刘清方锅炉压力容器

第五讲 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）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、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，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。 第六讲 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）Dn 0.15m，且容积 V0.025m3 3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。 第七讲 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。 第八讲 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。 第九讲 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， 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 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” ， 第十讲 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+0.05MPa 0.8P 5.9 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，应不小于容器的安全泄放量。 第十一讲 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.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 1.3MPa3.9MPa 的中低压锅炉。压力更高时则采用玻璃板下衬云母片的 水位表。 电接点式及电极式等种。当应测水位高于操作平台 6 米及以上时，即应装设远程水位显 示装置。 对水位表（液位计）的主要安全技术要求是： 1.蒸发量大于 0.5 吨小时的蒸汽锅炉，通常应装设两个彼此独立的水位表。水位表应装在 便于观察之处。用远程水位显示装置监视水位时，应有两个远程水位显示装置及一个直读 式水位表同时工作。 2.水位表应有指示最高、最低安全水位和正常水位的明显标志。水位表下部可见边缘应比 最高火界至少高 50 毫米，且应比最低安全水位至少低 25 毫米；水位表上部可见边缘应比 最高安全水位至少高 25 毫米。 3.玻璃管式水位表应有防护装置。水位表下部应有放水阀及放水管，放水管应接至安全地 点。 4.水位表和锅筒（锅壳）之间的汽水连接管上，应装有阀门，以便锅炉运行中吹洗和更换 玻璃管、玻璃板及云母片。但正常运行时阀门应处于全开位置。 5.汽水连接管应尽可能地短，内径不得小于 18 毫米；当连接管长度大于 500 毫米或有弯曲 时，内径应适当放大。连接管应尽量保持水平。水位表玻璃管内径及连接管阀门流道直径 均不得小于 8 毫米。 第十二讲 锅炉事故综述 一、锅炉事故分类 锅炉运行中可能发生各种事故。根据事故严重程度的不同，通常将锅炉事故分为以下三类： 1.爆炸事故 锅炉主要受压元件锅筒（锅壳） 、炉胆、管板、下脚圈及集箱等发生较 大尺寸的破裂，瞬时释放大量介质和能量，造成爆炸。 2.重大事故 锅炉部件或元件严重损坏，被迫停止运行进行修理的事故，即强制停炉事故。 这类事故有多种，不仅影响生产和生活，也会造成人员伤亡。 