На практике в настоящее время предохранительные взрывные клапаны конструктивно выполняют в виде:

— мембраны   из листового асбеста, толщиной 8—10 мм, свободно укладываемой горизонтально на выступающие элементы котла или кирпичной кладки с уплотнением по периметру мятой огнеупорной глиной. При взрыве мембрана отбрасывается;

— мембраны  из  листового  асбеста  толщиной  2—3  мм,  закрепленной  в  раме  из уголков и разрывающейся при взрыве. Иногда применяют мембраны толщиной 5—6 мм с обязательной прорезкой на них крест-накрест канавок глубиной 2—3 мм с тем, чтобы толщина стенок под канавками не превышала 2—3 мм. Разрыв мембраны в этом случае происходит по канавкам;

— чугунной  откидной  крышки,  изолированной  со  стороны  топки  огнеупорным кирпичом или огнеупорной массой и закрепляемой на петлях в металлической раме. При взрыве крышка откидывается на петлях;

— плиты  из  смеси  огнеупорной  глины  с  асбестом,  армированной  металлической сеткой и покрытой листовым асбестом. Плита закрепляется на петлях в металлической раме и при взрыве откидывается. В некоторых случаях такая плита сво бодно укладывается на выступающие элементы котла или кирпичной кладки газохода с уплотнением по периметру мятой огнеупорной глиной.  При взрыве плита отбрасывается;

— плиты  из  смеси  огнеупорной  глины  с  асбестом,  армированной  металлической сеткой и покрытой листовым асбестом и кровельной сталью. Плита крепится в наклонном положении  к  раме  с  помощью  петель  и  уплотняется  по  периметру  мятой  огнеупорной глиной. При взрыве плита откидывается;

— металлической    пластины    с    отогнутыми    по    всему    периметру    краями, погруженными в уплотняющие песочные затворы (предложение М. А. Нечаева). Пластина закрепляется пружиной и цепочкой к раме клапана, при взрыве отбрасывается;

— специальной  металлической  мембраны,  закрепленной  в  раме  и  имеющей  две диагональные канавки. Толщина стенок под канавками рассчитывается на разрыв при давлении, возникающем в металлическом газоходе при взрыве.

Рассмотрим устройство и работу основных наиболее широко применяемых взрывных клапанов с учeтом сформулированных выше требований, которым они должны удовлетворять.

Асбестовые мембраны толщиной не более 2—3 мм, зажатые по контуру металлическими фланцами, устанавливают на кирпичных или на металлических газоходах. Со стороны газохода под мембраной ставят сетку из металлической проволоки диаметром 1 мм и размерами ячеек 50 X 50 мм. Эта сетка придает клапану механическую прочность при возможном прикосновении к асбесту снаружи. Прочность заделки клапана в кладке обеспечивается упорными лапами из уголков, привариваемых к коробу.

Асбестовые  предохранительные  взрывные  клапаны  дешевы  и  просты  в изготовлении, однако во время эксплуатации они могут выходить из строя даже при отсутствии взрывов газовоздушной смеси. Одной из причин этого является пульсация в топке и газоходах котла, которая вызывает вибрацию асбестовой мембраны и разрушение  ее  у  мест  закрепления  в  раме.  Для  уменьшения  влияния  вибрации  на стойкость асбестового листа его снаружи покрывают тонким слоем глины, которая образует твѐрдую корочку, незначительно увеличивающую его прочность и жесткость. Часто обслуживающий персонал во избежание разрушения асбеста от вибрации увеличивает его толщину до 8—10 мм или устанавливает несколько листов толщиной 2—3 мм каждый. Это приводит при взрыве газовоздушной смеси к разрушению кладки котла, так как прочность такого клапана, как правило, больше прочности кирпичной кладки.

