Приложение 5. Конструкции и технические характеристики предохранительных клапанов котлов

Приложение 5

Конструкции и технические характеристики
предохранительных клапанов котлов

1. Импульсно-предохранительные устройства свежего пара

1.1. Главные предохранительные клапаны

Для защиты котлов от повышения давления на трубопроводах свежего пара применяются ГПК серий , , 875-125-0 и 1029-200/250-0. На старых энергоустановках на параметры 9,8 МПа, 540°С установлены клапаны серии 530, а на блоках 500 и 800 МВт - серии Э-2929, которые в настоящее время сняты с производства. В то же время для вновь проектируемых котлов на параметры 9,8 МПа, 540°С и 13,7 МПа, 560°С заводом разработана новая конструкция клапана 1203-150/200-0, а для возможности замены отработавших свой ресурс клапанов серии 530, имевших двусторонний отвод пара, выпускается клапан 1202-150/150-0.

Технические характеристики выпускаемых ЧЗЭМ ГПК приведены в табл. 3.

Клапаны серий 392 и 875 (рис. 2) состоят из следующих основных узлов и деталей: присоединительного входного патрубка 1, соединенного с трубопроводом с помощью сварки; корпуса 2 с камерой, в которой размещен сервопривод 6; тарелки 4 и седла 3, составляющих узел затвора; нижнего 5 и верхнего 7 штоков; узла гидравлического демпфера 8, в корпусе которого размещены поршень и пружина.

Подача пара в клапане осуществляется на золотник. Прижатие его к седлу давлением рабочей среды обеспечивает повышение герметичности затвора. Прижатие тарелки к седлу при отсутствии под ней давления обеспечивается размещенной в демпферной камере спиральной пружиной.

Клапан серии 1029-200/250-0 (рис. 3) принципиально устроен подобно клапанам серий 392 и 875. Отличие состоит лишь в наличии в корпусе дроссельной решетки и в отводе пара через два противоположно направленных выходных патрубка.

Таблица 3

Технические характеристики
главных предохранительных клапанов ИПУ котлов

Обозначение клапана	Диаметр условного прохода, мм		Рабочие параметры пара		Пробное давление при испытаниях, МПа		Наименьшая площадь проходного сечения,	Коэффициент расхода	Расход пара при рабочих параметрах, т/ч	Ход клапана, мм	Масса, кг
	входного	выходного	Давление, МПа	Температура, °С	на прочность	на плотность
Клапаны свежего пара
1202-150/150-0	150	150	9,8	540	30,0	17,5	5470	0,5	120	20	415
1203-150/200-0-01	150	200	9,8	540	59,0	17,5	5470	0,5	120	20	345
1203-150/200-0	150	200	13,7	560	59,0	17,5	5470	0,5	165	20	345
	175	200	9,8	540	30,0	17,5	4236	0,7	120	22	446
	175	200	13,7	560	30,0	20,0	4236	0,7	160	22	446
875-125-0	125	250	25,0	545	80,0	32,0	2900	0,7	240	22	640
1029-200/250-0	150	200	25,0	545	80,0	32,0	11300	0,7	850	28	2252
Э-2929	150	200	25,5	560	80,0	32,0	9400	0,7	700	28	2252
Клапаны пара промперегрева
	250	400	0,8-1,2	545	9,6	4,5	18700	0,7	50-80	40	727
	250	400	1,3-3,7	545	9,6	4,5	18700	0,7	87-200	45	727
694-250/400-0	250	400	4,1	545	15,0	5,0	18700	0,7	200	45	652
Б-7162 ЛМЗ	200	400	1,3-3,7	545	9,6	4,5	18700	0,7	87-200	45	590

Клапаны работают следующим образом: при открытии ИК пар по импульсной трубке поступает в камеру над поршнем сервопривода, создавая давление на него, равное давлению на золотник. Но так как площадь поршня, на которую действует давление пара, превышает аналогичную площадь золотника, возникает перестановочное усилие, перемещающее золотник вниз и открывающее тем самым сброс пара из объекта. При закрытии импульсного клапана доступ пара в камеру сервопривода прекращается, а имеющийся в ней пар сбрасывается через дренажное отверстие в атмосферу. При этом давление в камере над поршнем падает и за счет действия давления среды на золотник и усилия спиральной пружины клапан закрывается.

