Котельная давно стала неотъемлемой частью большинства коттеджей. Подвести к удаленному строению центральное отопление чаще всего представляется невозможным, да это и невыгодно. Прогреть несколько этажей в зимние холода, подать горячую воду в верхние этажи и во все батареи, обеспечить нагрев системы теплых полов – все это возможно только после сооружения котельной установки.

Однако при условиях несоблюдения некоторых установленных практических правил кроме комфорта такое оборудование может нести и серьезную опасность. Авария котла может привести к взрыву с катастрофическими последствиями. К аварии приводят несколько наиболее распространенных причин:

• взрыв топлива;
• недостатки водоподготовки;
• понижение уровня воды;
• загрязнение котловой воды;
• механическое повреждение труб;
• несоблюдение регламента разогрева;
• нарушение технологии продувки;
• сверхнормативное форсирование;
• ненадлежащие условия хранения;
• понижения давления.

Рассмотрим как сами опасные факторы, так и способы предосторожности, которые позволят не опасаться и использовать безопасную работу котлов.

Взрыв топлива

При эксплуатации котлов можно столкнуться с опаснейшей ситуацией – взрывом в топке. Причиной большинства взрывов становится недостаточная очистка топки или перенасыщение топливом горючей смеси. Перенасыщение горючей смеси становится следствием накопления в топке несгоревшего топлива. Это может произойти по ряду различных причин: из-за колебаний давления топливоподачи, повреждения оборудования, сбоя регуляторов.

Множество случаев взрывов происходили после того, как в работе горелок наступали перебои. Так, засорение топливной форсунки приводит некачественному распыливанию, вызывающему отрыв пламени или нестабильность горения. После того, как происходит последующее впрыскивание топлива в топке увеличивается концентрация его паров. Несгоревшее топливо накапливается и в случаях долгой работы горелки с некачественным распыливанием.

Вспышка несгоревшего топлива приводит к взрыву. Избежать этого можно при соблюдении следующего простого правила: никогда нельзя производить впрыскивание топлива в загазованную томную топку. Прежде следует отключить все горелки вручную и тщательным образом продуть топку воздухом. И только после такой несложно операции и устранении неисправностей с зажиганием горелки снова могут быть включены.

Понижение уровня воды

Структура углеродистой стали, из которой изготавливаются стенки котлов, изменяется при превышении температуры предела в 427°C – она теряет прочность. Но рабочая температура топки – больше 982°C, поэтому котел охлаждается водой, протекающей через его трубы. Если же он будет длительное время работать при недостатке воды, стальные трубы в буквальном смысле могут расплавиться как сгоревшие восковые свечки.

Для уменьшения вероятности аварий, возникающих из-за этой причины, должно быть предусмотрено отключение котла, наступающее при уменьшении уровня воды. Выполняют такую задачу датчики уровня воды поплавкового типа или прямого действия. Критическим звеном системы при этом становится байпас пускового устройства. Благодаря бейпасу обслуживающий персонал может продувать засорившиеся секции, проводить их очистку от накипи и шлама, имитировать аварийную ситуацию без остановки котла (так проверяется контур отсечки).

Недостатки водоподготовки

В трубах, из-за наличия в воде магниевой или кальциевой жесткости, образуется накипь. Ионы жесткости удаляются в процессе водоподготовки. Нарастание накипи приводит к перегреву труб, которые предназначены для отвода тепла от котла. Накипь снижает диаметр труб, создает дополнительный слой теплоизоляции и ухудшает теплообмен. Результатом может стать местное прогорание трубы.

Для того, чтобы предотвратить этот процесс, в котловой воде содержание солей жесткости не должно превышать допустимых пределов. При повышенной рабочей температуре и повышенном давлении котельной установки ужесточаются и требования к водоподготовке.

С котлами низкого давления понижение кальциевой и магниевой жесткости происходит при помощи ионообменных установок. Для котлов с паротурбинными установками, отличающихся режимами высокого давления и температуры, требуется полная деминерализация воды с удалением иных примесей наподобие силикатов. Если соединения кремния не будут удаляться, при испарении они смешаются с водяными парами и образуют осадок на лопатках турбин и другом оборудовании.

В водоподготовку для котлов входит и обработка химреактивами. Реактивы связывают частицы загрязнений, преобразуя их в шлам, не образующий на поверхности осадков. Шлам удаляется при промывке котлов. Недостаточная водоподготовка служит разрушительной силой для котла, поэтому в продлении его долговечности качество воды играет большую роль.

Загрязнение воды

Вода котельных установок состоит из смеси обратного конденсата и подпитки. И вопрос ее загрязнения очень сложный, ему посвящают целые книги. В загрязнения обычно входит кислород и смесь из смолы, масла, химикатов и металлов.

Кислород, растворенный в воде, постоянно угрожает целостности труб. В котельных установках обычно имеется нагреватель-деаэратор, удаляющий из подпиточной воды кислород. В резервуары деаэратора котельных установок, рабочее давление которых до 7000 кПа, обычно добавляется сульфит натрия – поглотитель свободного кислорода.

Самый опасный вид кислородной коррозии — язвенная кислородная коррозия. Язвой называется коррозия, сконцентрированная на совсем маленьком участке поверхности. Даже небольшое распространение коррозии в целом может привести к сквозной ржавчине из-за возникновения такой язвы. Катастрофические последствия кислородной коррозии требуют регулярной проверки работы поглотителей кислорода и деаэраторов и контроля качества воды.

Необнаруженное своевременно загрязнение возвратного конденсата становится еще одной причиной загрязнения котловой воды. Загрязнения могут состоять из различных частей: от железа и меди, до производственных химикатов и мела. Попадающие в воду металлы — конструктивные материалы конденсатопроводов и оборудования, а производственные химикаты и масла появляются из-за коррозионных утечек теплообменников, сальниковых уплотнений, насосов и т.д.

Опасные химикаты в большом количестве могут попасть в воду из-за аварий технологического оборудования. Поэтому постоянный мониторинг возвратного конденсата становится залогом бережной эксплуатации котельной установки.

