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压力容器培训教材
目 录 第一部分 压力管道的基本知识 第一节 压力管道的基本术语 第二节 压力管道的分类 第三节 压力管道的构成 第四节 压力管道的安全技术现状 第五节 压力管道的载荷和应力分类 第六节 压力管道的补偿器和支吊架 第七节 压力管道操作的一般规定 第二部分 压力容器的基本知识 第一节 压力容器概述 第二节 压力容器的使用简介 第三节 压力容器的分类 第四节 压力容器的检验 第五节 压力容器事故率高的原因 第六节 压力容器的安全操作与维护 第七节 压力容器的安全附件 第三部分 火电厂常见的压力设备 第一节 汽轮机本体 第二节 汽轮机的静止部分 第三节 汽轮机的转动部分 第四节 高压加热器 第五节 低压加热器 第六节 给水泵 第七节 除氧器 第一部分 压力管道的基本知识 压力管道是生产、生活中广泛使用的可能引起燃爆或中毒等危险性较大的特种设备。压力管道分布极广，凡有流体输送的场合一般都用压力管道。石油、天然气的长距离输送，城镇燃气和公用动力蒸汽的输送，各种石油、化工工业生产装置等都有大量管道。确保压力管道安全使用，对于保障人民生命和国家财产的安全具有特殊的意义。所以，许多经济发达国家对压力管道的安全管理和监督监察制度有相应的法律、法规、标准、规定，还制定了整套执行监督机制。这方面我国近年来也取得了明显的进展。原劳动部在1996年4月颁布了《压力管道安全管理和监察规定》，指导全国压力管道安全管理和监察工作实行规范化管理。 第一节 压力管道的基本术语 压力管道涉及的面很广，涉及到管道组成的国家标准就数以百计，所用到的术语很多。这里列出一部分，仅供参考。在具体使用某标准时还需仔细阅读该标准的术语解释。 1、管道－由管道组成体和管道支承件组成，用于输送、分配、混合、分离、排放、计量、控制或制止流体流动的管子、管件、阀门、法兰、垫片、螺栓连接和其它组成件或受压部件的装配总成。 2、管道系统－由若干按独立的设计条件组合的管道组成的系统。 3、压力管道－本书中的压力管道系指符合原劳动部1996年4月颁布的《压力管道安全管理和监察规定》限定的各种管道。包括最高工作压力大于等于0.1MPa（表压力），输送介质为气（汽）体、液化气体、可燃易爆有毒有腐蚀性或最高工作温度高于等于标准沸点的液体的管道。 4、工业管道－企业、事业单位所属的用于输送工艺介质的工艺管道、公用工程管道和其它辅助管道。 5、公称直径－用标准的尺寸系列表示管子、管件、阀门等口径的名义内直径。 6、公称压力－管子、管件、阀门等在规定温度允许承受的以标准规定的系列压力等级表示的工作压力。 7、工作压力－管子、管件、阀门等管道组成件在正常运行条件下承受的压力。 8、设计压力－在正常操作过程中、在相应设计温度下、管道可能承受的最高工作压力。 9、压力试验－以液体或气体为介质，对管道逐步加压，达到规定的压力，以检验管道强度和密封性的试验。 10、泄露性试验－以气体为介质，在设计压力下，采用发泡剂、显色剂、气体分子感测仪或其它专门手段等检查管道系统中泄露点的试验。 11、工作温度－管道在正常操作条件下的温度。 12、设计温度－管道在正常操作过程中，在相应设计压力下，管道可能承受的最高或最低温度。 13、管道组成件－用于连接或装配管道的元件。它包括管件、阀门、法兰、垫片、坚固件，以及膨胀接头、挠性接头、耐压软管、疏水器、过滤器和分离器等。 14、管道支承件－管道安装件和附着件的总称。 15、安装件－将负荷从管子或管道附着件上传递到支承结构或设备上的元件。包括吊杆、弹簧支吊架、斜拉杆、平衡锤、松紧螺栓、支撑杆、链条、导轨、锚固件、鞍座、垫板。 第二节 压力管道的分类 压力管道根据不同的特性有各种不同的分类方法。 1、根据管道承受内压的不同可以分为真空管道、中低压管道、高压管道、超高压管道。 2、根据输送介质的不同分为蒸汽管道、燃气管道、工艺管道等，其中工艺管道又以所输送介质的名称命名为各种管道。 3、按材料分有合金钢管道、不锈钢管道、碳钢管道、有色金属管道、非金属管道和复合材料管道等，其中又包含多种不同的材料。如有色金属管道中有铜管道、铝管道等，复合管道有金属复合管道、非金属复合管道，金属与非金属复合管道等。 从设计或施工要求、安全管理的不同角度出发，由于压力管道所处环境不同，组成结构千差万别，若用同样的高标准要求所有压力管道，难免有不合理的情况出现。譬如，不管具体情况一律以最苛刻的条件制定压力管道的选材、制造、安装、质量检验标准，势必在很多场合造成人力、物力、财力和时间的严重浪费；反之，均以普通要求制订标准，一些条件苛刻的管道的安全性就得不到保证，我国不同部门根据不同情况分别对所管辖的压力管道进行分类管理。第三节 压力管道的构成 压力管道的构成并非是千篇一律的，由于它所处的位置不同，功能有差异，所需要的元器件就不同。管道构成的元器件比较多，除直管还有管件、阀门、连接件、附件、支架等。有分支、相交的情况，这时可以使用三通、四通。在不同管径管子连接处用异径管，异径管有同心与偏心两种，同心异径管形状成轴对称，应力分布情况较好，偏心异径管一侧在一条直线上，通常将这一侧置于下方，不论管径有什么变化，支承高度相等，对支架设计较为方便，但这种异径管的应力集中现象尤为严重。波纹管也是一种管件，它可以吸收管道热膨胀变形，减小管道在温度变化时引起长度变化而在管道的某个局部产生过大的应力。第四节 压力管道的安全技术现状 1、压力管道设计 压力管道设计是否合理是压力管道安全运行的基本保证。技术先进的国家，对管道设计早就给予高度重视，尤其对温度较高、直径较大的管道，都要进行严密的计算。为此，研制了多种专用计算软件，这些国家在科学研究方面也做了许多工作，花巨额资金模拟管道工况进行试验研究，为设计提供可靠的依据，他们的管道设计已达到较高的水平。在我国，原来的管道设计主要考虑布置，不让管子平面相交或管子与设备相交，对温差应力只作简单的分析。自从引进国外先进技术并参于部分设计工作以后，逐步掌握了先进的设计方法。并引进了国外软件，需要时可以进行应力分析和振动分析等计算。经过严密计算设计好的管道，其结构走向、支吊架型式和位置，使用弹簧支吊架的场合，各支吊架使用的弹簧型号和弹簧预压缩量都有明确的规定。但是，某些小型设计单位和企业设计部门至今尚未具有这样的条件。一般情况下，在改造项目和旧装置中不合理的情况较多，主要时热应力和管系振动问题未能充分考虑。2、管道振动 管道的振动是一种常见现象，严重的振动会加速裂纹扩展，威胁系统的安全运行。与运转设备相连接的管道，尤其与往复机械相连的管道，振动是不可避免的，只要将振动控制在一定的范围内就可以了。不稳定的两相流、液击、地震、风等都会加剧管道的振动。在管道设计中对各种影响管道振动的因素应予考虑。3、管道结构设计 管道的结构设计既要满足工艺要求，还要考虑应有适当的柔性，使管道既具有吸收金属热膨胀变形的能力，又具有抵抗振动的能力。为尽量减小管道的最大应力，在结构上要避免或减小应力集中，并设法将应力集中位置设置到应力较低的位置。任何复杂管道，分叉是不可避免的，一种很典型的分支结构，它出现在主管介质分两路输送的场合，这种场合必须有一个三通。