3.一般事故 锅炉运行中发生了故障或损坏，但情况不严重，不需要立即停止运行。 二、锅炉爆炸事故的常见情况 锅炉爆炸通常有以下三种情况： 1.超压引起的爆炸锅炉主要受压元件的介质压力超过了其允许计算压力P并达到爆破压力 Pb，造成爆炸。 引起超压爆炸的原因有：安全阀、压力表等安全装置失灵；操作人员脱岗睡岗，放弃对设 备的监控；关闭或关小出汽阀门造成锅炉“憋烧” ；无承压能力的生活锅炉改作承压蒸汽锅 炉。 防范这类爆炸的主要措施是加强教育和管理。 2.缺陷引起的爆炸 在未超压超载情况下，锅炉主要受压元件因产生裂纹、严重变形、腐蚀、 组织变化等缺陷而导致爆炸。 这类爆炸涉及锅炉的设计、制造、安装、运行等各个环节，要防范这类爆炸，除确保 上述环节无损于锅炉的性能与质量外，还应加强检验，及时发现并妥善处理各种缺陷。 3.严重缺水导致的爆炸 直接受火的锅炉筒体、封头、管板、炉胆等如严重缺水并突然加水， 常会导致锅炉爆炸。 防范这类爆炸的主要措施是加强运行管理，避免缺水事故。万一发现锅炉严重缺水，必须 立即停炉，不得加水。 三、锅炉重大事故简介 常见的锅炉重大事故如下表所示。其中缺水事故、满水事故、汽水 共腾、过热器管损坏等系蒸汽锅炉事故。其余事故在蒸汽锅炉、热水锅炉中均可能发生。 由于缺水事故、炉膛爆炸事故发生率高，后果严重，还要另外专门介绍。 事故名称 现 象 产生原因 预防措施 缺水事故 水位表中水 位低于 最低安 全水位、虚 假水位或看不到水位， 过热蒸汽温度及排烟 温 度异常升高 水位表管 路及阀门 堵塞 ；给水设备及 管路故障；排污阀及 放水阀泄露；炉管爆 破；运行人员放弃监 视 完善供水设备及相关 管路附件加强运行管 理 满水事故 水位表中水 位高于 最高安 全水 位、虚 假水位或看不到水位， 过热 蒸汽温度降低， 过热器内水击 水位表失 灵；给水 自动调节器失灵；运 行人员放弃监视 加强运行管理 汽水共腾 水位表内水位剧烈波 动上升，过热汽温下 降，过热器内水击 锅水水质恶化，含盐 量及碱度过高；用汽 负荷增加过快 严格进行水质化验、 水质处理及锅炉排污 操作 炉管（水冷壁、对流 管束、烟管）爆破 有爆破声及喷汽声， 水位、汽压显著下降， 炉膛负压变为正压， 排烟温度降低 管壁结垢；严重缺水； 水循环故障；热膨胀 受阻；腐蚀减薄；管 材或焊接缺陷；吹灰 不当；管内异物堵塞 从设计、制造、安装、 运行、维护、检验各 环节严格控制 过热器管损坏 过热器部位喷汽，给 水流量明显大于蒸汽 流量，烟气负压变为 正压，排烟温度降低 过热器内结垢；蒸汽 超温；热偏差过大； 管内积水腐蚀；管材 或焊接缺陷；管内异 物；吹灰不当 从设计、制造、安装、 运行、维护、检验各 环节严格控制 省煤器管损坏 水位下降，给水流量 大于蒸汽流量，省煤 器部位有喷泄声，烟 温降低 启动保护不当；外部 低温硫腐蚀；内部氧 腐蚀；烟气及飞灰磨 损；管材及焊接缺陷 作好对省煤器的启动 保护，防止内外部腐 蚀及磨损 炉膛爆炸 油炉、气炉、煤粉炉 等的炉膛内爆燃而发 出巨大声响、振动 点火前炉膛内有可燃 物；突然灭火后炉膛 内残存或送入可燃物； 再次点火前未充分通 风 防止燃烧器泄漏；点 火前通风 5 至 10 分 钟；点火时先送明火 后投料；完善燃烧 第十三讲 锅炉缺水事故及其防范 在锅炉重大事故中，缺水事故是最常见的一种。我国多年的锅炉事故统计数据显示， 缺水事故约占锅炉重大事故的 50左右。缺水事故常造成严重后果。对锅炉缺水事故必须 给予足够的关注。 一、 锅炉中容水的特点 在蒸汽锅炉运行中，锅筒（锅壳）内容纳和维持一定的水量，可使蒸汽压力和锅炉水 位相对稳定，也有利于锅炉自然循环和汽水分离，是锅炉安全运行的基本条件。锅炉中容 水有以下特点： 1.锅炉中容水多少是相对于锅炉蒸发量而言的。