Серьезное загрязнение котла может быть вызвано и попаданием в воду ионообменной смолы. Это происходит при повреждениях вспомогательной обвязки ионообменных установок или внутренних трубопроводов. Весьма эффективный и очень дешевый способ, предотвращающий подобные явления – установка на коммуникациях ионообменной установки смолоуловителей. Смолоуловители смогут не только защитить котел, но и в случае аварии предотвратят потерю ионообменных смол – весьма ценного материала.

Загрязнение котловой воды протекает и как постепенное ухудшение, и как мгновенная авария. Снижает возможность неприятностей обоего типа качественное и постоянное обслуживание. Мониторинг подпиточной и котловой воды позволяет получить своевременную информацию об уровне загрязнения.

Несоблюдение технологии продувки

Постоянная продувка системы и периодическая промывка поддонов приводит к уменьшению концентрации взвешенных твердых примесей, содержащихся в котловой воде. Превышение концентрации загрязнений котловой воды способно создать такие проблемы, как вспенивание воды в барабане или нестабильность ее уровня. В результате может происходить загрязнение пароперегревателей, унос капельной влаги паром, ложные срабатывания сигнализации уровня воды.

При правильно спроектированной системе продувки происходит мониторинг котловой воды и поддержание такой интенсивности продувки, обеспечивающей допустимую концентрацию примесей. Промывка грязевиков и поддонов предотвращает накопление шлама. Но продолжительная продувка образующих экраны топки секций способна вызвать их повреждение из-за перегрева, наступающего вследствие изменения циркуляции естественной воды. Рекомендуется вместо этого при каждом отключении котла открывать вентили продувки секций до момента падения давления в системе к уровню атмосферного давления.

Нарушение регламента разогрева

Сильнейшее испытание, которому может подвергнуться котел — нарушение правил разогрева. При процедурах пуска и остановки оборудование получает серьезные нагрузки. Работа в постоянном режиме таких нагрузок не доставляет, поэтому при частых включениях-отключениях соблюдение правил должно быть более строгим, чем при работе в расчетном режиме. Поэтапные пусковые операции и корректный регламент уменьшают вероятность аварии и способствуют продлению службы оборудования.

Конструкция типового котла подразумевает использование различных материалов: сталь различной толщины (толстой – для барабана, тонкой – для труб), огнеупорных и теплоизоляционных материалов, массивных чугунных элементов. Скорость, с которой они прогреваются и остывают, различна. Ситуация становится еще более сложной, если материал одновременно подвергается воздействию различных температур. К примеру, паровой барабан при уровне воды в пределах нормы контактирует в разных частях с водой, воздухом и паром. Во время холодного старта быстрее всего нагревается вода, поэтому нижняя часть барабана испытывает тепловое расширение большее, чем верхняя. В итоге нижняя часть становится длиннее верхней и барабан испытывает деформацию. Следствием серьезной деформации становится появление трещин труб между шламовым и паровым барабанами.

Очень быстрый разогрев во время холодного старта может повредить обмуровку котла. У обмуровки низкая теплопроводность, поэтому она прогревается дольше металла. При непрогретой топке материал обмуровки поглощает из воздуха влагу. Медленный прогрев постепенно просушивает обмуровку и не допускает вскипания влаги, которое могло бы привести к растрескиванию кирпичей. Согласно стандартному графику разогрева типового котла повышение температуры должно происходить со скоростью не выше 55°C в час.

Опасность форсированного режима

Эксплуатация котла в режиме, превышающем максимально допустимую продолжительную нагрузку, согласно рекомендациям изготовителей, не может превышать по длительности 2-4 часа.

Физические ограничения конструкций котлов (размеры паропроводов и топки) могут привести к серьезным проблемам, связанным с падением давления пара и уменьшением теплоотдачи. Подобные ограничения становятся причиной проблем, ассоциирующихся с перегревом котла:

• эрозии труб, золоочистителей, газоходов и экранов;
• разрушением обмуровки, материала труб, газоходов;
• коррозии труб пароперегревателей и стенок топки;
• уносом паром твердых взвешенных частиц и капельной влаги, что ведет к повреждению лопаток турбин, пароперегревателей, другого технологического оборудования.

Проблемы, связанные с перегревом котла, во многом зависят от вида используемого топлива. Но независимо от топлива форсирование работы котла увеличивает скорость и объем дымовых газов и их давление, что оказывает влияние на эрозию. Возникает повышение температуры перегородок и стенок труб, что сказывается на прочности металла. Форсаж топки может вызывать распространение пламени на экраны, а это также становится причиной местной коррозии.

Механическое повреждение труб

Котел практически не содержит одинаковых элементов. Особенно это можно отнести к трубам, из которых состоят секции конвективного нагрева и экраны топки. Повреждение одной из них приводит к остановке всего оборудования. А учитывая то, что толщина таких труб не превышает 2-3 миллиметров, становится понятно, что они легко могут быть повреждены. Причиной повреждения могут стать:

• удары при сборке или в процессе изготовления;
• неверная направленность при продувке для удаления сажи;
• приводящий к эрозии труб сдув копоти влажного пара.

Проектирование новых котлов предусматривает увеличение толщины стенок труб. Это ведет к повышению стоимости, но предоставляет запас прочности. К тому же в местах изгиба толщина стенки становится меньше и при первоначальной малой толщине в месте сгиба она может не соответствовать допускаемому стандарту.

Неправильное хранение

Небрежное хранение котла может привести к коррозии поверхностей и со стороны воды, и со стороны газов. Коррозия газовой стороны происходит, если ранее в котле использовалось сернистое топливо. Есть такие участки топки, с которых золу при обычной продувке удалить невозможно. Прежде всего, это зазоры между обмуровкой и трубами и между перегородкой на входе и трубами. При разогретом котле коррозия не может появиться, так как на поверхности нет влаги. Но после остановки поверхности обмуровки и зола начинают абсорбировать влагу, что через время приводит к началу коррозии. Локализованную язвенную коррозию можно установить простукиванием и изменившемуся звуку.

