燃气锅炉供气系统快速切断阀的选择

应用技术　Ｉ譬　燃气锅炉供气系统快速切断阀的选择　李佳良　（本钢板材股份有限公司发电厂）　［摘要］论述了燃气锅炉发生“点火爆炸”和“熄火爆炸”的原因，基本上都是由于燃气锅炉供气系统中的快速切断阀关闭不及时，使进入炉膛的燃气达到爆　炸极限造成的。通过推导公式计算快速切断阀的允许切断时间，并总结燃气锅炉供气系统中快速切断阀的选择方法。　［关键词］燃气锅炉爆炸浓度极限快速切断阀的允许切断时间选择方法　中图分类号：ＴＢ　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９～９１４Ｘ（２０１３）０５—０１８４—０２　１引言　可能小。所以快速切断阀的切断时间和泄漏量就成为避免发生爆炸事故的关键　因素。因此，如何确定快速切断阀的切断时间和怎样才能避免燃气漏入炉膛，就　成为人们普遍关注的问题。　为了避免快速切断阀关闭后，燃气漏人炉膛，国内外均采用在靠近燃烧器　处设置两个快速切断阀。两个快速切断阀之间设一根放散管和一个放散阀　燃气锅炉出现燃气压力过高或过低、风压过低、点火火焰和主燃烧器火焰　熄灭、锅炉蒸汽压力过高、锅炉水位过低、送风机或引风机故障、停电等情况时，　自动快速切断阀应切断供给锅炉的燃气　如不立即切断燃气，由于炉膛呈炽热　状态且继续进气，就可能产生“熄火爆炸”事故。或在未通风清炉或清炉时间不　够时，再点火将会引起“点火爆炸”事故。尤其在锅炉运行过程中突然停电，自动　快速切断阀未及时切断燃气，更易发生爆炸事故。　对于快速切断阀的切断时间，美国“工厂保险协会”ＦＩＡ标准、“防火协会”　ＮＦＰＡ标准、ＦＭ标准都规定：在其设定燃料的条件下，炉膛熄火时允许切断时　间为４ｓ；日本Ｆ￣Ｆ－ＣＮ型燃气锅炉，在其设定燃料的条件下，炉膛熄火时允许切　断时间为ｌｓ。　润滑、安装、调整等一系列方法，解决了炉排维修的难题。　５效益评估　５　１经济效益　５．１．１在２００９－２０１０年采暖期与２０１０－２０１　ｌｆｆ－采暖期能耗分析　由此可见，燃气锅炉供气系统中，自动快速切断阀是避免燃气锅炉发生爆　炸事故的重要装置之一。这就要求快速切断阀的切断时间尽可能短，泄漏量尽　③膨胀缝处理：用硅酸铝纤维板填充膨胀缝，膜式壁及前拱两侧为２ｏｍⅢ。　④炉拱浇筑配方和工艺：以ＣＡ　７０Ａ纯铝酸盐水泥为主料、预混级配骨料，　采用机械卧式搅拌机，浇筑后酬、时即可拆模。　⑤增设防焦箱技术：为有效防止炉排易损件烧损，在炉膛两侧安装防焦管　各一根，进水接省煤器的进口，出水接省煤器出水。　３　３鳞片式炉排检修技术　３．３．１链条长度测定方法：对链条做拉力试验（１５６０ｋｇ），相邻两链条长度　偏差≤１０ｍｍ。　改造后按面积度日数计算，与上个采暖期（本年１０月是旬至次年３月下旬，　约１４５天）同期相比节煤：２８０９吨，节约费用（１９８元／吨煤计）：５５．６Ｚｉ－元；节电：　１２．２２万ＫＷｈ，节约费用（０．６７１２元／Ｋｗｈ计）：８．２万元；合计节约费用：６３．８；ｇ　元　与去年整个采暖期相比，预期可节煤：４４３９吨，节约费用：８７．８９万元；预期可　节电：１５．５万ＫＷｈ；节约费用：１０．４万元；预期节约总费用：９８．３ＪＹ元。　５．１．２炉拱维修费用　３．３．