Проектирование системы обеспечения безопасности эксплуатации взрывоопасного оборудования

не выполнялось

Проектирование системы обеспечения безопасности эксплуатации взрывоопасного оборудования

В зависимости от вида теплоносителя и масштабов теплоснабжения выбирают тип котлов и мощность котельной установки. Отопительные котельные, как правило, оборудуются водогрейными котлами и по характеру обслуживания потребителей делятся на три типа: местные (домовые или групповые), квартальные и районные.
Сегодня, по действующим строительным нормам, в помещении, оснащенном котлом, рекомендуется устанавливать газоанализатор, предупреждающий об утечке, и аварийный электроклапан для экстренного отключения подачи газа. В домах, где применяется поквартирное отопление, эти требования являются обязательными для каждой квартиры. Кроме того, все оборудование подлежит ежегодному обслуживанию специалистами сервиса, что позволяет снизить риск нештатных ситуаций до минимума.
При выборе места для котла (на этапе проектирования) следует руководствоваться требованиями СниПII-35-76 "Котельные установки" и сводом Правил по проектированию СП 41-104-2000, которые предусматривают четкие нормы обустройства таких систем:
- площадь помещения – не менее 4 м² на один котел;
- высота потолков – не менее 2,5 м;
- внешняя дверь – шириной не менее 80 см;
- окно естественного освещения (на каждые 10 м³ помещения – 0,3 м² окна);
- отверстие для притока наружного воздуха - не менее 8 см² на 1 кВт номинальной мощности котла, или 30 см² на 1 кВт – в случае притока воздуха изнутри здания;
- при проектировании и строительстве дымоходов для обеспечения достаточной тяги и отсутствия задувания (возникновения обратной тяги) целесообразно выводить верхний срез дымохода выше конька крыши. В любом случае верхний срез дымохода должен быть не ниже условной поверхности обратного конуса 1:3;
- дымоход (или дымоходы - при установке двух котлов) должен иметь сечение, соответствующее устанавливаемому оборудованию (для котла с открытой камерой сгорания, до 30 кВт достаточно трубы диаметром 130 мм, для 40 кВт – 170 мм). В любом случае площадь сечения дымохода не должна быть меньше площади выходного сечения дымохода котла;
- в каждом дымоходе должно быть ревизионное отверстие, расположенное ниже входного отверстия дымохода не менее чем на 25 см;
- канал естественной вентиляции в верхней части помещения;
- введенные прямая и обратная трубы системы отопления;
- ввод трубопровода холодного водоснабжения;
- введенная труба внутренней разводки горячей (бытовой воды);
- канализационный сток;
- источник электропитания, размещенный на отдельном АЗС (автомате защиты сети) вводного щитка 220В, 20А;
- введенный проводник домового контура заземления.
Следует иметь в виду, что полное сгорание газа возможно при определенном соотношении "воздух-топливо", поэтому одним из условий является наличие притока воздуха к камере сгорания котла. Поскольку необходимый для сгорания газа воздух берется в том же помещении, где и установлен котел (исключение – котлы с закрытой камерой сгорания), то оно должно обеспечивать приток воздуха снаружи в пределах 30 м³/час. Именно такое количество требуется для полного сгорания 2,5 м³/час газа, чтобы получить среднее значение тепловой мощности ≈20 000 ккал/час или 23,3 кВт.
Владельцу необходимо знать, что при недостатке воздуха топливо не сгорает полностью и в результате образуется оксид углерода (СО, "угарный газ" - вещество без цвета и запаха). Пребывание человека в помещении с концентрацией СО 1% в течение 15 минут может привести к смертельному исходу. Кроме того, горение газа с недостатком воздуха повышает его потребление и, следовательно, затраты энергоносителя на нагрев. В данной ситуации владелец должен обеспечить беспрепятственный доступ воздуха в помещение с работающим котельным оборудованием.
