Предохранительная мембрана в трансформаторе

Мембранное предохранительное устройство

Мембранное предохранительное устройство (МПУ) — устройство, относящееся к предохранительной трубопроводной арматуре и состоящее из разрывной предохранительной мембраны (одной или нескольких) и узла ее крепления (зажимающих элементов) в сборе с другими элементами, обеспечивающее необходимый сброс массы парогазовой смеси при определенном давлении срабатывания. МПУ применяются для защиты объектов технологического оборудования, сосудов и трубопроводов от опасных перегрузок избыточным и (или) вакуумметрическим давлением, создаваемых рабочими средами и устанавливаются на патрубках или трубопроводах, непосредственно присоединенных к оборудованию [1] .

На поясняющем рисунке справа:

• Rupter Disc (burst) — предохранительная мембрана (в процессе разрыва);
• 3-D Rupter Disc Tag — хвостовик мембраны с указанием направления истечения среды;
• J-Hook — отводная трубка для сигнального манометра (контроль исправности мембран);
• Holder Inlet и Holder Outlet — входной и выходной зажимающие элементы;
• Preassembly Clip — предустановочный крепёж;
• Locating Pin — установочные шпильки;
• Flow Direction Tag — указатель направления истечения среды;
• Name Plate — маркировочная табличка.

Мембрана предохранительная — предохранительный элемент МПУ, разрушающийся при заданном давлении и освобождающий при этом необходимое проходное сечение для сообщения защищаемого сосуда (трубопровода) со сбросной системой.

Зажимающие элементы — детали, служащие для закрепления (зажима) предохранительной мембраны по краевому кольцевому участку.

Содержание

Виды предохранительных мембран

Мембранные предохранительные устройства разделяются на:

• с разрывными мембранами, применяющиеся на жидких и газообразных средах — с предохранительной мембраной, плоской или куполообразной, работающей на разрыв под давлением, действующим на ее поверхность.
• с «хлопающими» мембранами, применяющеся в основном на газообразных средах — с куполообразной предохранительной мембраной, работающей на потерю устойчивости (хлопок) под давлением, действующим на выпуклую поверхность. Теряя устойчивость, мембрана разрезается на ножевых лезвиях либо разрывается по предварительно ослабленному сечению [1] .

Типовые мембранные предохранительные устройства

• устройство с разрывной мембраной (плоской, предварительно выпученной, пакетной с прорезями и др.), применяемое при отсутствии колебаний противодавления со стороны сбросной системы. При необходимости предусматривается противовакуумная опора (перфорированная куполообразная оболочка, выпуклая поверхность которой соответствует вогнутой поверхности предохранительной мембраны, она предотвращает деформацию тонких мембран и образование на них микротрещин при вакуумировании защищаемого оборудования).
• устройство с «хлопающей» мембраной, работающее на потерю устойчивости, применяемое при отсутствии колебаний противодавления со стороны сбросной системы. При необходимости предусматриваются ножевые лезвия (элементы, обеспечивающие разрезание «хлопающей» мембраны в процессе потери устойчивости).
• устройство с разрывной и вспомогательной мембранами, применяемое при колебаниях противодавления со стороны сбросной системы. Межмембранный объем должен сообщаться с сигнальным манометром (для контроля исправности мембран). Выдерживая максимально возможное давление со стороны сбросной системы, вспомогательная мембрана должна срабатывать (разрушаться) при давлении, не превышающем давления срабатывания разрывной мембраны.
• устройство с «хлопающей» и вспомогательной мембранами, применяемое при колебаниях противодавления со стороны сбросной системы. Межмембранный объем также должен сообщаться с сигнальным манометром (для контроля исправности мембран). Выдерживая максимально возможное давление со стороны сбросной системы, вспомогательная мембрана должна срабатывать (разрушаться) при давлении, не превышающем давления срабатывания «хлопающей» мембраны.
• специальное устройство, применяемое в криогенныхрезервуарах и трубопроводах для защиты теплоизоляционной полости от повышения давления при аварийной ситуации, в котором мембрана сваркой соединена с установочным кольцом [2][1] .

Схемы и требования к установке МПУ

МПУ используются как в качестве самостоятельных предохранительных устройств, так и в сочетании с предохранительными клапанами.