Для предотвращения ударов при открытии и закрытии клапана в его конструкции предусмотрен гидравлический демпфер в виде камеры, расположенной в бугеле соосно камере сервопривода. В камере демпфера расположен поршень, который с помощью штоков связан с золотником; согласно инструкции завода в камеру заливается или подводится вода, или какая-либо другая аналогичная по вязкости жидкость. При открытии клапана жидкость, перетекая через небольшие отверстия в поршне демпфера, тормозит перемещение ходовой части клапана и смягчает тем самым удары. При перемещении ходовой части клапана в сторону закрытия аналогичный процесс идет в обратном направлении*. Седло клапана съемное, располагается между присоединительным патрубком и корпусом. Уплотнение седла осуществляется гребенчатыми металлическими прокладками. В седле сбоку выполнено отверстие, соединенное с дренажной системой, куда сливается скапливающийся в корпусе клапана после его срабатывания конденсат. Во избежание вибрации золотника и поломки штока в присоединительном патрубке вварены направляющие ребра.

Особенность клапанов серий 1202 и 1203 (рис. 4 и 5) состоит в том, что в них присоединительный патрубок выполнен заодно с корпусом и отсутствует гидравлический демпфер, роль которого выполняет дроссель 8, установленный в крышке на линии, соединяющей надпоршневую камеру с атмосферой.

Так же, как и рассмотренные выше клапаны, клапаны серий 1203 и 1202 работают на принципе "нагружения": при открытии ИК рабочая среда подается в надпоршневую камеру и при достижении в ней давления, равного , начинает перемещать поршень вниз, открывая сброс среды в атмосферу.

Основные детали клапанов свежего пара изготовлены из следующих материалов: корпусные детали - сталь 20ХМФЛ или 15ХМФЛ (t > 540°С), штоки - сталь 25Х2М1Ф, пружина спиральная - сталь 50ХФА.

Уплотнительные поверхности деталей затвора наплавлены электродами марки ЦН-6. В качестве сальниковой набивки используются прессованные кольца из асбестографитового шнура марок АГ и АГИ. На ряде ТЭС для уплотнения поршня используется комбинированная набивка, включающая в себя кольца из терморасширенного графита, из металлической фольги и фольги, изготовленной из терморасширенного графита. Набивка разработана фирмой "УНИХИМТЭК" и успешно прошла испытания на стендах ЧЗ ЭМ.

1.2. Импульсные клапаны

Все выпускаемые ЧЗЭМ ИПУ свежего пара оснащаются импульсными клапанами серии 586. Технические характеристики клапанов приведены в табл. 4, а конструктивное решение на рис. 6. Корпус клапана - угловой, фланцевое соединение корпуса с крышкой. На входе в клапан смонтирован фильтр, предназначенный для улавливания содержащихся в паре инородных частиц. Клапан приводится в действие электромагнитным приводом, который монтируется на одном каркасе с клапаном. Для обеспечения срабатывания клапана при исчезновении напряжения в системе электропитания электромагнитов на рычаге клапана подвешен груз, перемещая который можно отрегулировать клапан на срабатывание при требуемом давлении.