Как уже говорилось, потенциальным источником опасности могут стать неверные действия владельца при эксплуатации котельной. Требования мер безопасности достаточно просты, но обязательны для выполнения:
нельзя хранить в помещении, где установлен котел, взрывоопасные и легковоспламеняющиеся материалы (бензин, краски, растворители, бумага и т.д.);
при запахе газа закрыть кран на вводе в котел и не производить каких-либо действий, способных вызвать воспламенение или искру (включать/выключать электроприборы или освещение); открыть окно и обеспечить приток воздуха в помещение;
не прислоняться и не прислонять предметы к корпусу работающего котла (минимальное расстояние – 20 см);
не допускать наличия препятствий на линии подачи воздуха к отопительному котлу;
периодически проверять давление воды в системе;
во избежание возникновения термических напряжений и повреждения теплообменника производить подпитку только охлажденного котла;
защитную крышку на смотровом окошке котла держать закрытой во избежание выхода отходящих газов;
не производить самостоятельных действий с датчиком тяги.
Принципы действия основных систем обеспечения безопасности
Современная котельная установка представляет собой сложное техническое сооружение и состоит из котла и вспомогательного котельного оборудования, размещенного в помещении котельной или вне ее границ и предназначенного для производства пара с необходимыми параметрами или для подогрева горячей воды, или того и другого одновременно.
В состав котла входят: топка, пароперегреватель, водяной экономайзер, воздухоподогреватель, обмуровка и каркас с лестницами и площадками, а также арматура и гарнитура.
К вспомогательному оборудованию для отопительного котла относятся: тягодутьевые и питательные устройства, оборудование водоподготовки, топливодоподачи, а также контрольно-измерительные приборы и системы автоматизации.
Технологический процесс получения пара в отопительном котле осуществляется в следующей последовательности. Топливо в котле при помощи горелочных устройств вводится в топку котла, где и сгорает. Воздух, необходимый для сгорания топлива, подается в топку дутьевым вентилятором или подсасывается через колосниковую решетку - при естественной тяге.Для улучшения процесса сгорания топлива в отопительном котле и повышения экономичности работы котла воздух перед подачей в топку может предварительно подогреваться дымовыми газами в воздухоподогревателе.
Дымовые газы в отопительном котле, отдав часть своего тепла радиационным поверхностям нагрева, размещенным в топочной камере, поступают в конвективную поверхность нагрева, охлаждаются и дымососом удаляются через дымовую трубу в атмосферу.
Сырая водопроводная вода отопительного котла проходит через катионитовые фильтры, умягчается и далее поступает в деаэратор, где из нее удаляются коррозионно-активные газы (02 и С02) и стекает в бак деаэрованной воды. Из бака питательная вода забирается питательным насосом и подается в паровой котел.
Пройдя по поверхностям нагрева, вода нагревается, испаряется и собирается в верхнем барабане. Из котла пар направляется в общекотельный паровой коллектор и затем подается потребителям.
По назначению котельные установки разделяются на отопительные, производственно-отопительные и энергетические.
Котел - тепловой баланс
При сжигании топлива в котле не все количество тепла, которое выделилось в топке, полезно используется для нагрева воды или получения пара. Часть тепла теряется с уходящими из котла газами, с химическим и механическим недожогом и пр. Основная задача при эксплуатации котла заключается в снижении этих потерь до минимума.
Тепловым балансом котла называется равенство введенного в котел тепла и использованного, которое складывается из полезно использованного тепла, пошедшего на выработку пара (горячей воды), и тепловых потерь, возникающих в процессе работы котельной установки. Тепловой баланс составляется на 1 кг твердого (жидкого) топлива или 1 м3 газообразного топлива.
Упрощенный тепловой баланс котла записывается в виде уравнения;
при сжигании твердого топлива, кДж/кгт Qph = Q1 + Q2 +Q3 +Q4 +Q5 +Q6,
при сжигании жидкого и газообразного топлива, кДж/кг(м3)т
Qph = Q1 + Q2 +Q3 +Q4 +Q5
Если обе части уравнений разделить на Qph и умножить на 100, то получим уравнения баланса, выраженные в процентах:
100 = д1  + д2 + д3 + д4 + д5 + д6,
100 = д1 + д2 + д3 + д4
В формулах Q1 ;q1 полезно использованное тепло.
