Каменских А.С.

Заклинивание предохранительного клапана в открытом положении после срабатывания

Возможная причина: механические повреждения клапана

Действия оператора:

Попытаться вручную посадить клапан на место

Если не удаётся, питание котла перевести на ручное регулирование

Увеличить расход питательной воды, строо контролируя уровень, чтобы не допустить перепитки котла

При успокоении уровня в барабане и невозможности посадки предохранительного клапана вручную, доложить руководителю котельной и приступить к плановой остановке котла

Разрыв стекла или водомерной колонки

Возможные причины: неправильные действия персонала при продувке водоуказательной колонки (ВУС - водоуказательного стекла), повреждение стекла из-за его старения

Действия оператора:

Отключить повреждённую водоуказательную колонку

Прекратить операции по изменению нагрузки, отключив автоматику котла

Усилить контроль за уровнем воды по сниженному и оставшемуся в работе указателю уровня прямого действия;

Если проводилась продувка котла, прекратить её.

Действия оператора при снижении уровня воды в барабане ниже нижнего допустимого

Если уровень воды снизился ниже нижнего допустимого, но ещё определяется по водоуказательному стеклу, котёл можно подпитать, открыв задвижку на обводной (байпасной) линии вокруг регулирующего клапана. В противном случае, котёл должен быть немедленно отключён (остановлен) действием защит или персоналом. Поэтому, если в данной ситуации не сработала автоматика безопасности, оператор осуществляет аварийную остановку котла. Для этого необходимо немедленно прекратить подачу топлива и сопутствующих компонентов (воздуха, пара) и резко ослабить тягу.

Отключить котёл от главного паропровода и при необходимости выпустить пар через при-поднятые предохранительные клапана.

УПУСК ВОДЫ. Возможные причины:

• неисправность или отключение автоматики питания
• остановка или неисправность питательных насосов
• отсутствие воды в аккумуляторном баке деаэратора
• разрыв питательного трубопровода, экранных или кипятильных труб
• неправильные действия персонала при продувке котла
• большой пропуск продувочной или спускной арматуры

Действия оператора:

• Прекратить подачу топлива
• Прекратить вентиляцию топки путём остановки дымососа и вентилятора
• Если производилась продувка, - прекратить её
• Прекратить питание котла, закрыв вентиль на питательной линии
• Закрыть парозапорную арматуру котла.

Категорически запрещается подпитка котла. Заполнение котла водой с целью определения возможных повреждений при упуске воды можно производить только по распоряжению начальника котельной и охлаждения барабана котла до температуры окружающего воздуха.

Вскипание котловой воды

Сопровождается резким колебанием уровня воды в водоуказательных стёклах, гидроударами в котле

Возможные причины:

• резкое увеличение расхода пара и уменьшение давления в барабане
• повышение солесодержания или щёлочности котловой воды
• подача в котёл химических реагентов в большом количестве

Действия оператора:

• Прекратить подачу топлива
• Отключить котёл от паропровода путём закрытия главной парозапорной арматуры
• Прекратить питание котла, закрыв вениль на питательном трубопроводе
• Остановить дымосос и вентилятор
• Продуть водоуказательные колонки и определить уровень воды

Действия оператора при повышении уровня воды парового котла выше допустимого

Если уровень воды превысил допустимый, но ещё определяется по водоуказательному стеклу, воду можно слить через продувочные клапаны, в противном случае, котёл должен быть немедленно отключён (остановлен) действием защит или персоналом. Поэтому, если в данной ситуации не сработала автоматика безопасности, оператор осуществляет аварийную остановку котла. Для этого необходимо немедленно прекратить подачу топлива и сопутствующих компонентов (воздуха, пара) и резко ослабить тягу. Не сгоревшее твёрдое топливо залить водой, соблюдая при этом осторожность, чтобы вода не попала на поверхности нагрева элементов котла. Отключить котёл от главного паропровода и при необходимости выпустить пар через приподнятые предохранительные клапана.