Один из способов избежать таких последствий – теплое хранение. В качестве обогревателя может быть использован шламовый барабан или продувка теплоносителем, идущим от другого, работающего, котла. Этого достаточно для поддержания температуры поверхности превыщающей точку росы кислотного раствора.

Еще один способ хранения малых котлов – сухое хранение. Для этого в котел вдувают азот, а его входные отверстия уплотняются абсорбентом-осушителем.

Срыв в вакуум

Конструкции котлов могут работать с избыточным давлением, однако не предусматривают возможности падения давления до уровня ниже атмосферного — вакуума. Его возникновение возможно во время остановки котла. При охлаждении происходит понижение уровня воды и конденсация пара. В итоге давление может снизиться до уровня ниже атмосферного. В итоге вакуум приведет к утечке через концы труб, развальцованные таким образом, что их уплотнение происходит при избыточном давлении. Избежать проблемы достаточно просто — необходимо приоткрыть в паровом барабане вентиляционное отверстие еще тогда, когда в нем имеется избыточное давление.

Необходимые меры предосторожности

• проверять пламя, чтобы своевременно замечать неполадки с горением;
• при погасании горелки определить причину, а не пытаться повторно ее зажечь;
• прежде чем зажигать горелки, тщательно очищать топку. Особенно важно это сделать, если в топку было пролито жидкое топливо. Избыток горючих газов, концентрация которых может стать опасной, удаляется продувкой. Ее следует производить при малейших сомнениях.
• не применять необработанную воду. Проводить проверку оборудования водоподготовки, качество воды должно соответствовать нормам, принятым для данного давления и температуры;
• для избегания накопления шлама в тупиковых участках водоохладителей, водяного контура и т.п. Необходима их регулярная промывка. Циркуляция воды никогда не должна быть остановлена.
• для удаления из деаэратора неконденсируемых газов необходима его постоянная продувка. Также необходимо контролировать содержание свободного кислорода, содержащегося в выходящей из деаэраторов воде, рабочее давление деаэраторов и температуру воды в баках-аккумуляторах;
• проводить мониторинг возвратного конденсата. В случае его загрязнения из-за аварии технологического оборудования обеспечить немедленный слив в канализацию;
• постоянно продувать котел для поддержания требуемого качества котловой воды, периодически промывать барабан-грязевик. Поверхности топки не должны продуваться в момент работы котла;
• регулярно проводить проверку внутренних поверхностей деаэратора на коррозию. Коррозия деаэратора может привести к тому, что он проржавеет насквозь. Это приведет к бурному вскипанию воды и наполнению паром всего помещения котельной;
• если на поверхности воды появятся признаки отложения накипи, необходимо отрегулировать водоподготовку;
• всегда придерживаться стандартного графика разогрева воды, предусматривающего рост температуры со скоростью не выше 55°C в час. Если котел длительное время эксплуатировался с минимальной нагрузкой, разогрев может протекать со скоростью выше указанной. Поэтому для нормального темпа разогрева в стартовом режиме должна быть предусмотрена работа горелок с перерывами;
• при отключении котла на длительное время, необходимо поддерживать его в сухом и теплом состоянии. Использовать сульфат натрия – это позволит поглотить кислород из котловой воды и заполнять азотом. При хранении в сухом состоянии вместе с азотом в барабан поместить абсорбент влаги;
• если давление падает ниже показателя 136 кПа, открывать в паровом барабане вентиляционное отверстие.

Количество аварийных остановов котлов из-за повреж­дений барабанов сравнительно невелико. Однако необходи­мо отметить, что повреждения барабанов и коллекторов котлов из-за упуска воды - основная причина все еще име­ющих место взрывов котлов.

На надежность котлов при эксплуатации отрицательно влияют дефекты, не выявленные при" изготовлении в свар­ных швах, на поверхности корпуса барабана, а также в ме­стах приварки внутрибарабанных устройств; технологиче­ских, монтажных деталей и опор барабана.

Основными причинами появления трещин в барабанах в процессе эксплуатации являются: высокий уровень дейст - вуюідпх напряжений; значительные изменяющиеся во вре­мени температурные напряжения, которые возникают при остановах (особенно, аварийных) и пусках котлов; корро­зия и низкая деформационная способность металла бара­бана. Повреждения барабанов трещинами, как правило, про­исходят в результате развития коррозионно-механической усталости.

Число отказов в работе барабанных котлов высокого дав­ления продолжает оставаться довольно большим. Основной причиной такого положения является внутренняя коррозия. Коррозионное повреждение труб, включенных в пароводя­ной тракт, приводит к аварийному останову мощного котла столь же быстро, как и малопроизводительного котла. Раз­ница- в-несоизмеримо большем ущербе от последствий такого останова.

Повреждения котлов иногда происходят из-за жестко­сти соединения элементов и затрудненности их тепловых деформаций, вследствие чего в местах загибов стальных ли­стов, в заклепочных швах, в местах вальцовки и трубных решетках во время работы возникают высокие местные на­пряжения.

Дополнительные местные механические нагрузки в ме­талле могут возникать из-за конструктивных недостатков, а также в результате неудовлетворительного монтажа и экс­плуатации котла. Например, при зажатии барабанов и кол­лекторов котла в обмуровке возникают большие механиче­ские напряжения в местах крепления кипятильных труб, удлиняющихся при нагревании. Напряжения возникают так­же при зажатии экранных труб в местах прохода их"через обмуровку или обшивку котла. Повышенные местные на­пряжения могут возникать при большой разности темпера­тур котловой воды в барабане и питательной воды, непо­средственно попадающей на его стенки, например в штуце­рах для - ввода в него питательной воды, если у них отсутствуют защитные рубашки.

Термические деформации барабанов котлов вызываются иногда следующими причинами:

Значительными изменениями нагрузки котла; подпитками котлов большими количествами относитель­но холодной питательной воды;

Оставлением котлов в горячем резерве без отключения их от паропроводов действующих котлов;

Неправильными режимами растопки и расхолаживания котлов.

Деформации барабанов наблюдаются при растопке вер­тикально-водотрубных котлов, имеющих нижние барабаны.