２方头螺栓安装方法：链条链节螺栓销头装在靠近链轮的一边。　３．３．３石墨润滑滚筒技术：在滚筒与定位套间填满石墨粉，运行无磨损和　阻卡。　新型炉拱保质期３年，单台锅炉预期可节约维修费１０￣ｊ＂元，７台锅炉预期可　节约炉拱维修费７０．０万元。　５．１．３防焦箱　有效防止了烧坏炉排易损件（炉条、侧密封盖板）。按一个采暖期计算，单台　炉可节省炉条：４３４块、侧密封盖板：６块；７台炉可节省炉条：３０３８块、侧密封盖　板：４２块；一块炉条按２５元计算，７台炉可节省材料费：７．６万元；一块侧密封盖板　按１５Ｏ元计算，７台炉可节省材料费：Ｏ．６３万元。７台炉节省材料费合计：８．２ｏ７ｉ　兀。　３．３．４链条安装技术：各链条接头一条线，长放中间短放两边。　３．３．５炉排调校技术：试车≥１２ｈ，连续运转≥８ｈ，炉排无卡住、起拱或“跑　偏”现象。　３　４锅炉换管工艺优化　３．４．１换管工艺技术：为避免应力集中管束长短交错布置，采用每５根管　束为一组的交叉换管工艺，７台锅炉更换管束４９７根。　３．４．２膜式壁ＣＯ２气体保护焊技术应用：因９０％的焊接工作量在水冷壁鳍　片上，采用Ｃ０２气体保护焊技术，为工程按期完成发挥了关键作用。　３　５省煤器、空气预热器改造优化技术　５　２本次７台锅炉维大修与技改直接费用共计５４３　７０万元，技术咨询、　调研和检验费用１５　Ｏ０万元　按５个供热采暧期折算，每期支出１１１．７４万元。每个采暖期最少节约直接运　行成本６４．７８万元。　５　２社会效益　①锅炉本体安全隐患基本消除，热源系统更加安全、平稳、可靠；　３．５．１将钢管式改为铸铁式：耐磨耐腐蚀、耐高温、使用寿命长。　３．５．２叉排改为顺排：烟气阻力小、积灰少、磨损小。　３．５．３整体式改为组装式：易拆卸和维修。　４倒新点和突破点　４．１应用３项先进技术　４．１．１均匀分层垄燃技术：双螺旋混煤器、分层给煤装置、犁式分煤器的　联合运用，达到了煤层结构最优化。　４．１．２炉拱浇注技术：具有良好的流动性，便于成型；抗爆裂性、抗高温冲　刷性好；造型过渡圆滑，坚硬平整；施工劳动强度低。　②优化燃烧，减少了污染物（废碴、废气和废水）排放；　③锅炉房粉尘含量有效降低，一定程度地改善了司炉工操作环境，也降低　了司炉工劳动强度。　６结束语　通过锅炉大修与技改作业，经过２个供暖周期运行效果显著，同时也总结出　了锅炉运行、维修、管理方面宝贵的经验和做法供同行们借鉴。今后还将持续创　４．１．３红外线高温辐射涂料技术：高熔点复合材料产生红外线穿透燃料　里层，里层分子产生能级跃迁，释放能量，加速燃烧。　４　２实现了三大突破　新，为供热事业的又好又快发展不懈努力。　因新疆哈密地区还没有工业燃气供给源，我们在５年内有效地克服了不能　４．２．１水力清灰认识上的突破：水尤其对炉墙内包裹的炉管外腐蚀加剧，　壁厚减薄；利用压缩空气吹扫，防止炉管锈蚀。　４．２．２省煤器旁通阀控制认识上的突破：原先旁通阀有开度，现在全关旁　通阀，进水全部进入省煤器，降低了排烟温度，提高了锅炉热效率。　４．２．３防焦箱技术突破：利用水的循环冷却作用，有效保护了炉排易损件。　４．