由于流体分成两股后各股的量均比原来小，所需要的管子尺寸小了，紧接着就是异径接头，为使管子最下部标高一致，常常采用偏心异径接头。这种位置管道的受力情况是个空间力系，管件受力较复杂，异径管小端又有应力集中，而偏心异径管的小端应力集中更严重。异径管小端的应力比直管的应力高一倍以上，大小端管径相差越多，应力集中现象越严重，如公称尺寸为400/200mm的异径接头小端最大应力为与之相距0.3m的直管应力的十倍左右，而偏心异径管又比同心异径管的应力集中情况更严重。研究表明的两种异径管的应力分布情况，偏心异径管小端应力集中更严重。4、管道的材料选用 材料选择合理也是管道安全的重要因素，选材的差错主要发生在以下几种情况：⑴对介质的成分缺乏细致的研究。有些含量极少的成分随时间而累计，由本来没有明显损害而逐渐变得能威胁管道正常运行，有时候生产过程出现不稳定而使某些有害物质含量超标，使管道受到意外损伤。 ⑵维修时一时没有设计选用的材料，时间又十分紧迫而不得不用代替材料时，又未作周密考虑而采用了不合适的材料。 ⑶领用的管件和管道附件的材料没有认真查对而造成错误。 某石油化工厂一阀门的阀盖与阀体连接螺栓用35号钢代替原来的35CrMo，强度明显下降，不能保证密封，引起大火造成巨大经济损失；某化肥厂合成塔气相出口安全阀的密封垫圈应用316L，实际却用了2Cr13，因此，运行时腐蚀很快，因发现得早，检修及时未造成重大损失，但临时停车检修造成了很大的间接经济损失；某环氧树脂厂—阀门按设计要求和样本说明应用碳钢阀体阀盖和不锈钢阀座，实际却使用铸铁阀座与35钢阀座，最终阀门不能正常工作而引起大事故。 5、管道的腐蚀与防护 压力管道的工作环境是多种多样的，许多场合与腐蚀性介质接触，埋地长输管道还受到土壤和各种地下带酸碱性的物质侵蚀，管道的腐蚀问题是一个普遍的问题。防腐蚀对管道而言是很重要的问题。在工业管道中腐蚀是一种导致管道失效的主要形式。例如1993年某发电厂一三通焊口侧发生断裂，应力腐蚀是事故的根本原因；1994年张家口某厂一管道因腐蚀而减薄穿孔泄露引起爆炸，造成严重事故；1978年东北一输油管道腐蚀形成空洞，跑油数百吨。针对腐蚀问题，要采用各种防腐蚀措施，目前采取的防腐蚀措施主要有选用耐腐蚀材料、耐腐蚀涂层，增加壁厚附加量，采取有利于提高耐腐蚀性能的结构等。 6、压力管道的质量检验 质量检验是整个质量保证体系中一个十分重要的环节。压力管道的安全运行离不开质量检验，新装置安装过程中也要及时做好质量检查。无损检测是重要的检查环节，为保证焊缝的质量，进行无损检测是必不可少的，但保证焊接各个环节的质量更是保证管道质量的基本条件。除焊接质量外，法兰垫片连接的密封性也是很重要的因素。最后还要分步进行试压、试运行。严格的质量检查是管道安全的一个重要环节。第五节 压力管道的载荷和应力分类 1、压力管道的载荷 作用于压力管道的载荷有管内介质产生的压力，管子重量(包括管内介质保温材料等)产生的均布载荷，阀门、三通、法兰等管件重量产生的集中载荷，管道支吊架产生的反力，管道溢度变化热胀冷缩受约束产生的热载荷，管道安装施工时各部分尺寸误差产生的安装残余应力，与管道连接的设备变位或其它原因的管端位移引起管系变形而产生的载荷等等。它们都使管道产生内力和变形。此外，由于管内介质压力脉动引起的管道振动以及液击产生的冲击波等也是管系设计中必须加以考虑的载荷。由于不同特征的载荷产生的应力性态及其对破坏的影响不同。因此需要对载荷进行分类。 ⑴根据载荷作用时间的长短可以分为恒载荷和活载荷。恒载荷是指恃续作用于管道的载荷，如介质压力、管道自重、支吊架反力、热胀受约束产生的热负荷、应变自均衡产生的自拉力和残余应力等；活载荷是指临时作用于管道的载荷。 ⑵根据载荷作用的性质可以分为静力载荷和动力载荷。静力载荷是指缓慢、毫无振动地加到管道上的载荷，它的大小和位置与时间无关，或者是极为缓慢地变化，可略去惯性力的影响，不使管道产生显著运动。动力载荷是指随时间迅速变化的载荷，使管道产生显著的运动。而且必须考虑惯性力的影响．例如管道的振动、阀门突然关闭时的压力冲击、地震等。 2、应力分类 管道在压力载荷、机械载荷及热负荷等作用下在整个管路或某些局部区域产生不同性质的应力。对于不同性质的应力应当区别对待．根据它对管道破坏所起作用的不同，给予不同的限定。压力管道的应力一般可分为一次应力（P）、二次应力（Q）和峰值应力（F）。⑴一次应力是由于外载荷作用而在管道内部产生的正应力或剪应力，它必须满足力与力矩的平衡法则。一次应力的基本特征是非自限性的，它始终随载荷的增加而增加，超过屈服极限或持久强度，将使管道发生过度的变形而破坏。 ⑵二次应力是管道由于变形受约束而产生的正应力或剪应力，它本身不直接与外力相平衡。二次应力的特点是有自限性，当局部范围内的材料产生屈服或小量变形时，相邻部分之间的约束便得到缓和，使变形趋向协调不再继续发展，而应力自动地限制在一定的范围内。例如，管道由于热胀冷缩和其它位移受约束而产生的应力属于二次应力。 ⑶峰值应力是出于载荷、结构形状的局部突变而引起的局部应力集中的最高应力值。峰值应力的特征是整个结构不产生任何显著的变形，它是疲劳破坏和脆性断裂的可能根源。例如：管道中小的转弯半径处，焊缝咬边处等的应力属于峰值应力。 3、热应力的概念 物体一般都有热胀冷缩的性质，管道也不例外，如果温度变化时，管道不受外界的限制而完全自由地伸缩，这时管道中并不产生热应力。但是，如果管道受到约束，温度变化时不能自由地膨胀或伸缩，这时管道将产生热应力，或称温度应力。第六节 压力管道的补偿器和支吊架 1、管道补偿器 ⑴管道的热应力与管道柔性(即弹性)有关，因此在温度较高的管道系统中，常常设置一些弯曲的管段或可伸缩的装置以增加管道的柔性．减小热应力。这些能减小热应力的弯曲管段和伸缩装置称为补偿器。 ⑵根据补偿器的形成可以将其分成两类：一类是由于工艺需要在布置管道时自然形成的弯曲管段，称为自然补偿器，如L型补偿器和z型补偿器。另一类是专门设置用于吸收管道热膨胀的弯曲管段或伸缩装置，称为人工补偿器，如波纹式补偿器或填料函式补偿器等。 由于自然补偿器是在布置管道时自然形成的，不必多费管材，也不增加管内介质的流动阻力．因此应尽量采用自然补偿器．只有在自然补偿器不能满足要求时，才采用人工补偿器。 2、管道支吊架 管道支吊架是管系中不可缺少的组成部分。支吊架的功能可概括为三个方面：承受管道载荷、限制管道位移和控制管道振动。其中以承受管道重力载荷为支吊架最主耍、最普遍的功能。正确选用支吊架．可以减小管系的应力及管道对设备的推力和力矩，使管道和设备能够长期安全运行。 ⑴管道支吊架的类型 根据管道支吊装置承载、限位和防振三大功能．以及各种支吊装置的性能和用途，可将其分为承重支吊架、限位支吊装置二类。 ①承重支吊架 以支承管道自重(包括管件、管内介质、保温层等)为目的的装置，统称为承重支吊架或简称支吊架。支吊架按其承载结构与管道在空间的相对位置可分为支架和吊架两类。由管下部支承管重的叫支架．其承重部件受压缩载荷；由管上方悬吊的叫吊架，其承重部件受拉伸载荷。承重支吊架按其在管道垂直(上下)位移时载荷的变化情况大致分为恒力支吊架、变力支吊架和钢性支吊架三种。 ②限位支吊装置 以限制和约束管系因热膨胀等原因产生位移为目的的装置。统称为限位支吊装置。限位支吊装置按其特性可分为限位装置，导向支架（导向装置)，固定支架三种。 第七节 压力管道操作的一般规定 1、压力管道在使用前做好一切准备工作，落实各项安全措施。 2、凡操作压力管道的人员必须熟知所操作压力管道的性能和有关安全知识。非本岗人员严禁操作。值班人员应严格按照规定认真做好运行记录和交接班记录，交接班应将设备及运行的安全情况进行交底。交接班时要检查管道是否完好。 3、压力管道本体上的安全附件应齐全，并且是灵敏可靠，计量仪表应经质监部门进行检验合格在有效期内。 4、压力管道在运行过程中，要时刻观察运行状态，随时做好运行记录。注意压力、温度是否在允许范围内，是否存在介质泄漏现象，设备的本体是否有肉眼可见的变形等，发现异常情况立即采取措施并报告（压力表、安全阀等要定期手动排放一次，并做出记录）。常规检查项目如下： ⑴各项工艺指标参数、运行情况和系统平稳情况。 ⑵管道接头、阀门及管件密封情况。 ⑶保温层、防腐层是否完好。 ⑷管道振动情况。 ⑸管道支吊架的紧固、腐蚀和支撑以及基础完好情况。 ⑹管道之间以及管道与相邻构件的连接情况。 ⑺阀门等操作机构是否灵敏、有效。 ⑻安全阀、压力表、爆破片等安全保护装置的运行、完好情况。 ⑼静电接地、抗腐蚀阴阳极保护装置完好情况。 ⑽其它缺陷或异常等。 5、在停汽又重新供汽时，应检查管道及连接的阀门及相关附件等是否完好。送汽时，供汽阀门应逐渐开大到正常，压力不得超过规定压力。 6、检修管道时应关闭水气阀门，泄压降温后再作业。作业中人员要避开阀门、管口等，防止烫伤等伤害。 第二部分 压力容器的基本知识 第一节 压力容器概述 1、定义 压力容器，是指盛装气体或者液体，承载一定压力的密闭设备。贮运容器、反应容器、换热容器和分离容器均属压力容器2、概述 为了与一般容器(常压容器)相区别，只有同时满足下列三个条件的容器，才称之为压力容器： ⑴工作压力大于或者等于0.1MPa[工作压力是指压力容器在正常工作情况下，其顶部可能达到的最高压力（表压力）],（不含液体静压力）。 ⑵内直径（非圆形截面指其最大尺寸）大于或者等于0.15m。且容积（V）大于或者等于0.025立方米，工作压力与容积的乘积大于或者等于2.5MPa-L(容积是指压力容器的几何容积）。 ⑶盛装介质为气体、液化气体以及介质最高工作温度高于或者等于其标准沸点的液体。 第二节 压力容器的使用简介 压力容器的用途十分广泛，它在石油化学工业、能源工业、科研和军工等国民经济的各个部门都起着重要作用的设备。压力容器一般由筒体、封头、法兰、密封元件、开孔和接管、支座等六大部分构成容器本体。此外，还配有安全装置及表计、完成不同生产工艺作用的内件。压力容器由于密封、承压及介质等原因，容易发生爆炸、燃烧起火而危及人员、设备和财产的安全及污染环境的事故。目前，世界各国均将其列为重要的监检产品，由国家指定的专门机构，按照国家规定的法规和标准实施监督检查和技术检验。第三节 压力容器的分类 压力容器的分类方法很多，从使用、制造和监检的角度分类，有以下几种：1、按承受压力的等级分为：低压容器、中压容器、高压容器和超高压容器。 ⑴低压容器 0.1MPa＜P＜1.6MPa ⑵中压容器 1.6MPa＜P＜10MPa ⑶高压容器 10MPa＜P＜100MPa ⑷超高压容器 P≥100MPa 2、按盛装介质分为：非易燃、无毒；易燃或有毒；剧毒。 3、按工艺过程中的作用原理不同分为： ⑴反应容器（代号R）：用于完成介质的物理、化学反应的容器。如反应器、反应釜、分解锅、硫化罐、分解塔、聚合釜、高压釜、超高压釜、合成塔、变换炉、蒸煮锅、蒸球、蒸压釜、煤气发生炉等。 ⑵换热容器（代号E）：用于完成介质的热量交换的容器。如管壳式余热锅炉、热交换器、冷却器、冷凝器、蒸发器、加热器、消毒锅、染色器、烘缸、蒸炒锅、预热锅、溶剂预热器、蒸锅、蒸脱机、电热蒸汽发生器、煤气发生炉水夹套等。 ⑶分离容器（代号S）：用于完成介质的质量交换、气体净化、固、液、气分离的容器。主要是用于完成介质的流体压力平衡缓冲和气体净化分离的压力容器，如分离器、过滤器、集油器、缓冲器、洗涤器、吸收塔、铜洗塔、干燥塔、汽提塔、分汽缸、除氧器等。 ⑷贮运容器（代号C，其中球罐代号B）：用于盛装液体或气体物料、贮运介质或对压力起平衡缓冲作用的容器。主要是用于储存、盛装气体、液体、液化气体等介质的压力容器，如各种型式的储罐。 第四节 压力容器的检验 1、压力容器的外部检查 压力容器的外部检查亦称运行中检查，检查的主要内容有：压力容器外表面有无裂纹、变形、泄漏、局部过热等不正常现象；安全附件是否齐全、灵敏、可靠；紧固螺栓是否完好、全部旋紧；基础有无下沉、倾斜以及防腐层有无损坏等异常现象。外部检查既是检验人员的工作，也是操作人员日常巡回检查项目。发现危及安全现象（如受压元件产生裂纹、变形、严重泄渗等）应予停车并及时报告有关人员。 2、压力容器内外部检验 压力容器内外部检验必须在停车和容器内部清洗干净后才能进行。检验的主要内容除包括外部检查的全部内容外，还要检验内外表面的腐蚀磨损现象；用肉眼和放大镜对所有焊缝、封头过渡区及其他应力集中部位检查有无裂纹，必要时采用超声波或射线探伤检查焊缝内部质量；测量壁厚。若测得壁厚小于容器最小壁厚时，应重新进行强度校核，提出降压使用或修理措施；对可能引起金属材料的金相组织变化的容器，必要时应进行金相检验；高压、超高压容器的主要螺栓应利用磁粉或着色进行有无裂纹的检查等。通过内外部检验，对检验出的缺陷要分析原因并提出处理意见。修理后要进行复验。压力容器内外部检验周期为每三年一次，但对强烈腐蚀性介质、剧毒介质的容器检验周期应予缩短。运行中发现有严重缺陷的容器和焊接质量差、材质对介质抗腐蚀能力不明的容器也均应缩短检验周期。 3、压力容器全面检验 压力容器全面检验除了上述检验项目外，还要进行耐压试验（一般进行水压试验）。对主要焊缝进行无损探伤抽查或全部焊缝检查。但对压力很低、非易燃或无毒、无腐蚀性介质的容器，若没有发现缺陷，取得一定使用经验后，可不作无损探伤检查。容器的全面检验周期，一般为每六年至少进行一次。对盛装空气和惰性气体的制造合格容器，在取得使用经验和一两次内外检验确认无腐蚀后，全面检验周期可适当延长。第五节 压力容器事故率高的原因 设备事故率的大小，影响因素较多，也十分复杂。它不但与整个工业领域的各项技术水平有关，而且还与社会文化和人的素质有关。 在相同的条件下，压力容器的事故率要比其他机械设备高得多。本来压力容器大多数是承受静止而比较稳定的载荷，并不像一般转动机械那样容易因过度磨损而失效，也不像高速发动机那样因承受高周期反复载荷而容易发生疲劳失效。究其原因，主要有以下几方面: 1、技术条件 ⑴使用条件比较苛刻。压力容器不但承受着大小不同的压力载荷（在一般情况下还是脉动载荷）和其他载荷，而且有的还是在高温或深冷的条件下运行，工作介质又往往具有腐蚀性，工况环境比较恶劣。 ⑵容易超负荷。容器内的压力常常会因操作失误或发生异常反应而迅速升高，而且往往在尚未发现的情况下，容器即已破裂。 ⑶局部应力比较复杂。