比如锅炉中容纳有 1 吨水而中断供水，若 锅炉蒸发量为 1 吨，则锅炉中的水 1 小时可蒸干；若锅炉蒸发量为 10 吨小时，则锅炉中 的水 110 小时即可蒸干。锅炉蒸发量越大对供水可靠性的要求越高。 2.锅炉是在密闭承压条件下容水的。锅炉水位不便显示，用水位表显示时有时不十分可靠； 容水系统的任何破裂或泄漏都会影响水位的维持。 二、锅炉缺水现象及危害 锅炉运行中，水位表显示的水位低于最低安全水位线时，叫锅炉缺水。严重缺水时水位 表内看不到水位；低水位警报装置发出低水位报警声响；有过热器的锅炉，过热蒸汽温度 升高；给水流量不正常地小于蒸汽流量。 严重缺水会使锅炉蒸发受热面管子过热变形甚至被烧塌；管子胀口渗漏以致胀管脱落； 受热面钢材过热或过烧，降低或丧失承载能力，管子爆破；炉墙损坏。处理不当时可能导 致锅炉爆炸。 三、锅炉缺水的原因 1.运行人员疏忽大意，对水位监视不严；或运行人员脱岗睡岗，放弃对水位的监视； 2.水位警报装置和给水自动调节器失灵； 3.水位表汽、水连管堵塞，旋塞渗漏或其他原因形成虚假水位； 4.给水设备或给水管路发生故障，使供水减少或中断； 5.锅炉排污后，未关闭及未关严排污阀，或排污阀泄漏； 6.锅炉水冷壁、对流管束、省煤器管子或烟管爆破泄放水汽。 四、锅炉缺水的判断和处理 对容水量较大的小型锅炉，发现缺水时，可通过冲洗水位表“叫水” ，判断是轻微缺水还是 严重缺水。 “叫水”操作的步骤如下： 1.开启水位表放水旋塞； 2.关闭水位表汽旋塞； 3.关闭水位表放水旋塞。此时水位表内如有水位出现，则锅炉为轻微缺水，否则即为严重 缺水。 锅炉轻微缺水时，可首先开启水位表汽旋塞，恢复水位表的正常运行，并减少燃料和 送风，减弱燃烧，缓慢向锅炉上水，同时迅速查明锅炉缺水的原因。待锅炉水位逐渐恢复 到最低安全水位线以上时，再增加 燃料和送风，恢复锅炉正常燃烧。 锅炉严重缺水时，不得给锅炉上水，因为此时锅炉有可能已干锅，锅炉金属可能处于 过热或烧红状态，一旦加水就有爆炸危险。锅炉严重缺水时应按规定程序立即紧急停炉。 五、锅炉缺水事故的防范 1.锅炉运行人员持证上岗，并严格执行“锅炉运行操作规程”和“岗位责任制” ； 2.新装、改造或检修后的锅炉，应检查水位表安装的位置是否正确，防止锅炉出现虚假水 位； 3.为保证水位表指示正确，水位表的清洗检查工作每班至少应进行两次； 4.水位表的汽、水旋塞发现泄漏时，应及时修理，防止因水位表旋塞堵塞、泄漏等原因形 成虚假水位； 5.妥善维护锅炉给水设备和管路阀门，保证锅炉可靠供水； 6.锅炉排污时，应严格监视水位下降的情况，排污后应关好排污阀。 第十四讲 锅炉炉膛爆炸及其防范 锅炉炉膛爆炸是发生在锅炉炉膛及烟道中的爆燃现象，属化学性爆炸。常发生在燃气、 燃油及燃煤粉的锅炉炉膛中。在发达国家，炉膛爆炸是最常见的锅炉重大事故。在我国， 随着环保要求的提高和燃气、燃油锅炉的增多，炉膛爆炸事故在锅炉事故中的比例也在增 加。炉膛爆炸常造成人员伤亡和重大经济损失，因而值得充分关注。 一、 炉膛爆炸的产生 锅炉炉膛是锅炉燃料燃烧的场所，在锅炉正常运行时，炉膛内充满火焰，燃料在连续、 稳定地燃烧，此时一般不会发生“爆燃”即炉膛爆炸。实践表明，炉膛爆炸通常发生在锅 炉点火期间及运行中炉膛灭火期间。 （一） 产生条件 1.无火炉膛内积存了可燃物（燃气、燃油或煤粉）与空气的混合物。 2.混合物中可燃物的浓度在爆炸范围之内： 轻柴油，爆炸范围为 0.66.5（油蒸气在空气中的体积百分比） 。 重油，爆炸范围为 1.26（油蒸气在空气中的体积百分比） 。 烟煤煤粉，爆炸下限为 35 克立方米（煤粉在空气中的质量体积浓度） 。 3.有足够的点火能量。 （二）产生原因 1.在锅炉点火前，因阀门关闭不严或泄漏、操作失误、一次点火失败等情况，使燃气、燃 油或煤粉 进入炉膛，而又未对炉膛进行吹扫或吹扫时间不够，在炉膛内留存有可燃物与空气的混合 物，且浓度达到爆炸范围，点火即发生炉膛爆炸。 