Gerse Károly

Kazánok

2., javított kiadás


1.2. Kazánok felügyelete, alapvető biztonsági berendezések

Hatósági felügyelet: A kazánok a tüzelőberendezésekben felhasznált könnyen gyulladó, robbanó tüzelőanyagok, illetve az égés során kialakuló magas hőmérséklet, valamint a mérgező égéstermékek, másrészt a nyomástartó térben tárolt nagy energiamennyiség miatt különösen veszélyes berendezések. Ezért a berendezés szerkezeti egységét (integritását) lehetőleg minden – a normál és váratlan üzemállapotokban kialakuló – körülmény mellett meg kell őrizni [8, 1.1, 1.2]. A gondos üzemvitel mellett ezt:
  • a berendezések minőségorientált tervezése, anyagválasztása, gyártása, szerelése,
  • hatósági felügyelete és
  • a biztonsági berendezések segítik elő.
 
Az Európai Unióban a gyártmányok szabad mozgásának elősegítésére és egyúttal a biztonság azonos színvonalon történő garantálására a nyomástartó berendezésekkel kapcsolatos követelményekre irányelvet fogadtak el [1.1], amelyet a hazai jogrendbe is átültettek [1.2]. Ez szabályozza a nyomástartó berendezések veszélyességtől függő besorolását, ennek függvényében a tervezés, anyagválasztás, gyártás, üzembe helyezés és üzemvitel során követendő szabályokat. A kazánok 1 m3 térfogat vagy 32 bar méretezési nyomás felett, illetve az esetben, ha a méretezési nyomás (bar) és a térfogat (m3) szorzata a 10-et meghaladja, a legszigorúbb, IV. kategóriába tartoznak. Ezeknél a berendezéseknél – a sorozat- vagy egyedi gyártástól függően – kötelező:
  • az EK-típusellenőrzés (tervellenőrzés, gyártási tervdokumentáció, számítások, gyártás során alkalmazott vizsgálatok adatainak ellenőrzése, szükségesnek ítélt tesztek elvégzése), melynek eredményeként 10 évig érvényes EK-típusellenőrzési/tervellenőrzési tanúsítvány adható ki,
  • a gyártás minőségbiztosítása vagy teljes minőségbiztosítás, ennek tanúsíttatása, rendszeres felülvizsgálata,
  • az EK-típus-/tervellenőrzési tanúsítványban jóváhagyottak teljesítésének minden legyártott berendezésre történő igazolása,
  • az EK egyedi ellenőrzés: a műszaki leírások, tervek, számítások, felhasznált anyagok, gyártási, vizsgálati eljárások, érintett személyzet minősítésének vizsgálata, az átvételi eljárás, nyomáspróba lefolytatása, a biztonsági szerelvények ellenőrzése; ezek alapján az elvégzett vizsgálatokról megfelelőségi tanúsítvány állítható ki.
 
Az előbbi általános szabályozások alapján a nyomástartó berendezések létesítésének, áthelyezésének, használatbavételének, üzemeltetésének, átalakításának, javításának, megszüntetésének (felhagyásának) műszaki-biztonsági feltételeit, az időszakos és rendkívüli ellenőrzések műszaki biztonsági előfeltételeit és módját a 2/2016. (I. 5.) NGM rendelet 2. mellékletét képező Műszaki Biztonsági Szabályzat [1.9] tartalmazza. Módosításainak előzetes egyeztetésére a hatósági felügyeletet ellátó szervezet (jelenleg Magyar Kereskedelmi és Engedélyezési Hivatal1) által működtetett Nyomástartó Berendezés Műszaki Szakbizottság keretében kerülhet sor.
Az EU-irányelv, a hazai jogszabályok, az előbbi szabályzat időről időre változhatnak, így a gyakorlatban a tervezés, engedélyezés, létesítés előtt mindig ellenőrizni kell az aktuális szabályozást. A keretszabályoktól függetlenek, így nem változnak az esetleges veszélyhelyzetek kialakulását eredményező folyamatok ellenőrzésére, befolyásolására alkalmazott alapvető biztonsági berendezések legfontosabb feladatai:
  • a tápvíz-előmelegítő, elgőzölögtető felületek vízhűtésének biztosítása,
  • a nyomástartó felületeken a méretezési (legnagyobb megengedhető üzemi) nyomást meghaladó túlnyomás kialakulásának megakadályozása,
  • a túlhevítő felületek túlhevülést kizáró hűtése,
  • a nyomástartó felületeken a méretezési hőmérsékletet meghaladó hőmérséklet kialakulásának megelőzése,
  • a kazán vízterében kivált, a csőrendszer esetleges dugulását, a fűtőfelületek meghibásodását előidézni képes anyagok elvezetése,
  • a tüzelőberendezések működési hiányosságaiból adódó, a füstgáztér méretezési nyomását meghaladó nyomáshullámok levezetése,
  • a berendezések feltöltésénél a légtelenítés lehetősége,
  • a berendezések leürítésénél a vákuum megelőzése az esetleges behorpadás elkerülésére.
 