ПЕРЕПИТКА КОТЛА

Возможные причины:

• неисправность водоуказательных приборов
• резкое уменьшение расхода пара
• отключение или неисправность автоматики питания котла

Действия оператора:

Если уровень воды повысился до установки срабатывания защиты, то необходимо

Отключить автоматику питания котла и дистанционно уменьшить расход воды до восстановления сред-него уровня

Проверить правильность показания водоуказательных приборов и произвести сверку показаний водоуказательных колонок (ВУС прямого действия) и сниженного указателя уровня.

Если несмотря на принятые меры уровень продолжает расти, то необходимо

• уменьшить питание котла, закрыть запорную арматуру на питательной линии
• осторожно открыть продувочную линию нижнего барабана и если после продувки уровень снова начинает повышаться, то необходимо
• прекратить подачу топлива
• отключить котёл от паропровода
• закрыть главную парозапорную арматуру
• провентилировать топку в течение 10 минут
• остановить вентилятор и дымосос
• спустить воду до среднего уровня путём открытия запорной арматуры на линии периодической продувки.

Сооружение котельных установок требует больших капитальных затрат. Надежность и удобство их эксплуатации часто имеет решающее значение для экономичности установки. Таким образом, весьма существенным фактором становится обучение обслуживающего персонала, поскольку нарушение нескольких установленных практических правил может привести к катастрофе. Наиболее распространенными причинами аварий котлов являются: взрыв топлива, понижение уровня воды, недостатки водоподготовки, загрязнение котловой воды, нарушение технологии продувки, несоблюдение регламента разогрева, механическое повреждение труб, сверхнормативное форсирование, хранение в неподходящих условиях, понижение давления до вакуума.

Взрыв топлива
Взрыв в топке - одна из опаснейших ситуаций при эксплуатации котлов. Причиной большинства взрывов является «перенасыщение топливом» горючей смеси или недостаточная очистка топки. Перенасыщение горючей смеси происходит в том случае, когда в топке накапливается несгоревшее топливо. В зависимости от средств регулирования горелок это может случиться в силу ряда причин, в том числе из-за сбоя регуляторов, колебаний давления топливоподачи, повреждения оборудования.

Многие случаи взрывов в топке имели место после перебоев в работе горелок. Например, если засоряется топливная форсунка, некачественное распыливание вызывает нестабильность горения или отрыв пламени. При последующем впрыскивании топлива для возобновления горения в топке повышается концентрация паров топлива. Накопление несгоревшего топлива может произойти и в том случае, если горелка долгое время работает при некачественном распыливании.

Повторное зажигание горелки после перебоя может воспламенить взрывоопасную смесь.

Таким образом, вспышка несгоревшего топлива становится причиной взрыва. Этого можно избежать, соблюдая следующее простое правило: никогда не впрыскивать топливо в темную загазованную топку. Вместо этого необходимо отключить вручную все горелки и тщательно продуть топку воздухом. После того как это сделано и устранены неисправности с зажиганием, можно снова включить горелки.

Понижение уровня воды
При температуре свыше 427°C структура углеродистой стали изменяется - теряется ее прочность. Поскольку рабочая температура топки превышает 982°C, охлаждение котла водой в его трубах является тем фактором, который предупреждает аварию. При длительной работе котла с недостатком воды стальные трубы могут в буквальном смысле расплавиться, наподобие сгоревших свечек.

Чтобы уменьшить вероятность аварий по этой причине, необходимо предусматривать отключение котла при снижении уровня воды. Для этого могут использоваться датчики уровня воды прямого действия или поплавкового типа. При этом критическим звеном в системе является байпас пускового устройства, который обычно служит для проверки этого устройства. Байпас позволяет обслуживающему персоналу продувать засорившиеся секции, очищать их от шлама и накипи и имитировать аварийную ситуацию для проверки контура отсечки, не прерывая работу котла.