2.在锅炉运行中，因燃气、燃油压力或风压波动太大，引起脱火或者回火，造成炉膛局部 或整个炉膛火焰熄灭，继续送入燃料时，空气与燃料形成的燃爆性混合物被加热或引燃， 造成爆炸。 3.由于燃烧设备、控制系统设计制造缺陷或性能不佳，导致锅炉燃烧不良，在炉膛中未燃 尽的可燃物聚积在炉膛、烟道的某些死角部位，与空气形成燃爆性混合物，被加热或引燃， 造成爆炸。 二、炉膛爆炸的危害 发生炉膛爆炸时，爆炸压力因燃料种类、可燃性混合物体积等的不同而不同，一般不 超过 1MPa。对锅壳锅炉的金属炉膛炉胆，这样的爆炸压力不会造成严重损害，但 与炉胆相连的炉门、烟气转向室、烟箱等会被冲开和损坏，并伤害近旁人员。对水管锅炉 的砌筑炉膛，炉膛爆炸可使炉墙塌垮或开裂，锅炉水冷壁等受压部件变形移位甚至破裂， 围绕炉膛设置的构架、楼梯、平台变形或损坏，并常造成人员伤亡。 炉膛爆炸对锅炉（特别是水管锅炉）的损害是大范围的，有时是很严重的。不仅需要 强迫停炉，而且需要对锅炉进行较大投入、较长时间的修理维护，造成巨大的经济损失。 三、炉膛爆炸的预防 1.在锅炉点火前对锅炉的燃烧系统进行认真全面的检查，特别要检查燃烧器有无漏气、漏 油现象。 2.在锅炉点火前对炉膛进行充分吹扫，开动引风机给锅炉通风 5 分钟10 分钟，没有风机 的小型锅炉可自然通风 5 分钟10 分钟，以清除炉膛及烟道中的可燃物质。 3.点火时，应先送风，之后投入点燃火炬，最后送入燃料，即以火焰等待燃料，而不能先 输入燃料再点火。 4.一次点火失败，需要重新点燃时，应重新通风吹扫，再按点火步骤进行点燃。 5.在锅炉运行中发现炉膛熄火，应立即切断对炉膛的燃料供应。待对炉膛进行通风吹扫后， 再行点火。 6.锅炉正常停炉及紧急停炉，均必须先停止燃料供应，再停鼓风，最后停引风。 7.在锅炉运行中若发现燃烧不良，应充分重视，分析原因，改进燃烧设备或运行措施，完 善燃烧，以防在炉膛及烟道内积存可燃物。 8.为降低炉膛爆炸的危害，在燃气、燃油及燃煤粉小型水管锅炉炉膛和烟道的容易爆燃部 位，应设置防爆门。 四、控制和联锁保护装置 由于手工点火和人工监控难于保证准确无误，为防止炉膛爆炸，锅炉安全技术监察规 程规定：“燃气、燃油锅炉及燃煤粉锅炉，应装设控制和联锁保护装置：点火程序控制装 置；熄火保护装置；全部引风机断电时，自动切断全部送风和燃料供应的联锁装置；全部 送风机断电时，自动切断全部燃料供应的联锁装置；燃气、燃油压力低于规定值时，自动 切断燃气燃油供应的联锁装置。 ” 锅炉运行时，控制和联锁保护装置不得任意停用。联锁保护装置的电源应可靠保证。装设 了联锁保护装置的锅炉，运行人员仍须对燃烧状况和仪表附件严加监控。 第十五讲 锅炉压力容器的延性破裂 一、锅炉压力容器的常见破裂型式 在特定的内外部条件下，锅炉压力容器破裂有其特定的规律。了解和掌握这些规律，可 以正确有效地找到避免锅炉压力容器破裂的措施和办法，从而减少和避免破裂爆炸事故的 发生。 锅炉压力容器的破裂，按常见型式和基本原因，可分为延性破裂、脆性破裂、疲劳破裂、 腐蚀破裂及蠕变破裂等。延性破裂，又称韧性破裂或塑性破裂，是低压小型锅炉和压力容 器常见的破裂型式。 二、延性破裂的基本特征 1.破裂容器发生明显变形。金属的延性破裂是在大量的塑性变形后发生的破裂，塑性变形 使金属破裂后留存下较大的残余伸长，表现在容器上则是直径增大和壁厚减薄。具有明显 的形变是延性破裂的主要特征。实测表明，延性破裂的容器，最大圆周伸长率常达 10以 上，容积增大率也往往高于 10。 2.断口呈暗灰色纤维状。延性破裂的断口没有金属光泽而呈暗灰色，断面凹凸不平，呈纤 维状。宏观断面与最大主应力成 45。 3.容器一般不发生碎裂。延性破裂的容器，一般不破碎成块（片） ，而只是裂开一个裂口。 