1、刘清方锅炉压力容器安全讲座(1) 2007-04-03 18:08:11 刘清方 能动信息网锅炉压力容器为何属于特殊设备锅炉是生产蒸汽或加热水的设备。生产蒸汽的锅炉叫蒸汽锅炉，加热水使其升温但不汽化的锅炉叫热水锅炉。压力容器泛指承受流体压力的密闭容器。安装和使用地点固定、工艺条件和操作人员也比较固定的容器为固定式容器，用以装载、运输气体或液体介质的容器为移动式容器。锅炉压力容器在国民经济建设中起着重要作用，锅炉压力容器安全受到各方的关注。国内外普遍将锅炉压力容器视作特殊设备，其原因是：一、使用广泛锅炉广泛应用于电力、机械、冶金、化工、轻工等行业及日常生活中。火力发电中用以产生高温高压蒸汽的锅炉
2、叫电站锅炉，其他工业企业及供暖使用的锅炉统称为工业锅炉。我国矿石燃料产量的一半以上都被锅炉消耗，转化为电能或热能，供生产或生活利用。压力容器的使用比锅炉更为广泛。在化学工业中，几乎每一个工艺过程都离不开压力容器，其他工业部门也普遍使用压力容器。液化石油气钢瓶等压力容器则已进入千家万户，与人们的日常生活密切相关。二、事故率高锅炉压力容器的工作条件一般比较恶劣，因而容易发生各种事故：1.承受压力及温度 锅炉的汽水系统在密闭的容器和管道中工作，承受着介质压力和火焰加热，有时承受的压力和温度会很高。压力容器承受大小不同的压力载荷和其他载荷，有些容器还在高温或深冷条件下运行。锅炉压力容器内的压力可能因操
3、作失误或反应异常而迅速升高，从而导致承压部件超压破裂。2.接触腐蚀性介质 锅炉外侧要接触烟气、灰尘，内侧要接触水或蒸汽，常会造成腐蚀或磨损。压力容器的工作介质常具有较强的腐蚀性，会导致氧腐蚀、硫腐蚀、硫化氢腐蚀以及各种浓度的酸、碱、盐腐蚀，损坏设备。3.较为复杂的局部应力 锅炉压力容器通常都有开孔接管及其他的不连续结构，在这些区域内存在着较高的应力，在不利的使用环境或载荷条件下，会导致承压部件破裂。4. 连续运转不易检验 锅炉压力容器大多是钢制焊接结构，在焊缝部位常隐含着漏检缺陷或标准允许的细微缺陷。在使用中，锅炉及很多压力容器必须连续运行，不便停用检查，常因缺陷扩展而导致破裂。在上述因素共同
4、影响下，即使是设计、制造质量符合标准的锅炉压力容器，在正常操作条件下也会发生各种事故，更不用说带有设计、制造缺陷的设备和操作失当的设备了。三、事故后果严重锅炉压力容器承压部件的断裂破坏伴随着介质的能量释放会形成爆炸，具有巨大的破坏力，不仅损坏设备本身，而且损坏周围的设备和建筑，并常常造成人身伤亡，后果极其严重。造成伤害的因素主要有：1.冲击波伤害 锅炉压力容器内的介质一般是具有一定压力的气体、液化气体或高温液体，承压部件一旦破裂，介质即泄压膨胀或瞬时汽化，瞬间释放出大量的能量。其中大约 85%的能量用以产生冲击波，向周围快速传播，破坏设备、建筑并危害人身安全。2.设备碎片伤害 锅炉压力容器破裂
5、时，有些壳体可能会断裂成碎片并高速飞出，击穿、撞坏相遇的设备或建筑，有时直接伤人。3.介质伤害 锅炉压力容器破裂时介质外泄，常常造成人员烫伤、中毒、现场燃烧及二次爆炸，产生连锁反应。总之，锅炉压力容器爆炸，常造成大面积的、立体性的破坏和群体伤害，给事发单位和社会造成严重损失。综上所述，锅炉压力容器应用广泛，工作条件恶劣，容易损坏并发生事故，且事故后果严重。因而对锅炉压力容器安全不能等闲视之，一定要慎之又慎，确保万无一失。我国把锅炉压力容器作为一种特殊设备，由国家委托的专门机构对其安全进行监督管理。作者简介：刘清方，首都经济贸易大学安全工程系原系主任，教授，中国劳动保护科技学会第三届常务理事，长
6、期从事锅炉压力容器安全教学和研究工作。刘清方锅炉压力容器安全讲座(2)探索避免爆炸事故的途径在人类文明发展史上，锅炉是最早被使用的大型工业设备之一。锅炉压力容器安全技术是较早发展起来的特种设备安全技术。但是，人们对锅炉压力容器安全重要性及规律性的认识，从 18 世纪人类使用蒸气动力开始，经历了一个漫长的过程，经受了无数次锅炉爆炸及人员死伤的教训。不断的、惨重的流血事故引起人们对锅炉压力容器安全的关注，由关注而探索，逐步了解了事故发生的规律，并初步探索出避免事故的途径。现在人们知道，锅炉压力容器安全技术是一门以设备安全为中心的系统安全工程技术。以锅炉为例，它的制造和使用不但涉及人员、设备、环境等