Таблица 4

Технические характеристики импульсных клапанов свежего пара и пара промперегрева

Обозначение клапана (номер чертежа)	Проход условный , мм	Параметры рабочей среды		Пробное давление при испытаниях, МПа		Масса, кг
		Давление, МПа	Температура, °С	на прочность	на плотность
586-20-ЭМ-01	20	25,0	545	80,0	32,2	226
586-20-ЭМ-02	20	13,7	560	80,0	17,5	206
586-20-ЭМ-03	20	9,8	540	80,0	12,5	191
586-20-ЭМФ-03	20	4,0	285	15,0	5,0	198
586-20-ЭМФ-04	20	4,0	545	15,0	5,0	198
112-25x1-ОМ	25	4,0	545	9,6	4,3	45
112-25x1-0	25	1,2	425	9,6	1,4	31
112-25x1-0-01	25	3,0	425	9,6	3,2	40
112-25x1-0-02	25	4,3	425	9,6	4,3	45

Для обеспечения минимальной инерционности работы ИПУ импульсные клапаны должны устанавливаться возможно ближе к главному клапану.

2. Импульсно-предохранительные устройства пара промперегрева

2.1. Главные предохранительные клапаны

На трубопроводах холодного промперегрева котлов устанавливаются ГПК ЧЗЭМ и ЛМЗ 250/400 мм. Технические характеристики клапанов приведены в табл. 3, конструктивное решение клапана промперегрева ЧЗЭМ - на рис. 7. Основные узлы и детали клапана: корпус проходного типа 1, присоединяемый к трубопроводу с помощью сварки; узел затвора, состоящий из седла 2 и тарелки 3, соединенной с помощью резьбы со штоком 4; стакан 5 с сервоприводом, основным элементом которого является уплотняемый сальниковой набивкой поршень 6; узел пружинной нагрузки, состоящий из двух последовательно расположенных спиральных пружин 7, требуемое сжатие которых осуществляется винтом 8; дроссельный клапан 9, предназначенный для демпфирования удара при закрытии клапана путем регулирования скорости удаления пара из надпоршневой камеры. Седло устанавливается между корпусом и стаканом на рифленые прокладки и обжимается при затяжке крепежа крышки. Центровка золотника в седле обеспечивается приваренными к золотнику направляющими ребрами.

Основные детали клапанов выполняются из следующих материалов: корпус и крышка - сталь 20ГСЛ, верхний и нижний штоки - сталь 38ХМЮА, пружина - сталь 50ХФА, сальниковая набивка - шнур АГ или АГИ. Уплотнительные поверхности деталей затвора в заводском исполнении наплавлены электродами ЦТ-1. Принцип работы клапана такой же, как и клапанов свежего пара. Основное отличие - способ демпфирования удара при закрытии клапана. У ГПК пара промперегрева степень демпфирования удара регулируется путем изменения положения иглы дросселя и затяжки спиральной пружины.

Главные предохранительные клапаны, предназначенные для установки на линии горячего промперегрева, серии 694 отличаются от описанных выше клапанов холодного промперегрева серии 111 материалом корпусных деталей. Корпус и крышка этих клапанов выполняются из стали 20ХМФЛ.

Поставляемые для установки на линии холодного промперегрева ГПК, изготовленные ПО ЛМЗ (рис. 8), аналогичны клапанам ЧЗЭМ серии 111, хотя и имеют три принципиальных отличия:

уплотнение поршня сервопривода выполняется с помощью чугунных поршневых колец;

клапаны оснащены конечным выключателем, позволяющим передавать на щит управления информацию о положении запорного органа;

на линии сброса пара из надпоршневой камеры отсутствует дросселирующее устройство, что исключает возможность регулирования степени демпфирования удара или закрытия клапана и способствует во многих случаях возникновению пульсирующего режима работы клапанов.

2.2. Импульсные клапаны

В качестве импульсных клапанов ИПУ ЧЗЭМ системы промперегрева используются рычажно-грузовые клапаны 25 мм серии 112 (рис. 9, табл. 4). Основные детали клапана: корпус 1, седло 2, золотник 3, шток 4, втулка 5, рычаг 6, груз 7.