Недостатки водоподготовки
В процессе водоподготовки из воды удаляются ионы жесткости. Причиной образования накипи обычно является кальциевая или магниевая жесткость воды. Нарастание накипи в трубах может привести к их повреждению из-за перегрева. Тепло от труб котла отводится потоком протекающей воды, а накипь в трубах представляет собой слой теплоизоляции, который ухудшает теплообмен. Если это длится достаточно долго, результатом может явиться местное прогорание труб.

Для предотвращения образования накипи содержание солей жесткости в котловой воде должно находиться в допустимых пределах. Требования к водоподготовке ужесточаются при повышении рабочей температуры и давления котельной установки.

Для котлов низкого давления обычно используются ионообменные установки, понижающие кальциевую и магниевую жесткость. Для режимов с высоким давлением и температурой, характерных для котлов паротурбинных установок, необходима полная деминерализация воды, включающая удаление всех прочих примесей, например, силикатов. Если не удалять соединения кремния, они, испаряясь, смешиваются с водяным паром и могут образовывать осадок на оборудовании, например, на лопатках турбин.

Водоподготовка для котлов включает также обработку химреактивами. Эти реактивы связывают взвешенные частицы загрязнений и преобразуют их в шлам, который не образует осадка на поверхности и может быть удален при промывке котлов. Качество воды очень важно для продления срока службы котла. Недостаточная водоподготовка - это «разрушительная сила» для котла.

Загрязнение воды
Загрязнение воды котельных установок, представляющей собой смесь подпитки и обратного конденсата, - очень сложный вопрос. Этой проблеме и ее последствиям посвящены целые тома. Обычно в состав загрязнений входят кислород, смесь металлов и химикатов, масла и смолы.

Растворенный в воде кислород является постоянной угрозой целостности труб. Обычно котельная установка имеет нагреватель-деаэратор для удаления кислорода из подпиточной воды. В котельных установках с рабочим давлением до 7000 кПа в резервуар деаэратора обычно добавляют поглотитель кислорода - сульфит натрия. Он удаляет свободный кислород.

Язвенная кислородная коррозия - один из наиболее опасных видов кислородной коррозии. Язва - это концентрированная коррозия на очень маленьком участке поверхности. Сквозная ржавчина на трубе может образоваться даже при небольшом распространении коррозии в целом. Из-за быстрых катастрофических последствий кислородной коррозии необходимо регулярно проверять работу деаэраторов и поглотителей кислорода и контролировать качество воды.

Своевременно необнаруженное загрязнение возвратного конденсата - это еще одна причина загрязнения котловой воды. Состав загрязнений может быть различным: от таких металлов, как медь и железо, до масел и производственных химикатов. Металлы, попадающие в воду, - это конструктивные материалы оборудования и конденсатопроводов, а масла и производственные химикаты попадают из-за дефектов производственного оборудования или коррозионных утечек в теплообменниках, насосах, сальниковых уплотнениях и др.

Наибольший риск загрязнения воды связан с возможностью аварий технологического оборудования, из-за которых в котловую воду могут попасть в большом количестве опасные химикаты. Поэтому бережная эксплуатация котельной установки должна предусматривать постоянный мониторинг качества возвратного конденсата.

Попадание в воду ионообменных смол также может вызвать серьезное загрязнение котла. Это случается при повреждении внутренних трубопроводов или вспомогательной обвязки ионообменной установки. Очень дешевый и эффективный способ предотвращения этих явлений - установка смолоуловителей на всех коммуникациях ионообменной установки. Смолоуловители не только защищают котел, но и предотвращают в случае аварии потери ценного материала - ионообменных смол.

Загрязнение котловой воды может протекать как постепенное ухудшение или как мгновенная авария. Постоянное и качественное обслуживание позволит существенно снизить возможность неприятностей того и другого типа. Постоянный мониторинг качества котловой и подпиточной воды позволяет не только накапливать статистические данные, но и своевременно предупреждать об опасном уровне загрязнений.