 Второй причиной разрушения асбестовых клапанов является неправильное их размещение в топке или первом газоходе котла, где они подвергаются нагреву излучением пламени или раскаленных участков кладки. Длительная служба асбестового клапана возможна лишь в случае, если он не подвержен лучистому нагреву и движущийся поток продуктов сгорания непосредственно не соприкасается с ним. Для этого асбестовый клапан размещается на уровне наружной поверхности кладки котла или с помощью металлического патрубка отодвигается от газохода наружу. Образующийся при этом за счет толщины кладки и высоты патрубка «газовый мешок» создает естественный изолирующий сдой между потоком движущихся газов и асбестом. Чем выше высота патрубка, тем больше охлаждается неподвижный слой газов под мембраной и тем дольше она сохраняется. Однако мембрана, отодвинутая   за   счет   проема   в   кладке   или   металлического   патрубка   от   внутренней поверхности объема, в котором происходит взрыв, воспримет создавшееся в нем давление с некоторым запозданием по сравнению с восприятием остальных ограждающих поверхностей камеры, особенно в случае, если эпицентр взрыва сдвинут от оси патрубка. Следовательно, клапан с выдвинутой наружу мембраной ненадежен и рекомендован быть не может.

Третьей причиной выхода из строя асбестовых клапанов является наличие неплотностей как в самой мембране, так и в заделке клапана в кладку. Из-за разрежения в топке или газоходе через неплотности в них проникает воздух и при наличии в продуктах горения  несгоревшего  газа  и  соответствующей  температуре  газ  догорает  у  взрывного клапана, пережигая его. Однако если даже в продуктах горения отсутствуют горючие составляющие, асбестовая мембрана все равно быстро выходит из строя, так как из-за образующихся потоков движущегося воздуха ликвидируется застойная защитная зона, создается циркуляция высокотемпературных продуктов сгорания, соприкасающихся с асбестом и разрушающих его. Отсюда следует, что состояние и плотность асбестовых взрывных клfпанов определяют также возможность длительной их эксплуатации.

При  выборе  места  установки  клапанов  учитывают  их  конструкцию  и температурные условия в камере. Так, при использовании клапанов с асбестовыми мембранами в топке или первом газоходе котла для уменьшения нагрева металлического па- трубка иногда футеруют его внутренние поверхности огнеупорным кирпичом. Клапаны, расположенные над другими газоходами котла, не футеруют.

Некоторые производители рекомендуют для установки на котлах ДКВР асбестовые мембраны толщиной 5 мм с крестообразными шлицами глубиной 2 мм. При необходимости над мембраной устанавливают защитный кожух. Верхняя съемная часть кожуха имеет ручки.  Приподнятая зажатой по контуру мембраны, не  может  обеспечить   своевременного срабатывания  клапана и не может быть рекомендована для применения. При размещении клапана над топкой целесообразно применение свободно лежащей асбоглиняной плиты, а над газоходом — асбестового листа, опирающегося на решетку или сетку. В обоих случаях уплотнение производится по контуру мятой глиной, а вышибная  конструкция  располагается по  возможности  на уровне внутренних поверхностей обмуровки котла.

Различные варианты размещения и конструкции асбестовых взрывных клапанов на чугунных секционных котлах, согласно рекомендаций Ленгипроинжпроекта, в некоторых случаях применяются описанные выше асбестовые мембраны толщиной 2—3 мм, закрепленные вместе с опорной сеткой в металлических рамках. Однако чаще всего  проектируется клапаны из асбестового картона толщиной 10 мм, под которыми укладывается решетка соответствующего размера. Рама решетки изготавливается из проволоки d= 3 мм, а сама решетка с размерами ячеек 50 X 50 мм — из проволоки d = 1 мм. Решетка и асбестовый картон свободно лежат на секции или обмуровке газоходов котла. Сверху клапан по периметру уплотняется мятой глиной. Такой клапан срабатывает при минимальном давлении взрыва и полностью освобождает выход газам.

Мосгазопроект при верхней установке клапанов на секционных котлах вместо асбестового картона применяет армированную металлической сеткой плитку из штампованной глины с асбестовым очесом, свободно лежащую над чугунными секциями по продольной оси котла или над первым газоходом в непосредственной близости от топки.

Для уплотнения эти клапаны по периметру также промазываются при установке

шамотной глиной. Масса плиты должна быть по возможности минимальной. Во избежание травмирования персонала целесообразно крепление вышибной плиты к каркасу с помощью цепочки с пружиной.

Клапаны, представляющие собой армированную шамото-асбестовую плиту, обладают достаточной жаростойкостью, и поэтому их применение в камерах с высокой температурой, например в топках, предпочтительнее, чем асбестовых мембран.