7、系统因素，它的本身就是一个复杂的多部件大系统。一台锅炉具有：1.燃烧系统，包括炉膛、烟道、燃烧装置等，是燃料燃烧放热及燃烧产物传热的机构和场所；2.锅内系统，由一系列容器和管道组成，是水汽介质受热流动的机构和场所；3.辅助机械，包括风机、水泵等，用于驱动风、烟、水、汽流动；4.附件仪表，包括各种安全装置及其他附件，用于监控调节介质参数和运行工况。锅炉安全涉及的因素很多，必须以系统的观点和方法进行分析。但锅炉爆炸却是锅内系统的大型核心部件破裂的结果，必须紧紧抓住这个核心或者中心。保证设备在承压储能过程中不破裂，就从根本上解决了锅炉压力容器的安全问题。要保证设备在工作中不破裂，主要涉及设备和介质两
8、个方面，从设备方面说，就是要有完好的质量和性能，要有足够的、满足工作要求的承压能力；从介质方面说，就是要限定其数量和参数在规定的限度之内，不要超过设备的承受能力。反言之，锅炉压力容器爆炸，不外乎两个方面的原因：一是工作条件严重恶化，远远超出设计工作条件和设备承载能力，比如严重超压或超温；二是设备本身隐含或产生缺陷，使设备承受不了正常的设计工作条件。相应地，避免锅炉压力容器破裂爆炸的对策是：（1）设计、制造出的设备应能满足正常工作条件的要求；（2）在使用中严格调整、监控设备运行参数，避免工作条件恶化；（3）防止和消除设备缺陷。为严肃而切实地实行上述对策，国内外共同采用的行之有效的方法是：（1）用
9、法规指导和控制锅炉压力容器的设计、制造、安装、使用、检验、修理、改造等七个环节；（2）对锅炉压力容器安全实行官方或第三方监督。我国现行的锅炉压力容器安全主要法规有：1国务院：锅炉压力容器安全监察暂行条例 国发198222 号2劳动部：蒸汽锅炉安全技术监察规程 劳部发1996276 号3劳动部：热水锅炉安全技术监察规程 劳锅字19918 号（1997 年修订版）4国家质检总局：压力容器安全技术监察规程 质技监局锅发1999154 号5国家质检总局：气瓶安全监察规程 质技监局锅发2000250 号由于设计、制造等七个环节分散在各个部门，涉及众多的技术、管理和操作人员，人们的处境、观念、水平及利害不
10、尽相同，对同一法规的理解和执行情况也会有差异，因而必须有代表国家的综合部门对锅炉压力容器安全实施统一的监督管理。由于涉及设备和介质两个方面及七个环节，锅炉压力容器安全涉及到较多的技术知识，技术含量较高。对锅炉及压力容器进行安全管理或安全操作，均需要对相关知识有所了解。在这方面，有两种态度是不妥当的：一种是无视锅炉压力容器安全的重要性和技术含量，认为操作管理锅炉压力容器是粗活累活，随便找人临时干干就行；另一种是把锅炉压力容器安全神秘化，认为复杂难懂，是专业人员的事，放弃了解和学习的责任。实际上，锅炉压力容器安全的基本知识并不复杂深奥，了解掌握一些基本知识，不但必要，而且完全可能，关键是要有责任心
11、，从实际出发，理论联系实际，坚持不懈地学习。刘清方锅炉压力容器安全讲座(3) 在蒸气锅炉中水是在承压状态下吸收热量转变成蒸汽的。锅炉爆炸不但与锅炉承压有关，也与承压下水的吸热及热力状态有关。一、水的饱和温度与压力的关系先介绍几个关于压力和温度的基本概念：1.表压力 指设备上所装设的压力表内显示的压力。当设备不承受介质压力时，设备内外均为大气环境，压力表的示值为 0，因而表压力是以大气压力为基准的压力，或者说是高出大气压力的压力。通常所说锅炉压力容器的工作压力或操作压力，均指表压力。2.绝对压力 是以绝对真空为度量起点的压力，即表压力与大气压力之和。研究介质状态和变化过程时，研究压力、温度、比容
12、等参数间的关系时，一般均使用绝对压力。锅炉压力容器使用的压力单位通常为兆帕。近似地取大气压力为 0.1 兆帕，则绝对压力与表压力的关系为：绝对压力=表压力+0.1（兆帕）3.饱和温度 在一定压力下介质沸腾的温度。随介质种类和介质液面上压力的不同而不同。4.标准沸点 在标准大气压力下介质沸腾的温度。对于某种确定的介质，这个温度是个确定值。比如水的标准沸点近似为 100，酒精的标准沸点为 78.3。水的饱和温度随水面上汽（气）压的升降而升降。在高原地区大气压力低于标准大气压，水的饱和温度也就低于 100；在压力锅内水面上的汽压高于标准大气压，水的饱和温度就高于 100。水面上的汽（气）压越高，水的