A vízszint ellenőrzése: A szubkritikus nyomástartományban a tápvíz-előmelegítő, elgőzölögtető felületek hűtése természetes cirkuláció esetén általában mindig biztosított, ha a füstgázokkal érintkező felületeket víz borítja. Ezért a kazánok egyik legfontosabb biztonsági berendezése a kazándobra felszerelt vízállásmutató, a minimális és maximális vízállás jelzésével. Az ingadozási tartomány azért szükséges, mert a vízszint állandóságát a tüzelésoldali, így hőfejlődési, illetve a hőelvezetés-oldali (ebből adódóan a nyomás változását előidéző) zavarások mellett még a leggondosabb – az elvezetett gőz és a bevezetett vízáram egyenlőségét biztosító – szabályozással sem lehet elérni.
A vízszint változása a zavarások hatására döntően a víz-gőz keverékben lévő gőzbuborékok hőbevezetés-intenzitásától függően változó száma és a nyomásváltozásból adódóan változó mérete, kisebb részben a folyadékfázis (nyomás →) telítési hőmérséklet-változásból adódó térfogatváltozása miatt következik be. A tápvízbevezetés, gőzelvezetés egyensúly változása is zavarásként hat a kazánnyomásra: a növekvő gőzelvétel a nyomás csökkentésével a buborékok méretén keresztül a vízszint átmeneti növekedését, a tápvízáram – az elgőzölögtető felületre kerülő közeg hőmérsékletének csökkentésével – a buborékok számának csökkentésén keresztül a vízszint átmeneti csökkenését idézi elő. A vízszint változásának megengedett értékét a dobtérfogat és a tápvízszabályozás figyelembevételével kell meghatározni. Az alsó értékre általában figyelmeztető (fény, hang) jelzés, az úgynevezett „vészvízszint” elérésekor a tüzelőanyag-adagolást leállító, kikapcsoló berendezés is beépítésre kerül. A maximális vízállás korlátozására a gőz által elragadott vízcseppek mennyiségének, ezzel a gőzminőség romlásának elkerülésére, az utánkapcsolt túlhevítő felületek meghibásodásának megelőzésére van szükség. A különleges kvarcüvegből készített vízállásmutatók mellett a magasabb kazánoknál (miután a kezelő tartózkodási helyéről a vízállás a dobra elhelyezett készüléken biztonsággal már nem állapítható meg) mindig alkalmaznak – újabban a folyamatellenőrző rendszerbe is integrált – távmutató vízállásmutató készülékeket. Hosszabb kazándoboknál a dob mindkét oldalán, többdobos kazánoknál minden, folyadékkal üzemszerűen teljesen fel nem töltött dobon el kell helyezni vízállásmutatót.
Kényszerátáramlású kazánoknál a megfelelő hűtést a tüzelési teljesítménytől (és természetesen a kazánon belüli hőátadástól) függő kényszerített közegáramlás biztosítja, így a tüzelést a betáplált vízáramhoz kell reteszelni. Ez jelenthet merev kapcsolatot, azaz a tüzelés csak vízbetáplálás (keringtetés) esetén működhet, jelenthet minimális vízáramlásra történő reteszelést, de lehetséges a tüzelőanyag/tápvízáram aránypár adott tartományon belüli változásának megengedése is, amikor a tüzelés leállítására csak a tartományból való kilépés (az adott tüzelési teljesítményhez elégtelen vízáramlás) esetén kerül sor.
 