Испытания показывают, что при отсутствии парового подогрева воды в нижнем барабане температуры металла отдельных участков его стенок (бокового обращенного в топку и нижнего) могут во время растопки иметь откло­нения на 100-120 °С. При этом стрела прогиба барабана достигала 7-10 мм.

Деформации барабанов котлов возникают также при повреждении изолирующей обмуровки или торкрета, упусках воды, например, при разрывах кипятильных или экранных труб, при местном (части барабана) охлаждении наружным холодным воздухом.

При недостаточной тепловой изоляции верхнего бараба­на со стороны газов и высокой температуре упуск воды ве­дет к перегреву его металла, короблению и нарушению плот­ности вальцованных соединений труб. Известны также слу­чаи возникновения трещин между отверстиями для труб в барабане.

Особое место занимают механические напряжения тер­мического характера, возникающие в барабанах котлов при авариях и неполадках, например при обвале защитной фу­теровки топки, когда обнажаются заклепочные швы нижне­го барабана, при упусках воды, разрывах кипятильных и экранных труб, когда котел остается без воды при горя­чей еще кладке, при быстром заполнении холодного котла горячей водой или еще не остывших барабанов холодной водой. Такое же влияние на барабаны котлов (деформа­ции, коробление) оказывает и местное охлаждение их в зим­нее время из-за присоса холодного воздуха в топку.

Перегрев и коробление коллекторов экранов (а также пароперегревателей, экономайзеров) происходит при омыва - нии их дымовыми газами высокой температуры, при чрез­мерной длине коллекторов (коробление), а также при пло­хой тепловой изоляции и недостаточном их охлаждении.

По указанным причинам возможны повреждения кол­лекторов (появление отдулин, поверхностных и сквозных трещин в металле).

Особое внимание следует уделять перемещению реперов (указателей) у барабанов и коллекторов. После ремонта необходимо проверить положение реперов. Реперы в холод­ном состоянии должны быть установлены на 0, перед рас­топкой котла. Перемещение у коллекторов от теплового удлинения экранных труб записывают в формуляр. Нор­
мальные тепловые удлинения элементов котла указываются в чертежах завода-изготовителя и в инструкции по монтажу, эксплуатации и обслуживанию котлов.

Расчетные предельные продольные тепловые перемеще­ния блоков котлов (нижних барабанов) приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1. Тепловые перемещения котлов типа Е (ДЕ)

Тепловые пе­ремещения, ?.:м

Е(ЕД)-4-14ГМ, Е(ДЕ)-4-14-225ГМ Е(ДЕ)-6,5-15ГМ, Е (ДЕ) -6,5-14-225ГМ Е (ДЕ) -10-14ГМ, Е (ДЕ) -10-14-225ГМ Е(ДЕ)-10-24ГМ, Е(ДЕ)-10-24-250ГМ Е(ДЕ)-16-14ГМ, Е(ДЕ)-16-14-225ГМ Е(ДЕ)-16-24ГМ, Е(ДЕ)-16-24-250ГМ Е(ДЕ)-25-14ГМ, Е (ДЕ)-25-14-225ГМ Е (ДЕ) -25-24ГМ, Е(ДЕ) -25-24-250ГМ Е (ДЕ) -25-24-380ГМ " -

Нижний барабан на фронте котла типа Е (ДЕ) закреп­ляется неподвижно приваркой барабана к подушке попе­речной балки опорной рамы. Тепловое расширение нижнего барабана предусмотрено в сторону заднего днища, для чего задние и средняя опоры (для котлов паропроизводитель - ностью 16 и 25 т/ч) выполнены подвижными. На заднем днище нижнего барабана устанавливается репер для конт­роля за его перемещением. Установка реперов для контро­ля за тепловым перемещением в вертикальном и попереч­ном направлениях не требуется, так как конструкция котлов обеспечивает свободное перемещение в этих направлениях.

Для котлов большой производительности экраны с их необогреваемыми водоопускными трубами висят на верх­них коллекторах или барабанах. Барабаны либо подвешены к балкам каркаса котла, либо лежат на опорах.

Экранные трубы при растопке котла от нагревания удли­няются на 40-60 мм, а иногда и более и при останове вновь укорачиваются.

Удлиняются также при нагревании барабаны и коллек­торы. Свободное тепловое перемещение барабанов достига­ется тем, что их подвески выполняются шарнирными, а опо­ры - роликовыми.

Для большинства современных котлов обогреваемые эк­
ранные трубы свободно висят на верхних камерах и при нагревании удлиняются вниз беспрепятственно.

В начальный период работы котла недостаточное тепло­вое перемещение труб приводит к тому, что трубы обрывают или ломают крепления, а иногда поднимают с опор барабан.

Изредка такие повреждения возникают и у котлов, про­работавших длительное время.

После нескольких лет эксплуатации экранные, трубы котла ТП-230-2 удлинились настолько, что при остывании остановленного котла нижние экранные камеры перестали подниматься со своих опор. Удлинение и укорочение труб при остановах и растопках котла происходило только за счет их сгибания и разгибания в местах гиба. Затем было замечено протекание воды через изоляцию нижней камеры. .При осмотре выявилось, что вблизи камеры в трех трубах появились трещины из-за чрезмерного напряжения в зоне их присоединения к камере.

При отсутствии данных теплового удлинения их подсчи­тывают по формуле, мм,

Где а - коэффициент линейного расширения, равный 1,2 мм/м длины при нагревании на 100 °С для углеродистой стали и 1,8 мм/м для аустенитной стали; tcр - температура стенок труб, °С, принимаемая для экранов равной темпера­туре насыщения, а для пароперегревателя и экономайзе­ра- средней температуре среды; L-длина трубы, м.

При подсчете теплового удлинения экранов необходимо учитывать компенсирующую способность изгибов труб.

При капитальном ремонте котла необходимо проверить состояние креплений барабанов, коллекторов и труб, с тем чтобы убедиться в отсутствии повреждений опор, в их пра­вильном положении. При проверке предварительно очищен­ных от загрязнений креплений все обнаруженные неисправ­ности необходимо отмечать в специальном ремонтном фор­муляре, например неисправность шарнирных соединений, сползание (сдвиг) опор, наклонное положение пружин, хо­мутов или тяг, защемление подвижных частей и т. п.