Потери тепла:
Q1; д2 - с уходящими дымовыми газами;
Q2; д3 - от химической неполноты сгорания;
Q3; д4 - от механической неполноты сгорания;
Q4; д5 - через наружные ограждения обмуровки в окружающую среду:
Q5; д6  - с физическим теплом шлака.
Коэффициент полезного действия - полезно использованное в котле тепло:
Л = д1 = 100 - д2 - д3 - д4 - д5 – д6;
Л = д1 = 100 - д2 - д3 - д4
КПД котла зависит от величины тепловых потерь: чем потери меньше, тем КПД выше. Значение КПД может находиться в пределах Л = 0,93 - 0,7 (93-70 %),. а величина тепловых потерь для котлов малой мощности составляет: д2 = 12-15 %; д3 = 2-7 %; д4 = 1-6 %; д5 = 0,4-3,5 %; д6 = 0,5-1,5 %.
Минимальный набор автоматики должен обеспечить индикацию наличия пламени, тяги в дымоходе и выключение котла при любой аварийной ситуации. Поскольку основным способом обеспечения безопасности является контроль пламени, следует рассмотреть его более подробно. Принцип работы такой автоматики может быть различным. В простейшем виде он осуществляется следующим образом. После открытия клапана подачи газа с помощью пьезозажигания запускается запальная горелка (в современных котлах эта функция выполняется с помощью одной кнопки). При розжиге запальника основная горелка автоматически заблокирована. Дальнейшее управление газовым клапаном осуществляется либо за счет напряжения, возникающего при нагреве термопары, постоянно находящейся в пламени запальной горелки котла, либо за счет нагрева дополнительного термогенератора (более мощный источник энергии, чем термопара) от пламени основной горелки. И в том, и в другом случаях выработанное этими устройствами напряжение передается на катушку электромагнитного газового клапана.
Напряжение, выработанное термопарой (термогенератором), удерживает клапан в открытом состоянии, обеспечивая таким образом поступление газа на запальную и основную горелки. Как только напряжение исчезает (гаснет запальная горелка), клапан немедленно перекрывает подачу газа. Напряжение, вырабатываемое термогенератором, позволяет регулировать подачу газа, увеличивая или уменьшая температуру теплоносителя. Сегодня в большинстве современных котлов (например, ARISTONАСО или MICROGENUSPLUS) применяется иная, еще более чувствительная система – ионизационная. Принцип ее работы основан на электропроводных свойствах пламени. На нем же построена и система розжига горелки.
Для предотвращения опасности перегрева система отопления оснащается датчиком давления теплоносителя (обязателен к установке в системах с принудительной циркуляцией). Он контролирует работу циркуляционного насоса и отключает котел в случае его блокирования.
Затухание горелки может стать причиной другого негативного явления. Остановки котла, особенно в зимний период времени, грозят размораживанием водяного контура теплогенератора и системы отопления в целом. Избежать этого отрицательного явления поможет автоматика защиты от замерзания, которая в случае падения температуры теплоносителя ниже +5°С самостоятельно разжигает котел и отключает его только после того, как температура достигнет +15°С.
Расширительный бак вступает в работу, когда нагретый в отопительной системе теплоноситель увеличивается в объеме. Без этого важного элемента могут потечь трубы и даже лопнуть обечайка котла. Бачок открытого типа устанавливают, как правило, на чердаке и утепляют. Более современные расширительные устройства закрытого типа, выполненные в виде капсулы шарообразной или овальной формы, могут размещаться рядом с теплогенератором. Такой бак разделен внутри герметичной мембраной на две части – воздушную и жидкостную. При увеличении объема теплоносителя в системе отопления мембрана растягивается в сторону воздушной части (воздух сжимается), позволяя жидкости занять освободившееся пространство. При снижении температуры уровень воды в системе восстанавливается, воздух выдавливает излишки теплоносителя назад в систему, и мембрана занимает первоначальное положение. Бачок закрытого типа обладает рядом преимуществ по отношению к "открытым" аналогам: в нем не происходит соприкосновения теплоносителя с воздухом, жидкость не испаряется и не окисляется кислородом (продукты взаимодействия не разъедают внутреннюю поверхность теплообменника, трубопроводов и радиаторов), кроме того, такой бак можно разместить в любой точке системы.
