ТЕПЛОГЕНЕРАТОРЫ КОТЕЛЬНЫХ

КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Контрольно-измерительные приборы и автоматика (КИПиА) предназначены для измерения, кон­троля и регулирования температуры, давления, уровня воды в барабане и обеспечивают безопасную ра­боту теплогенераторов и теплоэнергетического оборудования котельной.

1. Измерение температуры.

Для измерения температуры рабочего тела используются манометрические и ртутные термометры. В трубопровод вваривают гильзу из нержавеющей стали, конец которой должен доходить до центра трубопровода, заполняют ее маслом и опускают в нее термометр.

Манометрический термометр состоит из термобаллона, медной или стальной трубки и трубчатой пружины овального сечения, соединенной рычажной передачей с показывающей стрелкой. Вся система заполняется инертным газом (азотом) под давлением 1...1,2 МПа. При повышении температуры давле­ние в системе увеличивается, и пружина через систему рычагов приводит в движение стрелку. Показы­вающие и самопишущие манометрические термометры прочнее стеклянных и допускают передачу по­казаний на расстояние до 60 м.

Действие термометров сопротивления - платиновых (ТСП) и медных (ТСМ) основано на исполь­зовании зависимости электрического сопротивления вещества от температуры.

Действие термоэлектрического термометра основано на использовании зависимости термоЭДС термопары от температуры. Термопара как чувствительный элемент термометра состоит из двух разно­родных проводников (термоэлектродов), одни концы которых (рабочие) соединены друг с другом, а другие (свободные) подключены к измерительному прибору. При различной температуре рабочих и свободных концов в цепи термоэлектрического термометра возникает ЭДС.

Наибольшее распространение имеют термопары типов ТХА (хромель-алюмель), ТХК (хромель- копель). Термопары для высоких температур помещают в защитную (стальную или фарфоровую) труб­ку, нижняя часть которой защищена чехлом и крышкой. У термопар высокая чувствительность, малая инерционность, возможность установки самопишущих приборов на большом расстоянии. Присоедине­ние термопары к прибору производится компенсационными проводами.

2. Измерение давления.

Для измерения давления используются барометры, манометры, вакуумметры, тягомеры и др., кото­рые измеряют барометрическое или избыточное давление, а также разрежение в мм вод. ст., мм рт. ст., м вод. ст., МПа, кгс/см2, кгс/м2 и др. Для контроля работы топки котла (при сжигании газа и мазута) мо­гут быть установлены следующие приборы: 1) манометры (жидкостные, мембранные, пружинные) - показывают давление топлива на горелке после рабочего крана; 2) манометры (U-образные, мембран­ные, дифференциальные) - показывают давление воздуха на горелке после регулирующей заслонки; 3) тягомеры (ТНЖ, мембранные) - показывают разрежение в топке.

Тягонапоромер жидкостный (ТНЖ) служит для измерения небольших давлений или разрежений. Для получения более точных показаний применяют тягомеры с наклонной трубкой, один конец которой опущен в сосуд большого сечения, а в качестве рабочей жидкости применяют спирт (плотностью 0,85 г/см3), подкрашенный фуксином. Баллончик соединяется штуцером «+» с атмосферой (барометрическое давление), и через штуцер заливается спирт. Стеклянная трубка штуцером «-» (разрежение) соединяет­ся с резиновой трубкой и топкой котла. Один винт устанавливает «нуль» шкалы трубки, а другой - го­ризонтальный уровень на вертикальной стенке. При измерении разрежения импульсную трубку присое­диняют к штуцеру «-», а барометрического давления - к штуцеру «+».

Пружинный манометр предназначен для показания давления в сосудах и трубопроводах и устанав­ливается на прямолинейном участке. Чувствительным элементом служит латунная овально-изогнутая трубка, один конец которой вмонтирован в штуцер, а свободный конец под действием давления рабоче­го тела выпрямляется (за счет разности внутренней и наружной площадей) и через систему тяги и зуб­чатого сектора передает усилие на стрелку, установленную на шестеренке. Этот механизм размещен в корпусе со шкалой, закрыт стеклом и опломбирован. Шкала выбирается из условия, чтобы при рабочем давлении стрелка находилась в средней трети шкалы. На шкале должна быть установлена красная ли­ния, показывающая допустимое давление.

В электроконтактных манометрах ЭКМ на шкале установлены два задаточных неподвижных контакта, а подвижный контакт - на рабочей стрелке. При соприкосновении стрелки с неподвижным контактом электрический сигнал от них поступает на щит управления и включается сигнализация.