例如，在容器开孔周围及其他结构不连续处，常会因过高的局部应力和反复的加载卸载而造成疲劳破裂。 ⑷常隐藏有严重缺陷。焊接或锻制的容器，常会在制造时留下微小裂纹等严重缺陷，这些缺陷若在运行中不断扩大，或在适当的条件（如使用温度、工作介质性质等）下都会使容器突然破裂。 2、使用管理 ⑴使用不合法。购买一些没有压力容器制造资质的工厂生产的设备作为承压设备，并非法当压力容器使用，以避开报装、使用注册登记和检验等安全监察管理，留下无穷后患。 ⑵容器虽合法而管理操作不符合要求。企业不配备或缺乏懂得压力容器专业知识和了解国家对压力容器的有关法规、标准的技术管理人员。压力容器操作人员未经必要的专业培训和考核，无证上岗，极易造成操作事故。 ⑶压力容器管理处于“四无”状态。即一无安全操作规程，二无建立压力容器技术档案，三无压力容器持证上岗人员和相关管理人员，四无定期检验管理。使压力容器和安全附件处于盲目使用、盲目管理的失控状态。 ⑷擅自改变使用条件，擅自修理改造。经营者无视压力容器安全，为了适应某种工艺的需要而随意改变压力容器的用途和使用条件，甚至带“病”操作，违规超负荷超压生产等造成严重后果。 ⑸地方政府的安全监察管理部门和相关行政执法部门管理不到位。安全监察管理部门和相关行政执法部门的工作未能使用社会主义市场经济的发展，特别是规模小、分布广的民营和私营企业的激增，使压力容器的安全监察管理存在盲区和管理不到位的现象，助长了压力容器的违规使用和违规管理。 第六节 压力容器的安全操作与维护 1、压力容器的安全操作 ⑴操作的基本要求 ①平稳操作。加载和卸载应缓慢，并保持运行期间载荷的相对稳定。 压力容器开始加载时，速度不宜过快，尤其要防止压力的突然升高。过高的加载速度会降低材料的断裂韧性，可能使存在微小缺陷的容器在压力的快速冲击下发生脆性断裂。高温容器或工作壁温在0℃以下的容器，加热和冷却都应缓慢进行，以减小壳壁中的热应力。操作中压力频繁地和大幅度地波动，对容器的抗疲劳强度是不利的，应尽可能避免，保持操作压力平稳。 ②防止超载。防止压力容器过载主要是防止超压。压力来自器外(如气体压缩机、蒸汽锅炉等)的容器，超压大多是由于操作失误而引起的。为了防止操作失误，除了装设连锁装置外，可实行安全操作挂牌制度。在一些关键性的操作装置上挂牌，牌上用明显标记或文字注明阀门等的开闭方向、开闭状态、注意事项等。对于通过减压阀降低压力后才进气的容器，要密切注意减压装置的工作情况，并装设灵敏可靠的安全泄压装置。 由于内部物料的化学反应而产生压力的容器，往往因加料过量或原料中混入杂质，使反应后生成的气体密度增大或反应过速而造成超压。要预防这类容器超压，必须严格控制每次投料的数量及原料中杂质的含量，并有防止超量投料的严密措施。贮装液化气体的容器，为了防止液体受热膨胀而超压，一定要严格计量。对于液化气体贮罐和槽车，除了密切监视液位外，还应防止容器意外受热，造成超压。如果容器内的介质是容易聚合的单体，则应在物料中加入阻聚剂，并防止混入可促进聚合的杂质。物料贮存的时间不宜过长。除了防止超压以外，压力容器的操作温度也应严格控制在设计规定的范围内，长期的超温运行也可以直接或间接地导致容器的破坏。 ⑵容器运行期间的检查。容器专责操作人员在容器运行期间应经常检查容器的工作状况，以便及时发现操作上或设备上的不正常状态，采取相应的措施进行调整或消除，防止异常情况的扩大或延续，保证容器安全运行。 对运行中的容器进行检查，包括工艺条件、设备状况以及安全装置等方面。 ①工艺条件方面，主要检查操作压力、操作温度、液位是否在安全操作规程规定的范围内，容器工作介质的化学组成，特别是那些影响容器安全(如产生应力腐蚀、使压力升高等)的成分是否符合要求。 ②设备状况方面，主要检查各连接部位有无泄漏、渗漏现象，容器的部件和附件有无塑性变形、腐蚀以及其他缺陷或可疑迹象，容器及其连接管道有无振动、磨损等现象。 ③安全装置方面，主要检查安全装置以及与安全有关的计量器具是否保持完好状态。 ⑶容器的紧急停止运行。压力容器在运行中出现下列情况时，应立即停止运行： ①容器的操作压力或壁温超过安全操作规程规定的极限值，而且采取措施仍无法控制，并有继续恶化的趋势。 ②容器的承压部件出现裂纹、鼓包变形、焊缝或可拆连接处泄漏等危及容器安全的迹象。 ③安全装置全部失效，连接管件断裂，紧固件损坏等，难以保证安全操作。 ④操作岗位发生火灾，威胁到容器的安全操作。 ⑤高压容器的信号孔或警报孔泄漏。 2、压力容器的维护保养 做好压力容器的维护保养工作，可以使容器经常保持完好状态，提高工作效率，延长容器使用寿命。 第七节 压力容器的安全附件 1、压力容器的主要安全附件 根据《压力容器维护检修规程》规定压力容器上应分别安装安全阀，爆破片，压力表，液面计和测温仪表，切断阀等安全附件。 2、压力容器的安全装置 ⑴安全泄压装置：如安全阀、防爆片、易熔塞等。 为了保证安全生产，要求某些阀门在介质压力超过规定数值时，能自动打开排泄介质，防止设备和管路破坏。压力正常后又能自动闭合，具有这种作用的阀门称为安全阀。 常用安全阀分为弹簧式安全阀，脉冲式安全阀和杠杆式（即重锤式）安全阀。 ⑵截流止漏装置：如紧急切断阀。 ⑶参数测量仪表：如压力表、液位计、温度计等。 ①压力容器上安装的压力表精度和量程的要求 压力表的精度对于低压容器不得低于2.5级。对于中压高压容器不应低于1.5级。压力表表盘的量程应为容器最高工作压力的1.5～3倍，一般取2倍为宜。压力表刻度盘上应划有红线，以指出容器的最高工作压力。 ②在腐蚀性介质中对压力表的要求 腐蚀性介质中，如在氨和H2S等介质中，由于介质对压力表的弹簧有腐蚀作用，因此要用耐腐蚀的不锈钢压力表，不得选用通常的铜质压力表，以免腐蚀穿孔，对高温高压场合，要用耐高温高压的压力表。 第三部分 火电厂常见的压力设备 第一节 汽轮机本体 1、汽轮机的主要工作原理 具有一定压力和温度的蒸汽流经固定不动的喷嘴，并在其中膨胀，蒸汽的压力、温度不断降低，速度不断增加，使蒸汽的热能转化为动能。然后，喷嘴出口的高速汽流以一定的方向进入装在叶轮上的动叶通道中，由于汽流速度的大小和方向改变，汽流给动叶片一作用力，推动叶轮旋转做功。可见，一列固定的喷嘴和与它相配合的动叶片构成了汽轮机的基本做功单元，称为汽轮机的级。可以通过冲动和反动两种不同的作用原理使蒸汽的热能转化为机械功。⑴冲动作用原理 由力学知识，当一运动物体碰到另一个静止的物体或者运动速度低于它的物体时，就会受到阻碍而改变其速度的大小或方向，同时阻碍它的物体一个作用力，该作用力称为冲动力。运动物体质量的大小和速度的变化决定了冲动力的大小，质量越大，冲动力越大；速度变化越大，冲动力越大。若在冲动力作用下，阻碍运动物体的速度改变，则运动物体就做出了机械功。根据能量守恒定律，运动物体动能的变化值就等于其所做出的机械功。利用冲动力做功的原理，称为冲动作用原理。按冲动原理做功的动叶通道，喷嘴出口的蒸汽以相对速度 进入动叶通道，由于受到动叶的阻碍，汽流方向不断改变，最后以相对速度 流出动叶通道，在流动中蒸汽对动叶产生一个轮周方向的冲动力 ，该力对动叶做功使动叶转动。冲动作用原理的特点是蒸汽仅把从喷嘴获得的动能转化为机械功，蒸汽在动叶通道中不断膨胀，动叶通道不收缩。