Корпусом такого клапана является рама из уголков, к которой на петлях крепится откидная крышка, изготовленная из смеси шамотной глины с асбестовой крошкой и армированная для прочности металлической сеткой. Снаружи крышка перекрыта листовым асбестом и металлическим листом. В рабочем положении   крышка   расположена    немного наклонно,      при  взрыве  -  отбрасывается  вниз.  Для  обеспечения  необходимой  плотности клапан по всему периметру промазывают мятой глиной.

При сохранении расчетной площади взрывного клапана прямоугольной формы независимо  от  верхнего  или  нижнего  расположения  петель  желательно,  чтобы  высота клапана была максимально возможной, что приводит к уменьшению необходимого усилия для его срабатывания. При установке клапана на боковой стенке и устройстве защитного металлического отвода, направленного всегда вверх, клапан при срабатывании не должен перекрывать сечение отвода, чтобы не создавать дополнительного сопротивления на пути газов. Использование в этом случае клапана с нижними петлями позволяет не только полностью освободить сечение отвода, но и уменьшить его Сопротивление за счет использования  открытого  клапана  в  качестве  направляющей  плоскости  в  нижней  части.

В случае, когда топка или газоход имеют удлиненную форму, особенно возрастает относительная эффективность клапанов, располагающихся вблизи возможного очага воспламенения. Это означает, что в таких газоходах (например, боровах) целесообразно по длине  располагать  не  один,  а  несколько  клапанов,  каждый  из  которых  может  иметь несколько меньшую площадь, обеспечивая тем самым выброс продуктов горения при взрыве хотя бы через часть клапанов. Кроме того, если такой газоход имеет достаточно большую механическую прочность (например, жаровая труба, длина которой достигает 8—10 м), то с учетом, что взрывная волна будет двигаться вдоль него, целесообразно клапан располагать непосредственно против торца такого газохода, например на задней стенке дымовой поворотной камеры жаротрубного котла по оси каждой жаровой трубы. Только в случае, если жаротрубный котел с торца примыкает к стене котельной и установка клапанов на задней стенке неосуществима, их располагают в перекрытии той же поворотной камеры. На втором газоходе жаротрубного котла взрывные клапаны располагают в верхней его части так, чтобы они находились над участками, соединяющими второй и третий газоходы котла. Смещение клапана от барабана к периферии у парового котла связано с необходимостью теплоизоляции барабана не менее чем на 100 мм ниже уровня в нем воды в месте расположения клапана. Клапаны жаротрубных котлов, устанавливаемые на втором газоходе и на перекрытии поворотной дымовой камеры, имеют асбестовые мембраны. Следует рекомендовать замену зажатых по контуру мембран свободнолежащими асбестовыми или асбоглиняными пластинами с уплотнением по краям мятой глиной. На задней стенке дымовой камеры (вариант I) устанавливают клапаны в виде армированных пластин из огнеупорной глины с асбестом.

Клапан состоит из корпуса, к которому в верхней части по всему периметру приварен лоток, заполняемый мелкозернистым кварцевым песком. К нижней части корпуса при установке клапана в кирпичной обмуровке приварены четыре лапы 6 из уголка 50X50X 5. Сбросной частью клапана является металлическая крышка толщиной 2 мм, отогнутые края  которой погружены  в песок, предотвращающий подсос воздуха  в  газоходы, находящиеся под разрежением. Во избежание травмирования обслуживающего персонала крышка закреплена к корпусу цепочкой и пружиной. Клапан такой конструкции может устанавливаться только на газоходах, температура в которых не превышает 400—500° С во избежание перегрева и коробления крышки. При необходимости нижняя поверхность крышки может быть покрыта теплоизолирующим материалом. Если газоход металлический, то корпус клапана к нему приваривается.

На кирпичных газоходах котлов и котельной (боровах) взрывные клапаны устанавливаются в зависимости от местных условий на их вертикальных или горизонтальных поверхностях. Если во время эксплуатации клапан может быть поврежден, то горизонтальный клапан должен быть огражден, а вертикальный снабжен откидной металлической крышкой, прикрепленной к раме клапана на петлях. Необходимо, чтобы при горизонтальном расположении клапана крышка полностью свободно открывалась на 180°,  а  при  вертикальном  —  имела  нижние петли.  Если  клапан  имеет  ограждающий кожух, то для осмотра и ремонта асбестовой мембраны в нем должна быть предусмотрена щель высотой не менее 350 мм, перекрытая металлической подъемной заслонкой. Ширина щели должна позволять свободно вводить через нее новую асбестовую мембрану.