13、饱和温度即沸点也越高。二、“蒸气爆炸”在蒸汽锅炉的核心部件锅筒或锅壳内，在正常工况下，介质处于额定工作压力之下、汽水共存的饱和状态即沸腾状态。通常筒壳内下半部是饱和水，上半部是饱和蒸汽。饱和水与饱和蒸汽的共同温度是相应于额定工作压力的饱和温度，对承压锅炉此温度高于水的标准沸点 100。一旦锅筒或锅壳破裂，器内压力骤然降低为大气压力，原额定工作压力下的饱和水瞬间变为大气压力下的过饱和（过热）水，过饱和水无法稳定存在，其一部分瞬时汽化，体积急剧增大，形成爆炸，叫“蒸汽爆炸”。“蒸汽爆炸”是典型的物理性爆炸。在爆炸中介质除膨胀降压释放少量的机械能外，主要释放大量的热能，因而蒸汽锅炉爆炸常具有巨大的爆
14、炸能量和破坏力，且锅炉内原带压饱和水是爆炸能量的主要携带者和释放者。下表给出了几种典型介质在储器破裂发生物理性爆炸时释放能量的情况。由下表可以看出：1.压力不高时，常温下承压水的储器破裂，爆炸能量极小，或者说形不成爆炸。这是因为水的压缩系数极小，承压水储存的机械能极少，又未升温储存热能，因而储器破裂也释放不出多少能量。2.由于空气是可压缩性气体，压缩空气中储存机械能较多，爆炸能量较大，储器破裂时破坏力和危险性也较大。3.承压饱和水的爆炸能量是同压力下同体积空气爆炸能量的十多倍，储器破裂时破坏力和危险性极大。蒸汽锅炉中储存带压饱和水多的锅筒、锅壳、炉胆、集箱等储器，潜在的爆炸危险性较大。4.在承
15、压的蒸汽锅炉省煤器及高温热水锅炉内，水的温度并未达到工作压力下的饱和温度，但如已超过了水的标准沸点 100，在储器破裂时也会发生蒸汽爆炸。几种典型介质爆炸能量的比较见表介质种类 储器容积或介质体积 爆炸前器内压力（表压力） 爆炸能量的 TNT 当量空气 1m3 1MPa 0.33Kg TNT常温水 1m3 1MPa 0.05310-3Kg TNT饱和水（184沸水） 1m3 1MPa 12.7Kg TNT刘清方锅炉压力容器安全讲座(4) 锅炉有哪些规格与种类一、锅炉的规格锅炉规格表示锅炉生产蒸汽或加热水的能力及水平。蒸汽锅炉的规格以单位时间内产生蒸汽的数量及蒸汽参数表示，热水锅炉的规格以单位时
16、间内水的吸热量及热水参数表示。蒸汽锅炉每小时所产生蒸汽的数量称为锅炉的蒸发量，也称锅炉的容量或出力，通常以符号“D”表示，单位为 t/h（吨/时）。锅炉铭牌上的蒸发量通常为额定蒸发量，即锅炉在规定的蒸汽参数和给水温度下，连续运行时所必须保证的最大蒸发量。热水锅炉的容量是单位时间内水在锅炉里的吸热量，单位为 MW（兆瓦），其额定值称额定热功率或额定供热量。锅炉产汽及介质吸热的多少与锅炉受热面的多少直接相关。受热面是锅炉中隔开烟气与水汽、并把热量由前者传给后者的金属壁面，通常为管子或圆筒壁面。蒸汽锅炉的蒸汽参数以锅炉主汽阀出口处蒸汽的压力（表压）和温度表示。热水锅炉的介质参数以额定出水压力（表压）
17、及额定出水/进水温度表示。压力和温度分别以符号“p”、“t”表示。二、锅炉分类可以从不同角度出发对锅炉进行分类：1按结构形式可分为锅壳锅炉（火管锅炉）、水管锅炉和水火管锅炉。2按用途不同可分为电站锅炉、工业锅炉、生活锅炉等。3按容量大小可分为大型锅炉、中型锅炉和小型锅炉。习惯上，蒸发量大于 100t/h的锅炉为大型锅炉，蒸发量 20100 t/h 的锅炉为中型锅炉，蒸发量小于 20 t/h 的锅炉为小型锅炉。4按蒸汽压力大小可分为低压锅炉（p2.5MPa）、中压锅炉（2.5MPp5.9MPa）高压锅炉（p=9.8MPa）、超高压锅炉（p=13.7MPa）等。5按燃料和能源种类不同可分为燃煤锅炉
18、、燃油锅炉、燃气锅炉、废热（余热）锅炉等。6按燃料在锅炉中的燃烧方式可分为层燃炉、沸腾炉、室燃炉。7按工质在蒸发系统的流动方式可分为自然循环锅炉、强制循环锅炉、直流锅炉等。三、锅壳锅炉结构特点锅壳锅炉的基本结构是双层夹套结构。其外筒叫锅壳，内筒叫炉胆（火筒），内、外筒之间的环行空间装水，而内筒是燃烧室。当水汽介质有压力时，锅壳受内压，炉胆承受外压。锅壳锅炉又分立式和卧式两种。目前常用的燃油、燃气锅炉是 WNS 型卧式内燃锅壳锅炉。1盛水的“锅”和烧火的“炉”都被包含在一个壳体锅壳中；2金属炉膛（炉胆）容积小，被水包围，水冷程度大，燃烧条件差，必须烧优质燃料；3受热面少，蒸发量或热功率小，常装水
19、管或烟火管以增加受热面和锅炉容量；4锅壳壳体直径较大，开孔较多，形状不规则，内部受热部分与不受热部分连接在一起，温度和热膨胀程度不同，因而壳体安全性较差；5锅炉结构系统比较简单，便于运输安装、运行管理及检查维护。四、水管锅炉结构特点水管锅炉在现代锅炉中占据着主要位置。和锅壳锅炉比较，其结构有完全不同的特点：1炉膛置于金属筒壳之外，一般为砌砖结构。“炉”不受“锅”的限制，体积可大可小，可以满足燃烧及增加蒸发量的要求；2以容纳水汽的管子置于炉膛、烟道中作主要受热面，储水及连接管子的大型核心容器锅筒一般不直接受火焰加热，锅炉的传热性能及安全性能都显著改善；3水的预热、汽化及蒸汽过热在不同的受热面中完
