第二篇承压类特种设备基本知识

第二篇承压类特种设备基本知识第三章锅炉基本知识3.1概述3.1.1锅炉的定义及用途1.锅炉的定义锅炉是利用燃料燃烧时产生的热能或其它能源的热能，把工质加热到一定温度和压力的热能转换设备。由于被加热的工质大多具有一定的压力，因此从广义上讲，锅炉也是一种压力容器。由于锅炉直接受火焰加热，故与其它压力容器又有所区别，因此，将锅炉从容器范围内区分出来，单独进行安全监督和技术检验。《特种设备安全监察条例》对锅炉作如下限制性定义：锅炉，是指利用各种燃料、电或者其它能源，将所盛装的液体加热到一定的参数，并承载一定压力的密闭设备，其范围规定为容积大于或者等于30L的承压蒸气锅炉；出口水压大于或者等于0.1MPa（表压），且额定功率大于或者等于0.1MW的承压热水锅炉；有机热载体锅炉。2.锅炉的用途3.1.2锅炉的特点锅炉一旦投用，一般都要求连续运行，而不能任意停车。锅炉在承受较高压力的同时，还在高温下工作，它们的工作条件较一般机械设备恶劣得多。锅炉还具有爆炸的危险性。3.1.3锅炉主要参数1.容量（输出功率）蒸汽锅炉指蒸发量，即每小时产生的蒸汽量，通常以“D”符号表示，单位是“吨/时”。热水锅炉，有机热载体锅炉指供热量，即每小时输出的热量，通常以“Q”符号表示，单位是“大卡/时”（焦耳/时）。1吨/时≈60×104大卡/时104大卡/时=41868焦耳/时1吨/时≈700千瓦（KW）1千瓦（KW）=860大卡/时蒸汽锅炉在每平方米受热面积上每小时能产蒸汽的数量称为这台锅炉的蒸发率。蒸发率是衡量锅炉蒸发性能的一项技术指标，它决定于锅炉结构、燃料品种、燃烧工况和传热效果等因素。一般火管锅炉的平均蒸发率为15~30kg/m2·h以上2.压力指锅炉出口处（锅筒或过热器）的工作压力（表压），通常以“P”符号表示，单位是“MPa”，或“dgf/cm2”。1大气压≈1kgf/cm2=0.0980665MPa锅炉铭牌上标示的压力是锅炉设计压力,又称额定工作压力.对有过热器的锅炉是指过热器出口处的蒸汽压力,对无过热器的锅炉是指锅筒内的蒸气压力,对热水锅炉是指出水阀入口处的蒸气压力.3.温度指锅炉出口介质的温度。对于蒸汽锅炉为出口处饱和蒸汽或过热蒸汽的温度，对于热水锅炉为进、出口热水的温度。3.2锅炉的分类及型号3.2.1锅炉的分类1.按用途分类（1）电站锅炉；（2）工业锅炉；（3）生活锅炉；（4）船舶锅炉，机车锅炉。2.按载热介质分类（1）蒸汽锅炉；（2）热水锅炉；（3）汽水两用锅炉；（4）热风炉；（5）有机热载体锅炉。3.按燃料和热源分类：（1）燃煤锅炉；（2）燃油和燃气锅炉；（3）燃生物质燃料锅炉（木柴、甘蔗渣、稻壳、椰子壳、生活垃圾、工业垃圾等）；（4）原子能锅炉；（5）余热锅炉；（6）电热锅炉。4.按本体结构分类（1）水管锅炉；（2）火管锅炉；（3）水火管锅炉；（4）热管锅炉；（5）真空相变锅炉。5.按介质循环方式分类（1）自然循环锅炉；（2）强制循环锅炉；（3）直流锅炉。6.按燃烧方式分类（1）层燃锅炉；它又分固定炉排，机械化炉排（链条炉排、振动炉排、抽板顶升炉排、往复炉排、抛煤机炉等）；（2）室燃锅炉；（3）沸腾炉（又称流化床锅炉）。7.按出厂型式分类（1）散装锅炉；（2）组装锅炉；（3）整装锅炉。8.按压力等级分类（1）低压锅炉，P≤2.45MPa（25kgf/cm2）;（2）中压锅炉，P=3.82MPa（39kgf/cm2）;（3）次高压锅炉，3.82MPa＜P＜9.81MPa（39kgf/cm2＜P＜100kgf/cm2）;（4）高压锅炉，P≥9.81MPa（100kgf/cm2）;（5）超高压锅炉，P＞13.73MPa（140kgf/cmz）;（6）亚临界锅炉，P=15.7-17.66MPa（160-180kgf/cm2）;（7）超临界锅炉，P=23.5-26.5MPa（240-270kgf/cm2）。9.