Практическое занятие № 16.

Тема:Приборы и устройства безопасности систем, работающих под давлением

Цель занятия: Изучить состав, устройство, принцип работы, а также порядок эксплуатации этих приборов и устройств.

Вопросы:

1. Общие понятия о системах, работающих под давлением.

2. Сосуды, работающие под давлением.

Принятые сокращения:

КИЛ – контрольно-измерительная лаборатория

КИП – контрольно-измерительные приборы

ПК – предохранительный клапан

Ред. – редуктор

М 1 – манометр

В 1 – вентиль дренажный

В_др – вентиль дренажный

В качестве рабочего тела в системах, работающих под давлением, используются различные газы и жидкости.

Жидкость (вода, масло и т.д.) под давлением используется в системах охлаждения, обогрева, в гидроопорах и гидроприводах различного назначения.

Для управления и обеспечения безопасных условий эксплуатации систем, работающих под давлением, в их составе должны быть:

- сосуды, работающие под давлением;

- приборы для измерения давления и температуры среды;

- предохранительные устройства;

- запорная арматура;

- редукторы;

- указатели уровня жидкости.

Типовая принципиальная схема пневмосистемы представлена на рис. 16.1.

Выпуск газов из баллонов в емкости с более низким давлением производится через редуктор, предназначенный только для данного газа и окрашенный в соответствующий цвет. Камера низкого давления редуктора должна иметь манометр и пружинный предохранительный клапан, отрегулированный на максимально допустимое рабочее давление заправляемой емкости.

Рис. 16.1. Принципиальная схема пневмосистемы

Открывать и закрывать вентиль необходимо плавно, без рывков, не допуская ударов твердыми предметами по маховичку.

При контрольном осмотре и ежедневном техническом обслуживании проверяют герметичность пневмосистемы, надежность крепления оборудования, наличие им состояния зарядных шлангов, заглушек и чехлов на штуцерах шлангов, состояние контрольно-измерительных приборов, вентилей, предохранительных клапанов и редукторов.

Сосуд– геометрически закрытая емкость, предназначенная для ведения химических, тепловых и других технологических процессов, а также для хранения и транспортирования газообразных, жидких и других веществ. Границей сосуда являются входные и выходные штуцеры. Сосуды подразделяются на сосуды, цистерны, бочки, баллоны, работающие под давлением.

Баллон– сосуд, имеющий одну или две горловины для установки вентилей, фланцев или штуцеров, предназначенный для транспортирования, хранения и использования сжатых, сжиженных или растворимых под давлением газов.

Бочка – сосуд цилиндрической или другой формы, который можно перекатывать с одного места на другое и ставить на торцы без дополнительных опор, предназначенный для транспортирования и хранения жидких и других веществ.

Цистерна – передвижной сосуд, постоянно установленный на раме железнодорожного вагона, на шасси автомобиля (прицепа) или на других средствах передвижения, предназначенный для транспортирования и хранения газообразных, жидких и других веществ.

Конструкция сосудов должна быть надежной, обеспечивать безопасность при эксплуатации и предусматривать возможность их полного опорожнения, очистки, промывки, продувки, осмотра и ремонта.

На каждом сосуде должен быть вентиль, кран или другое устройство, позволяющее осуществлять контроль за отсутствием давления в сосуде перед его открыванием. При этом отвод среды должен быть направлен в безопасное для обслуживающего персонала место.

Материалы, применяемые для изготовления сосудов, должны обеспечивать их надежную работу в течение расчетного срока службы с учетом заданных условий эксплуатации (расчетное давление, минимальная отрицательная и максимальная расчетная температуры), состава и характера среды (коррозионная активность, взрывоопасность, токсичность и др.) и влияние температуры окружающего воздуха.

Пневмосистема (рис. 16.2) имеет два баллона. Баллоны представляют собой стальной цилиндр со сферическим днищем и горловиной, предназначенной для крепления запорного вентиля.

Рис. 16.2. Баллон для сжатого воздуха

1 – корпус; 2 – верхняя сферическая часть баллона; 3 – кольцо; 4 – колпак предохранительный; 5 – горловина; 6 – кольца резиновые; 7 – башмак опорный; 8 – вентиль; 9 – тип баллона; 10 – емкость; 11 – пробное гидравлическое давление; 12 – дата испытания; 13 – клеймо завода-изготовителя; 14 – клеймо ОТК завода-изготовителя; 15 – рабочее давление;16 – масса баллона, кг; 17 – клеймо инспекции Гостехнадзора; 18 – порядковый номер.