Особое внимание при внутреннем осмотре барабанов уделяется проверке состояния поверхностей в районе труб­ной решетки, изогнутых участков днищ, сепарационных и питательных устройств. Осмотр трубных отверстий бара­бана и коллекторов производится после удаления концов

Труб или штуцеров. Проверка диаметра отверстий осущест­вляется при помощи шаблона.

На барабанах и коллекторах-с приварными патрубками и штуцерами следует проверить отсутствие трещин в местах их приварки.

При каждом ремонте котла проверяется щупом, не за­сорены ли зазоры, обеспечивающие тепловое расширение. Зазоры контролируют на всей их протяженности в соответ­ствии с чертежом. Следует тщательно очищать подвижные опоры барабанов и коллекторов, так как они в процессе эксплуатации засоряются и создают добавочные сопротив­ления перемещению.

Внутреннему осмотру, например, выведенного в ремонт типа Е (ДЕ) подлежат барабаны и коллекторы зад­него экрана, обязательному вскрытию и осмотру - лючки верхнего коллектора заднего экрана. Для выявления участ­ков барабана, поврежденных коррозией, поверхность необ­ходимо осмотреть до внутренней очистки. При определении интенсивности коррозии измеряют глубину повреждения металла.

Равномерное коррозионное повреждение измеряется по толщине стенки, в которой для этой цели сверлится отвер­стие диаметром около 8 мм. После измерения в отверстие устанавливают пробку и обваривают с двух сторон.

Основные коррозионные повреждения металла или яз­вины измеряют по оттискам. Поврежденный участок поверх­ности металла очищают от отложений и слегка смазывают техническим вазелином.

Наиболее точный отпечаток получается, если повреж­денный участок расположен на горизонтальной поверхности и в этом случае имеется возможность залить его расплав­ленным металлом с низкой температурой плавления, ибо затвердевший металл образует точный слепок поврежденной поверхности.

Для получения слепков используют баббит, олово, по возможности применяют гипс.

Оттиски повреждений, расположенных на вертикальных и потолочных поверхностях, получают, используя воск и пла­стилин.

Слепки и оттиски необходимо сохранять п сравнивать с новыми, получаемыми при последующих осмотрах тех же мест.

В сварных барабанах проверяют швы, а в коллекто­рах- швы приваренных донышек. Проверку при наличии

Трещин необходимо производить 2 раза - до внутренней очистки поверхностей и после нее.

Контроль поверхности барабана, трубных отверстий, шту­церов и сварных соединений при обследовании металла и выборке дефектов производится внешним осмотром и с по­мощью магнитопорошковой дефектоскопии (МПД). Поверх­ность металла и его сварные швы проверяют ультразвуко­вым дефектоскопом (УЗД).

Во время контроля сплошности металла барабана со­ставляют формуляр развертки барабана, на котором про­нумеровывают все трубные отверстия; отмечают отверстия с трещинами, коррозионными язвами на их поверхности и в зонах, прилегающих к трубным отверстиям; наносят выявленные визуально и с помощью МПД и УЗД дефекты сплошности металла и сварных швов (трещины, раковины и т. п.) с указанием их размеров, а также наибольшей глу­бины и контуров вышлифовки каждого дефекта.

Cтраница 1

Упуск уровня воды в котле ниже допускаемого может повлечь за собой ухудшение или даже срыв циркуляции, так как опускные грубы циркуляционных контуров ввальцовываются в верхние барабаны иногда на значительной высоте от нижней образующей барабана.  

Упуск уровня воды возможен также и в редких случаях неисправности или выхода из строя автоматических регулирующих устройств.  

При упуске уровня воды в барабане котла пар начинает поступать в водоспускные трубы задолго до опорожнения барабана. Опасность возникает, когда в барабане над опускными трубами еще имеется слой воды. При возникающей неравномерной, толчкообразной циркуляции трубы перегорают не только в верхней части топочной камеры, но и гораздо ниже, иногда даже на уровне горелок. Все это указывает на то, что при упуске уровня нужно опасаться не только оголения верхних концов экранных труб, но и нарушения циркуляции в экранах из-за появления пара в опускных трубах.  

Основными причинами разрыва стенок барабана, экранных и кипятильных труб в период эксплуатации котла могут быть: упуск уровня воды и последующая подкачка воды на раскаленные стенки барабана; значительное превышение допустимого рабочего давления в котле; нарушение циркуляции воды в котле; отложение накипи на поверхностях нагрева, вызывающей местный перегрев и пережог металла; плохое качество металла (наличие в нем раковин, инородных включений и т.п.); наличие трещин в сварных и заклепочных соединениях и трубных решетках; коррозия и эрозия металла; некачественное изготовление; нарушение водно-химического режима.  

Для выносных циклонов возможно существенное снижение уровня воды в них, что может привести к пережогу экранных труб в результате упуска уровня воды из циклонов и ухудшения охлаждения труб водой.  

При этом следует соблюдать следующие основные положения: прекратить подачу топлива и воздуха; ослабить тягу; при сжигании топлива в слое необходимо незамедлительно удалить его из топки; в особых случаях горящее топливо следует залить водой; отключить котел от паровой магистрали; открыть продувку. При останове котла после глубокого упуска уровня воды в барабане подпитка котла запрещается. После стравливания пара необходимо остановить дымосос.  

При отключении одного из этих работавших блоков на его турбине по невыясненной причине сработал стопорный клапан и от его блок-контактов произошло отключение двух секций с.н. 6 кВ, что при отключившемся резервном трансформаторе с.н. привело к останову двух котлов и двух питательных электронасосов. В результате этого на электростанции снизилось давление свежего пара в главных паропроводах, уменьшилась производительность двух находившихся в работе турбонасосов питательной воды, понизился ее уровень в двух работавших барабанных котлах и они были отключены защитой, срабатывающей при упуске уровня воды в барабане.  