壁厚均匀的圆筒形容器，一般是在中部沿轴向裂开，裂口的大小与容器破裂时释放的能量 有关。盛装常温受压水的容器，破裂时因释放膨胀功很少，所以破口也小；盛装受压饱和 水及液化气体的容器，破裂时产生大量气体并释放大量能量，器壁的裂口也较大。 4.属于高应力、高载荷破裂。延性破裂时容器器壁上的平均应力一般都达到或接近材料的 抗拉强度，即容器是在较高的应力水平下破裂的，其实际爆破压力往往与计算爆破压力相 接近，远远超过了容器的许用压力及正常工作压力。 三、延性破裂的原因和常见情况 锅炉压力容器承压部件的大量塑性变形和延性破裂，是在承载并超载后，经历一个弹 性塑性变形过程，在部件整个截面上的材料都处于屈服状态并充分变形后发生的。这种 情况在正确设计制造及合理使用的设备中一般不会出现，但实际使用中锅炉压力容器的延 性破裂事故并不少见，它常发生于以下几种情况： 1.液化气体容器充装过量。盛装低压液化气体的气瓶、气罐、气桶，由于操作疏忽、计量 错误或其他原因造成过量充装，在运输、储存或使用过程中，器内介质温度因环境温度影 响或太阳曝晒而升高，介质体积膨胀满液（满瓶）后，器内压力急剧上升，最终导致容器 延性破裂。 2.锅炉压力容器在使用中超压。由于违反操作规程、操作失误或其他原因，造成设备内压 力升高并超过其许用压力，而设备又没有装设安全泄压装置或安全泄压装置失灵，最终造 成延性破裂。 3.锅炉受热部件短时间温度过高。由于缺水，锅炉受热部件在短时间内超温，材料强度大 幅度下降而塑性增大，在工作压力下造成延性破裂。 4.设备维护不良引起壁厚减薄。由于介质对器壁腐蚀或磨损，或设备长期闲置不用而又未 进行可靠防护，造成器壁严重减薄，使设备在正常工作压力下发生延性破裂。对腐蚀减薄 部位来说，这也属于高应力超载破裂。 四、延性破裂的预防 1.锅炉压力容器必须按规定进行设计，承压部件必须进行强度计算，未经正规设计计算的 锅炉压力容器禁止使用。 2.禁止将一般生活锅炉改作承压锅炉；防止不承压的容器因结构或操作原因在器内产生压 力。 3.锅炉压力容器应按规定装设性能和规格都符合要求的安全泄压装置，并使其始终处于灵 敏可靠的状态。 4.操作人员应认真执行安全操作规程，坚守工作岗位，严格监督检查，防止锅炉压力容器 超压超温。 5.严格气瓶充装管理，对充装介质准确计量，防止过量充装。严禁用火焰或热水加热低压 液化气体钢瓶。 6.作好锅炉压力容器的维护保养工作，采取有效措施防止腐蚀性介质和大气对设备的腐蚀。 对长期停用的锅炉压力容器，应妥善保养防护。 7.严格按规定对锅炉压力容器进行定期检验，发现器壁严重腐蚀减薄或显著塑性变形时， 应及时慎重地处理。必要时降压使用或报废。 第十六讲 锅炉压力容器的脆性破裂 一、钢材的脆性和脆化 锅炉压力容器常用的制造材料是低碳钢和低合金钢，这些材料一般都具有较好的综合 性能，不但有一定的强度，也有一定的塑性和韧性。锅炉压力容器的脆性破裂事故，在国 内外均屡见不鲜。特别是高压大型锅炉压力容器，脆性破裂更为常见。 产生脆性破裂的一个基本原因是，钢材在特定条件下会产生脆性或脆化。脆性是特定 外部条件导致的钢材韧性降低，一旦外部条件消失，钢材的韧性一般可以恢复；脆化是在 一定条件下钢材发生组织变化造成的永久性韧性降低。钢材常见的脆性和脆化有： 冷脆性 指在 0左右的低温下钢材韧性的明显降低。相应的低温界限叫钢材的“韧脆 转变温度” 。低碳钢及低合金钢均有冷脆性，并常导致冷脆破裂。 蓝脆性 指在 200300时钢材的韧性降低，并常体现为应变时效。后者是指钢材 经冷加工塑性变形后，在室温下长期放置或在中温（对碳钢为 200300）下短期放置， 其韧性明显下降的现象，常见于低碳钢。 碱脆 也叫苛性脆化，指在高浓度碱性介质和应力的共同作用下，钢材明显变脆并导致 破裂的现象，常发生在锅炉锅筒及接触碱性介质的容器上。 氢脆 指钢材接触氢或含氢介质而导致韧性明