20、成，这些受热面分别叫作省煤器（预热）、水冷壁及对流管束（汽化）、过热器（蒸汽过热）；4锅内系统、燃烧系统及辅助系统比较复杂，而单个受压元件和部件的结构却比较简单；5对水质及运行操作水平均要求较高。水管锅炉的总体结构型式有“D”型、“A”型、“O”型、倒“U”型等种。五、卧式水火管锅炉卧式水火管锅炉也叫卧式快装锅炉。是我国目前使用最普遍、数量最多的一种工业锅炉。它是在卧式外燃烟火管锅炉的基础上，在锅壳两侧及后部装设水冷壁，组成外部炉膛，形成水火管组合的结构形式。卧式水火管锅炉结构紧凑，制造及运输、安装方便，使用时生火启动快，热效率较高。但其锅壳直接受火焰加热，易于产生鼓包等缺陷；后管板两侧温差大
21、，冷却条件差，易于开裂。目前这种锅炉已有了一些改进型结构。刘清方锅炉压力容器安全讲座(5) 压力容器安监范围及分类一、一般压力容器的限定在工业生产和日常生活中，承压密闭的容器实在太多，其压力高低、容积大小、介质危害程度及爆炸危险性有很大差异，目前我国压力容器安全技术监察规程仅将其中的主要部分，即同时符合以下三条者，纳入了安全监察范围：1最高工作压力 Pw0.1MPa（表压，不含液柱静压力）；2内直径（非圆形截面指断面最大尺寸）Dn0.15m，且容积 V0.025m33介质为气体、液化气体或最高工作温度标准沸点（标准大气压对应的饱和温度）的液体。此外，对气瓶及超高压容器也分别单独限定了安全监察范
22、围。二、压力容器的种类从安全管理和技术监督的角度，通常把压力容器分为两大类，即固定式容器和移动式容器。（一）固定式容器可以按其工作压力和用途再行分类。1按压力分类 我国压力容器安全技术监察规程将压力容器分为四个压力级别：低压容器（0.1MPap1.6MPa）、中压容器（1.6MPap10MPa）、高压容器（10MPap100MPa）、超高压容器（p100MPa），其中 p 为压力容器的设计压力。2按用途分类 根据容器在生产工艺过程中所起的主要作用，可归纳为四类，即反应容器、储存容器、换热容器、分离容器。（二）移动式容器它是一种储运容器，没有固定的使用地点，一般也没有专职的操作人员，使用环境经常
23、变迁，管理比较困难，比较容易发生事故。移动式容器按其容积大小和结构形状分为气瓶、气桶和槽车三类。1气瓶 为小型储运容器，数量巨大，使用广泛，又分永久气体气瓶、高压液化气体气瓶、低压液化气体气瓶、溶解气体气瓶等。2气桶 形状似桶，容积较气瓶稍大，主要用于储运液氯等低压液化气体。3槽车 也叫罐车，为大型储运容器，用于储运低压液化气体，又有汽车槽车与火车槽车之分。三、压力容器的安全综合分类除上述分类方法外，为了有区别地进行技术管理和监督检查，我国压力宣传品安全技术监察规程根据容器压力的高低、介质的危害程度及在使用中的重要性，将压力容器分为三类，即一类容器、二类容器、三类容器。其中三类容器最为重要，要
24、求也最为严格。具体分法是：1三类容器 符合下列情况之一者为三类容器：（1）高压容器；（2）中压容器（毒性程度为极度和高度危害介质）；（3）中压储存容器（易燃或毒性程度为中度危害介质，且设计压力与容积之积pV10MPam3）；（4）中压反应容器（易燃或毒性程度为中度危害介质，且 pV0.5MPam3）；（5）低压容器（毒性程度为极度和高度危害介质，且 pV0.2MPam3）；（6）高压、中压管壳式余热锅炉；（7）中压搪玻璃压力容器；（8）使用强度级别较高（抗拉强度规定值下限540MPa）的材料制造的压力容器；（9）移动式压力容器，包括铁路罐车（介质为液化气体、低温液体）、罐式汽车（液化气体、低温
25、液体或永久气体半挂式运输车）和罐式集装箱（介质为液化气体、低温液体等）；（10）球形储罐（容积 V50 m3）；（11）低温液体储存容器（容积 V5m3）。2二类容器 符合下列情况之一且不在第 1 款之内者为二类容器：（1）中压容器；（2）低压容器（毒性程度为极度和高度危害介质）；（3）低压反应容器和低压储存容器（易燃介质或毒性程度为中度危害介质）；（4）低压管壳式余热锅炉；（5）低压搪玻璃压力容器。3一类容器 低压容器且不在第 1、2 款之内者。刘清方锅炉压力容器安全讲座(6) 锅炉压力容器中按几何形状划分的基本承压单元称为受压元件。常见受压元件多是轴对称壳体结构，主要是球壳、圆筒壳及与其相