Несоблюдение технологии продувки
Концентрация взвешенных твердых примесей в котловой воде уменьшается при постоянной продувке системы и периодической промывке поддонов. Максимально допустимые концентрации примесей согласно нормам Американской ассоциации производителей котлов (AMBA) приведены в таблице. Превышение концентрации или иные загрязнения котловой воды создают такие проблемы, как нестабильность уровня воды в барабане или вспенивание. Эти явления могут стать причиной ложного срабатывания аварийной сигнализации уровня воды, уноса капельной влаги паром, загрязнения пароперегревателей.

Правильно спроектированная система продувки осуществляет мониторинг состояния котловой воды и поддерживает такую интенсивность продувки, которая обеспечивает допустимую концентрацию примесей. Периодическая промывка поддонов и грязевиков необходима для предотвращения накопления шлама. Продолжительная продувка секций, образующих экраны топки, может привести к их повреждению из-за перегрева, вызванного изменением естественной циркуляции воды. Вместо этого рекомендуется открывать вентили продувки этих секций всякий раз при отключении котла, до того как давление в системе упадет до атмосферного.

Нарушение регламента разогрева
Отступление от правил разогрева относится к числу сильнейших испытаний, которым подвергается паровой котел. Во время процедур пуска и остановки все оборудование испытывает серьезные нагрузки, поэтому здесь требуется более строгое соблюдение правил эксплуатации, чем при постоянной работе в расчетном режиме. Корректный регламент и поэтапное прохождение пусковых операций способствуют продлению срока службы оборудования и уменьшают вероятность аварии.

В конструкции типового котла используются различные материалы: сталь большой толщины для барабана, более тонкая - для труб, огнеупорные и теплоизоляционные материалы, массивные чугунные элементы. Скорость прогрева и охлаждения всех этих материалов различна. Ситуация осложняется, если материал подвергается в одно и то же время воздействию различных температур. Например, паровой барабан при нормальном уровне воды в нижней части контактирует с водой, а в верхней части сначала с воздухом, а затем с паром. При холодном старте вода нагревается очень быстро, так что нижняя часть барабана подвергается тепловому расширению раньше, чем верхняя часть, не соприкасающаяся с водой. Следовательно, нижняя часть барабана становится длиннее верхней, что приводит к его деформации. При серьезной деформации это явление называют «горбатый барабан», следствием его является образование трещин на трубах между паровым и шламовым барабанами.

Механическое повреждение труб
Если посмотреть на котел в процессе сборки, можно заметить, что одинаковых элементов практически нет. В особенности это относится к трубам, составляющим экраны топки и секции конвективного нагрева. Повреждение единственной трубы ценой в несколько сот долларов может привести к аварийной остановке котлоагрегата миллионной стоимости.

Учитывая, что трубы промышленных котлов могут иметь толщину стенки 3 или 2 мм, становится ясно, как легко можно их повредить. Наиболее распространенные причины механического повреждения труб следующие:

Удар острым предметом при изготовлении или сборке.

Некорректная направленность продувки для удаления сажи (используется обдув топочных экранов паром для удаления с поверхности сажи, копоти, золы).

Использование для сдува копоти влажного пара, что может вызвать коррозию труб.

При проектировании новых котлов наибольшим «камнем преткновения» является попытка увеличить толщину стенки труб. Это связано с увеличением стоимости, однако, дает запас по надежности на механические повреждения. Кроме того, при изгибе труб толщина стенки уменьшается, при первоначально малой толщине на сгибе она может стать меньше допускаемой стандартом.

Опасность форсированного режима
Для многих производств увеличение выпуска продукции и оборота повышает рентабельность. Эта стратегия побуждает к эксплуатации всего оборудования на максимум производительности.

