сжатия пружины или веса груза, пробка поднимется и выпустит часть пара в атмосферу.

Схема предохранительного устройства непрямого действия показана на рис. 7.25. Тарелка 1 клапана в корпусе 2 главного ПХК сидит на штоке 3 и давлением пара прижимается к седлу. Шток проходит в цилиндре 4 и несет на себе пригнанный к этому цилиндру поршень. На правом конце штока навинчена втулка, отжимаемая вправо небольшой пружиной 5. Эта пру­жина обеспечивает начальное прижатие клапана к седлу, которое усиливается давлением пара. Тарелка 11 импульсного клапана прижимается к седлу пружиной 8 через нижнюю втулку 10 и шток 9. При давлении выше номинального значения пар припод­нимает клапан 11 и по импульсной трубе устремляется в пра­вую полость цилиндра главного предохранительного клапана. Площадь поршня в нем больше площади тарелки 1 клапана, и поэтому шток перемещается влево, открывая выход пара из коллектора в атмосферу. Силу сжатия пружины 8 регулируют с помощью нарезной втулки 6, при вращении которой переме­щается верхняя втулка 7, изменяющая высоту пружины, а сле­довательно, и ее силу сжатия.

При резком повышении давления (внезапном прекращении отбора пара из котла) срабатывание главных ПХК обезопасит котел от разрушения. Однако пароперегреватель котла, не по­лучающий пара, но еще обогреваемый газами, может быть по­врежден. В связи с этим главный ПХК ставят также на собирающем коллекторе ПП,

Рис. 7.25. Предохранительное устройство непрямого дей­ствия

а импульсный – на пароводяном кол­лекторе. В этом случае избыточный пар перед выпуском в ат­мосферу омывает трубы пароперегревателя, защищая их от пе­регрева дымовыми газами.

Для обеспечения надежности как импульсный, так и главный ПХК выполняют сдвоенными. Как правило, в общем корпусе устанавливают два однотипных ПХК. Один из импульсных кла­панов является контрольным. Его регулируют на определенное давление и затем пломбируют. Другой импульсный клапан ра­бочий. Он не пломбируется; при необходимости силу нажатия его пружины можно ослабить и тем самым гарантировать ра­боту котла на сниженном давлении.

К арматуре защиты котла относят систему быстрозапорного устройства (Рис. 7.26). Ее используют в тех случаях, когда требуется быстро (за 1–2 с) вывести котел из действия. В состав быстрозапорного устройства входят ГСК (слева) с сер­вомотором 4, главный топливный клапан 9 (справа) с сервомо­тором 12 и переключающий клапан (в центре). Пар из паро­перегревателя через клапан 1 по трубам проходит к верхним штуцерам 3 и 11 сервомоторов. Нижние штуцеры 5 и 13 серво­моторов получают такой же пар через штуцеры 8 и 7 переклю­чающего клапана. Если тарелка этого клапана находится в верх­нем положении, то давление в верхних и нижних полостях сер­вомоторов будет одинаковым.

Рис. 7.26. Быстрозапорное устройство главного котла

В аварийной ситуации маховик переключающего клапана поворачивают на полоборота. При этом штуцер 7 сообщается с атмосферой через штуцер 6. В результате давление в нижних полостях сервомотора падает, оба поршня идут вниз, опуская концы рычагов 2 и 10, которые, поворачиваясь вокруг оси, пе­ремещают штоки клапанов и отсекают котел от парового и топ­ливного трубопроводов.

Котлы рассчитаны на безвахтенное обслуживание, поэтому снабжены надежными средствами защиты и сигнализации. Ав­томатическая система защиты котла срабатывает при чрезмер­ном давлении пара, при уровне воды ниже критической отметки, недопустимом снижении давления воздуха перед топкой, само­произвольном затухании факела. Системы защиты различны по конструкции, независимо от этого их основной функцией являет­ся прекращение подачи топлива к форсункам. Для этой цели служит электромагнитный запорный клапан (Рис. 7.27). При нормальной работе котла по обмотке катушки 1 проходит элек­трический ток и магнитное поле катушки втягивает сердечник с запорной иглой 5, которая, поднимаясь, открывает доступ топ­лива к форсунке через седло 4, запрессованное в корпусе кла­пана 3.

В случае появления одной из вышеперечисленных неисправ­ностей катушка обесточивается, пружина 2 прижимает запорную иглу к седлу клапана, закрывая доступ топлива к форсункам.