Перед каждым манометром должен быть установлен трехходовой кран для продувки, проверки и отключения его, а также сифонная трубка (гидрозатвор, заполненный водой или конденсатом) диамет­ром не менее 10 мм для предохранения внутреннего механизма манометра от воздействия высоких тем­ператур. При установке манометра на высоте до 2 м от уровня площадки наблюдения диаметр его кор­пуса должен быть не менее 100 мм; от 2 до 3 м - не менее 150 мм; 3.5 м - не менее 250 мм; на высоте более 5 м - устанавливается сниженный манометр. Манометр должен быть установлен вертикально или с наклоном вперед на угол до 30° так, чтобы его показания были видны с уровня площадки наблюдения, а класс точности манометров должен быть не ниже 2,5 - при давлении до 2,5 МПа и не ниже 1,5 - от 2,5 до 14 МПа.

Манометры не допускаются к применению, если отсутствует пломба (клеймо) или истек срок про­верки, стрелка не возвращается к нулевому показанию шкалы (при отключении манометра), разбито стекло или имеются другие повреждения. Пломба или клеймо устанавливаются Госстандартом при про­верке один раз в год.

Проверка манометра должна производиться оператором при каждой приемке смены, а админист­рацией - не реже одного раза в 6 месяцев с использованием контрольного манометра. Проверка мано­метра производится в следующей последовательности: 1) заметить визуально положение стрелки; 2) ручкой трехходового крана соединить манометр с атмосферой - стрелка при этом должна стать на нуль; 3) медленно повернуть ручку в прежнее положение - стрелка должна стать на прежнее (до проверки) положение; 4) повернуть ручку крана по часовой стрелке и поставить ее в положение, при котором си­фонная трубка будет соединена с атмосферой - для продувки; 5) повернуть ручку крана в обратную сторону и установить ее на несколько минут в нейтральное положение, при котором манометр будет разобщен от атмосферы и от котла - для накопления воды в нижней части сифонной трубки; 6) медлен­но повернуть ручку крана в том же направлении и поставить ее в исходное рабочее положение - стрелка должна стать на прежнее место.

Для проверки точности показаний манометра к контрольному фланцу скобой присоединяют кон­трольный (образцовый) манометр, а ручку крана ставят в положение, при котором оба манометра со­единены с пространством, находящимся под давлением. Исправный манометр должен давать одинако­вые показания с контрольным манометром, после чего результаты заносят в журнал контрольных про­верок.

Манометры должны устанавливаться на оборудовании котельной:

1) в паровом котельном агрегате - теплогенераторе: на барабане котла, а при наличии пароперегре­вателя - за ним, до главной задвижки; на питательной линии перед вентилем, регулирующим питание водой; на экономайзере - входе и выходе воды до запорного органа и предохранительного клапана; на водопроводной сети - при ее использовании;

2) в водогрейном котельном агрегате - теплогенераторе: на входе и выходе воды до запорного вен­тиля или задвижки; на всасывающей и нагнетательной линиях циркуляционных насосов, с расположе­нием на одном уровне по высоте; на линиях подпитки теплосети.

На паровых котлах паропроизводительностью более 10 т/ч и водогрейных с теплопроизводительно - стью более 6 МВт обязательна установка регистрирующего манометра.

3. Водоуказательные приборы.

При работе парового котла уровень воды колеблется между низшим и высшим положениями. Низ­ший допускаемый уровень (НДУ) воды в барабанах паровых котлов устанавливается (определяется) для исключения возможности перегрева металла стенок элементов котла и обеспечения надежного поступ­ления воды в опускные трубы контуров циркуляции. Положение высшего допускаемого уровня (ВДУ) воды в барабанах паровых котлов определяется из условий предупреждения попадания воды в паропро­вод или пароперегреватель. Объем воды, содержащийся в барабане между высшим и низшим уровнями, определяет «запас питания», т. е. время, позволяющее котлу работать без поступления в него воды.

На каждом паровом котле должно быть установлено не менее двух указателей уровня воды прямого действия. Водоуказательные приборы должны устанавливаться вертикально или с наклоном вперед, под углом не более 30°, чтобы уровень воды был хорошо виден с рабочего места. Указатели уровня воды соединяются с верхним барабаном котла с помощью прямых труб длиной до 0,5 м и внутренним диа­метром не менее 25 мм или более 0,5 м и внутренним диаметром не менее 50 мм.