利用冲动作用的原理制成的汽轮机称为冲动式汽轮机。⑵反动作用原理 根据动量守恒定律，当气体从容器中加速流出时，要对容器产生一个与流动方向相反的力，称为反动力，利用反动力做功的原理，称为反动作用原理。火箭的发射是利用反动作用原理的典型例子，火箭内燃料燃烧时，大量气体从火箭尾部喷出，高速汽流就给火箭一个与汽流方向相反的作用力，使火箭向上运动。蒸汽流经利用反动原理做功的级时，先在喷嘴中膨胀，压力降低，速度增加。进入动叶后，一方面通过速度方向的改变产生冲动力，另一方面蒸汽在动叶中继续膨胀，压力降低，所产生的焓降转化为动能，由于动叶是旋转的，所以这一转化造成动叶出口的相对速度大于相对出口速度，相对速度的增加使汽流产生了作用于动叶上的与汽流方向相反的反动力  。在蒸汽的冲动力和反动力合力作用下的轮周方向分力 推动动叶旋转做功。反动作用原理的基本特点是蒸汽在动叶流道中不仅要改变方向，而且还要膨胀加速，从结构上看动叶通道是逐渐收缩的。利用反动作用原理制成的汽轮机称为反动式汽轮机。第二节 汽轮机的静止部分1、汽缸 汽轮机的汽缸是用来调节汽室及喷嘴、隔板、轴封、滑销等连成一体与汽轮机转子部分组成通流部分，从而保证蒸汽在汽轮机内做功过程的基础部件。中小型汽轮机都是单层汽缸。整体成圆柱形，由中分面将汽轮机分为上下两部分。上半部分叫上汽缸，又称汽缸盖。下半部分叫下汽缸。上下汽缸在接合面处用大螺栓连成一体。每半汽缸又分为高压缸（前汽缸）、低压缸（后汽缸）两部分，两者在垂直接合面处用螺栓连成一体。有的汽轮机在垂直接合面处还采用密封焊，以保证结合的严密性。垂直接合面在发电厂检修中一般不进行分解。 中小型汽轮机的汽缸多经铸造而成。对上、下汽缸水平接合面的要求比较严格，当上、下汽缸合在一起时，一般要求在水平接合面处0.05mm塞尺不能塞入，在紧固部分螺栓后，要求0.03mm塞尺不能塞入。若间隙大，严密性不好，水平接合面处则容易漏汽。大中型汽轮机的低压缸和排汽室，有的采用焊接结构。这是因为，随着机组功率的增大，低压汽缸的尺寸和质量也相应的增大，铸造困难，质量不易保证。采用焊接结构，易于制造。 为提高汽缸的强度，保证接合面的严密性，降低机组启动、停止和工况变动时的热应力，高压汽轮机及高压汽轮机的隔板是通过隔板套与汽缸相连的。大功率高压汽轮机的汽缸，还有的做成内外双层汽缸形式及无水平接合面的圆桶形。汽轮机启停运行方式不当、停机检修时在较高温度下揭缸、检修工艺不当等都会破坏接合面的严密性。若在制造过程中消除应力不充分，汽缸在经过长时间运行后，其水平接合面会产生变形。我厂C60—8.83/0.981型汽轮机的汽缸是由前汽缸、中汽缸和后汽缸组成的。前缸和中缸为铸钢件，后汽缸为铸铁件。在设计中前汽缸有良好的对称形状，避免了水平中分面法兰的过厚过宽，以尽量减少热应力和热变形引起的结合面漏汽。前汽缸与中汽缸的连接是借助垂直法兰连接的。为确保密封性良好，法兰面上十字交叉部位开有密封槽，在现场灌注密封涂料以加强密封性。蒸汽室、喷嘴室与前汽缸焊为一体，四个蒸汽室分别布置在机组的前部左上、下侧和右上、下侧，并有四根导汽管与主汽门相连。中汽缸为简单的分上、下半的圆筒结构，下半部有两个工业抽汽口，右侧配一个支座和杠杆连接口，以固定旋转隔板油动机和安装旋转隔板调节连杆。借助后部的垂直法兰与后汽缸相连。后汽缸与后轴承座铸为一体，用排汽接管与凝汽器相连，左右两侧支承在后座架上。后轴承座内布置了汽轮机后轴承。在后轴承盖上安装了机组的盘车设备。在后汽缸上半装有排大气装置，当背压高于大气压时能自动打开，保护后汽缸和凝汽器。2、汽缸的支承和滑销系统 ⑴汽缸的支承 中小型汽轮机的高压缸，多采用垂直的半圆法兰与前轴承座连成一体。高压缸以猫爪支承在前轴承座上，而低压缸以左右侧伸出的支承脚支承在低压缸的缸座上。无论采用那种支承连接方式，完全是根据机组结构设计和机组热膨胀的要求而定的。当汽轮机启动、停机及负荷变化时，汽缸和转子都会产生膨胀或收缩，由于转子的受热面积比汽缸大，且质量比汽缸小，故蒸汽对汽缸的换热系数要比蒸汽对转子的换热系数小得多，当机组受热膨胀时，转子的膨胀量大于汽缸膨胀量，称为正差胀；而受冷却收缩时，转子的收缩量大于汽缸收缩量，称为负差胀。本机组以推力轴承作为转动轴系的相对膨胀“死点”，布置在前轴承座上。汽缸的死点位于低压缸排汽中心处。当机组受热时，转子是从死点(推力盘)沿轴向电机侧膨胀。⑵滑销系统 汽轮机在启动、停止和运行时，汽缸温度变化很大。为了保证汽缸能够定向自由膨胀，避免因膨胀不匀而造成的应力，同时又要保证汽缸与转子中心一致，保证动静间隙，避免由于动静间隙过小而造成振动，汽轮机机组都设置了滑销定位系统。汽轮机的滑销系统有纵销、立销、横销、角销等。纵销位于轴承滑动接触面上，导引轴承座和汽缸沿轴方向膨胀；横销位于轴承座、汽缸座架滑动接合面及猫爪处，导引轴承座或汽缸沿横向膨胀，并与纵销配合决定汽缸膨胀的死点；立销位于汽缸和轴承座连接处，导引汽缸沿垂直方向膨胀。3、隔板、隔板套和喷嘴 在冲动式汽轮机中，蒸汽由热能转变为动能的过程是在喷嘴中发生的。蒸汽流过变截面的喷嘴汽道之后，体积膨胀，压力降低，流速增加，然后按一定的喷射角度进入动叶片中做功。汽轮机汽缸中的隔板是由隔板外缘、喷嘴、隔板体构成的圆形板装组合体。汽缸内一级隔板与其后的一级叶轮组成一个压力级。隔板分问上下两个半圆，在中分面上有定位键，以保障上下隔板组成一体。在汽轮机中，通常将装在调节汽室上的喷嘴组合体简称为喷嘴组。它是由喷嘴外缘、喷嘴及喷嘴组内缘所组成的。汽轮机通过各个调速汽阀，控制各自的喷嘴，达到控制汽轮机进气量的目的，从而使机组启动时能平稳地控制转速，并入电网后稳定地调整负荷。大中型机组特别是高压汽轮机组，每只调速汽阀和其控制的喷嘴各自组成一个和其它汽阀互不相通的汽道——单独的喷嘴室。进汽室、喷嘴室与汽缸分开。进汽室、喷嘴室与对应的调速汽阀也分成四个单独的部分。这种结构的喷嘴室，在控制时是先从汽缸内装入喷嘴室，调好位置，定好径向、周向的导向键后，将喷嘴室和汽缸焊在一起。这种结构的特点是：⑴汽缸形状简单，便于制造和加工。 ⑵进汽室、喷嘴室沿圆周对称布置，受热均匀，减小了热应力。 ⑶高温高压蒸汽只和进汽室喷嘴室接触，而汽缸承受的是调节级后的温度、压力，所以，汽缸可以用低一级的材料制造。 ⑷喷嘴室与汽缸间有径向及周向的导向键，当喷嘴室受热膨胀时，可按预定方向膨胀，而不影响喷嘴室和汽缸间的对中，也可避免喷嘴室和汽缸间产生的附加热应力。 汽轮机隔板按制造方法来分，可分为铸造隔板、焊接隔板、组合式隔板三种。 4、汽封 汽轮机是高速转动的机械，转子(主轴、动叶)与汽缸、隔板之间必须有一定的轴向和径向间隙，以免机组在转动时动静部分发生摩擦。然而间隙的存在就会导致漏汽。这样不仅会降低机组的效率，还会影响机组的安全运行。为减小蒸汽的泄漏和防止空气漏入，在汽轮机的各有关部位设置了各种汽封。按用途分，汽封可分为轴端汽封和通流部分汽封两大类。轴端汽封简称轴封，设置在汽缸两端与主轴之间。通流部分汽封包括隔板及围带汽封等。⑴轴封 由于汽缸内与大气压力不相等，必然会造成蒸汽或大气的流动。在压力侧，蒸汽漏出，造成工质损失，恶化运行环境，并加热轴颈，使蒸汽进入轴承室，使油质恶化。