Седло съемное, устанавливается в корпус и вместе с корпусом - в присоединительный патрубок. Золотник размещается во внутренней цилиндрической расточке седла, стенка которого играет роль направляющей. Шток передает усилие на золотник через шарик, что при закрытии клапана предотвращает перекос затвора. Клапан настраивается на срабатывание путем перемещения груза на рычаге и последующей его фиксации в заданном положении.

Детали изготовлены из следующих материалов: корпус - сталь 20, шток - сталь 25Х1МФ, золотник и седло - сталь 30X13.

У клапанов, предназначенных для ИПУ горячего промперегрева, 112-25x1-ОМ корпус изготовлен из стали 12ХМФ. Импульсные клапаны ЧЗЭМ для системы промперегрева поставляются без электромагнитного привода, клапаны ЛМЗ - с электромагнитным приводом.

3. Клапаны непосредственного действия ПО "Красный котельщик"

Пружинные предохранительные клапаны Т-31М-1, Т-31М-2, Т-31М-3, Т-32М-1, Т-32М-2, Т-32М-3, Т-131М, Т-132М производственного объединения "Красный котельщик" (рис. 10).

Клапаны пружинные, полноподъемные. Имеют литой угловой корпус, устанавливаются только в вертикальном положении в местах с температурой окружающей среды не выше +60°С. При повышении давления среды под клапаном тарелка 2 отжимается от седла, и поток пара, вытекая с большой скоростью через зазор между тарелкой и направляющей втулкой 4, оказывает динамическое воздействие на подъемную втулку 5 и вызывает резкий подъем тарелки на заданную высоту. Изменяя положение подъемной втулки относительно направляющей втулки, можно найти ее оптимальное положение, при котором обеспечивается как достаточно быстрое открытие клапана, так и закрытие его при минимальном снижении давления относительно рабочего давления в защищаемой системе. Для обеспечения при открытии клапана минимального выброса пара в окружающее пространство в крышке клапана выполнено лабиринтное уплотнение, состоящее из чередующихся алюминиевых и паронитовых колец. Настройка клапана на срабатывание при заданном давлении осуществляется изменением степени затяжки пружины 6 с помощью нажимной резьбовой втулки 7. Нажимная втулка закрыта колпаком 8, закрепленным двумя винтами. Через головки винтов пропускают контрольную проволочку, концы которой пломбируются.

Для проверки действия клапанов в процессе эксплуатации оборудования на клапане предусмотрен рычаг 9.

Техническая характеристика клапанов, габаритные и присоединительные размеры приведены в табл. 5.

В настоящее время клапан выпускается со сварным корпусом. Технические характеристики клапанов и устанавливаемых на них пружин приведены в табл. 6 и 7.

Таблица 5

Техническая характеристика пружинных предохранительных клапанов, старых выпусков производства ПО "Красный котельщик"

Шифр клапана	Диаметр условного прохода, мм	Рабочее давление, МПа ()	Максимальная температура рабочей среды, °С	Коэффициент расхода, d	Наименьшая площадь проточной части F,	Данные о пружине				Давление испытания на герметичность, МПа ()	Масса клапана, кг
						Заводской номер детального чертежа пружины	Диаметр проволоки, мм	Наружный диаметр пружины, мм	Высота пружины в свободном состоянии, мм
Т-31М-1	50	3,4-4,5 (34-45)				К-211946 Исполнение 1	18	110	278	4,5 (45)	48,9
Т-31М-2	50	1,8-2,8 (18-28)	450	0,65	1960	Исполнение 2	16	106	276	2,8 (28)	47,6
Т-31М-3	50	0,7-1,5 (7-15)				Исполнение 3	12	100	285	1,5 (15)	45,5
Т-31М	50	5,0-5,5 (50-55)				К-211948	18	108	279	5,5 (55)	48,3
Т-32М-1	80	3,5-4,5 (35-45)				К-211817 Исполнение 1	22	140	304	4,5 (45)	77,4
Т-32М-2	80	1,8-2,8 (18-28)	450	0,65	3320	Исполнение 2	18	128	330	2,8 (28)	74,2
Т-32М-3	80	0,7-1,5 (7-15)				Исполнение 3	16	128	315	1,5 (15)	73,4
Т-131М	50	3,5-4,0 (35-40)	450	0,65	1960	К-211947 Исполнение 1	18	110	278	4,5 (45)	49,7
Т-132М	80	3,5-4,0 (35-40)	450	0,65	3320	К-211817 Исполнение 1	22	140	304	4,5 (45)	80,4