３解决了两大难题　将此锅炉更新改造为燃气锅炉缺点，也暂时消除了使用华电３３＃发电厂热力源　的不利局面，较长期地保持“独立矿区——独立供暧”格局，即：基地居民与单位　每期多享受１５天以上、室内温度比建设部“三北”地区标准规范略高２℃左右的　超值服务。　参考文献　［１】｛（ＨＴＥＥ系列高温红外线辐射涂料》资质材料——（长沙市华生能源科　技开发有限公司，２０１０￣１月）．　【２］《壁厚测定报造》（ＴＨＣＨ２０１０－０１、０２、０３）——吐哈石油勘探开发指挥　部锅炉压力容器检测站２０１０年４月）．　４．３．１技术难题：在省煤器和空预器结合烟道部位设置人孔，维修方便。　４．３．２操作难题：炉排整体更换困难、维修工作量大；通过掌握炉排测量、　１８４｛科技博览　子　Ｔｏ　Ｔｌ　Ｔ｛１）　图Ｉ快速切断阀关闭过程的流量特性　表１　国内有些烧高炉、焦炉煤气的燃气锅炉，在供气系统中采用的快速切断阀　都是电动闸阀。电动闸阀的严密性较好，但是切断燃气所需的时间通常为１～２．　５Ｉｎｉｎ。那么在１～２．５ｍｍ内进入炉膛的燃气，就可能达到燃气的爆炸极限，而产　生爆炸事故。　如某热电厂７５ｔ／ｈ锅炉曾经发生过“熄火爆炸”，造成炉墙炸塌的事故；某氧　气厂４ｃ／ｈ锅炉也发生过熄火后的“点火爆炸”，幸而防爆门开启，未造成严重事故。　分析爆炸原因，基本上都是由于燃气锅炉供气系统中的快速切断阀（电动　闸阀）关闭不及时，进入炉膛的燃气达到爆炸极限造成的。然而，在工程设计时，　有关燃气锅炉的规程规范及其相关的标准和手册都未规定燃气锅炉熄火时陕　速切断阀的允许切断时间。有些资料中，仅要求设置快速切断阀。因此，人们误　认为电动阀门能够起到“快速”切断作用（比手动切断阀快）。而且电动闸阀的严　密性较好，价格相对气动阀门而言又便宜。所以往往选电动闸阀作为燃气锅炉　供气系统中的快速切断阀。　总之，燃气锅炉供气系统决速切断阀的选择是否合理，最关键的问题是如　何确定其允许切断时间。　２快速切断嗣允许切断时间的计算　下面就如何确定快速切断阀的允许切断时间的计算进行探讨。　（１）工程上使用的燃气，几乎都是数种可燃气体的混合物，其爆炸极限可用　勒．查特列（Ｌｅ　Ｃｈａｔｅｌｉｅｒ）公式计算：　当燃气中不含惰性气体时　（％）　一ｌ工　当燃气中含有惰性气体时　ｘ＋￣ｌ＿ＯＯ　ｘ。：　—（１——／￣　ｌ—１００＋　一　式（１）、（２）中：　Ｘ一燃气中各可燃组分的体积百分数，％；　厶一燃气中各可燃组分爆炸极限（上限或下限），％；　ｘ—惰性气体的体积分率　（２）快速切断阀关闭过程的流量特性如图ｌ所示。　由图１可知，快速切断阀开始关闭时间为ＴＯ时，燃气流量为Ｑ０；当快速切断　阀关闭后时间为Ｔ１时，燃气流量为Ｏ（不计泄漏量）。因此在时间间隔△Ｔ＝Ｔ卜　ＴＯ内，进入锅炉炉膛的燃气体积（即图中阴影部分的面积）为：　＝Ｏ．５Ｑ．ＡＴ　（ｍ　）　（３）　当进入锅炉炉膛的燃气体积Ｖｄ与炉膛内空气体积（其数值等于炉膛容积　Ⅵ）混合后的体积含量小于燃气的爆炸极限（下限）Ｌａｘ，那么就可以避免发生爆　炸危险。即：　—Ｖａ＋—Ｖ￣‘　出（４）　进入炉膛的燃气体积Ｖｄ，为了使选择的快速切断阀更安全可靠，计算中忽　应用技术　●Ｉ　略了燃气扩散、炉膛中滞留烟气、引风机倒转、烟囱抽力及炉膛泄漏等因素对　Ｖｄ的微小影响。　将式（３）代入式（４）得：　ＡＴ２　ｍ　‘　（Ｓ）（５）　式中：　△７　快速切断阀的允许切断时间，Ｓ。　