На нижнюю часть баллона насажен опорный башмак 7, позволяющий ставить баллон вертикально. Баллоны, устанавливаемые на воздухозаправщиках, баллоны для зарядки воздухом, могут не иметь башмаков.

На наружной цилиндрической поверхности корпуса баллона устанавливаются два защитных резиновых кольца 6. На внешней стороне горловины имеется кольцо с резьбой для навертывания предохранительного клапана 4, который служит для защиты вентиля от повреждений и загрязнений при эксплуатации и перевозке баллонов.

На внутренней стороне горловины имеется коническая резьба для ввертывания вентиля 8. Вентиль служит для присоединения баллона к сети высокого давления или потребителя сжатого воздуха и разобщения внутренней полости баллонов от атмосферы.

По емкости баллоны делятся на баллоны малой емкости – до 12 л, средней – до 55 л и большой – свыше 55 л. На воздухозаправщиках используются баллоны емкостью 40 л.

Баллоны изготавливаются из углеродистой и легированной стали.

Чтобы избежать ошибок при наполнении и использовании баллонов для различных газов, их окрашивают в разные цвета и делают соответствующие надписи (см. табл. 16.1).

Кроме того, боковые присоединительные штуцера баллонов, предназначенных для горючих газов, имеют левую резьбу, а баллоны для негорючих газов и воздуха – правую. Вентили баллонов с ядовитыми газами снабжаются заглушками.

Находящиеся в эксплуатации баллоны, должны быть окрашены масляной эмалевой или нитрокраской. Место на баллоне, где выбиты паспортные данные, должно быть покрыто бесцветным лаком и обведено белой краской так, чтобы клейма после окраски были отчетливо видны.

Наполнять газом баллоны, у которых истек срок освидетельствования, категорически запрещается. Баллоны с трещинами, вмятинами, сильной коррозией, неисправными вентилями, неправильно насаженными или поврежденными башмаками, с влагой внутри, а также без надписей и окраски должны подвергаться ремонту с последующей их проверкой Гостехнадзором на возможность использования. Запрещается наполнять баллоны сжатым газом, если в баллоне нет статистического давления, превышающего 0,5 кгс/см².

Баллоны, находящиеся в эксплуатации, подвергаются периодическому освидетельствованию в соответствии с правилами Ростехнадзора.

Таблица 16.1

Наимено- вание газа	Рабочее давление газа в баллоне, кгс/см2	Пробное гидравли- ческое давление, кгс/см2	Состояние газа в баллоне	Горю честь газа	Резьба на боковом штуцере вентиля	Цвет окраски баллонов	Текст надписи на баллоне	Цвет надписи на баллоне	Цвет полосы на баллоне
Азот			Сжатый	Негорючий	Правая	Черный	Азот	Желтый	Коричневый
Аммиак			Сжиженный	- * -	- * -	Желтый	Аммиак	Черный	Без полосы
Аргон			Сжатый	- * -	- * -	Черный	Аргон	Синий	Синий
Ацетилен			Растворен	Горючий	- * -	Белый	Ацетилен	Красный	Без полосы
Водород			Сжатый	- * -	Левая	Темно-зеленый	Водород	- * -	- * -
Воздух			Сжатый	Негорючий	Правая	Черный	Сжатый воздух	Белый	- * -
Кислород			Сжатый	- * -	- * -	Голубой	Кислород	Черный	- * -
Метан			- * -	Горючий	Левая	Красный	Метан	Белый	- * -
Окись углерода			- * -	- * -	- * -	- * -	Окись углерода	- * -	- * -
Сероводород			Сжиженный	Негорючий	Правая	Белый	Сероводо-род	Красный	Красный
Пропан			- * -	Горючий	Левая	Красный	Пропан	Белый	Без полосы
Угле- кислота			- * -	Негорючий	Правая	Черный	Угле- кислота	Желтый	- * -
Хлор			- * -	- * -	- * -	Защит- ный	- * -	- * -	Зеленый
Фосген			- * -	- * -	- * -	Защит-ный	- * -	- * -	Красный
Фреон -12			- * -	- * -	- * -	Алюми- невый	Фреон-12	Черный	Без полосы
Этилен			Растворен	Горючий	Левая	Фиолетовый	Этилен	Красный	- * -
Все другие горючие газы	-	-	-	-	-	Красный	Наименование газа	Белый	- * -
Все другие негорючие газы	-	-	-	-	-	Черный	-	Желтый	-