Эксплуатация котлов на режимах выше максимально допустимой продолжительной нагрузки (MCR) долгое время была предметом дискуссий. В течение многих лет изготовители котлов рекомендовали для своего оборудования длительность пиковых нагрузок 110% MCR от 2 до 4 часов. При этом часто возникал вопрос: «Если котел может работать с нагрузкой 110% MCR в течение 4 часов, почему он не может так работать постоянно?» Ответить на этот вопрос не так просто.

Резервы надежности и безопасности вспомогательного оборудования котельной установки отнесены к определенной гарантированной нагрузке этих устройств. Эти резервы включают увеличение производительности и статического давления вентиляторов и насосов, расширенные возможности систем телеметрии и автоматики и т. п. Конструкторы паровых котлов должны иметь уверенность в том, что их возможности не ограничивает ни один из элементов вспомогательного оборудования. Обычно проектирование вспомогательных систем «с запасом» позволяет эксплуатировать котел при пиковых нагрузках более 110% MCR. При отсутствии ограничений со стороны вспомогательного оборудования интенсификация производства заставляет форсировать котлы (иногда очень сильно) в течение длительного времени.

Из-за физических ограничений в конструкции котла (размера топки и паропроводов) могут внезапно возникнуть серьезные проблемы, связанные с уменьшением теплоотдачи и падением давления пара, что снижает рабочую мощность котла. Есть и другие, не столь очевидные физические ограничения. Эти ограничения являются причиной ряда проблем, которые ассоциируются со значительным перегревом котла:

Разрушение материала труб, обмуровки, газоходов от кратковременного или длительного перегрева.

Эрозия труб, экранов, газоходов, золоочистителей.

Коррозия стенок топки и труб пароперегревателей.

Унос паром капельной влаги и твердых взвешенных частиц, становящихся причиной повреждения пароперегревателей, лопаток турбин и другого технологического оборудования.

Возникновение проблем, связанных с перегревом котла, существенно зависит от типа используемого топлива. Проблемы эрозии обычно ассоциируются с твердым топливом: уголь, дрова, торф, горючие отходы производства и т. п., при сгорании которых образуется зола и шлаки. Независимо от вида топлива форсирование котла означает увеличение объема и скорости дымовых газов с соответственным увеличением (в квадратичной пропорции) давления набегающего потока газов, что оказывает влияние на процесс эрозии. Кроме того, могут возникать вихревые эффекты в хвостовых газоходах котла, что также приводит к локальной эрозии.

Конструкторы котлов скрупулезно просчитывают тепловые потоки на топочные экраны, перегородки, определяют температуру стенок труб, обмуровки и прочих поверхностей. Перегрев топки приводит к увеличению тепловых потоков и температуры обмуровки. Общий расход пара связан с определенной величиной циркуляционных потоков в трубах и перепадом давлений, обеспечивающим адекватный отвод тепла от поверхностей топки. Перегрев котла вызывает увеличение перепада давлений и изменение режима циркуляции. Под воздействием этих двух факторов существенно повышается температура стенок труб и перегородок. Эффект кратковременного или длительного воздействия высоких температур может выразиться в потере прочности металла труб.

Проблемы с коррозией возникают в случае контакта частиц твердого или жидкого топлива с поверхностью труб при высокой температуре. Кроме того, форсаж топки может вызвать распространение пламени на поверхность экранов, что также является причиной местной коррозии.

Большинство правильно сконструированных котлов-парогенераторов может эксплуатироваться при нагрузках свыше MCR в течение непродолжительного времени. Эксплуатация периферийного оборудования в пределах физических возможностей также не вызывает проблем. И наоборот, длительная эксплуатация в форсированном режиме свыше MCR может вызвать такие долговременные и дорогостоящие проблемы в обслуживании котлов, которые не проявляются при кратковременной перегрузке. Если интересы производства требуют форсирования парогенераторного оборудования, бизнес-решение должно основываться на сравнительном анализе доходов от интенсификации производства и удорожания эксплуатации оборудования.