Система специальных защитных блокировок должна обеспечить отключение подачи топлива: при нарушении нормальной последовательности пусковых операций; при отключении дутьевых вентиляторов; понижении давления газа ниже допустимого предела; при нарушении тяги в топке котла; срывах и погасании факела; при упуске уровня воды в котле и в других случаях отклонения параметров работы котлоагрегатов от нормы.  

Различные модификации системы AM К обеспечивают поддержание в заданных пределах давления пара и уровня воды в котле, пропорционирование подачи воздуха в соответствии с подачей газа, а также защиту котлоагрегата при упуске воды, превышении допустимого предела давления пара, прекращении подачи воздуха и электроэнергии, погасании пламени горелки или форсунки, прекращении тяги. Электрической схемой автоматизации предусмотрен полуавтоматический пуск и останов котлоагрегата, световая сигнализация о нормальной работе котла и наступлении аварийных режимов. Возможно осуществление звуковой сигнализации при упуске уровня воды или прекращении циркуляции воды.  

Испытаниями установлено, что попадание пара в опускные трубы является следствием образования в барабане на поверхности воды воронок, через которые пар засасывается в них, особенно при понижении уровня воды ниже допустимого. Также бывают случаи попадания в опускные трубы паровых пузырей, выходящих из экранных (подъемных) труб, если последние расположены вблизи от входа воды в опускную систему и не отделены от него перегородкой. Особенно опасными являются случаи засасывания пара в опускные трубы при глубоком упуске уровня воды в барабане, когда при этом возникает резкое повышение температуры металла многих труб, в которых образуется пар, с последующими их разрывами в местах образования отдулин.  

На котлах с применением ступенчатого испарения повреждение экранных труб происходит, как правило, в циркуляционных контурах соленых отсеков барабана или выносного циклона. В связи с этим при нерегламентированном понижении уровня воды в барабане котла обслуживающему персоналу необходимо особенно тщательно контролировать уровень воды в соленом отсеке. Циркуляционные аварии, связанные с упуском уровня воды в барабане котла, если не приняты своевременные меры или произошло грубое нарушение правил эксплуатации котельных установок, могут иметь тяжелые последствия. Так, опыт эксплуатации паровых двухбара-банных котлов производительностью 1 т / ч (типа Е-1 / 9) с давлением пара 0 9 МПа показал, что при продолжительных глубоких упусках уровня воды в верхнем барабане котла, сопровождающихся неправильными действиями обслуживающего персонала, возникали тяжелые аварии с большими повреждениями оборудования.  