Периодическое освидетельствование проводится не реже, чем один раз в 5 лет. Баллоны, предназначенные для газов, вызывающих коррозию (фосген, хлор, сероводород), а также баллоны для сжатых и сжиженных газов, применяемых в качестве топлива для автомобилей, должны подвергаться периодическому освидетельствованию через каждые 2 года.

Баллоны, в которых заполняют газы с точкой росы -35°С, подвергаются периодическому освидетельствованию через 10 лет.

Запорная арматура

Запорная арматура устанавливается на трубопроводах, подводящих и отводящих из сосуда пар, газ или жидкость.

Запорная арматура должна иметь четкую маркировку:

а) наименование завода-изготовителя;

б) условный проход;

в) условное давление;

г) направление потока среды.

На маховиках запорной арматуры должно быть указано направление вращения при открывании или закрывании их.

Установка запорной арматуры между сосудом и предохранительным клапаном не допускается.

Сосуды для сильнодействующих ядовитых веществ или взрывоопасных сред, а также испарители с огневым или газовым обогревом должны иметь на подводящей линии от насоса или компрессора обратный клапан, автоматически закрывающийся давлением из сосуда. Обратный клапан должен устанавливаться между насосом (компрессором) и запорной арматурой сосуда.

Запорный и дренажный вентили имеют принципиально одинаковую конструкцию:

- корпус с входным и выходным отверстиями под соответствующие штуцеры;

- шпиндель с запорным клапаном. На хвостовике шпинделя закреплен маховик;

- узел уплотнения по шпинделю: сальник, букса и гайка нажимная.

Открытие и закрытие вентиля осуществляется за счет перемещения шпинделя. При вращении маховика против часовой стрелки вентиль открывают, а при вращении по часовой – закрывают.

После полного открытия вентиля необходимо сделать 1-1,5 оборота маховика на закрытие вентиля.

При закрытии вентиля маховик шпинделя вращают по часовой стрелке до упора с определенным усилием, исключающим свободное проворачивание при приложении легкого усилия по часовой стрелке. Один из вентилей показан на рис. 16.3.

Манометры

Манометры для измерения давления в сосудах должны иметь класс точности не ниже 2,5.

Манометр должен иметь красную черту по делению, соответствующему разрешенному рабочему давлению в сосуде, и установлен таким образом, чтобы его показания были отчетливо видны обслуживающему персоналу.

Манометр не допускается к применению в случаях, когда:

- отсутствует пломба или клеймо;

- просрочен срок поверки;

- стрелка манометра при его выключении не возвращается на нулевую отметку шкалы на величину большую половины допустимой погрешности;

- разбито стекло или имеются другие повреждения, которые могут отразиться на правильности его показаний.

Проверка манометров с их опломбированием или клеймением должна производиться не реже одного раза в 12 месяцев. Кроме того, не реже одного раза в 6 месяцев должна производиться дополнительная проверка рабочих манометров контрольным (рабочим) манометром с записью результатов в журнале контрольных проверок.

Рабочие и образцовые манометры относятся к классу пружинных. В свою очередь, пружинные манометры в зависимости от применяемой пружины могут быть одновитковые трубчатые, винтовые трубчатые, мембранные и сильфонные.

Рис. 16.3. Вентиль запорный

1 – корпус; 2 – клапан; 3 – сальник; 4 – втулка; 5 – маховик; 6 – прокладка; 7 – шпиндель; 8 – сальник; 9 – штуцер.

Наиболее широкое распространение получили манометры с одновитковой пружинной (трубкой Бурдона), диапазон измерения которых от 0,6 до 100000 кг/см².

Принцип действия манометра основан на зависимости упругой деформации трубки Бурдона от давления внутри ее полости. Устройство манометра показано на рис. 16.4.