Учитывая особую прочность мембран, зажатых по контуру, целесообразно на горизонтальных участках применять свободнолежащие асбестовые листы или асбоглиняные плиты, а на вертикальных — эти же плиты с нижними петлями.

В этом случае для замены или ремонта клапана кассетного, кассета вынимается из кожуха или выдвигается  частично,  а по  окончании  этих работ  вводится  в  кожух по  направляющим. Место соприкасания передней стенки кассеты с кожухом уплотняется мятой глиной. Эксплуатация кассетных взрывных клапанов подтвердила их преимущества по сравнению с другими конструкциями. При коротком защитном кожухе можно рекомендовать укладку в кассету лежащих свободно на металлической решетке асбестового листа (б = 10 мм) или асбоглиняной плиты с уплотнением по краям мятой глиной. При высоком защитном кожухе следует предусматривать откидной клапан и специальный карман в кожухе, куда клапан отбрасывается при взрыве.

Если дымовая труба находится на некотором расстоянии от котельной, то взрывные клапаны устанавливают на борове снаружи помещения. В этом случае клапаны должны быть защищены от попадания на них атмосферных осадков и поверхностных вод, а также надежно ограждены от доступа к ним посторонних лиц. Для этого асбестовую взрывную мембрану располагают внутри защитного металлического кожуха, имеющего  наклонную  откидную  крышу,  а  вокруг  кожуха  ставят  ограждение  из металлических прутков. В зоне примыкания кожуха к борову предусматривают цементную отмостку для стока дождевой воды и талого снега.

Из        всего   сказанного      следует,          что      взрывные       клапаны          предохранят обслуживающий персонал от поражения  взрывной волной или частями  разрушенного

оборудования. Для этого необходимо обеспечить повседневное наблюдение за состоянием взрывных клапанов и их своевременный  ремонт. Следует помнить, что наличие предохранительных    взрывных    клапанов    ни. в  коем случае не    снижает требований    к    обслуживающему    персоналу    о строгом соблюдении всех  правил безопасности и эксплуатационных инструкций для котельных. Чем  меньше   площадь взрывного    клапана,    зажатого   по контуру, и чем больше его форма отличается от круга шли квадрата, тем большее давление требуется, чтобы его разрушить и обеспечить сброс давления из камеры. Например, при изменении    отношения    сторон прямоугольного    стекла    (δ = 2 мм) от 1 : 1 до 1 : 2 и 1 : 3 при сохранении неизменной площади         требуемое         для         разрушения         усилие         возрастает         соответственно примерно на 25 и 55\% (при размерах стекла 600 X 600 мм).

На котлах паропроизводительностью до 10 т/ч количество взрывных клапанов, их размеры и расположение определяются проектной организацией. Их устанавливают в обмуровке топки, последнего газохода котла, экономайзера и золоуловителя. Общую суммарную площадь клапанов в этом случае   рекомендуется принимать не менее 0,025 м2 на каждый кубический метр объема топки и газоходов. На котлах производительностью от 10 до 60 т/ч взрывные предохранительные клапаны, размещенные в верхней части топки или в верхней части обмуровки котла над топкой, должны иметь общее сечение  не  менее  0,2  м2.  На  каждом  из  указанных  выше  газоходов  (кроме  топки) устанавливают не менее двух взрывных .клапанов с общим сечением не менее 0,4 м2. На котлах производительностью более 60 т/ч, работающих на пылевидном, газовом и жидком топливе, установка взрывных предохранительных клапанов   не обязательна. На малогабаритных водотрубных котлах энергопоездов, работающих на жидком и газовом топливе, допускается устанавливать по одному взрывному предохранительному клапану сечением не менее 0,15 м2 в топке и не менее 0,3 м2 в каждом газоходе.

Взрывные клапаны разрешается не устанавливать в обмуровке одноходовых по уходящим газам котлов, а также в газоходах перед дымососом. На вертикальных цилиндрических (одноходовых) котлах в случаях, когда дымовая труба не расположена непосредственно над котлом, взрывные клапаны целесообразно устанавливать на горизонтальном участке газохода, как можно ближе к котлу.

Площадь одного взрывного клапана согласно СНиП II—37—76 должна быть не менее 0,05 м2. Следует, однако, отметить, что на отопительных и производственных котлах применять клапаны площадью меньше 0,15—0,18 м2 нецелесообразно.