第5讲：锅炉压力容器安全装置..

锅炉压力容器安全附件青岛理工大学张启波第五章锅炉压力容器安全装置•第1节概述•第2节安全阀•第3节爆破片•第4节压力表•第5节水位表•第6节其他安全装置第1节概述一、安全装置的种类安全装置是为了保证锅炉压力容器安全运行而装设的附属装置，也称安全附件。为了防止锅炉压力容器由于超载而发生事故，除了从根本上采取措施消除或减少可能引起超载的各种因素，装设必要的安全装置是一个非常关键的措施。一、安全装置的种类⒈安全联锁装置：防止误操作的控制机构。如缺水连锁保护、熄火联锁等。可以防止误操作或难以预料的工艺状况的变动，保证容器在稳定的工艺条件范围内安全运行。⒉安全报警装置：设备运行过程中出现不安全因素致使其处于危险状态时，能自动发出声光或其它明显报警信号的仪器。如锅炉高低水位报警器、压力报警器、超温报警器等。⒊计量装置：与安全有关的参数或信息仪表，如压力表、水位表。。一、安全装置的种类⒋安全泄压装置：正常时不起作用，压力超过安全值时，它自动开启，迅速泄出部分或全部介质，使压力不再升高。包括安全阀、爆破膜等。二、安全装置设置原则⒈安全泄压装置设置原则：安全泄压装置是保持锅炉压力容器安全运行，防止其超压的一种装置，具有自动泄压和自动报警的功能。每台蒸汽锅炉至少装设一个安全阀。蒸发量≥0.5t/hr应装设2个；不一定每台压力容器都必须单独装设泄压装置，在连续操作系统，若几台容器的许用压力相同，压力来源也相同，且气体压力经过每台容器压力不会自行升高，则整个系统中装设1个安全阀即可。二、安全装置设置原则⒈安全泄压装置设置原则：常用压力容器中，必须单独装设安全阀的包括：液化气体容器（超过100m3需装设2个，每个安全阀均应承担全部泄放能力）；压缩机附属气体储罐；器内进行放热或分解反应，能使压力自行升高的反应容器；高分子聚合设备；经减压阀减压后进气，且许用压力小于压源设备（如锅炉、气体压缩机储罐等）的容器等；压力容器的安全阀不能可靠工作时，应装设爆破片，或采用爆破片与安全阀组合结构。组合结构应符合《钢制压力容器》（GB150-1998）有关规定，凡串联在组合结构中的爆破片在动作时不允许产生碎片。二、安全装置设置原则⒈安全泄压装置设置原则：安全泄压类型和型式选用不当，可能会造成设备超压爆炸。泄压装置选用两个原则：泄压装置类型必须与设备的工艺条件相适应，包括升压速率、物料特性、允许条件等；泄压装置的规格应能保证及时泄出气体，也就是说，泄压装置的排量不得小于设备的安全泄放量。二、安全装置设置原则⒉其它安全装置设置原则：容器最高工作压力低于压力源时，在容器进口管道上必须装减压阀，也可用调节阀代替减压阀。在调节阀或减压阀的低压侧，必须装设安全阀和压力表。锅炉压力容器应装设反映其承压部位真实压力的压力表。若压力源来自容器内部，则压力表应设在容器顶部；若压力源来自容器外部，还应在压力源上装设压力表。对盛装气液介质，特别是液体介质占有较大空间或液体介质的标准沸点低于工作稳定的压力容器，必须装设液位计。三、安全泄压装置分类⒈阀型安全泄压装置：即安全阀，通过阀自动开启排出压力。优点：自动开启和关闭，自排出高出的压力；避免生产中断、浪费。缺点：密封性差；阀开启有滞后现象，泄压反应慢；若接触介质不洁净，则有被堵塞或粘住的可能。适用场合：比较洁净的场合，如空气、水蒸汽；不适宜介质具有剧毒性的设备，也不适宜升压速度快的场合（如剧烈化学反应）。三、安全泄压装置分类⒉断裂型安全泄压装置爆破片（用于中低压容器）、爆破帽（高压容器）阀型安全泄压装置：在较高压力下发生断裂而泄压。优点：密封性好；泄压速度较快；气体污物对元件的动作压力影响较小。缺点：不能重复使用；元件在高压作用下，易发生疲劳损坏，元件寿命短；元件的动作压力也不易控制。适用场合：适宜于升压速度快的场合、介质具有剧毒性的容器。不适宜液化气体贮罐，也不适宜压力波动较大，即超压机会较多的容器。）。