在真空侧空气的漏入会破坏真空，增大真空的抽气负荷，这都将降低汽轮机的效率。为此在转子穿过汽缸两端处装有轴封。轴封是由许多汽封片组成的曲径迷宫式汽封。它可以减少漏汽，漏汽从“Y”腔室中维持一低真空，以防止蒸汽通过该腔室，泄漏到汽轮机机房，如图2-1-4轴封示意图。⑵通流部分汽封 动叶顶部和根部的汽封叫做通流部分汽封，用来阻碍蒸汽从动叶两端漏汽。通常的结构形式为动叶顶端围带及动叶根部有个凸出部分以减少轴向间隙，围带与装在汽缸或隔板套上的阻汽片组成减小径向间隙，使漏汽损失减小。 ⑶汽封的主要结构形式 汽封的结构类型有曲径式和迷宫式。曲径式汽封有梳齿形（平齿、高低齿）、 J形、纵树形三种。 曲径式汽封的工作原理：一定压力的蒸汽流经曲径式汽封时，必须依次经过汽封齿尖与轴凸肩形成的狭小间隙，当经过第一个间隙时流通面积减小。蒸汽流速增大，压力降低。随后高速汽流进入小室，通流面积突然变大，流速降低，气流转向，发生撞击和产生涡流等现象，速度降到近似为零，蒸汽原具有的动能转变成热能。当蒸汽经过第二个汽封间隙时，又重复上述过程，压力再次降低。蒸汽流经最后一个汽封齿后，蒸汽压力降至与大气压力相差甚小。所以在一定的压差下，汽封齿越多，每个齿前后的压差就越小，漏汽量也越小。当汽封齿数足够多时，漏汽量为零。 5、轴承 ⑴支持轴承 用来支承汽轮机转子的重力，保持动静件中心一致，从而保证动静件之间的辅向间隙在规定范围。支持轴承又叫主轴承。根据其结构不同，又可分为圆桶形轴承和椭圆形轴承、多油楔轴承和可倾轴承等。在中小型汽轮机中，多数应用圆桶形轴承和椭圆形轴承。两者的外观没有多么大的区别，只是轴承的顶部间隙和两侧间隙不同。支持轴承是采用压力供油方式进行润滑的。对润滑油质及供油温度都有一定的要求。润滑油除了能在轴颈和轴瓦间形成油膜，建立液体摩擦外，还能对轴颈进行冷却，带走因摩擦产生的热量。同时，对轴承也是一种清洗，能把轴承在半干摩擦中产生的乌金粉末等带走。当汽轮机转起来以后，由于润滑油有粘性，贴在轴颈上的一层润滑油便和轴一起同速转动，这层油又牵扯下一层油一起旋转，轴承内的润滑油就这样层层带动旋转起来。但又有润滑油内层与层间内摩擦阻力的存在，从轴表面算起，由内到外，圆周速度越来越小，贴在轴承内表面上的油，其圆周速度为零。和轴一起转动的润滑油，不断的从楔形间隙的宽口部分带向楔形的底部，润滑油被聚集在狭窄的楔形间隙中，形成一定的压力，随着汽轮机转速的升高，带入楔形间隙中的油也增多，形成的油压也增高。当油压对轴的浮升力大于该轴颈的荷重时，轴颈被抬起。这是轴颈和轴承便不直接接触——他们之间被一层高压稳定的油膜隔开，油颈悬浮在油膜上，实现了轴颈和轴承的液体摩擦。⑵推力轴承 用来平衡转子的轴向推力。确定转子膨胀的死点，从而保证动静件之间的轴向间隙在设计范围内。 ①推力轴承的结构 在单缸汽轮机中，推力轴承和前部主轴承（支持轴承）多制成一体，称为径向止推联合轴承，这是汽轮机中最常见的结构形式，在球面支持轴承的前半部分为推力轴承。汽轮机工作中，轴向推力是通过推力盘传至轴承的工作瓦片上。另一侧的非工作瓦片只是承担偶然发生的反向推力。在与推力盘接触的推力瓦块接触面浇有乌金，其厚度一般在1.5mm左右。推力瓦块的块数一般在8到16块。工作瓦块和非工作瓦块的数目多不相等。工作瓦块较大，其块数较非工作瓦块少，在每块瓦块的背面有一条摆动筋，以销柱在瓦块的支持环上定位。如果以摆动筋为界，则进口部分的面积总是要大于出口部分的面积。只有这样，才能在推力的作用下建立推力瓦块与推力盘间形成油膜所需要的油楔，当推力盘紧贴在工作瓦块上时，推力盘和非工作瓦块之间应有一定的间隙，通常将此间隙称为推力间隙，该间隙在中小汽轮机中为0.25到0.35mm，大型汽轮机组一般为0.4到0.6mm，窜动间隙过小，会造成推力瓦块温度升高，使润滑不良，乌金面出现摩痕。窜动间隙过大，在汽轮机负荷突然发生变化，特别是骤然甩负荷时会造成推力盘反弹，瞬间冲击非推力瓦块。间隙越大，冲击的动能越大，这对非工作瓦块的工作不利，严重时会造成转子动静摩擦。为保证推力盘有一个合适的窜动间隙，可调整非推力瓦块支持环后边的垫片厚度。②推力轴承的润滑 径向止推联合轴承的供油是从下方油孔进入径向轴承的，并经孔进入推力轴承中，冷却推力瓦块的油从内径方向流入，沿径向流出，润滑油充满推力瓦块的周围。当推力盘转动时，附在推力盘表面及附近的润滑油便被推力盘沿圆周方向带入推力瓦块中，由于推力瓦块摆动棱角不在中心上，瓦块在轴向力的作用下，便形成一个倾向瓦块出口侧的油楔。如同支持轴承一样，由于油楔的存在而形成油膜，油膜的总压力和转子的推力相平衡，使推力盘不和推力瓦块直接接触，而形成液体摩擦。⑶影响轴承油膜的因素 影响轴承转子油膜的因素有：①转速；②轴承载荷；③油的粘度；④轴颈与轴承的间隙；⑤轴承与轴颈的尺寸；⑥润滑油的温度；⑦润滑油压；⑧轴承进油孔直径。第三节 汽轮机的转动部分1、汽轮机的动叶片、叶轮和转子 ⑴叶片 除了采用单个喷嘴的小汽轮机外，汽轮机的级都包含静叶栅和动叶栅。静叶栅是由若干个静叶片（也称导叶）构成的。相邻的两个静叶片形成一个喷嘴，但习惯上把静叶片就称作喷嘴。构成动叶栅的动叶片，习惯上又简称叶片。一只叶片可分为叶型、叶根和叶顶三部分。①叶型部分 叶型是叶片的基本部分，由它构成气流通道。按叶型沿叶高的变化规律，可以把叶片分为等截面直叶片和变截面扭叶片两种。等截面直叶片的横截面积沿叶高相等，其进汽角和出汽角的角度沿叶高也不变，通常所说的等截面叶片或直叶片都指的是这种叶片。变截面扭叶片的叶型、横截面积、进汽角和出汽角沿叶高都发生变化，通常所说的变截面叶片或扭叶片都指的是这种叶片。②叶根部分 叶根是将叶片固定在叶轮或转鼓上的连接部分，它结构应保证在任何运行条件下都能牢靠地固定在叶轮上，同时应力求制造简单、装配方便。常用的叶根型式有T型，叉型，枞树型等。③叶顶部分 汽轮机中的短叶片常在叶顶用围带（也称复环）连在一起，构成叶片组。围带的作用是减小叶片工作的弯应力，调整叶片的自振频率，封闭汽流通道，减小动叶顶部漏汽损失。有的围带还做出径向、轴向汽封，以减小级内漏汽损失。在汽轮机的较长叶片级中有的用拉筋连接成组。⑵转子 汽轮机转子的作用是汇集各级动叶栅所得到的机械能，并把它传递给其他机械。发电用汽轮机的转子把得到的机械能传递给发电机。汽轮机的转子可分为轮式和鼓式两种基本类型。轮式转子装有安装动叶片的叶轮，常用于冲动式汽轮机；鼓式转子的动叶片直接安装在转鼓上，可减小轴向推力和缩短轴向长度，主要用于反动式汽轮机。鼓式转子可分为整锻式和焊接式；轮式转子有整锻式、套装式、组合式和焊接式四种类型。⑶叶轮 叶轮用来装置叶片并传递汽流力在叶栅上生产的扭矩。叶轮由轮缘、轮面和轮毂三部分组成。高、中压级叶轮的轮面上还开有5到7个平衡孔。为了避免在同一节径上遇到两个平衡孔，叶轮上的平衡孔不是偶数，平衡孔处本来有应力集中，在同一直径处再开两个平衡孔，会使该直径上叶轮的抗弯截面系数减小较多，平衡孔处的应力更大，将影响叶轮的使用寿命。⑷转子的临界转速 在多数汽轮发电机组启动和停止过程中，可以观察到这样一种现象：当机组转速升到某一数值时，机组发生强烈振动，越过这一转速时，振动迅速减弱；当转速下降到这一转速时，转子的振动又重新增大，再下降时，振动又重新降低。