26、配的各种形式的封头。一、球壳球形容器的本体是球壳即中空薄壁球。球形容器的直径一般都比较大，难以整体或半整体压制成形，大多是由许多块预先压制成形的球面板组焊而成。球壳适宜于承压，在内压力和壁厚相同的情况下，球形壳体的应力是圆筒形壳体的1/2。如果容器的直径、制造材料和工作压力相同，球形容器所需要的壁厚也为圆筒的1/2。从表面积来看，球形壳体的表面积比容积相同的圆筒形壳体小 10%30%。表面积小，壁厚较薄，因而制造同容积的容器，球形容器要比圆筒形容器节省板材约 30%40%。所以球形容器最适宜作储存容器，目前大型液化气体储罐多采用球形。此外，有些用蒸气直接加热的容器，为了减少热损失，有时也采用球
27、体，如造纸工业中用于蒸煮纸浆的蒸球。球形容器制造比较困难，工时成本较高，而且作为反应或传热、传质用容器，不便于在内部安装工艺附件装置和内部介质的流动。半球壳或球缺可用作圆筒壳的封头。二、圆筒壳圆筒是使用得最普遍的一种承压结构。圆筒形容器比球形容器易于制造，便于在内部装设工艺附件及内部介质的流动，因此广泛用作锅炉部件及反应、换热和分离容器。圆筒形容器由一个圆筒壳体和两端的封头（端盖）组成。1.薄壁圆筒壳 薄壁圆筒壳外径与内径之比一般不大于 1.2，多应用于中、低压锅炉及容器。薄壁圆筒除了直径较小者可以采用无缝钢管外，一般用钢板卷成圆筒后焊接而成。圆筒壳承压后应力分布比较均匀。由于圆筒壳的周向（环
28、向）应力是轴向应力的两倍，所以制造圆筒壳体时一般将纵焊缝减至最少。2.厚壁圆筒壳 其外径与内径之比一般大于 1.2。按结构可分为单层筒体、多层板筒体和绕带式筒体等种。三、与圆筒壳相配的封头锅炉压力容器的封头或端盖按形式可分为凸形封头、锥形封头和平板封头几种。1.凸形封头 包括半球形封头、碟形封头、椭球形封头和无折边球形封头等种。半球形封头是一空心半球体，加工制造比较困难，只有压力较高、直径较大或有其他特殊需要的圆筒容器才采用半球形封头。碟形封头又称带折边的球形封头，形状如碟，中央是部分球面，与筒体连接部分是一定高度的圆筒壳体（直边），球面体与圆筒壳体间由过渡弧（折边）连接。由于结构不连续，碟形
29、封头现大都被椭球形封头所取代。椭球形封头由以短轴为回转轴的半椭球壳和圆筒壳体组成。标准椭球封头的长短轴之比为 2，在中、低压锅炉及容器中应用最为普遍。无折边球形封头是深度很小的球冠。它与圆筒体连接处结构不连续，存在很高的局部应力，只应用于直径较小、压力很低的容器。2.锥形封头 锥形封头分无折边锥形封头和带折边锥形封头两种。无折边锥形封头与筒体直接连接，结构形状不连续，在连接处附近产生较大的局部应力，该结构形式只应用于直径小、压力较低的容器，且要求半顶角 30，多采用局部加强结构。带折边锥形封头由圆锥壳体、过渡圆弧和圆筒壳体组成，半顶角 有 30和 45两种。3.平封头 圆形平板结构简单，制造方
30、便，便承压后受力状况很差。除用作小直径的锅炉集箱端盖外，常在低压锅炉、容器中用作人孔和手孔盖板。刘清方锅炉压力容器安全讲座(7) 蒸汽锅炉的水循环一、介质在蒸汽锅炉中的流动特点对应蒸汽锅炉中水的预热、汽化及蒸汽过热三个阶段，水汽介质的流动体现出不同的特点：预热阶段主要是在预热受热面（省煤器）中完成的，介质的流动是单相一次性强制流动，即介质全部是液态的水，介质流经省煤器仅一次而不回返重复。流动的动力则是锅炉给水泵的压头。过热阶段是在过热受热面（过热器）中完成的，介质的流动也是单相一次性强制流动，即介质全部是蒸汽，一次性地在受热中流经过热器，流动的动力则是锅筒蒸汽压力。汽化阶段是在蒸发受热面（水冷
31、壁、对流管束）中完成的，介质的流动是双相循环流动，所谓双相指介质是汽水混合物，水在循环流动中不断汽化。循环流动因动力不同分为自然循环和强制循环两种，大多数蒸汽锅炉蒸发系统的水循环是自然循环。二、自然循环及其形成锅炉水循环中，依靠水和汽水混合物的密度差维持的循环叫自然循环；依靠回路中循环水泵的压头维持的循环叫强制循环。正常的水循环可保证锅炉蒸发受热面的可靠冷却，是锅炉安全运行的基本条件之一。自然循环是最常见的锅炉水循环方式。水管锅炉的水循环在循环回路中进行；锅壳锅炉的水循环没有确定的循环回路，在锅壳水空间内进行。自然循环是这样形成的：在锅筒和集箱之间，连接有很多受热的管子和少数不受热的管子，组成