В качестве самостоятельных предохранительных устройств МПУ устанавливаются:

• вместо рычажно-грузовых и пружинных предохранительных клапанов, когда эти клапаны в рабочих условиях конкретной среды не могут быть применены вследствие их инерционности или других причин;
• для защиты сосудов от опасных перегрузок вакуумметрическим давлением;
• для одновременной защиты сосудов от опасных перегрузок как вакуумметрическим, так и избыточным давлением.

В сочетании с предохранительными клапанами МПУ устанавливаются:

• перед клапанами
  • когда клапаны не могут надежно работать вследствие вредного воздействия рабочей среды (коррозия, эрозия, полимеризация, кристаллизация, закоксовывание, прикипание, примерзание и т.п.);
  • с целью предотвращения возможных утечек через закрытые клапаны токсичных, взрывопожароопасных рабочих сред;
  • для обеспечения возможности контроля и регулирования клапанов (при установленных «хлопающих» мембранах или разрывных с противовакуумными опорами) без их демонтажа.
• параллельно с клапанами
  • для увеличения пропускной способности систем сброса давления. Предохранительный клапан небольшого сечения реагирует на повышение давления неаварийного характера («дежурный» клапан). МПУ большего сечения, рассчитанное на аварийный сброс среды, реагирует при открытом клапане на аварийное повышение давления.
• за клапанами
  • когда клапаны не могут надежно работать вследствие вредного воздействия среды со стороны сбросной системы (коррозия, обледенение и др.);
  • для исключения влияния колебаний противодавления со стороны сбросной системы на точность срабатывания клапанов [2][3] .

Источник

Конструкция и монтаж выхлопной трубы трансформатора

Силовые трансформаторы активной мощностью от 1 МВА, работающие в непрерывном режиме, интенсивно нагреваются, поэтому в их конструкции всегда предусматривается бачок с охладительной жидкостью – трансформаторным маслом.

В случае нештатной ситуации – пробой, короткое замыкание, масло резко нагревается, выделяя газы. Объём бачка при этом увеличивается, и он может разрушиться. Во избежание этого на верхней крышке всегда имеется выхлопная труба трансформатора.

Конструкция

Выхлопная (иначе – предохранительная) труба электрического трансформатора большой мощности состоит из следующих частей:

• Составного сварного корпуса.
• Верхнего фланца.
• Ограничительной трубки.
• Нижнего фланца.
• Элементов крепления и уплотнения (болты, гайки, прокладки).

Корпус выхлопной трубы силового трансформатора может быть и прямым, однако для того, чтобы исключить попадание частиц масляного тумана на поверхность крышки устройства, корпус выполняют изогнутым на угол не менее 90 0 . Из тех же соображений ось детали наклоняют относительно верхней плоскости крышки на некоторый угол.

Угол проектируют произвольным, но не менее 20 0 , в зависимости от взаимного расположения элементов устройства.

В обычном состоянии верхний фланец снабжается стеклянной заглушкой диаметром 185 мм, которая выполняет роль одноразовой мембраны. Она монтируется в пакет, который скрепляется двумя уплотнительными кольцами, изготовленными из эластичной бензомаслостойкой резины. Когда давление внутри расширительного бачка повышается, стеклянная мембрана разрушается и обеспечивает свободный пропуск газов наружу. При эксплуатации во влажной среде рекомендуется дополнить конструкцию мембраны воздухоосушителем.

При проектировании предохранительной трубы имеет значение ее высота: она должна быть выше, чем уровень расширительной крышки, иначе самопроизвольный подъём газового выхлопа окажется невозможным.

Требования к составным частям

Материалом корпуса принимают низкоуглеродистую тонколистовую сталь толщиной 1,5…2,0 мм, которая отличается хорошей свариваемостью. В готовом виде внутренний диаметр трубы составляет не менее 150 мм, причём сварные швы должны быть герметичными.

При иных параметрах силового агрегата диаметр выхлопной трубы принимают в зависимости от объёма расширительного бачка:

• При объеме до 4000 л – 255 мм;
• При объеме свыше 4000 л – 350 мм.

Соответственно корректируют и диаметр мембраны.