这种对应转子的特定转速，称为转子的临界转速。转子是个弹性体。虽然从外形看它是轴对称的旋转体，但实际上由于制造和装配的误差，以及采质的不均匀，所以转子的质心和转子的几何中心总是不能重合，即产生质量的偏心。在旋转状态下，偏心的质量就使转子产生离心力。离心力在任何一个通过旋转中心线的静止平面上的投影，是一个周期性的间谐外力。这一间谐力就是迫使转子振动的激振力。转子既然是弹性体，它就有固定的横向振动自振频率。当激振力频率与转子横向振动和自由振动频率相等时，则发生共振，与此时激振力频率相对应的转速称为转子的临界转速。为了保证机组的安全运行，机组的工作转速应当避开其临界转速，并有一定的富裕度。2、联轴器 联轴器又叫靠背轮或对轮。它的作用是连接汽轮机的各个转子以及发电机的转子，并传递转子上的扭矩。现代汽轮发电机组采用的联轴器通常有三种型式：刚性联轴器、半挠性联轴器和挠性联轴器。⑴刚性联轴器 扭矩是通过螺栓以及对轮端面间的摩擦力由一个转子传给另一个转子的。联轴器法兰的圆周上常套装着盘车齿轮。⑵半挠性联轴器 半挠性联轴器两对轮之间一波形半挠性套筒连接起来，并配以螺栓紧固，波形套筒在扭转方向是刚性的，在弯曲方向是挠性的。这种联轴器广泛用来连接汽轮机转子与发电机转子，以传递扭矩并降发电机转子上不大的轴向推力传到汽轮机的推力轴承上。因为波形套筒具有一定的弹性，故可以吸收部分振动，并允许两转子的轴线间有少许偏差，而这种偏差在运行时由于汽轮机与发电机热膨胀不同是难以完全避免的。⑶挠性联轴器 挠性联轴器一般有齿轮式和弹簧式两种。由于易磨损，需要润滑，造价高，故多用于小型汽轮机上连接汽轮机转子与减速器的主动轴，或用于汽轮机转子与主油泵轴的连接上。第四节 高压加热器 高压加热器的作用是用汽轮机的抽汽来加热锅炉给水，以提高机组的热效率。加热器具有过热蒸汽冷却段，凝结段和疏水冷却段。1、高压加热器结构及作用。 ⑴过热蒸汽冷却段 过热蒸汽冷却段是利用从汽轮机抽出的过热蒸汽的一部分潜热来提高给水温度的，它位于给水出口流程侧，并由包壳板密闭。采用过热蒸汽冷却段可提高离开加热器的给水温度，使它接近或略超过该抽汽压力下的饱和温度。从进汽接管进入的过热蒸汽在一组隔板的导向下以适当的线速度和质量速度均匀地流过管子，并使蒸汽保留有足够的过热度以保证蒸汽离开该段时呈干燥状态，这样，当蒸汽离开该段进入凝结段时，可防止湿蒸汽冲蚀和水蚀的损害。⑵凝结段 凝结段是利用蒸汽冷凝时的潜热加热给水的，一组隔板使蒸汽沿着加热器长度方向均匀地分布，起支撑传热管的作用。进入该段的蒸汽，根据汽体冷却原理，自动平衡，直至由饱和蒸汽冷凝成饱和的凝结水，井汇集在加热器的底部，然后汇同上级加热器来的疏水流向疏水冷却段。位于壳体上的抽空气管口，可排除非凝结气体，收集非凝结气体的排气管必须置于管束最低压力处以及壳体内容易积聚非冷凝气体处。非冷凝气体的集聚影响了有效传热，降低了加热器效率井造成腐蚀。⑶疏水冷却段 疏水冷却段是把离开凝结段的疏水的热量传给进入加热器的给水，而使疏水温度降至饱和温度以下。疏水冷却段位于给水进口流程侧，井有包壳板密闭。疏水温度降低后，当流向下一个压力较低的加热器时，减弱了在管道内发生汽化的趋势。包壳板在内部与加热器壳侧的总体部分隔开，从端板和吸入口或进口端保持一定的疏水水位，使该段密闭。疏水进入该段，由一组隔板引导流动，从疏水出口管疏出。⑷壳体 ⑸水室组件 水室组件，由半球形封头和管板组成。管板钻有孔，以便插入U形管，水室组件还包括给水进口接管，出口接管和引导水流按规定流动的分隔板以及带密封垫圈的人孔盖，人孔座或密封盖。⑹管子 ⑺隔板和支撑板 钢制隔板沿着整个长度方向布置，支撑管束并引导蒸汽流沿着管束横向及纵向转折地流过管束。⑻防冲板 在蒸汽入口及疏水入口处装设有不锈钢防冲板，可使壳侧液体和蒸汽不直接冲刷管束，避免管束受冲蚀。 ⑼包壳板 2、高压加热器运行 ⑴为确保高压加热器的经济运行，应注意以下问题： ①高加运行中温度变化率的规定及限制 当高加冷态启动或工况变化时，严格控制温度变化率，使水室壳体和管束有足够的时间均匀吸热或散热，以防止热冲击。②排空气方式和控制 加热器蒸汽中含有不凝结气体，在蒸汽凝结过程中气体不断积聚，积聚的气体占据部分传热空间，首先影响加热器传热性能，如长期运行，最大的危害是腐蚀U形管，使加热器泄漏，因此加热器汽侧均设有排气口，高加运行和启动时一定要排除不凝结气体。汽侧排空气方式有两种： a.启动排气通常直接排大气。 b.运行中连续排气，排向凝汽器或除氧器。 运行连续排气是由内置的节流孔控制，每台加热器连续排气排至凝汽器或除氧器。③高加疏水水位控制 高加正常运行时必须建立正常水位，运行中如不注意高加的正常运行，就发挥不了应有的经济作用。a.高水位 高于正常水位时，凝结段的传热面将浸没在水中，这种满水会减少有效传热面积，导致给水出口温度降低．当水位升高淹入过热段时，这将破坏过热段的传热，并将严重冲蚀管子。使加热器破坏，造成水位高的原因：疏水调节阀不正常运行或失常；加热器之间压差不够；超负荷运行；高加泄漏。运行中高加泄漏的象征：机组带同样负荷时，高加疏水调整门开度增大，高加内部有响声，停运时查漏可以确定管子泄漏，发现高加泄漏应及时采取堵漏措施，减少高压水对相邻管于的冲刷损坏。 b.低水位 低水位时，疏水冷却段的入口将露出水面，使蒸汽进入冷却段，导致疏水通过该段的虹吸被破坏，并产生下列不正常情况：疏水端差增大；由于泄漏蒸汽的热损失，使性能恶化；在疏水冷却段进口处及其内部造成冲蚀性危害面使管子损坏。为确定疏水冷却段是否进汽，可比较疏水出口温度与给水进口温度．，如疏水温度高于给水进口温度过高时，则疏水冷却段可能部分进汽。⑵高加的投停原则 投运原则：高加投运时，应先投水侧；再投汽侧，高加可随机启动，也可定压启动，定压启动时，应由低向高逐台启动。停运原则：高加停运时，应先停汽侧，再停水侧，高加可随机滑停，也可定压停运，若定压停运，先由高向低停汽侧后，再将给水走旁路，如高加水侧进出口阀门不严，应设法关严。第五节 低压加热器 低加是利用一部分较低参数的蒸汽来加热凝结水，提高机组经济性，因凝结水的压力比较低，水室一般采用法兰连接。高压加热器和低压加热器都使用U型管式立式表面式加热器，除氧器在回热系统中是一个混合式加热器。低压加热器用来加热凝结水，高压加热器用来加热给水泵出口的高压给水。在高加汽侧壳体上，按压力容器要求，均装有安全阀，以防止汽侧超压。每台高压加热器的疏水有二种。一种是正常运行疏水，利用高加压差逐级自流，即#2高加疏水自流到#1高加，#1#高加疏水自流至除氧器。压差小时，将高加疏水倒入#3低加。另一种是事故疏水，将疏水接到锅炉定排扩容器，事故危急疏水阀门由加热器高水位信号控制，当高加汽侧水位高到限值时，事故危急疏水阀打开。正常运行时，#3低加的汽侧疏水利用压差自流到#2低加再自流至#1低加。为了减小凝汽器的冷源损失，提高机组的热经济性，在#1低加疏水出口管设置了疏水泵。#1低加的疏水由疏水泵直接送人#2低加凝结水进口的管道中，机组启动阶段及低负荷时，高低加疏水逐级自流直接排人凝汽器。低加疏水泵停用时，也需将低加疏水切至凝汽器。轴封加热器的疏水通过多级水封排人凝汽器。