32、封闭的循环回路。受热管通常是水冷壁，在研究水循环时称为上升管；不受热的管子称下降管。上升管中一部分水因受热而汽化，管内汽水混合物的密度要比下降管中水的密度小。由于上升管与下降管在锅筒与集箱间连通，上端有共同的自由水面，从水面沿上升管及下降管至集箱有共同的高度，这就在上升管和下降管中因密度差而产生一个压力差，推动上升管中的汽水混合物向上运动，下降管中的水向下运动，开成了循环。上升管与下降管的压力差叫运动压头。三、常见水循环故障1.停滞 循环回路中个别上升管内水及汽水混合物流速极低，入口只有少量水进入，管内只有汽泡缓慢上升，进入上升管的水量等于上升管产生的蒸汽量，这种现象叫停滞。在同一回路并联上升
33、管受热不均的情况下，停滞通常发生在受热弱的管子中。出现停止现象时，上升管内进水量很少，水基本停滞不动，冷却条件差，往往导致管壁超温爆破。2.倒流 倒流也产生在并联上升管系统内受热弱的上升管中，工质由上升流动变成了下降流动。由于受热，水在倒流中汽化，因而倒流管中也是工质的以双相流动。在倒流管中有可能形成“汽塞”，即蒸汽滞留在管内某一位置，造成该部位沉盐结垢或过热爆管。3.汽水分层 当上升管水平布置或与水平面夹角过小时，如果管中工质流速过低，就会出现汽水分层现象，即蒸汽在管子上部流动，水在管子下部流动，汽水两相间有时会出现明显的分界面。汽水分层流动时，管子上部没有水膜冷却，可能导致爆管；在汽水两相
34、界面处，壁温经常波动，会导致金属疲劳破坏。锅炉水循环发生故障会危及锅炉安全运行，且常会重复发生同类故障。保证正常可靠的水循环是锅炉安全的基本要求。四、在运行管理上防止水循环故障的措施为防范水循环故障，除须在锅炉设计中采用严格的结构设计措施，比如回路分组，减小各上升管间的受热差异，减小流动阻力，保证一定的回路高度等，在运行管理方面的主要措施是：1.注意保持炉膛内的燃烧和火焰分布均匀，以减小各上升管间的吸热不均。2.防止在水冷壁管上积灰或结渣。3.防止炉墙开裂、保温层脱落造成炉膛热量的散失及水冷壁管的吸热不均。4.防止下降管的保温层或绝热层脱落，避免下降管受热汽化或散热降温。5.防止对流管束的挡火
35、墙或隔烟墙损坏造成烟气短路，从而减少吸热和影响水循环。6.防止上升管及下降管结垢，造成流阻增大及上升管吸热减少。7.防止锅筒水位过低使筒内蒸汽进入下降管。8.正确进行排污操作，尽量减少排污对水循环的干扰。刘清方锅炉压力容器安全讲座(8) 2007-04-03 18:21:04 刘清方 能动信息网使用合格产品杜绝“土锅炉” 由于承压和具有爆炸危险，国家对锅炉压力容器的设计制造和产品质量有严格要求，实行制造许可证和定点生产制度。因此选用、购置锅炉压力容器必须认准定点厂家的合格产品，通过足够的法律和技术文件认定厂家资质和产品质量。一、 锅炉压力容器的制造管理1.锅炉和压力容器的制造单位，必须具备保证
36、产品质量所必要的设备、技术力量、检验手段和管理制度，主动申报，经上级主管部门和安全监察部门审批，取得制造许可证，方能生产相应等级的锅炉压力容器。2.制造单位必须依照有关规定，严格执行原材料验收制度、工艺管理制度和产品质量检验制度，保证产品的质量，不合格的产品不准出厂。3.锅炉压力容器的新产品，必须经过试制和鉴定，才准批量生产。新产品的鉴定，必须有当地锅炉压力容器安全监察机构的代表参加。4.锅炉压力容器承压部件的焊接必须由经过考试合格的焊工施焊。焊接工艺规范应经过焊接工艺评定即焊接试验的验证。5.锅炉压力容器出厂时，必须附有与安全有关的各种技术资料，包括图纸、受压元件及部件强度计算书、产品质量合
37、格证明书和安装使用说明书等。6.新制造的锅炉压力容器，必须在明显的部位附有铭牌，注明产品型号、制造厂名、产品主要性能参数、制造日期等。二、 锅炉压力容器制造质量检验和监控（一）制造厂家的质量检验1.外观检查用目测和量具对设备几何形状、尺寸及表面状况进行检查，使其符合规定要求。2.无损探伤检查用射线探伤、超声波探伤等不损坏设备的探测方式检查焊缝部位有无缺陷，是否完好。3.焊接试板检查破坏性检查 为了截取机械性能试验和金相检验的试件而又不破坏设备，在锅炉压力容器的主要焊缝进行焊接时，必须加焊专供检查试验截取试件使用的试板，试板的材料、焊接工艺、施焊人员、热处理工艺等必须与要代表的焊缝完全一致，试板