￡　一燃气爆炸浓度下限，％；　一锅炉炉膛容积，ｍ３；　０卜一额定工况下进入锅炉的燃气流量，ｍ３／ｓ。　（３）计算实例　１）我厂２２０ｔ／ｈ高压燃气锅炉燃料为高炉煤气，其成分如（表１）　由公式（ｉ）、（２）计算得：　Ｌ　３０．　上式计算中可燃气体与空气混合时的爆炸极限，一氧化碳与空气混合的爆　炸极限为１２．５％～７４％，氢与空气混合物的爆炸极限为４％～７５％，锅炉所需　高炉煤气流量　＝５５．５６ｍ　／ｓ，锅炉炉膛容积　＝２０２５ｍ　。　由式（５）得：　２三　Ｖ１　△　。‘—（１－Ｌ—ａ，，）Ｑｏ　３２（ｓ）　我厂２２０ｔ／ｈ燃气锅炉煤气系统快切阀采用美国ＳＨＡＦＥＲ的液控执行机　构，阀体采用三偏心金属硬密封蝶阀，此阀的切断时间为２Ｓ。从正式投产至今，　由于故障需要快速切断供气时（如煤气系统压力超高，炉膛负压超限，吸风机跳　闸），此快切阀均能及时动作，未发生过爆炸事故。　２）菜铁厂自备电站ＳＨＬ１０－２５／４００－ＡⅡ型锅炉，燃烧５Ｏ％煤和５Ｏ％高炉　煤气。高炉煤气消耗量为ＱＯ＝Ｉ．２３２　ｍ３，／Ｓ，炉膛容积Ｖｌ＝４０．２　ｍ３，高炉煤气　爆炸浓度下限Ｌｚｌｘ＝３０．８４％；为了使供气系统更安全可靠，则快速切断阀的允　许切断时间应为：△　（　。＿２９　ｌ（ｓ）　可见，一般的电动阎门（电动闸阎等）都不可能满足快速切断的要求。换句　话说，电动阀门不能作为快速切断阀用（因为电动阀门的切断时间一般都大于　ｌｍｉｎ）。　３结论　合理选择燃气锅炉供气系统中快速切断阀的方法为：　（１）由式（１）、（２）计算燃气的爆炸下限（通常燃气成分是已知的）。　．一　２　出　（２）根据公式（５）△　‘　二Ｚ：　计算快速切断阀允许切断时间。　（３）选择切断时间小于△Ｔ，泄漏率较小的阀门作为快速切断阀。为了避免　快速切断阀关闭后燃气漏入炉膛，在燃气锅炉供气系统中应号陕速切断阀串联　一个电动阀，两个切断阀之间设一根放散管和一个放散阀。　（４）电动阀门的关闭时间一般都大＝ｆ１　ｒｏａｎ，不应作为燃气锅炉供气系统　中的快速切断阀用。　（５）推荐采用电磁阀（限于小型锅炉）、气动阀或液控快速切断阀（较先进，　但价格较高）作为燃气锅炉供气系统中的快速切断阀。有压缩空气或氮气（压　力通常在０．４－０．６　ＭＰａ之间）的情况下，可采用气动阀作为快速切断阀。气动　阀相对电动阀而言，投资增加不太多，但ｊ　切断时间短，使燃气锅炉的供气系统　更安全可靠。　参考文献　［１】钢铁企业燃气设计参考资料编写组．钢铁企业燃气设计参考资料．北　京：冶金工业出版社，１９７８；　［２】前苏联．锅炉机组热力计算标准方法．北京：机械工业出版社，１９７６；　［３】中小型燃气锅炉房编写组．中小型燃气锅炉房．北京：中国建筑工业出　版社，１９８１；　［４】冯俊凯沈幼庭主编．锅炉原理及计算．第二版，北京：科学出版社，　１９９２；　［５】武汉安全环保研究院．工业企业煤气安全规程ＧＢ　６２２２—２００５．武汉：　武汉安全环保研究院，２００４；　［６】中华人民共和国机械电子工业部．锅炉房设计规范ＧＢ　５００４１—９２．　北京：中国计划出版社，１９９３；　［７】马驰轮．燃气锅炉供气系统快速切断阀的选择［Ｊ】．煤气与热力，１９９９，　（１）：５５－５７．　科技博览ｌ　１８５