Готовое изделие перед установкой подвергают проверке на предприятии-изготовителе. В ходе такой проверки:

• Испытывают изделие на статическое давление масла. Масло заливают в трубу и оставляют там на 2…3 часа. Затем определяют места возможной протечки, после чего производится заварка автогеном выявленных пустот между швами;
• Устанавливают соответствие марок стеклянной мембраны и резиновых прокладок эксплуатационным требованиям;
• Проверяют соосность мест под крепеж в нижнем и верхнем фланцах.

Если в результате проверки стеклянная мембрана имеет трещины, то ее необходимо заменить. Для этого используют стекло с толщиной 2,5…4 мм (соответственно для уплотнительных резиновых прокладок толщиной 4…5 мм).

После всех проверок внутреннюю поверхность узла очищают и смазывают чистым трансформаторным маслом.

Отбойный щит

Отбойный щит на выхлопную трубу силового трансформатора предназначен для защиты от масляного потока поверхности смежного устройства, которое расположено на расстоянии ближе 30 м: в противном случае возможно возгорание. Для одиночного трансформатора щит не нужен, достаточно просто отклонить выхлопную трубу в требуемом направлении.

Допускается вместо отбойного щита предусматривать экран из огнезащитного материала, в качестве которого используют базальтовую вату, композиции на основе силикатов кальция или алюминия. Высота и ширина детали должны быть больше на 300…500 мм, чем части рядом расположенного агрегата. Конфигурация и толщина щита не регламентируются.

Требования к монтажу

Порядок установки выхлопной трубы трансформатора и требования к ней оговаривается инструкцией ОАХ 458003-70, которая должна соблюдаться относительно устройств, рассчитанных на напряжение от 110 кВ. В процессе выгрузки и монтажа производится проверка целостности всех элементов, соответствие материалов исходным требованиям, наличие контрящего крепежа трубы к крышке трансформатора.

Транспортировка частей узла всегда выполняется раздельно. Все элементы должны быть загерметизированы и очищены от следов окалины, а также прочих возможных загрязнений. Ответственность за это несёт изготовитель. При несоответствии вышеперечисленным требованиям составляется акт, а требуемые операции производятся до сборки и установки.

Поскольку в целях безопасности корпус расширителя и предохранительной трубы должны представлять собой сообщающиеся сосуды, то между ними устанавливают соединительную трубку.

Ее размеры и способ соединения оговаривается ГОСТ 11677-75. Для монтажа используют фланцы, которые прикрепляют к патрубкам расширителя и трубы. Наличие такой трубки исключает перераспределение масла из расширителя в трубу и выравнивает давления в системе.

Для мощных трансформаторов горизонтальная ветвь выхлопной трубы может оказаться достаточно длинной. Тогда посредине верхней крышки устанавливают опорную стойку, в гнездо которой помещают корпус.

Предохранительные трубы предусматривают лишь в тех случаях, когда трансформатор не снабжен защитным реле, которое срабатывает при резком повышении давления сверх нормативной величины (обычно – 50…100 кПа).

Источник

Выхлопная труба трансформатора

Выхлопная (предохранительная) труба служит для предотвращения разрушения бака трансформатора, в котором при внутренних повреждениях (КЗ, электрический пробой и пр.) повышается давление, а защита, отключающая трансформатор, не сработала или сработала с запозданием. Выхлопная труба представляет собой длинный стальной цилиндр, сваренный из листовой стали толщиной 1,5 мм, устанавливаемый нижним основанием на крышке трансформатора / (рис. 1). Верхний конец трубы закрыт мембраной — стеклянным диском 2 42 (рис. 2). При повышении давления внутри трансформатора мембрана лопается и масло и газы выбрасываются наружу. При отсутствии выхлопной трубы аварии трансформаторов обычно сопровождаются разрушением бака.
Выхлопную трубу делают такой высоты, при которой мембрана оказывается выше расширителя трансформатора. Кроме того, трубу делают наклонной и верхний конец ее несколько опускают для того, чтобы масло, выбрасываемое из трансформатора, не попадало на него и на стоящие рядом другие трансформаторы.