В паровых котлах с давлением до 4 МПа применяют водоуказательное стекло (ВУС) - приборы с плоскими стеклами, имеющими рифленую поверхность, в которых продольные канавки стекла отража­ют свет, благодаря чему вода кажется темной, а пар светлым. Стекло вставлено в рамку (колонку) с ши­риной смотровой щели не менее 8 мм, на которой должны быть указаны допустимые верхний ВДУ и нижний НДУ воды (в виде красных стрелок), а высота стекла должна превышать допускаемые пределы измерения не менее чем на 25 мм с каждой стороны. Стрелка НДУ устанавливается на 100 мм выше ог­невой линии котла.

Огневая линия - это наивысшая точка соприкосновения горячих дымовых газов с неизолированной стенкой элемента котла.

Водоуказательные приборы для отключения их от котла и проведения продувки снабжены запорной арматурой (кранами или вентилями). На арматуре должны быть четко указаны (отлиты, выбиты или на­несены краской) направления открытия или закрытия, а внутренний диаметр прохода должен быть не менее 8 мм. Для спуска воды при продувке предусматривается двойная воронка с защитными приспо­соблениями и отводная труба для свободного слива, а продувочный кран устанавливается на огневой линии котла.

Оператор котельной должен проверять водоуказательное стекло методом продувки не менее одного раза в смену, для чего следует:

1) убедиться, что уровень воды в котле не опустился ниже НДУ;

2) заметить визуально положение уровня воды в стекле;

3) открыть продувочный кран - продуваются паровой и водяной краны;

4) закрыть паровой кран, продуть водяной;

5) открыть паровой кран - продуваются оба крана;

6) закрыть водяной кран, продуть паровой;

7) открыть водяной кран - продуваются оба крана;

8) закрыть продувочный кран и наблюдать за уровнем воды, который должен быстро подняться и колебаться около прежнего уровня, если стекло не было засорено.

Не следует закрывать оба крана при открытом продувочном кране, так как стекло остынет и при попадании на него горячей воды может лопнуть. Если после продувки вода в стекле поднимается мед­ленно или заняла другой уровень, или не колеблется, то необходимо повторить продувку, а если по­вторная продувка не дает результатов - необходимо прочистить засоренный канал.

Резкое колебание воды характеризует ненормальное вскипание за счет повышенного содержания солей, щелочей, шлама или отбора пара из котла больше, чем его вырабатывается, а также загорания сажи в газоходах котла.

Слабое колебание уровня воды характеризует частичное «закипание» или засорение водяного кра­на, а если уровень воды выше нормального - «закипание» или засорение парового крана. При полном засорении парового крана пар, находящийся над уровнем воды, конденсируется, вследствие чего вода полностью и быстро заполняет стекло до самого верха. При полном засорении водяного крана уровень воды в стекле будет медленно повышаться вследствие конденсации пара или займет спокойный уро­вень, опасность которого в том, что, не заметив колебания уровня воды и видя ее в стекле, можно поду­мать, что воды в котле достаточно.

Недопустимо повышать уровень воды выше ВДУ, так как вода пойдет в паропровод, что приведет к гидравлическому удару и разрыву паропровода.

При снижении уровня воды ниже НДУ категорически запрещается питать паровой котел водой, так как при отсутствии воды металл стенок котла сильно нагревается, становится мягким, а при подаче воды в барабан котла происходит сильное парообразование, что приводит к резкому увеличению давле­ния, утончению металла, образованию трещин и разрыву труб.

Если расстояние от площадки наблюдения за уровнем воды более 6 м, а также в случае плохой ви­димости (освещения) приборов должны быть установлены два сниженных дистанционных указателя уровня; при этом на барабанах котла допускается установка одного ВУС прямого действия. Сниженные указатели уровня должны присоединяться к барабану на отдельных штуцерах и иметь успокоительное устройство.

4. Измерение и регулирование уровня воды в барабане.

Мембранный дифференциальный манометр (ДМ) используется для пропорционального регулиро­вания уровня воды в барабанных паровых котлах. Манометр состоит из двух мембранных коробок, со­общающихся через отверстие в диафрагме и заполненных конденсатом. Нижняя мембранная коробка установлена в плюсовой камере, заполненной конденсатом, а верхняя - в минусовой камере, заполнен­ной водой и соединенной с измеряемым объектом (верхним барабаном котла). С центром верхней мем­браны соединен сердечник индукционной катушки. При среднем уровне воды в барабане котла перепа­да давления нет и мембранные коробки уравновешены.