A nyomás korlátozása: A méretezési nyomást meghaladó nyomás megelőzésére nyomáshatároló elemeket alkalmaznak. A kisebb (<0,5 bar) nyomású berendezéseknél előfordul szakadó tárcsa, állványcső alkalmazása is, a nagyobb nyomású berendezéseknél azonban a biztonsági szelep vált kizárólagossá.
A biztonsági szelepet úgy kell méretezni, hogy képes legyen a berendezés névleges gőzteljesítményének biztonságos levezetésére [8], [1.41.5]. A nyomásnövekedés a legnagyobb megengedett üzemi nyomást 10%-nál jobban átmenetileg sem haladhatja meg. A megszólalási nyomás és a teljes nyitás közötti karakterisztikát a védendő berendezés maximális nyomásváltozási sebességének figyelembevételével kell meghatározni. Több biztonsági szelep alkalmazása esetén az első szelepnek az üzemi nyomás túllépésekor nyitni kell. A biztonsági szelepnek kompresszíbilis közegek esetén 10%, nem kompresszíbilis közegek esetén 20% megszólalási nyomáshoz viszonyított nyomáscsökkenésnél kell zárni.
Szerkezeti kialakítástól függően a biztonsági szelepek lehetnek közvetlenül működőek vagy vezéreltek. Az előbbieknél a nyomás a (súllyal, rugóval, levegőnyomással) terhelt szeleptányérra hat, és a megszólalási érték elérését követően a szeleptányér megemelésével történik a közegelvezetés. A vezérelt szelepek főszelepből és vezérlőberendezésből álnak. A főszelepet mechanikusan (rúgóval) vagy segédenergiával (sűrített levegő, hidraulika, elektromágnes) vagy akár a munkaközeggel terhelik. A vezérlőberendezés a megszólalási érték elérésekor a terhelést megszünteti, így a főszelep a tányérra ható közegnyomás vagy a nyitási irányba ható – legalább két, egymástól független energiaforrásból biztosított – nyitóerő hatására nyit. A zárás a nyitóerő megszűnésének, illetve a záróerő megjelenésének hatására következik be.
A szelepeket a szeleptányér emelkedése alapján is megkülönböztetik:
  • A normál (gyakorlatban gyakran alacsony) emelkedésű szelepeknél a szeleptányér a maximális 10% nyomásnövekedésen belül eléri a levezetendő gőzmennyiséghez szükséges emelkedést. Egyéb, nyitási karakterisztikára vonatkozó elvárások nincsenek.
  • A teljes emelkedésű szelepek a megszólalást követő 5% nyomásnövekedésnél hirtelen a végállásig nyitnak. A kezdeti – arányossági – tartományban a szeleptányér emelkedése a teljes emelkedési magasság 20%-át nem haladhatja meg.
  • Az arányos (emelkedésű) szelepek a nyomás növekedésével közel arányosan nyitnak. A szelepemelkedés 10%-án belül hirtelen nyitás – nyomásnövekedés nélkül – nem jelentkezik. A maximális gőzmennyiség levezetéséhez szükséges teljes emelkedést a megszólalási nyomást 10%-kal meghaladó nyomásértéknél érik el.
 
A biztonsági szelepeket közvetlenül, zárószerelvények nélkül kell a védendő berendezésrészekre felszerelni. Az elvezetett közeg akadálymentes áramlását, a vezérlő, lefúvató vezetékeken kondenzálódó víz elvezetését biztosítani kell. A lefúváskor keletkező zaj minimalizálására a kiáramlást nem zavaró, kellően méretezett zajcsökkentőket kell alkalmazni.
A biztonsági szelepe(ke)t a berendezésen úgy kell elhelyezni, hogy egyrészt biztosan elkerülhető legyen a megengedettnél nagyobb nyomásnövekedés, másrészt a berendezésrészek hűtése a lefúvatás alatt is elfogadható legyen. Az előbbi szempontból a kazándobra kellene a megfelelő szelepkeresztmetszetet beépíteni, ekkor azonban az utánkapcsolt túlhevítő hűtése lényegesen romlana, a túlhevítő első fokozatában a dob nyomáscsökkenéséből adódóan hőmérséklet-csökkenés következne be, míg a többi fokozatok tömegáramának csökkenése hőmérséklet-növekedésre vezetne. A csak a túlhevítők után beépített biztonsági szelep(ek) a kellő hűtést biztosítanák, de a túlhevítő fokozatok nagy ellenállása miatt nem lehetne garantálni a nyomásnövekedés megengedett értékének betartását. Így a gyakorlatban a mind a kazándobra, mind a túlhevítő után beépítenek biztonsági szelepeket, mintegy 50-50% teljesítményaránnyal, rendszerint oly módon, hogy a kazándobra elhelyezett szelep vezérlőberendezése a túlhevítő utáni szelepet is működteti. A szelepek gyakori megszólalásának elkerülésére az üzemi nyomást a méretezési nyomás alatt kell tartani.
 