Неправильное хранение
В результате небрежного хранения котла может начаться коррозия поверхностей как со стороны газов, так и со стороны воды. Коррозия на газовой стороне случается, если в котле ранее использовалось сернистое топливо. В топке имеются такие участки поверхностей, с которых невозможно полностью удалить золу во время обычной продувки. Наиболее уязвимы в этом зазоры между трубами и перегородкой на входе в барабан и зазоры между трубами и обмуровкой. Когда котел разогрет, коррозия обычно не угрожает, так как влага на поверхностях не присутствует. Однако во время остановки зола и поверхности обмуровки абсорбируют влагу, а спустя некоторое время начинается коррозия. Локализованная язвенная коррозия может быть весьма серьезной, это можно обнаружить при простукивании по изменившемуся «звучанию» труб.

Теплое хранение - это один из способов избежать коррозии на газовой стороне. Такие методы, как использование шламового барабана в качестве обогревателя или продувка теплоносителем от работающего котла, обычно достаточны для того, чтобы поддерживать температуры поверхностей труб выше точки росы кислотных растворов. Другим способом, используемым для малых котлов, является сухое хранение. При этом входные отверстия котла уплотняются абсорбентом-осушителем, и затем в котел вдувается азот.

Срыв в вакуум
Конструкция котлов рассчитана на работу под избыточным давлением, но не предусматривает возможности вакуума (падения давления ниже атмосферного). Возникновение вакуума возможно при остановке котла. По мере охлаждения котла происходит конденсация пара и понижается уровень воды, что приводит к снижению давления, возможно, ниже атмосферного. Вакуум в котле приводит к утечкам через развальцованные концы труб, так как они рассчитаны на уплотнение избыточным давлением. Избежать этой проблемы можно приоткрыв вентиляционное отверстие в паровом барабане в то время, когда там еще имеется избыточное давление.

Меры предосторожности
Вот некоторые практические рекомендации, позволяющие избежать проблем при эксплуатации котлов:

Чаще смотреть на пламя, чтобы своевременно заметить неполадки с горением.

Определить причину погасания горелки, прежде чем предпринимать многочисленные попытки повторного зажигания.

Перед зажиганием горелок тщательно очистить топку. Это особенно важно, если в топку пролилось жидкое топливо. Продувка позволит удалить избыток горючих газов до того, как их концентрация станет взрывоопасной. Если есть сомнения - необходима продувка!

Проверять работу оборудования водоподготовки, убедиться, что качество воды соответствует нормам для данной температуры и давления. Притом, что абсолютным критерием является нулевая жесткость воды, необходимо соответствие нормативам для рабочих параметров котла. Никогда не использовать необработанную воду.

Регулярная промывка тупиковых участков водяного контура, водоохладителей и т. п. во избежание накопления шлама в этих зонах, что влечет за собой повреждение оборудования. Никогда не останавливать циркуляцию воды.

Контролировать наличие свободного кислорода в воде на выходе из деаэраторов, рабочее давление деаэраторов, температуру воды в баке-аккумуляторе (соответствие температуре насыщения). Необходима постоянная продувка деаэратора для удаления неконденсируемых газов.

Постоянный мониторинг качества возвратного конденсата для обеспечения немедленного слива в канализацию при загрязнении конденсата в результате аварии технологического оборудования.

Постоянная продувка котла для обеспечения качества котловой воды в пределах нормы, периодическая промывка барабана-грязевика (проконсультироваться со специалистом по водоподготовке). Не продувать поверхности топки во время работы котла.

Проверять поверхности котла со стороны воды. Если есть признаки отложения накипи, отрегулировать водоподготовку.

Регулярно проверять внутренние поверхности деаэратора на предмет коррозии. Это очень важно по соображениям безопасности, так как деаэратор может проржаветь насквозь. В этом случае в деаэраторе произойдет бурное вскипание воды и вся котельная заполнится острым паром.