38、上截取试件所测得的机械性能及金相组织应符合标准规定。4.水压试验在锅炉压力容器部件或整台设备制造完成并经无损探伤检查合格后，以常温水为加压介质，以（1.251.5）倍工作压力作试验压力，对部件或设备进行超压水压试验，以检查部件或设备的承压能力和完好程度。水压试验的结果应符合标准规定。5.气密性试验是压力容器的一个质量检验项目，用以检查设备的严密程度。必须在水压试验合格后进行，试验介质为空气、氮气或其他惰性气体，试验压力通常为容器设计压力，试验结果应符合标准规定。（二）产品制造质量的监督国家对锅炉压力容器产品实行出厂监督、定期监督或批量抽查监督检验制度，监督检验由当地锅炉压力容器安全监察机构或其
39、授权的锅炉压力容器检验所进行。监督检验的内容包括制造厂生产产品的过程及质量控制措施，制造厂质量检验情况及检验结果等。监督检验的依据是国家的锅炉压力容器安全法规及相关标准。不难看出，制造一台合格的锅炉或压力容器不是一件容易的事，更不是随便一个单位或一个人就可以完成的事。三、杜绝“土锅炉”“土锅炉”是指无制造许可证的单位或个人擅自制造的承压锅炉。“土锅炉”的制造者不具备承压锅炉制造所必须的技术力量、工装设备、检测手段、安全质量保证体系等条件。所造产品有的结构不合理；有的制造质量低劣；有的材料不符合标准要求；有的未进行必要的无损探伤检查；更有甚者是以上各种问题都存在。“土锅炉”有时还不配置安全附件或
40、安全附件不齐不灵。“土锅炉”是不具备或不确保具备承压能力的，“土锅炉”用于承压，发生事故是难免的。近年在我国的锅炉爆炸事故中，“土锅炉”爆炸占有相当的比例。如 2001 年我国总共发生锅炉爆炸 88 起，其中“土锅炉”爆炸 70 起，占 79.5。国家早就明令查处、禁止非法制造和使用“土锅炉”，最近加大了查禁力度。但查禁工作需要全社会的支持，特别是基层行政机构和小型、个体企业家的理解和支持。“土锅炉”是不定时的炸弹，绝不能图省钱、省事而使用“土锅炉”，让我们一起来使用合格的锅炉压力容器，杜绝“土锅炉”。刘清方锅炉压力容器安全讲座(9) 2007-04-03 18:23:00 刘清方 能动信息网
41、锅炉压力容器安全装置（一） 一、分类锅炉压力容器安全装置是指为保证安全运行而装设在锅炉压力容器上的附属装置，又常称为安全附件。它包括以下四类：1.显示装置 在设备运行中能自动显示和计量运行参数的装置，如压力表、水位表（液位计）、温度计等。2.警报装置 在设备运行中出现不安全因素致使其处于危险状态时，能自动发出声、光或其他信号报警的装置，如高低水位报警器、信号孔等。3.联锁装置 为防止操作失误或异常工况导致事故而装设的控制机构。常用的有灭火联锁保护装置、缺水联锁保护装置、超压联锁保护装置等。4.泄压装置 设备超压时能自动排放器内介质降低压力的装置，又分为：（1）安全阀。在设备超压时，安装于设备上
42、的阀门自动开启排放介质而使设备降压，可自动启闭，反复使用，不中断设备运行。（2）爆破片。在设备超压时，安装于设备上的膜片爆破而使设备泄压，一次性使用，爆破泄压后中断设备运行。（3）易熔塞。在设备超压且超温时，安装于设备接管上的易熔堵塞物熔化而使设备排出介质泄压，一次性使用，熔化泄压后中断设备运行。（4）组合泄压装置。以上泄压装置中两种组合为一体，常见的是安全阀与爆破片组合泄压装置。二、安全阀（一） 分类与结构根据加压机构的不同，安全阀可分为杠杆式、弹簧式、脉冲式等种；根据安全阀开启时阀瓣（阀芯）提升高度的不同，安全阀可分为微启式和全启式等种。当提升高度h（14）d（d 为阀座喉部直径）时，为微
43、启式；当提升高度 h（14）d 时，为全启式。安全阀同其他阀门一样，也有阀瓣、阀座、阀杆、阀壳等基本部分，与其他阀门的主要区别在加压机构上。杠杆式安全阀是利用杠杆和重锤机构，将阀瓣压紧在阀座上。当容器内介质作用在阀瓣上的总压力超过杠杆重锤机构作用于阀杆的压力时，阀瓣被顶起，介质通过安全阀排出，器内压力随之降低；反之，安全阀不开启，介质不被排出。杠杆式安全阀属于全启式安全阀，其结构简单，调整方便，动作灵活，比较准确可靠。但重锤比较笨重，单个安全阀的排气（汽）能力有限，对安装的要求也比较严格，用于低压的锅炉压力容器。弹簧式安全阀是利用弹簧压力与介质压力之间的压差变化来控制阀门启闭的。当容器内介质作