A hőmérséklet korlátozása: A túlhevítő felületek megengedhetetlen túlhevülését a felületek megfelelő, a változó üzemállapotokat is figyelembe vevő méretezésével, a biztonsági szelepek előbbiek szerinti megosztásával, megfelelően méretezett befecskendezéses hőmérséklet-szabályozás kialakításával, illetve a kazán indítása alatt a felületek szükség szerinti vízzel való feltöltésével lehet megelőzni. A befecskendezéses hőmérséklet-szabályozást, illetve kazánindítást a későbbiekben (2.2.2.6. fejezet, illetve 8.1. fejezet) részletesen ismertetjük.
A méretezési értéket meghaladó falhőmérsékletek elsősorban a sugárzásos hőátadásnak kitett, nagy hőterhelésű, rendszerint elgőzölögtető felületeken alakulhatnak ki. Az ok egyrészt a belső hőátadás elégtelen tömegáram miatti leromlása, másrészt a láng alakjának megváltozása, úgynevezett (falnak ütköző) szúróláng kialakulása. A túlhevítőknél elsősorban a csöveken belüli áramlási egyenlőtlenségek vezethetnek gyors meghibásodást okozó falhőmérséklet-növekedésre. A hőátadás csőbeli, elfogadhatatlan mértékű romlása a kazán gondos, különféle üzemállapotokat figyelembe vevő tervezésével mind az elgőzölögtetőknél, mind a túlhevítőknél megelőzhető.
A lángok alakjának megváltozása, a láng megnyúlása, szúróláng kialakulása még gondos üzemfelügyelet mellett sem zárható ki. A berendezések meghibásodásának megelőzésére ezért falhőmérőket- (lángcsöves kazánoknál a lángcső felső részére, kötelezően), illetve hőáramsűrűség-mérőket (besugárzott kazánoknál a tűztérfalra, a megrendelővel egyeztetve) építenek be. Előbbiek a megengedett érték elérésekor azonnal leállítják a tüzelést, utóbbiak az üzemeltető személyzetet tájékoztatják. Az egyenlőtlenséget okozó salak-, pernyelerakódások megelőzésére szén-, biomassza-tüzelésű berendezéseknél a tűztérben vízlándzsázást, a konvektív felületeken koromfúvózást kell alkalmazni. Ilyen tisztítóberendezésekre minden szilárd, folyékony szennyezőanyag-tartalmú égéstermékkel érintkező fűtőfelületnél is szükség van.
 
A lerakódások megelőzése: A vízoldali kiválások a tápvízzel a kazánba bevezetett szennyeződésekből, a tápvíz oldott sótartalmának átalakulásából, kiválásából, illetve a kazán szerkezeti anyagának korróziójából jöhetnek létre. A kiválásra, korrózióra vezető folyamatokat a későbbiekben (4. fejezet) részletesen is tárgyaljuk. A kazán biztonságának a megőrzésére, a kiválásokból, korróziós termékekből adódó esetleges dugulások megelőzésére a kazándobból, illetve a kazán „mélypontjairól” időszakosan, rendszerint a kazán üzemnyomásának elérését követően – nem teljes sótalanítás, mint vízelőkészítés, esetén üzem közben is – leiszapolást kell alkalmazni. Az elvezető helyeket, a leiszapolás során alkalmazott áramlási sebességet úgy kell megválasztani, hogy az esetleges kiválások elvezetésére minél kisebb közegveszteséggel, minél rövidebb idő alatt kerülhessen sor, és a kiválások a leiszapoló vezetékek szerelvényeiben ne okozzanak tömörtelenséget eredményező kopást, lerakódást. A rendszerint telítési állapotú kazánvíz hőenergiájának hasznosításáról, a közegveszteség minimalizálásáról is gondoskodni kell.
Míg a kiválások elvezetésére csak esetenként és időlegesen van szükség, addig az úgynevezett lelúgozást, amely egyrészt a kazánvíz sótartalmának beállítását, másrészt a tápvízhez adagolt és az elgőzölgés következtében bedúsult lúgosítószerek felesleges mennyiségének elvezetését célozza, rendszerint folyamatosan működtetni kell. Miután a legnagyobb koncentráció a fázis- (gőz-kazánvíz) szétválasztásnál alakul ki, a lelúgozás célszerűen a kazándobból, a vízszint alól történik. Az elvezetendő közeg mennyiségét, az elvezetés módját (folyamatos, szakaszos) a kazánvíz minőségére vonatkozó előírások figyelembevételével kell meghatározni. Az energiahasznosítást, a környezet károsodásának megelőzését ez esetben is biztosítani kell.
 