按制造管理分类（1）A级锅炉：额定压力≥9.81MPa的固定式蒸汽锅炉；（2）B级锅炉：额定压力＜9.81MPa的固定式蒸汽锅炉；（3）C级锅炉：额定压力≤2.45MPa的固定式蒸汽锅炉；（4）D级锅炉：额定压力≤1.27MPa的固定式蒸汽锅炉；（5）E1级锅炉：额定压力≤0.4MPa的固定式蒸汽锅炉和水温低于20℃的热水锅炉；（6）E2级锅炉：额定压力＜0.1MPa的蒸汽锅炉和水温≤95℃的热水锅炉。3.2.2锅炉的型号3.3锅炉结构3.3.1锅炉结构的基本要求对锅炉结构总结的要求是安全可靠、高效低耗。具体要求有：1.各部分在运行时应能按设计预定方向自由膨胀。2.保证各循环回路的水循环正常，所有受热面都应得到可靠的冷却。3.各受压部件应有足够的强度和稳定性。4.受压元、部件结构的形式，开孔和焊缝的布置应尽量避免或减少复合应力和应力集中。5.水冷壁膛的结构应有足够的承载能力。6.炉墙应具有良好的密封性和耐热性。7.锅炉钢架等承重结构在承受设计载荷时，应具有足够的强度、刚度、稳定性及防腐蚀性。8.便于安装、运行操作、检修和清洗内部。9.要根据锅炉参数和燃料的适应性来选用锅炉结构和燃烧设备。10.要合理配置辅机设备，还要考虑安全附件和自控装置的可靠性。3.3.2锅炉主要受压部件1.锅筒：它是用来汇集、贮存、分离汽水和补充给水的。2.锅壳：它是锅壳式锅炉中“包围”汽水、风烟、燃料系统的外壳，又称筒壳，其作用和锅筒相同。3.联箱：又称集箱。其作用是连结受热面管、下降管、连通管、排污管等。4.下降管：其作用是与水冷壁、联箱、锅筒形成水循环回路。5.受热面管子，它是锅炉的主要受热面，用锅炉钢管制成，它分为水管和火管，凡管内流水或汽水混合物，管外受热的叫水管，凡管内走烟气管外被水冷却的叫烟管。6.省煤器：它的作用是使给水进入锅筒之前，被预先加热到某一温度（通常加热到低于饱和温度40-50℃），以隆低排烟温度，提高锅炉热效率。中低压锅炉往往用铸铁制造省煤器，中压以上的锅炉省煤器由钢管制成的蛇形管组合而成。7.过热器：它是把锅筒内出来的饱和蒸汽加热成过热蒸汽，以满足生产工艺的需要，过热器是用碳钢或耐热合金钢管弯制成蛇形管后组合而成。8.减温器：它的作用是调节过热蒸汽的温度，将过热蒸汽的温度控制在规定的范围内，以确保安全和满足生产需要。凡有过热的器锅炉上均有减温器，减温器分面式减温器和混合式减温器。减温器结构与联箱相似，但其内部有喷水装置或冷却水管。9.再热器：它是将汽轮机高压缸排出的蒸汽再加热到与过热蒸汽相同或相近的温度后，再回到中低压缸去作功，以提高电站的热效率。10.炉胆：是锅壳式锅炉包围燃料燃烧空间的壳体，只有立式锅炉和卧式内燃锅炉中有炉胆。11.下脚圈：连接炉胆和锅壳的部件，只在立式锅炉中采用。12.炉门圈、喉管、冲天管：炉门圈是连接于锅壳和炉胆之间燃料进入燃烧室的一段管子，一般由锅炉钢板压制成椭圆形后焊接而成。3.3.3锅炉安全附件工业锅炉安全附件，主要是指锅炉上使用的安全阀、压力表、水位计、水位警报器、排污阀等，这些附件是锅炉运行中不可缺少的组成部分，特别是安全阀、压力表、水位计是保证锅炉安全运行的基本附件，常被人们称之为锅炉三大安全附件。安全阀的主要作用是当锅炉内的压力超过规定要求时自动开启，释放超过的压力，使锅炉回到正常的工作压力状态。压力表、水位计是司炉正常操作的耳目，每台锅炉必须装有与锅筒蒸汽空间直接相连接的压力表。3.3.4几种典型锅炉结构1.立式弯水管锅炉（图3-3），其受压元件主要有锅壳、封头、炉胆、炉胆顶、U形下脚圈、弯水管、炉门圈、喉管。2.快装水、水管锅炉（图3-4），其主要受压元件有：锅筒烟管、省煤管。下降管、集箱、水冷壁。3.4锅炉的工作过程3.4.1锅炉汽水流程系统3.4.2锅炉水循环3.4.3锅炉工作过程简述3.5锅炉的无损检测要求锅炉的无损检测应遵循以下原则：1.由于焊接缝交叉部位的应力较其它部位大，且焊接时较其它部位易产生缺陷，故对焊缝交叉部位应优先检测。2.