При повышении уровня воды в барабане котла давление в минусовой камере увеличивается, мем­бранная коробка сжимается, и жидкость перетекает в нижнюю коробку, вызывая перемещение сердеч­ника вниз. При этом в обмотке катушки образуется ЭДС, которая через усилитель подает сигнал на ис­полнительный механизм и прикрывает вентиль на питательной линии, т. е. уменьшает подачу воды в ба­рабан. При понижении уровня воды ДМ работает в обратной последовательности.

Уровнемерная колонка УК предназначена для позиционного регулирования уровня воды в барабане котла. Она состоит из цилиндрической колонки (трубы) диаметром около 250 мм, в которой вертикаль­но установлены четыре электрода, способные контролировать высший и низший допускаемые уровни воды (ВДУ и НДУ), высший и низший рабочие уровни воды в барабане (ВРУ и НРУ), работа которых основана на электропроводности воды. Колонка сбоку соединена с паровым и водным объемом бараба­на котла с помощью труб, имеющих краны. Внизу колонка имеет продувочный кран.

При достижении уровня воды ВРУ - включается реле и контактором разрывается цепь питания магнитного пускателя, отключая привод питательного насоса. Питание котла водой прекращается. Уро­вень воды в барабане понижается, и при снижении его ниже НРУ - происходит обесточивание реле и включение питательного насоса. При достижении уровня воды ВДУ и НДУ электрический сигнал от электродов через блок управления идет к отсекателю подачи топлива в топку.

5. Приборы для измерения расхода.

Для измерения расхода жидкостей (воды, мазута), газов и пара применяют расходомеры:

1) скоростные объемные, измеряющие объем жидкости или газа по скорости потока и суммирую­щие эти результаты;

2) дроссельные, с переменным и постоянным перепадом давлений или ротаметры.

В рабочей камере скоростного объемного расходомера (водомера, нефтемера) установлена крыль - чатая или спиральная вертушка, которая вращается от поступающей в прибор жидкости и передает рас­ход счетному механизму.

Объемный ротационный счетчик (типа РГ) измеряет суммарный расход газа до 1000 м3/ч, для чего в рабочей камере размещены два взаимно перпендикулярных ротора, которые под действием давления протекающего газа приводятся во вращение, каждый оборот которого передается через зубчатые колеса и редуктор счетному механизму.

Дроссельные расходомеры с переменным перепадом давления имеют сужающие устройства - нор­мальные диафрагмы (шайбы) камерные и бескамерные с отверстием, меньшим сечения трубопровода. При прохождении потока среды через отверстие шайбы скорость ее повышается, давление за шайбой уменьшается, а перепад давления до и после дроссельного устройства зависит от расхода измеряемой среды: чем больше количество вещества, тем больше перепад.

Разность давлений до и после диафрагмы измеряется дифференциальным манометром, по измере­ниям которого можно вычислить скорость протекания жидкости через отверстие шайбы. Нормальная диафрагма выполняется в виде диска (из нержавеющей стали) толщиной 3.6 мм с центральным отвер­стием, имеющим острую кромку, и должна располагаться со стороны входа жидкости или газа и уста­навливаться между фланцами на прямом участке трубопровода. Импульс давления к дифманометру производится через отверстия из кольцевых камер или через отверстие с обеих сторон диафрагмы.

Для измерения расхода пара на импульсных трубках к дифманометру устанавливают уравнитель­ные (конденсационные) сосуды, предназначенные для поддержания постоянства уровней конденсата в обеих линиях. При измерении расхода газа дифманометр следует устанавливать выше сужающего уст­ройства, чтобы конденсат, образовавшийся в импульсных трубках, мог стекать в трубопровод, а им­пульсные трубки по всей длине должны иметь уклон к газопроводу (трубопроводу) и подключаться к верхней половине шайбы. Расчет диафрагм и монтаж на трубопроводах производят в соответствии с правилами [4].

6. Газоанализаторы предназначены для контроля полноты сгорания топлива, избытка воздуха и оп­ределения в продуктах сгорания объемной доли углекислого газа, кислорода, окиси углерода, водорода, метана. По принципу действия они делятся на: 1) химические (ГХП, Орса, ВТИ), основанные на после­довательном поглощении газов, входящих в состав анализируемой пробы; 2) физические, работающие по принципу измерения физических параметров (плотности газа и воздуха, их теплопроводности); 3) хроматографические, основанные на адсорбции (поглощении) компонентов газовой смеси определен­ным адсорбентом (активированным углем) и последовательной десорбции (выделении) их при прохож­дении колонки с адсорбентом газом.