44、用在阀瓣上的总压力大于弹簧压紧力时，弹簧被压缩，阀瓣上升，安全阀开启排放介质。当介质降压至稍低于正常工作压力时，安全阀自动回座关闭。弹簧式安全阀结构紧凑、轻便，能承受振动而不漏气（汽），是目前锅炉压力容器中应用最为普遍的安全阀。但由于弹簧的弹性会随温度、时间等因素而发生退化，因而可靠性较差，主要用于中低压锅炉和压力容器。脉冲式安全阀以辅阀带动主阀开启，可靠性较高，用于高压大型锅炉和压力容器。（二） 安全阀的开启（整定）压力在设备正常工作压力下，安全阀处于闭合状态，只有介质压力超过正常工作压力时安全阀才应开启。我国蒸汽锅炉安全技术监察规程规定的锅炉锅筒、过热器安全阀开启压力如下表所示。蒸汽锅炉锅
45、筒、过热品安全阀开启压力见表额定工作压力 P/ M Pa 安全阀开启压力0.8工作压力+0.03MPa工作压力+0.05MPa0.8P5.9 1.04 倍工作压力1.06 倍工作压力5.9 1.05 倍工作压力1.08 倍工作压力表中的额定工作压力是指安全阀装置地点的工作压力。通常一台锅炉装设两个安全阀，其中一个安全阀按表中较低的开启压力开启。对有过热器的锅炉，按较低压力开启的安全阀必须是过热器出口处的安全阀。压力容器安全阀的开启压力一般是工作压力的 1.05倍1.10 倍，并且应高于工作压力 0.03MPa。为保证安全阀能在规定开启压力之下开启，应调整、确定安全阀重锤位置、重量或弹簧松紧，这
46、一工作叫安全阀调整或校验，因此开启压力也叫整定压力。新安装或检修过的锅炉压力容器，都应进行安全阀调整。调整中不仅要确定安全阀的开启压力，还要检验安全阀的回座压力，蒸汽锅炉安全阀的启闭压差（开启压力与回座压力之差）一般应为开启压力的 47，最大不超过 10。压力容器安全阀的启闭压差应不超过开启压力的15。（三） 安全阀的排量安全阀开启排放时，必须在单位时间内排出足够质量的介质，才能有效降低器内压力，因而安全阀必须有与设备相适应的口径与排放能力，对锅炉压力容器安全阀必须进行排放量的计算，并使其满足规定要求。蒸汽锅炉所有安全阀的总排汽量，必须大于锅炉额定蒸发量。压力容器所有安全阀的总排量，应不小于容
47、器的安全泄放量。刘清方锅炉压力容器安全讲座(10) 2007-04-03 18:25:49 刘清方 能动信息网锅炉压力容器安全装置（二） （四）有关安全阀的主要安全技术要求1.安全阀应装在设备的最高位置，垂直安装，接管专用，即接管上除连接安全阀外，不得连接用作其他目的的阀门和管道。2.安全阀应装设排放管，排放管应有足够的排放面积，妥善固定，并接至安全地点。3.安全阀应定期校验，一般每年校验一次。4.杠杆式安全阀应有防止重锤自由移动的装置和限制杠杆越出的导架；弹簧式安全阀应有防止随便拧动调节螺丝的铅封装置；静重式安全阀应有防止重片飞脱的装置。5.为防止安全阀的阀瓣和阀座粘住，应定期对锅炉安全阀做
48、手动的排放试验。三.压力表和水位表（液位计）这是最常见的两种显示装置，前者用于显示锅炉压力容器中介质的压力，后者用于显示蒸汽锅炉水位或者压力容器液位。（一）对压力表的主要安全技术要求锅炉压力容器中使用最多的压力表是弹簧管式压力表，对其主要的安全技术要求是：1.锅炉锅筒蒸汽空间、给水管的调节阀前、可分式省煤器出口、过热器出口和主汽阀间、再热器进出口、压力容器气相空间，都应装设压力表。2.工作压力小于 2.45MPa 的锅炉及低压容器，压力表精度不得低于 2.5 级；工作压力等于或大于 2.45MPa 的锅炉和中高压容器，压力表精度不得低于 1.5 级。压力表表盘直径应保证操作人员看清压力示值。3
49、.压力表的量程应与设备工作压力相适应，通常为工作压力的 1.5 倍3.0 倍。压力表刻度盘上应划红线，指出最高允许工作压力。4.压力表必须定期校验，校验后加铅封并注明下次校验日期。5.压力表应装设在便于观察和吹洗的地方，并防止受到热辐射、冰冻和震动的影响。压力表的连接管不应有漏气漏液现象。6.蒸汽锅炉压力表下部应装设存水弯管。压力容器用压力表应与器内介质相适应。用于具有腐蚀性或高粘度介质的压力表，在压力表和容器之间应装设隔离介质的缓冲装置。7.压力表有下列情况之一者，应停止使用：（1）无压力时，有限位钉的压力表指针不能恢复到限位钉处，无限位钉的压力表指针偏离零位的数值超过压力表允许误差；（2）表面玻璃破碎或表盘刻度模糊不清；（3）没有铅封、铅封损坏或超过校验日期；（4）表内泄漏或指针跳动；（5）其他影响压力表准确示值的缺陷。（二）对水位表（液位计）的主要安全技术要求在设备上直接显示水位的直读式水位表依据连通器内液位高度相等的原理装设，分玻璃管式及玻璃板式两种。玻璃管式水位表用于压力小于 1.3MPa 的低压锅炉，玻璃板式水位表用于压力在 1