Трубчатая пружина 1 одним концом закреплена в держателе 4, имеющем головку под ключ и резьбу подсоединения к источнику замеряемого давления. Другой конец пружины соединен с секторным передаточным механизмом, состоящим из поводка 3, сектора 2 и трубки 6, на оси которой укреплена стрелка 5. Спиральная пружина 7 устраняет мертвый ход стрелки.

Рис. 16.4 Манометр с трубкой Бурдона

Подводимое давление внутри трубчатой пружины 1 вызывает перемещение конца пружины, шарнирно соединенной с поводком 2, который через передаточный механизм поворачивает стрелку, при этом деформация трубчатой пружины пропорциональна величине подводимого давления.

На корпусе или циферблате каждого манометра должно быть нанесено:

- наименование или товарный знак завода-изготовителя;

- наименование или условное обозначение манометра;

- единица измерения;

- номер манометра;

- год выпуска;

- класс прибора;

- цветная маркировка измеряемой среды, которая указывается соответствующим цветом на корпусе или пружинном кольце манометра (кислорода – голубой); ацетилена – белый; водорода – зеленый; горючих газов – красный; другие негорючие газы – черный.

Каучуковое клеймо поверочного органа, в котором указывается год, квартал поверки и условное обозначение КИЛ, ставится на стекло или корпус, а остальное на свинцовую пломбу.

Электро-контактные манометры используются как КИП и приборы безопасности.

Подвижный контакт устанавливается на определенную величину давления, при достижении которого стрелка электро-контактного манометра своим контактом касается подвижного и выдает сигнал на отключение или включения источника давления.

Предохранительные клапаны

Предохранительные клапаны, устанавливаемые в системах, работающих под давлением, предназначены для предотвращения возникновения в коммуникациях давления выше рабочего (допустимого).

Количество предохранительных клапанов, их размеры и пропускная способность должны быть выбраны по расчету так, чтобы в сосуде, магистрали не могло образоваться давление, превышающее рабочее более чем на 0,5 кгс/см² для сосудов с давлением до 3 кгс/см² включительно, на 15% - для сосудов с давлением от 3 до 60 кгс/см² и на 10% - для сосудов с давлением свыше 60 кгс/см².

Конструкция пружинного клапана должна исключать возможность затяжки пружины сверх установленной величины, а пружина должна быть защищена от недопустимого нагрева и прямого воздействия среды. Конструкция пружинного клапана должна предусматривать устройство для проверки исправности действия клапана в рабочем состоянии путем принудительного открывания его во время работы сосуда.

Допускается установка предохранительных клапанов без приспособления для принудительного открывания, если последнее недопустимо по свойствам среды (ядовитая, взрывоопасная и т.д.) или по условиям технологического процесса. В этом случае проверка клапанов должна производиться периодически в сроки, установленные технологическим регламентом, но не реже одного раза в 6 месяцев при условии исключения возможности примерзания, прикипания или забивании клапана рабочей средой.

Пропускная способность предохранительного клапана определяется по формуле:

где - коэффициент расхода газа (жидкости) клапаном (определяется экспериментально для каждой конструкции клапана и записывается в паспорт последнего);

F – площадь сечения клапана, равная наименьшей площади сечения в проточной части мм²;

F1 – максимальное избыточное давление перед предохранительным клапаном, кгс/см²;

F2 – избыточное давление за предохранительным клапаном, кгс/см²;

γ1 – плотность среды для параметров F1 и t1, кгс/см³;

t1 – температура среды перед клапаном, °С;

В – коэффициент, определяемый для газа по таблицам, а для жидкости В = 1.

Устройство предохранительного клапана показано на рис. 16.5.

Давление открытия клапана регулируют вворачиванием или выворачиванием винта 1. После регулировки болт контрится гайкой, шплинтуется проволокой и пломбируется.

При увеличении давления в трубопроводе или емкости, на которой установлен предохранительный клапан, выше того, на которое он отрегулирован, клапан 7, преодолевая сопротивление пружины 4, поднимается вверх, и воздух через сверления в корпусе выпускается в атмосферу.

Рис. 16.5. Предохранительный клапан

1 – пружина; 2 – упор; 3 - ?; 4 – винт; 5 – седло; 6 – клапан; 7 – шайба:

8 – пломба; 9 - проволока

В гидравлических системах при срабатывании предохранительного клапана жидкость сбрасывается (перепускается) в емкость (бак) для этой жидкости.