三、安全泄压装置分类⒊熔化型安全泄压装置即易熔塞利用低熔点合金在较高温度下的熔化，打开通道。优点：结构简单、更换容易；由熔化温度确定的动作压力较易控制。缺点：不能重复使用；受易熔合金强度限制，泄放面积不能太大；还可能在不应该动作时脱落或熔化。适用场合：仅用于器内压力完全取决于温度的小型容器，如气瓶。三、安全泄压装置分类⒋组合型安全泄压装置阀型和断裂型、阀型和熔化型。优点：既可防止阀型的微漏，又可在排放过高的压力后继续运行。可以将爆破片放在安全阀的入口侧或出口侧。前者可以保护安全阀被粘住和微量泄漏，要求爆破片断裂后不影响安全阀正常工作。后者可以免受气体压力与温度的长期作用而产生疲劳，而爆破片可防止安全阀泄漏（应及时将安全阀和爆破片间的气体排出）。适用场合：由于结构复杂，一般用于剧毒或稀有介质容器；又因安全阀的滞后作用，不适宜器内升压速度极高的反应器。四、锅炉压力容器的安全泄放量安全泄放量：是指压力容器在超压时为保证他压力不再升高在单位时间内必须泄放的介质量。应该是：压缩机或蒸汽锅炉所能输入的最大气量；容器受热时，单位时间所能蒸发、分解的最大气量；容器内部的工作介质发生化学反应，单位时间所能产生的最大气量。安全泄压装置必须有合适的泄压面积，使其排放量不小于安全泄放量。四、锅炉压力容器的安全泄放量（一）永久气体及蒸汽贮罐的安全泄放量其安全泄放量取决于单位时间内产生气体压力的设备（如压缩机、蒸汽锅炉等）所能输入的最大气量；G’=H，H压气机最大排气量或锅炉最大蒸发量两台或两台以上设备集中输气到一个储罐，或由一台设备分别输气到几个储罐时：20'7.55()V/dGdpT或其中ρ、ρ0是排放状态或标准状态的气体密度，pd：容器排放压力（绝压MPa）；T-排放温度；d-容器总进气管直径(mm）；V—管内气体流速，一般气体取V=10-15m/s，饱和蒸汽V=20-30m/s；过热蒸汽V=30-60m/s。四、锅炉压力容器的安全泄放量（二）液化气体贮罐的安全泄放量1、周围环境有火灾可能的液化气体贮罐（1）对没有绝热材料保温层的液化气体容器。A-容器受热面积，F-系数，地面下沙土覆盖，F=0.3；地面F=1，设置水喷淋且符合要求，F=0.6.（2）具有完善的绝热材料保温层的液化气体容器50.822.5510',FAGqq泄放压力下气体气化潜热，kJ/kg0.822.61(65---0)',tAGq常温下绝热材料导热系数，厚度四、锅炉压力容器的安全泄放量（二）液化气体贮罐的安全泄放量2、无火灾危险环境下的液化气体贮罐介质为非可燃液化气体且装设在不存在火灾危险的环境下。根据其有无保温层分别选用上两式计算值的30%。（三）蒸发、反应容器的安全泄放量由器内液体受热蒸发而产生（或增大）压力，或由于介质的化学反应而使气体的体积增大（即内压升高）的压力容器。根据输入的载热体的最大热量或可能生成的最大气量，以及反应所需的时间来决定。第2节安全阀安全泄压装置-安全阀用于排放容器或系统内高出设定压力的部分介质，在压力正常后能自动复位，容器或系统可继续运行。优点：自动开闭，可以调节、不致中断生产。缺点：密封性较差，有微量泄漏，有滞后现象，不能适应要求快速泄压的场合。此外，对黏性或含固体颗粒的介质，可能造成堵塞。安全阀是一种自动阀门，它不借助任何外力而有利用介质本身的力来排出一额定数量的流体，以防止系统内部压力超过预定的安全值。当压力恢复正常后，再自行关闭并阻止介质继续流出的一种阀。组成：三个部分组成，阀座、阀瓣（阀芯）和加载机构。安全阀的基本要求准确开启适时全开稳定排放良好的回座性能可靠的密封性能一、安全阀种类与特点安全泄压装置-安全阀⑴安全阀的类型与适用范围按阀瓣开启程度：微启式和全启式。按气体排放方式：全封闭、半封闭和敞开式。安全阀按作用原理：弹簧式、杠杆式等。安全泄压装置-安全阀安全阀的类型与适用范围型式作用原理结构特点适用范围杠杆式利用重锤和杠杆对阀瓣施加预压力，以平衡介质作用在阀瓣上的正常工作压力。