TM 5-642
TECHNICAL MANUAL
OPERATION AND MAINTENANCE
SMALL HEATING SYSTEMS
H E A D Q U A R T E R S , D E P A R T M E N T O F T H E A R M Y
AUGUST 1990
TM 5-642
REPRODUCTION AUTHORIZATION/RESTRICTIONS
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5-642, Operating and Maintenance, Small Heating Systems.”
*TM 5-642
TECHNICAL MANUAL
HEADQUARTERS
A
DEPARTMENT OF THE ARMY
No. 5-642
Washington, DC, 30 August 1990
OPERATION AND MAINTENANCE
SMALL HEATING SYSTEMS
Table of Contents
Paragraph
Page
CHAPTER 1.
INTRODUCTION
Purpose and scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1-1
1-1
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1-2
1-1
Abbreviations and terms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1-3
1-1
Organization and responsibility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1-4
1-1
Systems overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1-5
1-1
Energy conservation policy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1-6
1-2
Chapter 2.
FUELS
Section 1. Coal
General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2-1
2-1
Section II. Fuel Oils
General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2-2
2-1
Classification of fuel oils . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2-3
2-1
Oil tanks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2-4
2-2
Section III. Natural Gas
General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2-5
2-3
Gas handling and storage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2-6
2-3
Gas handling precautions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2-7
2-4
Section IV. Liquefied Petroleum Gas
General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2-8
2-4
Characteristics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2-9
2-4
Specifications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2-10
2-4
LPG storage and handling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2-11
2-4
CHAPTER 3.
FUEL BURNING EQUIPMENT
Section 1. Coal Stokers
General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-1
3-1
Single-retort underfeed stokers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-2
3-1
Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-3
3-1
Inspection and maintenance procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-4
3-2
Troubleshooting underfeed stokers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-5
3-2
Section II. Hand-Fired Coal Burners
General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-6
3-2
Furnace types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-7
3-2
Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-8
3-4
Section III. Oil Burners
General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-9
3-5
Burner descriptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-10
3-5
Ignition procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-11
3-9
Oil burner operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-12
3-10
Inspection and maintenance of oil burners . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-13
3-10
Fuel oil piping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-14
3-13
Section IV. Gas Burners
General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-15
3-16
Burner types with descriptions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-16
3-16
Operation procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-17
3-16
Starting procedures . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-18
3-18
Inspection and maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-19
3-19
*This manual supercedes TM 5-642, Jun 46 and rescinds TM 5-644, Jul 46 and TM 5-646, Jun. 46
i
TM 5-642
Paragraph
Page
Section V. Dual Fuel (Oil/Gas) Burners
General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-20
3-21
Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-21
3-21
Inspection and maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-22
3-21
Section VI. Energy Conservation
Adjustments to excess air . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3-23
3-21
CHAPTER 4.
STEAM HEATING SYSTEMS
General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-1
4-1
Section 1. Description of Systems
General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-2
4-1
Gravity one-pipe air vent system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-3
4-1
Two-pipe vapor system with return trap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-4
4-4
Two-pipe vapor system with condensate pump . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-5
4-5
Two-pipe vacuum system with vacuum pump . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-6
4-6
Section II. Boiler Types
Cast iron boilers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-7
4-8
Steel boilers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-8
4-11
Fire-tube boilers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-9
4-11
Water-tube boilers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-10
4-13
Initial operation and cleaning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-11
4-14
Special maintenance requirements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-12
4-14
Section III. Boiler Headers, Valves and Piping Connections
Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-13
4-15
Maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-14
4-15
Section IV. Boiler Return Traps
Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-15
4-15
Initial operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-16
4-18
Maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-17
4-18
Typical operating difficulties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-18
4-18
Section V. Condensate Pumps
General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-19
4-18
Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-20
4-18
Operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-21
4-19
Maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-22
4-20
Typical operating difficulties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-23
4-20
Steam pressure pumping systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-24
4-21
Section VI. Vacuum Pumps
General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-25
4-22
Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-26
4-23
Controls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-27
4-24
Initial operation and cleaning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-28
4-25
Maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-29
4-26
Typical operating difficulties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-30
4-26
Section VII. Water Level Regulators and Controls
General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-31
4-28
Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-32
4-28
Initial operation and servicing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-33
4-29
Operation and maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-34
4-29
Typical operating difficulties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-35
4-29
Section VIII. Boiler Trimmings, Gauges, Pop Safety Valves
General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-36
4-33
Gauge glass breakage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-37
4-33
Installing gauge glasses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-38
4-33
Testing and care . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-39
4-33
Steam pressure gauges . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-40
4-33
Safety valves . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-41
4-33
Blow-down pipes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-42
4-34
Dampers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-43
4-34
Section IX. Traps
General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-44
4-34
Thermostatic traps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-45
4-34
Float and thermostatic traps and bucket traps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-46
4-36
ii
TM 5-642
Paragraph
Page
Section X. Air Vents
General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-47
4-38
Installation and operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-48
4-38
Maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-49
4-38
Typical operating difficulties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-50
4-39
Section XI. Steam Radiators
General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-51
4-39
Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-52
4-39
Initial operation and cleaning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-53
4-39
Typical operating difficulties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-54
4-39
Section XII. Steam Unit Heaters
General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-55
4-39
Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-56
4-42
Maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-57
4-43
Typical operating difficulties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-58
4-43
Section XIII. Steam Heating Coils
General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-59
4-43
Installation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-60
4-43
Initial operation and cleaning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-61
4-44
Maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-62
4-44
Typical operating difficulties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-63
4-44
Section XIV. Steam Humidifiers
General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-64
4-44
Installation of duct type humidifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-65
4-44
Installation of unit humidifiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-66
4-45
Section XV. Pressure Reducing Valves
Types . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-67
4-45
Installation and initial operation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-68
4-46
Operation and maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-69
4-47
Typical operating difficulties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-70
4-48
Section XVI. General Procedures for Operation and Maintenance
General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-71
4-48
Valves and piping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-72
4-48
Water level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-73
4-48
Combustion equipment and controls . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
474
4-48
Boiler structure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-75
4-49
Housekeeping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-76
4-49
Section XVII. Typical Steam Heating Operating Difficulties
Water line fluctuation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-77
4-49
Low water level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-78
4-49
Loss of pressure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-79
4-49
Pounding in the system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-80
4-50
Heating unit malfunction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-81
4-50
Failure of space to heat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-82
4-50
Pump venting steam . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-83
4-50
Pump venting water . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-84
4-50
Steel boiler failure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-85
4-51
Cast iron boiler failure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-86
4-51
Boiler room smoke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-87
4-51
Section XVIII. Summer Lay-up Procedures
General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-88
4-52
Draining system . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-89
4-52
Boiler cleaning and lay up . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-90
4-52
Stokers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-91
4-53
Oil burners . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-92
4-54
Gas burners . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-93
4-54
Pumps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-94
4-54
Valves and strainers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-95
4-54
Traps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-96
4-54
Controls and electrical connections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-97
4-55
Stack and breeching . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-98
4-55
iii
TM 5-642
Paragraph
Page
Section XIX. Energy Conservation
Isolate off-line boilers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-99
4-55
Maintenance of pipe and boiler insulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-100
4-56
Steam trap leak detection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4-101
4-56
CHAPTER 5.
HOT WATER HEATING SYSTEMS
Section 1. Gravity Systems
General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5-1
5-1
Equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5-2
5-1
Startup . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5-3
5-2
Water level . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5-4
5-2
Inspection and maintenance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5-5
5-2
Section II. Forced Circulation Systems
General . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5-6
5-2
Equipment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5-7
5-3