Рис. 1. Крепление выхлопной трубы.
1 — крышка трансформатора; 2 —фланец, приваренный к крышке; 3 — уплотняющая резиновая шайба; 4— болт; 5 — ограничительная труба, предотвращающая попадание пузырьков газа в выхлопную трубу; 6 — нижний стальной фланец выхлопной трубы; 7 — корпус выхлопной трубы; 8 — верхний фланец выхлопной трубы.
Рнс. 2. Установка стеклянного диска на верхнем фланце выхлопной трубы.
1 — корпус выхлопной трубы; 2 — стеклянная мембрана (диск); 3 — гайка; 4 — болт; 5 — фланец, приваренный к обечайке; 6 — прижимной фланец; 7 — резиновые уплотнительные кольца; 8 — ограничительное стальное кольцо.
Чтобы уровень масла в выхлопной трубе был одинаков с уровнем масла в расширителе, воздушные полости. расширителя и предохранительной трубы соединены трубкой 14 согласно ГОСТ 11677-75. Для этой цели на выхлопной трубе и на расширителе имеются патрубки, к фланцам которых крепят фланцы соединительной трубки. Если бы не было такого сообщения воздушных полостей, то в изолированной воздушной полости выхлопной трубы во время работы трансформатора (при изменении нагрузки, температуры окружающего воздуха и т. и.) возникло бы избыточное давление или разрежение. Это может привести к разрушению мембраны и, как следствие этого, к перетоку масла в расширитель или из него. При этом может сработать газовая защита (ложное срабатывание газового реле).
Диаметр выхлопной трубы принято выбирать в зависимости от диаметра расширителя, т. е. фактически от количества масла в трансформаторе:

Диаметр расширителя, мм . . 470—940 940—1260 1260—1570
Объем расширителя, л . . 200—1250 1600—4000 4500 и более
Диаметр выхлопной трубы, мм 150 255 350

Чем больше диаметр трубы и соответственно площадь стекла, тем больше сила, действующая на стекло. Поэтому толщину стекла принимают в зависимости от диаметра трубы 2,5—3—4 мм при диаметрах соответственно 150—255—350 мм.
В трансформаторах обычно применяют выхлопные трубы с наклоном цилиндрической части относительно вертикали под углом 15, 22°30′ и 30°; под таким же углом располагается диафрагма. Как правило, труба устанавливается на крышке трансформатора у расширителя и наклонена в его сторону. В том случае, если трудно выдержать необходимые изоляционные расстояния от трубы до вводов, допускается устанавливать трубу в стороне от расширителя. На крышке трансформатора трубу крепят болтами на специально предназначенном для этой цели фланце. В качестве уплотнения между фланцами крышки и трубы используют шайбу из маслостойкой резины.
В некоторых конструкциях трансформаторов используют выхлопные трубы с поворотом верхней части на 180°. При этом мембрана занимает горизонтальное положение. При расположении трубы в стороне от расширителя она крепится к крышке трансформатора стальной штангой. К верхнему концу штанги приваривают пластину, к которой прикрепляют верхний фланец выхлопной трубы. Нижний конец штанги, имеющий резьбу, вставляют в отверстие в горизонтальной планке и закрепляют гайками. Планку помещают на крышке и привинчивают к ней двумя болтами, крепящими крышку к раме бака.
В связи с тем что герметичность в месте установки стеклянной диафрагмы трудно достижима и в трубу может попадать влажный воздух, в современных конструкциях труб предусматривают фланец для установки воздухоосушителя; чтобы масло не попадало в воздухоосушитель, внутри трубы помещается трубка, соединенная с фланцем, на котором устанавливается воздухоосушитель, верхний конец трубки открыт. Таким образом, воздухоосушитель сообщается с воздухом, находящимся над маслом, и осушает его.
Выхлопные трубы на трансформаторах применяют не во всех странах. В ГОСТ 11677-75 указано, что масляные трансформаторы мощностью 1000 кВ-А и более с расширителями должны быть снабжены защитным устройством, срабатывающим при внезапном повышении давления сверх 5-10 4 Па, а в нормативной документации некоторых стран такое требование отсутствует. Ряд фирм считает, что выхлопная труба не является надежной защитой от повреждений бака трансформатора. Другие фирмы считают применение трубы обязательным.

Источник