结构简单，调整容易，对振动敏感，回座压力较低。压力不高而温度较高的场合。弹簧式利用压缩弹簧的弹力施加于阀瓣，以平衡介质作用在阀瓣上的正常工作压力。结构紧凑，灵敏度高，对振动的敏感性差，开启滞后，弹力受温度影响。温度不高而压力较高的场合。一、安全阀种类与特点1.按整体结构及加载机构类型分类1）重锤杠杆式安全阀直接重锤式；杠杆重锤式安全阀。优点：简单，直观，所加载荷不会因阀瓣开启而增加。适用于温度较高的场合。一、安全阀种类与特点1.按整体结构及加载机构类型分类一、安全阀种类与特点1）重锤杠杆式安全阀直接重锤式；杠杆重锤式安全阀。缺点：结构较笨重，载荷不能太大；回座压力较低，开启后不易关闭，重复性差；加载机构容易振动，并因振动产生泄漏，不适合移动和震动场合。2）弹簧式安全阀：利用压缩弹簧的力来平衡作用在阀瓣上的力。可以通过转动其上面的调整螺母来调节，以校正安全阀的开启压力（整定压力。优点：结构轻便紧凑，灵敏度较高，安装位置不受限制，对振动敏感性小，可用于移动式压力容器。1.按整体结构及加载机构类型分类一、安全阀种类与特点缺点：载荷会随着阀瓣开启而发生变化。即随着阀瓣色升高，弹簧的压缩量增大。作用在阀瓣上的力也跟着增加，这对需要安全阀迅速开启是不利的。另外，弹簧也会由于长期受到高温的影响而弹力减小。一、安全阀种类与特点弹簧式安全阀1—手柄2—阀盖3—阀瓣4—阀座5—阀体6—阀杆7—弹簧8—弹簧压盖9—调节螺母10—阀帽11—调节环一、安全阀种类与特点•3）脉冲式安全阀：•由主阀和辅阀组成，通过辅阀的脉冲作用带动主阀动作，结构复杂，通常只适用于安全泄放量很大的锅炉和压力容器。1.按整体结构及加载机构类型分类一、安全阀种类与特点•3）脉冲式安全阀：带动力辅助的安全阀•这种安全阀借助于动力辅助装置（空气、蒸汽、电磁力等），在低于开启压力的情况下开启。•但是如果辅助装置失灵，跟直接作用式安全阀一样。•适用于需要定期检查、粘着、冻结的场合，同时可以在紧急状态下开启安全阀。1.按整体结构及加载机构类型分类一、安全阀种类与特点1）全启式阀瓣开启高度不小于阀口直径的四分之一，即：h≥d/4。对于同样排量的安全阀，全启式体积小很多，但是结构复杂，调试、维修也复杂，回座压力也较低。目前用于锅炉压力容器的以这种形式的安全阀居多。2.按安全阀阀瓣开启高度分类一、安全阀种类与特点2.按安全阀阀瓣开启高度分类2）微启式开启高度较小，一般高度达不到孔径的1/20，但是结构简单，调试、维修方便，用于排量小，压力低的场合。3）中启式安全阀高度介于全启式和微启式之间。2.按安全阀阀瓣开启高度分类一、安全阀种类与特点3.有无背压平衡分1）有背压平衡安全阀这些元件的有效面积大于等于安全阀的密封面积，开启之前两边的压力是相等的，所以不影响到开启压力，但是开启以后背压发生变化，就影响到排放压力，回座压力等。一、安全阀种类与特点2）非平衡式，不带有平衡背压作用的元件，适用于背压为大气压力，背压固定或变化不大的场合，静力背压不超过开启压力的10%。3.有无背压平衡分1、介质为气体的安全阀排量安全阀启动后，气体的流速分为临界、非临界流速。临界条件亚临界二、安全阀排量临界状态纯物质的气、液两相平衡共存的极限热力状态。在此状态时,饱和液体与饱和蒸气的热力状态参数相同,气液之间的分界面消失,因而没有表面张力,气化潜热为零。临界流动下的理论排量计算公式：-2G=7.610dMCKpAZT亚临界条件下的理论排量计算公式：210055.851kkkdddppMkGKpAZTkpp式中：G—理论排量，单位为千克每小时（kg/h）；P0—安全阀出口侧压力，（MPa)（绝压）；Pd—实际排放压力，（MPa)（绝压）；Ps—安全阀整定（开启）压力。C—气体特性系数，绝热指数k=Cp/Cv的函数；见表5-1。M一气体的分子量，单位为千克每千摩尔（kg／kmol)；1125201kkCkk1.10.1dspp式中：T