A lengések megelőzése, hatásuk csökkentése: Tűztéri nyomáshullámok kialakulásával, a láng lengésével minden tüzelőanyagnál számolni kell (6.1. fejezet). Ennek minimalizálása a keveredési viszonyok, a lángstabilitás javításával, az áramlási eredetű egyenlőtlenségek, a rezgések megszüntetésével, elhangolásával a tüzeléstechnika feladata. A folyamatos fejlődés ellenére azonban nem lehet kizárni, hogy égő meghibásodásból, keveredési egyenlőtlenségből, a folyamatos újragyújtás instabilitásából adódóan a lengések nyomáshullámainak amplitúdóját lényegesen meghaladó nagyságú úgynevezett berobbanások vagy tűztéri robbanások forduljanak elő. Az ezeknél megfigyelhető nyomáscsúcs általában lényegesen nagyobb a füstgázterek szokásosan 5–6000 Pa nagyságú méretezési nyomásánál. Így könnyen a tűztérfalazat, füstgázjáratok felhasadását, az ekkor elszabaduló szerkezeti elemek a környezet, a személyzet veszélyeztetését eredményezhetnék. Ennek elkerülése érdekében a tűztérre, a füstgázjáratokra a várható nyomáshullám megengedhető csúcsértéken történő korlátozása miatt robbanóajtókat kell elhelyezni, amelyek az esetlegesen kiáramló füstgázokat a berendezés és a személyzet veszélyeztetése nélkül tudják a környezetbe vezetni.
 
Légtelenítés: A kazánban visszamaradó vagy a tápvízzel behordott levegő a kazán felső részén megakadályozhatja a fűtőfelületek vízzel történő nedvesítését, ezzel megfelelő hűtését, ami az érintett szerkezeti elemek gyors meghibásodására vezethet. A forróvízkazánoknál a visszamaradt vagy a keringtetett vízzel − gáztalanítás hiányában − folyamatosan bevitt levegő a kazán vízoldali lengését is előidézheti (2.3.1. fejezet). Így a csővezetékek gáztalanított vízzel történő feltöltése mellett a kazán szerkezeti elemeinek felső részén légtelenítő csonkokat kell elhelyezni, ezek hatásosságához azonban a kialakításnál, elrendezésnél a holt tereket, légzsákokat is el kell kerülni.
 
A vákuum megelőzése: A kazánok leürítésénél, különösen nagy vízterű kazánok esetében alakulhat ki veszélyes helyzet, amennyiben a kazántest vákuum alá kerül. Miután ennek elviselésére a nagyobb átmérőjű kazánköpeny általában alkalmatlan, a kazán leürítésének megkezdése előtt egyrészt nyitni kell a légtelenítő vezetéke(ke)t, másrészt biztosítani kell, hogy esetleges vákuum esetén automatikusan nyíló szippantószelep lépjen működésbe.
Vákuum kialakulásával a felfűtött, lezárt kazán lehűlésekor is számolni kell, ezért a tüzelés kikapcsolása után a vízszint alakulását, a nyomás csökkenését figyelni és az esetleges tápvízutánpótlásról, légtelenítőnyitásról gondoskodni kell. A frissen leállított berendezést nem lehet felügyelet nélkül magára hagyni (kivéve, ha ilyen eset kezelésére is alkalmas vezérléssel rendelkezik).
1 Az 1853. évi november 25-én kelt császári nyílt parancs alapján megkezdett hazai gőzkazán-ellenőrzés változatos történetét Várnai Imre ismerteti [1.3].

Kazánok

Tartalomjegyzék


Kiadó: Akadémiai Kiadó

Online megjelenés éve: 2020

ISBN: 978 963 454 492 0

Háztartásokban, ipari üzemekben, erőművekben széleskörűen alkalmaznak tüzelőanyag elégetésével vagy más módon bevezetett hőmennyiség hőhordozó közeggel történő hasznosítására szolgáló berendezéseket: kazánokat. A könyv ezek tervezésének, üzemeltetésének, vizsgálatának szerteágazó konstrukciós, hőtechnikai, áramlástani, szilárdságtani, vegyészeti és más ismereteit foglalja össze, az egyetemi oktatásban és a gyakorlati életben is hasznosítható módon. Az elméletet élő gyakorlattal ötvözve elsősorban erőműi, ipari, távhőszolgáltató kazánokkal foglalkozik, de a folyamatokra, szerkezeti kialakításra, gyakorlati viselkedésre vonatkozó utalások kisebb berendezéseknél is alkalmazhatók.

Hivatkozás: https://mersz.hu/gerse-kazanok//

BibTeXEndNoteMendeleyZotero

Kivonat
fullscreenclose
printsave