第六节 给水泵 供给锅炉用水的泵叫给水泵。其作用是连续不断地可靠地向锅炉供水。1、给水泵的结构组成 给水泵是筒式多级离心泵，由泵筒体、泵盖和具有径向剖分壳体的泵芯等主要部件所组成。水平轴线上有泵脚的筒体内装有整个泵芯。泵转子由位于泵筒体外部的轴承体内的两个径向轴承支撑。一个附加的扇形块推力轴承轴向地固定转子，并承受平衡盘没有完全吸收的残余轴向推力。叶轮是按顺序热装在轴上；所有叶轮都用卡环轴向地固定在轴上，面向吸入端。使用双向螺旋式密封来密封从冷却室内伸出的轴。共有九级叶轮。2、给水泵的工作原理 被输送的给水，在给定的压力下进入吸入口。同时由于叶轮的转动，使给水的动能和势能都有所增加。在导叶里，一部分动能转换为势能(每个叶轮都装有一个导叶)，导叶里的反导叶片在有利的水力特性下把给水输向下级叶轮的入口。由于从一级到另一级的这种过程重复的进行，因此每一级都增加了同样的压力(即单级产生的压力)。在通过末级导叶后，给水流入了位于末段和泵筒体之间的环形室，最后通过出口流出管路。3、给水泵轴向推力的产生和平衡 ⑴水泵在运转时，在其转子上产生一个与泵的轴线相平行的轴向力，这个力很大，特别是在多级离心泵中更大，必须设法消除或平衡。 产生轴向力的原因有： ①由于单吸叶轮两侧的盖板不一样大，两盖板处的两个泵腔中液体压力分布情况不一样，液体作用在叶轮两侧的压力也不相等，就造成一个指向叶轮入口的轴向力； ②液体流入叶轮入口及从叶轮出口流出时的速度大小及方向均不相同，因此，在叶轮上作用了一个指向叶轮后盖板的反动力。 ⑵为保证给水泵动静之间不发生摩擦，必须设有平衡装置来平衡轴向推力。 我公司所有电厂的给水泵均设有平衡盘以平衡轴向推力。 平衡盘的平衡原理是这样的：当叶轮上轴向力大于平衡盘上的平衡力时，泵转子就会向泵的入口侧移动，使轴向间隙 减小，液体的流动阻力损失增大，从而减小了通过轴向间隙的泄漏量。泄漏量减小后，液体流过径向间隙b的压力降亦减小，从而是平衡盘前面的压力提高了。增大，平衡盘上的平衡力就增大。转子继续向叶轮入口侧移动时，平衡力继续增大，当平衡盘移到某一个位置时，平衡力和轴向力相等，从而达到新的平衡。同样道理，当轴向力小于平衡力时，转子将向泵的出口侧移动，当移动到某一位置后，轴向力正好等于平衡力，于是又达到新的平衡。4、给水泵的再循环管 给水泵在启动后，出水阀未开启时或外界负荷大幅度减少时，给水流量很小或为零，这时泵内只有少量或根本无水通过，叶轮产生的磨擦热不能被給水带走，使泵内温度升高，当泵内温度超过泵内所处压力下的饱和温度时，给水泵就会发生汽化，形成汽蚀。为了防止这种现象发生，就必须使给水泵在给水流量减小到一定程度时，打开再循环管，使一部分给水流量返回到除氧器，这样泵内就有足够的水通过，把泵内摩擦产生的热量带走。使温度不致升高而使水产生汽化。总的一句话，装再循环管可以在锅炉低负荷或事故状态下，防止给水在泵内产生汽化，甚至造成水泵振动和锅炉断水事故。5、给水泵的运行监测 给水泵运行中，要对以下工作参数进行系统性的监测：水泵出入口压力、入口水温、平衡室压力、润滑油压、油箱油位、轴承温度、密封泄漏和温度情况，必须调整好泵端部密封的冷却水量。正常的平衡室压力应比水泵入口压力大0.05—0.15MPa。如发现平衡室压力升高超过限值，需检查原因。同时检查水泵推力轴承油温、推力瓦块温度。平衡盘磨损、平衡间隙增大时，往往引起平衡室压力升高，推瓦温度升高，严重时有烧瓦的可能。高压给水泵不允许在低于要求的最小流量(即冷却流量)下运行，所以给水泵在流量低到一定值时应打开再循环门。给水泵运行中还应经常检查轴端密封的工作情况，对于双向螺旋式密封应检查其冷却水进口压力、出口温度、泄漏量等。6、液力偶合器的工作原理 主电机通过联轴器驱动泵轮旋转，当泵轮和涡轮中充有液体时，由于泵轮叶片的作用，使工作液体随着旋转，并由泵轮内侧流向外缘，形成高速高压油流，冲向涡轮流道中，液体由外缘流向内侧，并减少能量，当减少能量的工作液体回到泵轮时，又重新增加能量。如此循环往复，工作液体在泵轮和涡轮之间进行能量传递。为使工作液体运行，泵轮和涡轮之间必须有一个滑差。如果改变泵轮和涡轮中工作液体的充油程度就可以平稳地改变涡轮的转速；只要把决定工作腔中油量多少的勺管适当定位就可以达到此目的。勺管用改变工作腔内充液量的方法来改变偶合器的特性，获得不同的涡轮转速，调节工作机械的转速，常用的方法是在转动外壳与泵轮间的副油腔中，安装一个导流管，即勺管。勺管的管口迎着工作液的旋转方向。勺管由操纵机构控制，在副油腔中作径向移动。当勺管移到最大半径位置时，将不断地把工作腔中供入的油全部排出，偶合器处于脱离状态。当勺管处在最小半径时，偶合器则处于全充油工作状态。这样当勺管径向移动每一个位置，即可得到一个相应的不同充液度，从而达到调节负荷的目的。⑴调节循环圆的进油量。 ⑵调节循环圆的出油量。 ⑶调节循环圆的进出油量。 7、给水泵采用液力偶合器调节的特点 ⑴可以实现无级调速，在主机滑压运行和负载变化时，给水泵能在高效区和经济合理工况下运行，达到降低厂用电、节能的目的。 ⑵实现无载或部分负载启动，使给水泵启动容易。 ⑶保护机械设备，提高机组运行的安全性和可靠性。 ⑷简化给水系统，便于实现全程调节和自动化。 ⑸减少振动、缓和冲击，提高机械设备的寿命。 第七节 除氧器 除氧器的作用是除去给水中所含的氧，保证给水品质，使锅炉、汽轮机的通流部分及回热系统的管路和设备免受腐蚀，延长使用寿命。并且在电厂的热力系统中还可以回收加热器疏水和锅炉排污扩容器产生的蒸汽等，以减少电厂的汽水损失。并且将凝结水加热至除氧器运行压力下的饱和温度，提高机组的热经济性，井将含氧量达到标准的饱和水储存于除氧器水箱中，随时满足锅炉的需要，保证锅炉的安全运行。1、除氧器的工作原理和特点 水中溶解气体量的多少与气体的种类，水的温度及各种气体在水面上的分压力有关。除氧器的工作原理是：把压力稳定的蒸汽通入除氧器加热给水，在加热过程中，水面上水蒸汽的分压力逐渐增加，而其它气体的分压力逐渐降低，水中的气体就不断地分离析出。当水被加热到除氧器压力下的饱和温度，水面上的空间全部被水蒸汽充满，各种气体的分压力趋于零，此时水中的氧气及其它气体即被除去。2、热力除氧的必要条件 ⑴必须把给水加热到除氧器压力对应的饱和温度。 ⑵必须及时排走水中分离逸出的气体。 第一个条件不具备，气体不能全部从水中分离出来；第二个条件不具备时，已分离出来的气体会重新回到水中。还需要指出的是：气体从水中离逸出的过程，并不是在瞬间能够完成的，需要一定的持续时间，气体才能分离出来。3、高压除氧器的优缺点 ⑴当高压加热器故障停用时，进入锅炉的给水温度仍可保持150～160℃，有利于锅炉的正常运行。 ⑵可以减少一级价格昂贵而运行不十分可靠的高压加热器。 ⑶有利于回收利用加热器疏水热量。同时在凝结水量很少时，仍能保持有加热蒸汽进入除氧器，使除氧器工作稳定。 缺点是配套的给水泵处在高温高压条件下运行，设备投资费用高，运行时给水泵耗用厂用电较多。同时，这种除氧器必须设置在水泵上方较高的标高层，以避免运行中给水泵发生汽蚀和给水管道内发生水冲击。
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