由于高参数，大容量的锅炉制造工艺复杂，更易产生缺陷，且发生事故的后果更为严重，所以对高参数，大容量的锅炉的无损检测要求比对低参数，小容易的锅炉要求高一些，包括检测比便和合格级别。另外，有机热载体锅炉介质特殊，危险性较大，所以控伤要求高。3.为了节省制造成本，所以对部分危险性相对较小的设备焊缝采取按比例抽查的方式进行检测，而不是全部进行100%检测。4.由于RT和UT检测各有其特点，为尽可能检出焊缝内的各种缺陷，对中、高压锅炉，采取RT和UT并用。5.对于封头和下脚圈的拼缝，由于拼接后还要进行压制加工，在此加工过程中，原拼缝内的小缺陷有可能发展成为超标缺陷，所以应在加工成型后进行无损检测。6.锅炉中的重要角焊缝，一般不采用射线探伤，而采用超声波探伤。7.需做热处理的焊接接头应在热处理后进行无损探伤，因热处理会使焊接接头内的应力、组织发生变化，且有可能产生新的缺陷，只有在热处理后，接头内的组织和缺陷才是稳定的，这时的检测结果才是准确的。8.定期检验时，若宏观检查时未发现有明显的变形，则其焊缝内部一般不会产生新的缺陷，原有的小缺陷一般也不会发展，所以一般可不进行RT或UT，但对于重要角焊缝和主焊缝可以进行表面探伤检查，若发现表面已产生裂纹时，则应进一步检查和分析。必须时可对焊缝进行RT或UT检测。第三章思考题１．锅炉受压元件有哪些？２．锅炉的三大安全附件指什么？第四章压力容器基本知识4.1概述4.1.1压力容器的定义及用途从广义上说，凡承受流体介质压力的密闭壳体都可称作压力容器。按GB150-1998《钢制压力容器》的规定，设计压力低于0.1MPa的容器属于常压容器，而设计压力高于0.1MPa的容器属于压力容器。《压力容器安全技术监察规程》从安全管理角度出发，将同时具备下列三个条件的容器称为压力容器：1.最高工作压力（PW）大于等于0.1MPa（不含液体静压力）；2.内直径（非圆形截面指其最大尺寸）大于等于0.15m，且容积（V）大于等于0.025m3;3.盛装介质为气体、液化气体或最高工作温度高于等于标准沸点的液体。4.1.2压力容器的主要工艺参数影响压力容器设计的主要工艺参数有压力、温度、直径等。1.压力容器的压力参数压力容器的压力参数有工作压力（操作压力）、最高工作压力和设计压力。工作压力（操作压力）是指压力容器在正常的操作条件下，压力容器所承受的内（外）部表压力。工作压力是由生产工艺的要求决定的。最高工作压力对于承受内的压力容器，其最高工作压力是指在正常作用过程中，容器顶部可能出现的最高压力；对于承受外压的压力容器，其最高工作压力是指在正常使用过程中，容器可能出现的最高压力差值；对于夹套容器，其最高工作压力是指在正常使用过程中，夹套顶部可能出现的最高压力差值。设计压力是指在相应设计条件下用以确定压力容器壳体壁厚及其元件尺寸的压力，用P来表示。在正常的情况下，设计压力应等于或略高于最高工作压力。公称压力为了提高制造质量，并降低制造费用，增加零部件的互换性，使容器及其零部件的制造趋于标准化，把标准经后的压力数值称为公称压力，容器设计时应尽量采用标准的公称压力系列参数。容器的公称压力是指容器在规定温度下的最大的操作压力。2.压力容器的温度参数压力容器的温度参数有工作温度（操作温度）、设计温度。工作温度（操作温度）是指容器在操作过程中，在工作压力（操作压力）下壳体可能达到的最高或最低温度。设计温度是指容器在操作过程中，在相应的设计压力下壳体或元件可能达到的最高或最低温度。3.直径一般所说的容器直径系指其内径，单位多用mm表示4.1.3压力容器的分类1.按压力容器的安全重要程度分类《压力容器安全技术监察规定》根据容器在使用中的重要作用、设计压力以及介质的危害性程度，从高到低将压力容器依次分为第三类压力容器、第二类压力容器以及第一类压力容器：1）按用途分类：根据容器在生产工艺过程中所起的主要作用不同，可能归纳为四大类，即反应容器、储存容器、换热容器和分离容器。A.反应容器：主要用来完成介质化学反应的设备，如返应器、聚合釜、变换炉和氨合成塔等。B.储存