Стандартный график разогрева котла предусматривает для обычных котлов рост температуры воды не более чем на 55°C в час. После длительной эксплуатации котлов на минимальной нагрузке разогрев нередко протекает с превышением указанной скорости. Следовательно, для поддержания нормального темпа разогрева нужно предусматривать в стартовом режиме работу горелок с перерывами.

Убедиться в том, что обслуживающий персонал котельной понимает опасность механического повреждения тонкостенных труб. Поощрять рабочих сообщать о каждом случайном повреждении, чтобы своевременно их устранять.

Если производственная необходимость вынуждает форсировать котлы, регулярно проводить оценку потенциального воздействия перегрузки и доводить ее до сведения руководства.

Когда котел отключается на длительное время, поддерживать его в теплом состоянии. Заполнять азотом при охлаждении для предотвращения попадания воздуха и кислорода внутрь котла во время хранения, использовать сульфат натрия для поглощения кислорода из котловой воды. Если котел хранится в сухом состоянии, наряду с заполнением азотом поместить в барабаны абсорбент влаги.

Обеспечить открывание вентиляционного отверстия в паровом барабане при падении давления ниже 136 кПа.

Автоматическая система регулирования питания предназначена для поддержания материального соответствия между подачей питательной воды в котел и расходом пара. Показателем этого соответствия служит уровень воды в барабане котла.

Снижение уровня ниже допустимых пределов («упуск» воды) может привести к нарушению циркуляции в экранных трубах (опрокидывание циркуляции) и, как следствие, к пережогу труб. При значительном повышении уровня в барабане возможен захват частиц воды паром, вынос ее в пароперегреватель и турбину, что вызывает занос пароперегревателя и турбины солями и ведет к их разрушению. В связи с этим к точности поддержания заданного уровня предъявляются очень высокие требования.

Регулирование питания котлов малой производительности обычно осуществляется одноимпульсными регуляторами, управляемыми датчиками изменения уровня воды в барабане. В котлах средней и большой паропроизводительности с малым водяным объемом применяются двухимпульсные регуляторы питания котла по уровню воды и расходу пара (рис. 14.8), а также трехимпульсные, управляющие питанием котла по уровню воды, расходу пара и расходу питательной воды.

Рис. 14.8. Принципиальная схема АСР питания:
Э – экономайзер; ПП – пароперегреватель; РП – регулятор;
РПК – регулирующий питательный клапан

Предельные значения уровня в барабане котла определяются на основании специальных расчетов на заводе-изготовителе котельного оборудования и называются уставками по срабатыванию защит от повышения и понижения уровня («перепитка» и «упуск» уровня). Защита от повышения уровня, как правило, выполняется двухступенчатой. Первая ступень защиты воздействует па открытие задвижек аварийного слива из барабана(аварийный сброс); она имеет свою уставку, которая является промежуточной между нормальным уровнем и уставкой защиты от повышения уровня. Вторая ступень зашиты воздействует на останов котла. Операции отключения котла и открытия аварийного слива при достижении соответствующих уставок выполняются устройствами защиты (при отключении) и блокировки (открытие-закрытие аварийного слива).

Таким образом, зона работы АСР питания ограничена уставкой защиты от понижения уровня в барабане котла, с одной стороны, и уставкой открытия аварийного слива – с другой. Эти пределы обуславливают безопасность работы котла, превышение их влечет за собой аварийную ситуацию.

АСР питания барабанного котла должна обеспечить удержание уровня в допустимых пределах:

1) при стационарном режиме (при отсутствии резких возмущений по нагрузке) максимально допустимые отклонения уровня обычно не должны превышать ±20 мм;

2) при скачкообразном возмущении нагрузки на 10 % (исходная нагрузка – номинальная) максимально допустимые отклонения по уровню обычно не должны превышать ±50 мм;

3) при нормальном стационарном режиме работы котла число включений регулятора не должно превышать 6 в минуту.