 Перед запуском котла полагается стравливать скопившийся или попавший при заполнении системы отопления теплоносителем воздух, однако в процессе нагрева он появляется вновь (растворимость газа в жидкости с ростом температуры падает). Образовавшиеся пузырьки создают воздушную пробку, которая  мешает прохождению жидкости по трубам и радиаторам, препятствуя циркуляции теплоносителя. Наличие воздушного клапана позволяет автоматически выводить воздух из системы (клапан может устанавливаться отдельно или присутствовать в конструкции циркуляционного
Показывающие и регистрирующие контрольно-измерительные приборы (КИП), установленные в ГРП (ГРУ), применяются для измерения входного и выходного давления и температуры газа. Если учет расхода газа не предусмотрен, то допускается не устанавливать регистрирующий прибор для измерения температуры газа.
Контрольно-измерительные приборы с электрическим выходным сигналом и электрооборудование в помещении ГРП должны быть во взрывозащищенном исполнении, КИП с электрическим выходным сигналом в нормальном исполнении размещают снаружи в закрывающемся шкафу или в обособленном помещении, пристроенном к противопожарной газонепроницаемой стене ГРП.
Предохранительно-запорные клапаны.
Наиболее распространенными предохранительно-запорными клапанами являются клапаны ПКН и ПКВ (соответственно низкого и высокого давления), выпускаемые с условным проходом (диаметром) 50; 80; 100 и 200 мм. Они устанавливаются перед регулятором давления. В своей принципиальной конструкции клапаны ПКН и ПКВ практически одинаковы.
Рисунок. 1: Предохранительно-запорный клапан типа ПКН (ПКВ):
1-ударный молоточек; 2-штифт рычага; 3-рычаг с грузом; 4-чугунный корпус; 5-клапан; 6-рычаг анкерный; 7-штуцер; 8-мембрана; 9-большая настроечная пружина; 10-малая настроечная пружина; 11-коромысло; 12-штифт.
Предохранительно-запорный клапан типа ПКН (ПКВ) (рис. 1) состоит из литого корпуса 4 вентильного типа, мембранной камеры, настроечной головки и системы рычагов. Внутри корпуса размещается клапан 5, шток которого входит в соединение с рычагом 3 (один конец рычага закреплен шарнирно внутри корпуса, а другой с грузом выведен наружу). При открывании клапана 5 с помощью рычага 3 сначала немного поднимается шток и удерживается в таком положении, при этом открывается отверстие в клапане и перепад давления до и после него уменьшается. Рычаг 3 с грузом вводится в зацепление с одним из концов анкерного рычага 6, который укреплен на корпусе шарнирно. Ударный молоточек 1 также крепится шарнирно и расположен над другим свободным плечом анкерного рычага. Над корпусом под настроечной головкой расположена мембранная камера, в которую через штуцер 7 под мембрану 8 поступает импульс давления газа из рабочей линии. На мембране сверху расположен шток с гнездом, в которое одним плечом входит коромысло 77. Другое плечо коромысла входит в зацепление со штифтом 12 ударного молоточка.
Если в рабочем газопроводе давление превысит верхний заданный предел или снизится ниже нижнего заданного предела, то мембрана начнет перемещать шток, выводя из зацепления штифт ударного молоточка с коромыслом. Молоточек при этом падает, ударяет по плечу анкерного рычага, выводя другое его плечо из зацепления с рычагом с грузом. Под действием груза клапан опускается и закрывает подачу газа. Для настройки предохранительно-запорного клапана на верхний предел срабатывания используется большая настроечная пружина 9, а на нижний — малая настроечная пружина 10.
Рисунок 2: Клапан предохранительно-запорный типа КПЗ:
1-ось; 2, 8, 9-пружины; 3-клапан; 4-корпус; 5-шток; 6, 7-втулки; 10-механизм контроля; 11-мембрана; 12, 13-рычаги; 14-упор; 15-наконечник.