Страницы:      1

персоналом при отказе в работе зашит или при их отсутствии в случаях:
а) недопустимого2 повышения или понижения уровня волы в барабане или выхода из строя всех приборов контроля уровня воды в барабане;
б) быстрого понижения уровня волы в барабане, несмотря на усиленное питание котла;
в) выхода из строя всех расходомеров питательной воды прямоточного парового и водогрейного котлов (если при этом возникают нарушения режима, требующие подрегулировки питания) или прекращения питания любого из потоков прямоточного котла более чем на 30 с;
1 Указание о немедленном останове здесь и далее следует понимать буквально, т.е. в таких ситуациях оперативный персонал должен действовать самостоятельно, без согласования своих действий с руководством цеха.
2 Под “недопустимым” повышением или понижением параметров здесь и
Далее понимаются указанные в местных инструкциях предельные значения, соответствующие уставкам защиты.
г) прекращения действия всех питательных устройств (насосов);
д) недопустимого повышения давления в пароводяном тракте;
е) прекращения действия более 50% предохранительных клапанов или других заменяющих их предохранительных устройств;
ж) недопустимого повышения или понижения давления в тракте прямоточного котла до встроенных задвижек; недопустимого понижения давления в тракте водогрейного котла более чем на 10 с;
з) разрыва труб пароводяного тракта или обнаружения трещин, вспучин в основных элементах котла (барабане, коллекторах, выносных циклонах, паро- и водоперепускных, а также водоопускных трубах), в паропроводах, питательных трубопроводах и пароводяной арматуре;
и) погасания факела в топке;
к) недопустимого понижения давления газа или мазута за регулирующим клапаном (при работе котла на одном из этих видов топлива);
л) одновременного понижения давления газа и мазута (при совместном их сжигании) за регулирующими клапанами ниже пределов, установленных местной инструкцией;
м) отключения всех дымососов (для котлов с уравновешенной тягой) или дутьевых вентиляторов либо всех регенеративных воздухоподогревателей;
н) взрыва в топке, взрыва или загорания горючих отложений в газоходах и золоулавливаюшей установке, разогрева докрасна несущих балок каркаса или колонн котла, при обвале обмуровки, а также других повреждениях, угрожающих персоналу или оборудованию;
о) прекращения расхода пара через промежуточный пароперегреватель;
п) снижения расхода воды через водогрейный котел ниже минимально допустимого более чем на 10 с;
р) повышения температуры воды на выходе из водогрейного котла выше допустимой;
с) пожара, угрожающего персоналу, оборудованию или цепям дистанционного управления отключающей арматуры, входящей в схему зашиты котла;
т) исчезновения напряжения на устройствах дистанционного и автоматического управления или на всех КИП;
у) разрыва мазутопровода или газопровода в пределах котла.
В этом пункте перечислены случаи, требующие немедленного останова котла во избежание больших повреждений оборудования с длительным выходом его из строя. Под “недопустимым” повышением или понижением параметров понимаются указанные в местных инструкциях предельные значения, соответствующие уставкам защит. Отключение котла в случаях, предусмотренных подпунктами “а”, “ж”, “и”, “к”, “л”, “м”, “о”, “п”, “р”, должно осуществляться защитами. Однако если по какой-либо причине защита оказалась отключенной или не сработала своевременно, все необходимые операции по останову котла должен немедленно производить персонал.
В случаях, перечисленных в настоящем пункте, оперативный персонал не обязан согласовывать свои действия с руководителем цеха, электростанции, а должен действовать немедленно и самостоятельно.
Большую опасность для оборудования представляют упуск воды из барабана и перепитка котла водой. Задержка с остановом котла при упуске воды может привести к массовым повреждениям экранных (кипятильных) труб. При перепитке котла возможен заброс воды в пароперегреватель, паропроводы и турбину, что может повлечь за собой тяжелые повреждения. К аварийной ситуации относятся случаи одновременного выхода из строя всех водоуказательных приборов, когда обслуживающий персонал остается без средств контроля за уровнем воды в барабане, что может привести к описанным выше последствиям.
Если несмотря на усиленное питание котла водой уровень ее в барабане продолжает понижаться, наиболее вероятной причиной может быть разрыв экранной трубы. В такой ситуации промедление с остановом может также вызвать серьезные повреждения котла.
Расходомеры питательной воды являются основными приборами, с помощью которых ведется режим работы прямоточного и водогрейного котлов, поэтому при выходе из строя расходомеров прямоточный и водогрейный котлы должны быть остановлены. Допускается кратковременная их работа при условии, что режим работы оборудования не требует подрегулировки питания. Если при неисправном расходомере возникли какие-либо нарушения режима, требующие подрегулировки питания, необходимо немедленно остановить котел.
Существующая защита от прекращения расхода питательной воды в котел действует с выдержкой времени до 30 с. Проведенные испытания показали, что такой перерыв в питании не представляет опасности для его поверхностей нагрева. Вместе с тем при прекращении действия всех питательных устройств и невключении резервного насоса по АВР нет необходимости ждать 30 с, поскольку существует реальная угроза повреждения поверхностей нагрева котла в случае, если защита от прекращения питания по какой-либо причине не сработает. В этом случае котел следует немедленно отключить.
Недопустимое повышение давления в пароводяном тракте котла (или только на участке тракта до ВЗ, не защищенном предохранительными клапанами) может вызвать напряжения в элементах котла выше расчетных (допустимых) значений, вследствие чего возможны опасные для оборудования и жизни людей повреждения барабана, коллекторов и труб котла. Такие же последствия возможны в случае прекращения действия более 50% предохранительных клапанов или других заменяющих их предохранительных устройств. При определенном понижении давления в пароводяном тракте до ВЗ происходит закипание (запаривание) воды, что может привести к пережогу труб радиационных поверхностей нагрева. Поэтому котел необходимо немедленно остановить.
Следует помнить, что промедление с остановом котла в случаях, указанных в подпункте “з”, может привести к большим повреждениям и представить опасность для обслуживающего персонала. Разрыв экранной и пароперегревательной труб определяется обычно по резкому шуму, снижению разрежения вверху топки и выбиванию газов из лючков топки и газоходов и неплотностей в обмуровке, а также по большому расхождению показаний паро- и водомера. Разрыв экранной или кипятильной трубы барабанного котла сопровождается также резким падением уровня воды и давления в барабане. Особую опасность для жизни людей и целостности оборудования представляют повреждения внешних сепараторов, паропроводов, питательных трубопроводов, арматуры и др., что связано с выбросом в котельную больших масс горячей воды и пара.
Если при нарушении устойчивости режима горения в топочной камере произошло погасание факела, котел должен быть немедленно остановлен. Следует помнить, что подача топлива в погасшую топку или попытка восстановить горение в топке включением газовых или мазутных горелок может привести к взрыву в топке и газоходах с большими разрушениями. Признаками погасания топки являются быстрое понижение параметров пара и увеличение разрежения вверху топки.
Газовые горелки и мазутные форсунки обеспечивают устойчивое воспламенение и сгорание топлива в определенном диапазоне давления топлива перед горелками. При понижении давления мазута в магистрали перед форсунками ниже предела, установленного местной инструкцией, резко ухудшается распыл мазута, нарушается топочный режим, несгоревший мазут попадает на под топки и уносится в газоходы с последующим осаждением на поверхностях нагрева. Нарушение топочного режима при недопустимом понижении давления газа может привести к погасанию факела и образованию взрывоопасной смеси в горелках и топочной камере. При одновременном понижении давления газа и мазута (при совместном сжигании) за регулирующими клапанами ниже допустимых пределов котел должен быть остановлен по соображениям, высказанным ранее.
При отключении всех дымососов у котлов, работающих под разрежением, происходит выброс газов в помещение котельной. Останов дутьевых вентиляторов приводит к прекращению подачи воздуха в топку и на систему пылеприготовления, что вызывает мгновенное понижение параметров пара, нарушение процесса горения с забросом несгоревшего топлива в газоходы. Поэтому даже кратковременная работа котла с отключенными дымососами или дутьевыми вентиляторами недопустима.
Останов всех РВП приведет к прекращению подогрева воздуха, поступающего в топку и на пылеприготовление, т.е. к нарушению топочного режима с забросом топлива в газоходы и прекращению подачи твердого топлива.
Причины немедленного останова котла в случаях, перечисленных в подпункте “н”, пояснений не требуют. Подробно о действиях персонала, предупреждающих загорание в газоходах котла, сказано в пункте 4.3.10.
Прекращение расхода пара через промежуточный пароперегреватель возможно в случае подрыва предохранительных клапанов, установленных на “холодных” паропроводах промежуточного пароперегревателя, или закрытия задвижек на этих паропроводах (в схеме дубль-блока). Промедление с остановом котла в этом случае может привести к массовому повреждению труб промежуточного пароперегревателя.
Трубы водогрейных котлов ввиду их различной конфигурации и длины имеют разные гидравлические характеристики, поэтому скорости воды в отдельных трубах существенно отличаются от средней, вследствие этого возможно поверхностное кипение в отдельных трубах с дальнейшим повышением гидравлического сопротивления и резким снижением расхода вплоть до прекращения циркуляции и пережога труб. Опыт эксплуатации водогрейных котлов и данные испытаний показали, что для предотвращения локального закипания необходимо обеспечить среднюю скорость воды не менее 1 м/с.
В целях предупреждения аварий водогрейных котлов при снижении расхода воды через них ниже допустимого значения необходимо остановить котел.
Минимально допустимый расход воды через водогрейный котел устанавливается для каждого вида котла. Главным условием надежной и безопасной работы водогрейных котлов является обеспечение прокачивания через них нагреваемой воды без ее кипения. Понижение давления в водогрейном котле или повышение температуры воды за ним создает опасность вскипания воды и гидравлических Ударов. Поэтому при понижении давления в выводном коллекторе котла ниже допустимого или повышении температуры воды на выходе из водогрейного котла, при которой недогрев воды до кипения достигает 20°С, котел также должен быть остановлен.
При возникновении загорания в котельном помещении, если пожар представляет непосредственную опасность для обслуживающего персонала и может привести к большим повреждениям оборудования или цепей дистанционного управления отключающей арматуры (что сделает невозможным в случае необходимости отключение котла) необходимо немедленно остановить котел, вызвать пожарную команду и вывести персонал в безопасное место.
При исчезновении напряжения на устройствах дистанционного управления или на всех КИП становится невозможным не только управление, но и наблюдение за работой оборудования. В этом случае персонал бессилен принять какие-либо меры к предупреждению опасных режимов и предохранить оборудование от повреждения. Поскольку при отсутствии показаний всех приборов оборудованию может быть причинен значительный ущерб (пережог поверхностей нагрева, заброс воды в паропроводы и турбину), при исчезновении напряжения на устройствах дистанционного и автоматического управления и на всех КИП котел должен быть немедленно остановлен.