Конструкция предохранительных клапанов может быть различной, но принцип работы одинаков для всех конструкций.

В случае, когда по роду производства или вследствие действия содержащейся в сосуде среды предохранительный клапан не может надежно работать, сосуд должен быть снабжен предохранительной пластиной, разрывающейся при повышении давления в сосуде не более чем на 25% рабочего давления.

Сосуд, который работает под давлением меньшим давления питающего его источника, должен иметь на подводящем трубопроводе автоматическое редуцирующее устройство с манометром и предохранительным клапаном, установленными на стороне меньшего давления после редуцирующего устройства. В случаях, когда редуцирующее приспособление вследствие физических свойств среды не может надежно работать, допускается замена его ручным редуцирующим вентилем, предохранительным клапаном и манометром на стороне меньшего давления.

Рабочая среда, выходящая из предохранительного клапана, должна отводиться в безопасное место.

Редуцирующие устройства

К редуцирующим устройствам относятся: дроссельный вентиль; редукционный клапан; редуктор.

Дроссельный вентиль предназначен для дросселирования воздуха с целью снижения давления. В входном отверстии корпуса установлена на резьбе дроссельная шайба, обеспечивающая предварительное дросселирование воздуха перед подходом его к игле шпинделя. Регулирование давления осуществляется за счет перемещения шпинделя. При вращении воротка против часовой стрелки давление воздуха после вентиля увеличивается, а при вращении по часовой стрелке – уменьшается.

Редукционный клапан устанавливается после редуктора на линии раздачи и предназначен для предохранения системы раздачи от превышения давления воздуха (жидкости) более заданного. При давлении в полости клапана ниже заданного, воздух, проходящий через штуцера, не в состоянии изменить положения деталей клапана. При увеличении давления в полости клапана выше заданного мембрана, сжимая пружину, прогибается вверх и перемещает шток и ввернутый в него клапан вверх. Через открывшееся отверстие в седле клапана сжатый воздух выходит в атмосферу, и давление в линии раздачи после редуктора снижается до заданного. При достижении заданного давления клапан садится на седло и стравливание воздуха прекращается.

В эксплуатации редукционный клапан регулируется на заданное давление. После регулировки клапан пломбируется.

Редуктор предназначен для понижения давления в установленных пределах и обеспечения регулировки этого давления в заданных интервалах (рис. 16.6).

Рис. 16.6. Редуктор

1 – рукоятка с винтом; 5, 10 – пружины; 9 – корпус; 15 – кольцо;

2 – кожух; 6 – корпус; 11 – гайка; 17 – шток.

3, 18 – упоры; 7 – прокладка; 12 – гильза;

4 – стакан; 8 – втулка; 13 – головка штока;

При атмосферном давлении в полостях высокого и низкого давления головка штока 17 клапана, находящегося под воздействием, с одной стороны, усилия пружины 5 (через кольцо 15, стакан 4 и шток 17), а с другой стороны, пружины 10 (через гильзу 12), находится в крайнем нижнем положении. При появлении избыточного давления воздуха из полости низкого давления через прорези в штоке проникает в сильфон 6, повышая в нем давление до значений, равных давлению в полости низкого давления. При этом верхнее донце сильфона, преодолевая усилие пружины 5, перемещается вверх, уменьшая ее давление на шток 17 и упор 3; головка 13 штока в это время под воздействием пружины 10 переместится вверх, вследствие чего зазор между ее буртиком и корпусом редуктора уменьшится. Таким образом, головка будет перемещаться вверх до тех пор, пока не установится равновесие между силой пружины 5 и силой от давления воздуха в полости низкого давления (сильфона), на которое отрегулирован редуктор.

Давление воздуха, выходящего из редуктора, регулируется поворотом рукоятки 1. При поворачивании ее по часовой стрелке сила сжатия пружины увеличивается и для преодоления ее нужна большая сила давления воздуха в сильфоне и полости низкого давления. Поэтому при поворачивании рукоятки по часовой стрелке давление на выходе из редуктора повышается, а при вращении против часовой стрелки – уменьшается. Редуктор снабжен предохранительным клапаном. После настройки редуктора на заданное давление регулирующий орган пломбируется.