Предохранительно-запорный клапан типа КПЗ (рис. 2) состоит из литого корпуса 4, клапана 3, закрепленного на оси 7. На оси установлены пружины 2, один конец которых упирается в корпус 4, а другой — в клапан 3. На конце оси, выходящем наружу, закреплен рычаг 13, который через промежуточный рычаг 12 с упором 14 удерживается в вертикальном положении наконечником 15 механизма контроля 10. Механизм контроля включает в себя мембрану 11, шток 5 и закрепленный на штоке наконечник 15. Мембрана уравновешивается контролируемым давлением и пружинами 8 и 9, усилия которых регулируются резьбовыми втулками 6 и 7.
При повышении или понижении давления газа в подмембран-ной области за пределы настройки наконечник 15 перемещается влево или вправо и упор 14, установленный на рычаге 12, выходит из зацепления с наконечником 75, освобождает связанные между собой рычаги 12 и 13 и дает возможность оси 1 повернуться под действием пружин 2. При этом клапан 3 прекращает подачу газа.
Верхний предел срабатывания предохранительно-запорных клапанов не должен превышать номинальное рабочее давление газа после регулятора более чем на 25 %. Нижний предел определяется указанным в паспорте горелки минимально допустимым давлением, при котором, по данным наладочных испытаний, могут погаснуть горелки, а также может произойти проскок пламени.
Газовые фильтры для отопительных котлов.
Фильтры предназначены для очистки газа от механических примесей: пыли, ржавчины и содержащихся в газе включений. Очистка газа необходима для уменьшения механического износа запорной и регулирующей арматуры, предотвращения засорения импульсных трубок, дроссельных отверстий, защиты мембран от преждевременного старения и потери эластичности и т.д.
 
Рисунок. Газовые фильтры:
а — угловой сетчатый; б — волосяной; в — сварной;
1-корпус; 2-обойма; 3-пробка; 4-кассета; 5-крышка;
6-отбойный лист; 7-люк для чистки фильтра.
В зависимости от расходов газа, его давления, типа регуляторов применяются различные конструкции фильтров.
В шкафных ГРП и ГРП с условным диаметром трубопроводов до 50 мм устанавливаются угловые сетчатые газовые фильтры (рис. а). Газовый фильтр состоит из корпуса 1, фильтрующего элемента — обоймы 2, обтянутой мелкой металлической сеткой. Газ, поступающий по входному патрубку, очищается на обойме от пыли и по выходному патрубку покидает фильтр. Частицы пыли осаждаются на внутренней поверхности металлической сетки обоймы. Для ревизии фильтра и его замены предусмотрена пробка 3, отвернув которую можно извлечь фильтрующий элемент из корпуса.
 
В ГРП с условным диаметром трубопроводов 50 мм и более широко применяются чугунные волосяные газовые фильтры (рис. б). Фильтр состоит из корпуса 1, крышки 5 и кассеты 4. Очистка газа от пыли происходит в кассете из проволочных сеток, между которыми помещают конский волос или капроновую нить. Фильтрующий материал пропитывают висциновым маслом. На выходной стороне кассеты устанавливают перфорированный лист, предохраняющий заднюю (по ходу газа) сетку от разрыва и предотвращающий унос фильтрующего материала.
Фильтры газовые отопительных котлов сварные (рис. в) предназначены для ГРП с расходом газа 7... 100 тыс. м3/ч. Фильтр состоит из сварного корпуса 1 с присоединительными патрубками для входа и выхода газа, крышки 5, люка 7 для чистки фильтра и кассеты 4, заполненной капроновой нитью. Со стороны входа газа внутри корпуса приварен отбойный лист 6.
Крупные частицы, попадая в фильтр, ударяются об отбойный лист, теряют скорость и падают на дно. Мелкие частицы улавливаются в кассете с фильтрующим материалом, пропитанным висциновым маслом. В процессе работы котлов происходит увеличение аэродинамического сопротивления фильтров, которое определяется по разнице давлений газа на входе и выходе из фильтра. Перепад давления газа на кассете не должен превышать величины, установленной заводом-изготовителем. При техническом обслуживании фильтров разборку и очистку кассеты проводят вне помещения ГРП в местах, удаленных от легковоспламеняющихся веществ и материалов не менее чем на 5 м.
Предохранительно-сбросный клапан ПСК-50.