Регулирование питания барабанного котельного агрегата водой.

Автоматизация питания барабанных котлоагрегатов предусматривает автоматическое управление питанием водой как при условиях нормального протекания эксплутационных режимов работы котла, так и при режимах пуска и останова котельного агрегата.

В свою очередь нормальные эксплутационные режимы работы могут протекать при постоянном и переменном (скользящем) давлении свежего пара.

Показателем соответствия материального баланса между паром и водой – расхода свежего пара и расхода питательной воды служит уровень в барабане котла. Отклонение уровня воды в барабане от среднего значения характеризует наличие небаланса между притоком питательной воды и расходом пара. Оно (отклонение) происходит также вследствие изменения паросодержания пара в пароводяной смеси подъемных труб за счет колебаний давления пара в барабане котла или изменений тепловосприятия испарительных поверхностей нагрева.

Так, при увеличении расхода пара в первый момент после возмущения уровень воды в барабане возрастает в результате резкого уменьшения давления пара, что в свою очередь приводит к увеличению паросодержания в подъемных трубах циркуляционного контура и росту уровня. Это явление называется набуханием уровня.

При изменении нагрузки котла и, как следствие, изменении его паропроизводительности средний уровень воды должен поддерживаться постоянным.

Максимально допустимые отклонения уровня воды в барабане составляют + 100 мм от среднего значения, установленного заводом-изготовителем. При этом средний уровень не обязательно должен совпадать с геометрической осью барабана. Снижение уровня ниже видимой части водомерного стекла, установленного на барабане котельного агрегата, считается «упуском» воды, а превышение его верхней видимой части – «перепиткой». Расстояние между этими критическими отметками составляет 400 мм.

Снижение уровня ниже места присоединения опускных труб циркуляционного контура может привести к нарушению питания и охлаждению водой подъемных труб, нарушению их прочности в местах стыковки с корпусом барабана, а в наиболее тяжелых случаях и пережогу.

Чрезмерное повышение уровня может привести к ухудшению действия внутрибарабанных сепарационных устройств, заносу солями пароперегревателя, а также забросу частиц воды в турбину, что может явиться причиной тяжелых механических повреждений лопаток ее ротора.

Снабжение барабана водой осуществляется по одной, реже двум ниткам трубопроводов питательной воды, одна из которых служит резервной.

Схема автоматического регулирования питания котельного агрегата. В АСР питания котла водой реализован принцип комбинированного регулирования по возмущению – при изменении расхода пара или питательной воды и отклонению – при изменении уровня воды в барабане котла.

Регулятор питания должен обеспечить постоянство среднего уровня воды независимо от нагрузки котла и возмущающих воздействий (Рис. 12.7).

В АСР питания используют для этих целей трехимпульсный регулятор питания. Сигналы по возмущению: расход свежего пара D n , расход питательной воды D n в. Сигнал по отклонению: уровень в барабане котельного агрегата H б. Сигнал по расходу питательной воды используется как выключающий для снятия в статике сигнала по расходу пара.

Регулятор питания перемещает регулировочный орган на линии питательной воды при появлении сигнала небаланса между расходами питательной воды и перегретого пара. Помимо этого он воздействует на положение клапана при отклонении уровня воды в барабане котельного агрегата от заданного значения. Использование сигналов D n и D n в обеспечивают быстродействие АСР питания, сигнал H б – заданную точность поддержания уровня в барабане.

В схеме измерительного блока регулятора питания датчики D n , D пв и H б включены таким образом, что при понижении уровня воды в барабане котлоагрегата, увеличении расхода пара, уменьшении расхода питательной воды, они действуют в одном направлении – в сторону открытия питательного клапана, а при повышении уровня, уменьшении расхода пара и увеличении расхода питательной воды в сторону закрытия питательного клапана.

Рис. 12.7 Принципиальная схема регулирования питания барабана котла.

1-экономайзер, 2-барабан котла, 3-пароперегреватель, 4-регулятор питания, 5-датчик уровня, 6-задатчик, 7-датчик расхода пара, 8-датчик расхода питательной воды, 9-регулятор производительности, 10-питательный клапан, 11-питательный насос, 12-гидромуфта, 13-электродвигатель, 14 – дифференциальный манометр.

В качестве регулировочных органов питания используются шиберные клапаны и клапаны золотникового типа.

При полном сбросе нагрузки на котле вследствие повышения давления пара в барабане возможно срабатывание предохранительных клапанов. Количество пара, проходящее через эти клапаны не учитывается датчиком расхода пара. Регулятор питания при этом становится двухимпульсным и будет поддерживать заниженный уровень в барабане в соответствии с неравномерностью регулятора по уровню. Поэтому необходимо выбирать минимально возможную величину неравномерности по уровню, обеспечивающую приемлемые динамические качества АСР питания.