Таблица 6

Техническая характеристика пружинных предохранительных клапанов, выпускаемых ПО "Красный котельщик"

Шифр клапана	Входной фланец		Выходной фланец		Среда	Предельные параметры условий работы		Расчетный диаметр, мм/расчетная площадь проходного сечения,	Давление начала открывания, МПа**/	Обозначение исполнения	Обозначение пружины	Высота затяга пружины , мм	Масса клапана, кг	Коэффициент расхода
	Условный диаметр, мм	Условное давление, МПа/	Условный диаметр, мм	Условное давление, МПа/		Рабочее давление, МПа/	Температура среды, °С
Т-31М-1	50	6,4/64	100	1,6/16	Пар	3,5-4,5/35-45	425-350*	48/1810		08.9623.037	08.7641.052-04	200	47,8	0,65
Т-31 М-2	50	6,4/64	100	1,6/16	-"-	1,8-2,8/18-28	До 425	48/1810		08.9623.037-03	08.7641.052-02	200	46,5	0,65
Т-31 М-3	50	6,4/64	100	1,6/16	-"-	0,7-1,5/7-15	До 425	48/1810		08.9623.037-06	08.7641.52	170	44,5	0,65
Т-32М-1	80	6,4/64	150	1,6/16	-"-	3,5-4,5/35-45	425-350*	62/3020		08.9623.039	08.7641.052-06	210	75,8	0,65
Т-32М-2	80	6,4/64	150	1,6/16	-"-	1,8-2,8/18-28	425	62/3020		08.9623.039-03	08.7641.052-04	220	72,11	0,65
Т-131М	50	10/100	100	1,6/16	-"-	3,5-4,5/35-45	450	48/1810		08.9623.048	08.7641.052-04	200	48,8	0,65
Т-132М	80	10/100	150	1,6/16	-"-	3,5-4,5/35-45	450	62/3020		08.9623.040	08.7641.052-06	210	76,1	0,65
* Более низкая температура является предельной для большего давления. ** Предел заводских испытаний клапанов на подрыв.

Таблица 7

Техническая характеристика пружин, устанавливаемых на клапанах ПО "Красный котельщик"

Обозначение пружины	Геометрические размеры						Сила пружины при рабочей деформации F, кгс (Н)	Рабочая деформация пружины , мм	Развернутая длина пружины, мм	Масса, кг
	Наружный диаметр, мм	Диаметр прутка, мм	Высота пружины в свободном состоянии, мм	Шаг навивки, мм	Количество витков
					рабочее n	полное
08.7641.052				27,9		12	340 (3315,4)		3000	2,55
08.7641.052-01				32,7		10	540 (5296,4)		3072	4,8
08.7641.052-02				31,5		10	620 (6082,2)		2930	4,7
08.7641.052-03				29,0		10	370 (3623,7)		3072	4,7
08.7641.052-04				31,5		10	1000 (9810)		3000	6,0
08.7641.052-05				36,5		9	1220 (11968,2)		2660	5,4
08.7641.052-06				41,7		8,5	1560 (15308,1)		3250	9,8
08.7641.052-07				41,7		8,5	1700 (16677)		3300	9,5

______________________________

* Как показал опыт эксплуатации ряда ТЭС, клапаны безударно срабатывают и при отсутствии жидкости в демпферной камере за счет наличия под и над поршнем воздушной подушки.