Арматура физико-химического контроля служит для управле­ния водным режимом котла. В состав систем отбора проб, ввода присадок, продувания входят клапаны и краны, конструкция кото-

Рис. 7.27. Электромагнитный быстрозапорный топливный клапан

Рис. 7.28. Клапан нижнего продувания

рых не отличается от стандартной, исключением является клапан нижнего продувания. Нижним продуванием из водяных коллекторов удаляется скапливающийся там шлам, который мо­жет засорить клапан. Поэтому клапан нижнего продувания оснащен двумя маховиками (Рис. 7.28). Большой маховик 2 служит для перемещения штока и связанного с ним тела кла­пана 5 вдоль оси с помощью винтовой втулки 3. Малый махо­вик 1 позволяет только проворачивать тело клапана 5 вокруг оси с целью очистки его посадочных поверхностей. Для облег­чения вращения штока во втулке смонтирован подшипник 4. Конструкция клапанов дополнительной арматуры также яв­ляется стандартной.

К контрольно-измерительным приборам относятся: мано­метры, термометры, водоуказательные приборы, газоанализа­торы, солемеры и др.

Манометры предназначены для измерения давления. Со­гласно требованиям Правил Регистра СССР на каждом котле должно быть не менее двух манометров, соединенных с паро­вым пространством отдельными трубками, с запорными клапа­нами и сифонами. Один манометр устанавливают на переднем фронте котла, другой – у пульта управления главными меха­низмами. Исключение допускается для утилизационных котлов и котлов с производительностью менее 750 кг/ч, которые мо­гут иметь один манометр. На выходе из экономайзера также устанавливают манометр. Манометры на котле должны иметь шкалу, на которой рабочее давление отмечено красной чертой.

Рис. 7.29. Схемы пружинного (а) и мембранного (б) манометров

Широко используют пружинные (Рис. 7.29, а) и мембранные (Рис. 7.29, б) манометры. В пружинных манометрах рабочей частью служит бронзовая трубчатая пружина 1, имеющая овалообразное сечение, а в мембранных – гофрированная диско­вая мембрана 6. В пружинном манометре один конец пру­жины 1 соединяется со штуцером 4, по которому подводится пар, а другой запаян и связан с передаточным механизмом 3. Давление пара, действующее внутри полой пружины 1, стре­мится выпрямить ее, перемещает ее запаяный конец и через передаточный механизм стрелку 2, которая указывает на шкале результат изменения давления. В мембранном манометре дав­ление пара действует на упругую мембрану 6, которая в зави­симости от величины давления прогибается и при помощи стержня 5 и зубчатого механизма 3 перемещает стрелку 2 ма­нометра.

Для измерения малых перепадов давлений используют жид­костные дифференциальные манометры. Контроль работы котла за определенный промежуток времени осуществляют с помощью регистрирующих манометров.

Измерение температуры рабочих тел котла (пара, газа, воз­духа, воды, топлива) проводят с помощью термопар, термомет­ров расширения и сопротивления. Вторичные (показывающие) приборы термопар и термометров со­противления устанавливают на щите у переднего фронта котла, а также на центральном посту управления (ЦПУ) энергетической установкой.

Надежная и безопасная работа кот­лов с естественной циркуляцией воз­можна только при определенном уров­не воды в пароводяном коллекторе, не выходящем за пределы ВУВ и НУВ (см. рис. 7.4). Поэтому во время эксплуатации котла уровень воды в коллекторе необходимо поддерживать неизменным. Для наблюдения за уров­нем воды служат водоуказательные приборы (ВУП).

В основе работы ВУП лежит прин­цип сообщающихся сосудов. Схема установки ВУП приведена на рис. 7.30. Прозрачный элемент 1 ВУП соединен сверху и снизу соответственно с паро­вым и водяным пространствами кол­лектора 4. В качестве прозрачного элемента для котлов при давлении ме­нее 3,2 МПа используют стекло, при более высоких давлениях – набор слюдяных пластин. Поверхность

Рис. 7.30. Схема водоуказательного прибора парового котла

стекла, обращенную к воде, делают рифленой. Благодаря этому световые лучи пре­ломляются таким образом, что нижняя часть стекла, контакти­рующая с водой, кажется темной, а верхняя – светлой.

В непосредственной близости к прозрачному элементу сверху и снизу установлены два быстрозапорных клапана 2. Они со­единены между собой штангой 5, которая оканчивается рукоят­кой 6 у площадки обслуживания. В случае разрыва прозрач­ного элемента вахтенному достаточно толкнуть штангу вверх, чтобы перекрыть оба быстрозапорных клапана. Затем закры­вают клапан 3 обычной конструкции.

Водоуказательные приборы монтируют на фланцах с по­мощью специальных удлиненных штуцеров под углом 15° к вер­тикали. При таком наклоне лучше виден уровень воды с площадки обслуживания. На каждый котел устанавливают не менее двух независимых ВУП одинаковой конструкции. При вы­ходе из строя одного из приборов котел следует вывести из действия. Работа котла с одним ВУП запрещается. Вспомога­тельные и утилизационные котлы могут иметь один ВУП. При его повреждении котел должен быть выведен из действия. Если котел полностью автоматизирован, то допускается замена ВУП без вывода котла из эксплуатации.