Арматура сосудов. Предохранительные клапаны, взрывные мембраны

Для предотвращения повышения давления выше допустимой величины

применяется защитная арматура. К ней относятся запорно – защитные (самозапирающиеся) клапаны, устанавливаемые на технологических трубопроводах и перекрывающие проход газа при недопустимых изме­нениях его давления, различные предохранительные, редукционные и обратные клапаны.

К специальным предохранительным устройствам относятся: раз­рывные мембраны, отрывные клапаны, предохранительные и блоки­ровочные устройства для байонетных затворов.

Tип арматуры выбирают с учетом ее назначения и условий надежной и безопасной работы. Запорная арматура прежде всего должна обеспе­чивать: в закрытом состоянии — плотность отключения, а в открытом — минимальное сопротивление движению обращающихся в аппарате веществ. Для регулирующей арматуры главное требование — обеспе­чить равномерное изменение количества протекающего продукта в процессе регулирования и сопротивление механическому износу, который снижает точность регулировки. Именно поэтому нельзя использовать для регулирования запорную арматуру, так как вследствие большой скорости рабочего потока, образующейся при дросселировании, детали этой арматуры быстро изнашиваются и точность регулировки наруша­ется.

Для обеспечения открывания задвижек большого диаметра, испы­тывающих одностороннее повышение давления на элементы уплотне­ния, особенно при общем высоком давлении сферы, задвижки оборуду­ются байпасом с отводным вентилем с условным проходом 15 — 20 мм, выравнивающим давление по обе стороны задвижки перед ее открытием.

Удобство и безопасность обслуживания запорной и регулировочной арматуры во многом зависят от наличия пневматических, гидравли­ческих или электрических приводов, ускоряющих и облегчающих управ­ление арматурой.

По «Правилам» Госгортехнадзора каждый паровой котел оборуду­ется предохранительными клапанами; манометрами (один рабочий и один контрольный); водоуказательными приборами; запорным венти­лем и обратным клапаном на нагнетательной линии питания котла водой; спускный вентилем или задвижкой. Предохранительные клапаны, ус­танавливаемые на паровых котлах и воздухосборниках (ресиверах),

при повышении давления сверх предельного автоматически открывают­ся и выпускают избыток пара или воздуха в атмосферу, вследствие чего давление в котле или ресивере снижается до предельного.

Выпускное сечение предохранительных клапанов подбирают из расчета выпуска всего избыточного пара или газа, вырабатываемого установкой в течение 1 ч без заметного повышения предельного давления.

Теоретический вывод формулы для определения проходного сечения клапанов основан на теории истечения газов из отверстия. В основу этого вывода положена следующая формула

Пружинный клапан регулируется при предельном рабочем давлении ю манометру.

Для измерения давления пара или сжатого воздуха применяют мано­метры, которые разделяют на трубчатые и пластинчатые.

Природные горючие газы являются наиболее удобным видом топлива для сжигания в топках котлов. Однако возможность образования взрывоопасной концентрации горючих газов (СН₄.) в воздухе помещений котельных в пределах от 4 до 15% вызывает необходимость принятия; особых мер по безопасному сжиганию газа. Топки котлов, работающих a газообразном топливе, оборудуют приборами газовой автоматики, которые выключают подачу газа к горелкам при падении давления в газовой сети, при случайном затухании пламени горелки и при повышении температуры в котле выше установленной.

Существенным недостатком предохранительных клапанов является их инерционность, т. е. требуется некоторое время, чтобы клапан пришел действие. Предохранительные клапаны рассчитаны главным образом на постепенное повышение давления в аппарате, поэтому, когда имеется опасность очень быстрого, в предельном случае — мгновенного повышения давления, сосуды и аппараты оборудуют специальными защитными устройствами — предохранительными (разрывными) мембранами, разрушающимися при повышении давления в сосуде не более, чем на 0,25 р_р.

Из многочисленных примеров применения предохранительных мембран для защиты технологического оборудования можно выделить сле­дующие:

· предохранительные мембраны в качестве самостоятельных предохранительных устройств (при быстром нарастании давления);

· параллельная установка предохранительных клапанов и мембран (клапан срабатывает при обычном повышении давления, мембрана, являясь вспомогательным или дополнительным устройством, срабатывает в аварийной ситуации при открытом клапане);

· установка мембран перед предохранительными клапанами (зашита деталей клапанов от коррозии, повышение герметичности);

установка мембран в сочетании с другими устройствами

(взрывные люки, огнепреградители, отсекатели, гидрозатворы и т.

д.).

Конструкции мембранных предохранительных устройств изготовляют из различных материалов: чугун, стекло, графит, сталь, алюминий, 'бронза и многие другие. Выбор типа и материала мембраны зависит условий эксплуатации сосудов и аппаратов, на которых они установ­лены: давления, температуры, фазового состояния и агрессивности среды, скорости нарастания давления, времени сброса избыточного давления и других факторов. Основным является обеспечение достаточ­ной пропускной способности мембранного устройства, когда в защищаемом сосуде давление достигает максимально допустимого значения. Мембрана при этом должна разрушиться и освободить проходное сечение для выпуска среды со скоростью, не меньшей скорости увеличения давления в аппарате.

Для обеспечения работы мембраны нужно определить толщину

пластин мембраны в зависимости от разрушающего давления. Расчет пропускной способности мембранных предохранительных устройств в случае статического повышения давления (кг/с):

_______

Q = 220 ар √ М / T,

где а — рабочее (проходное) сечение, см²; р — абсолютное давление перед предохранительным устройством, 10 ^-1 МПа; М— молекулярная масса газов или паров, проходящих через устройство; Т — абсолютная температура газов или паров, К.

Необходимая толщина рабочей части ломающейся мембраны, мм:

b = p d k / 4 [ σ_р ],

где р — давление, при котором должна разрушиться пластинка, Па (кгс/см²); d — рабочий диаметр пластины, см; k — масштабный коэф­фициент, определяется опытным путем (k = 0,32 для отношения d/b = = 10 ÷ 15); [σ_р] — временное сопротивление срезу, Па (кгс/см²). Мембраны из хрупких материалов:

__________

b = 220 r √ р / [ σ_р ],

где r — радиус пластины, мм; [ σ_р ] — предел прочности на изгиб, Па (кгс/см²).

Изготовленные из однородного материала мембраны подвергают выборочному испытанию, по результатам которого определяют их пригодность.

В случае сброса токсичных и взрывоопасных продуктов клапаны, мембраны и другие защитные устройства оборудуют специальными отводами для выбросов газов и паров в атмосферу или в аварийные емкости.