На уровень в барабане котла оказывают влияние несколько факторов. Основные из них – изменение расхода питательной воды D п.в и температуры питательной воды t п.в,изменение нагрузки потребителя G п.п ; изменение расхода топлива В т .

При возмущении расходом питательной воды формы переходных процессов по уровню существенно различны в зависимости от типа экономайзера. Для котлов с некипящим экономайзером переходной характеристике присуще так называемое явление «набухания» уровня, т.е. изменение уровня в первоначальный момент в сторону, противоположную изменению расхода питательной воды. Объясняется это тем, что, например,увеличение подачи холодной воды вызывает в первый момент снижение температуры пароводяной смеси в барабанекотла и, как следствие, снижение ее уровня. В дальнейшем уровень начинает повышаться из-за того, что расход воды в котел превышает расход пара из него.

В кипящих экономайзерах питательная вода нагревается до температуры насыщения и частично (до 20 %) превращается в пар. При увеличении расхода питательной воды в первоначальный момент происходит уменьшение объема пара в кипящем экономайзере, и питательная вода занимает этот объем. В связи с этим уровень воды в барабане остается без изменения до тех пор, пока происходит замещение питательной водой парового объема в экономайзере. Для котлов с кипящим экономайзером при возмущении расходом питательной воды явление «набухания» уровня не наблюдается (рис. 14.9, б ).

Рис. 14.9. Переходные процессы по уровню при возмущении
расходом питательной воды: а – при не кипящем экономайзере;
б – при кипящем экономайзере

При изменении нагрузки потребителя (изменение расхода отбираемого пара) меняется давление пара в барабане. Так, при увеличении расхода пара давление падает и в первый момент увеличивается интенсивность парообразования, что приводит к увеличению уровня пароводяной смеси в барабане котла. В дальнейшем уровень начинает падать из-за несоответствия расходов питательной воды и пара. Временной характеристике котла при возмущении расходом пара всегда присуще явление «набухаиия» уровня (рис. 14.9, а ).

Величина «набухания» уровня зависит от параметров пара и конструктивных особенностей котла. Явление «набухания» определяется в основном разностью удельных объемов насыщенного пара и кипящей воды, с повышением давления пара этот эффект уменьшается.

Кроме того, «набухание» зависит от теплового напряжения топочных экранов: с его увеличением возрастает паросодержание в топочных экранах, поэтому резче сказывается изменение нагрузки потребителей на «набухании» уровня. У современных котлов с высоким тепловым напряжением колебания уровня при резких и значительных изменениях нагрузки достигают существенного значения. Так, для котла ТГМ-94 сброс нагрузки на 40 % приводит к изменению уровня до 120 мм даже при максимальном регулирующем воздействии расходом питательной воды, произведенным с целью удержания уровня на заданном значении.

Характер переходного процесса при возмущении расходом топлива и неизменном расходе питательной воды аналогичен характеру переходного процесса при возмущении нагрузкой потребителя (см. рис. 14.9, а ). Однако явление «набухания» здесь проявляется в несколько меньшей степени. Суть в том, что при изменении расхода топлива изменяется парообразование, одновременно изменяется давление в барабане, что ведет к изменению удельного объема пара. Оба эти фактора действуют на изменение уровня в противоположных направлениях. Вот почему при топочных возмущениях явление «набухания» проявляется в меньшей степени.

Возмущение из-за изменения температуры питательной воды может произойти при изменении количества работающих подогревателей высокого давления (ПВД), что вызовет изменение режима работы экономайзера. При увеличении температуры питательной воды и постоянном обогреве увеличивается парообразование в испарительном контуре. В результате этого уровень в барабане будет повышаться. В дальнейшем увеличение парообразования при постоянном расходе пара приведет к повышению давления в барабане и, следовательно, к уменьшению удельного объема пара, что вызовет снижение уровня. Переходный процесс при возмущении температурой питательной воды аналогичен приведенному на рис. 14.9, а .

Типовая ACP питания содержит следующие элементы: первичные измерительные преобразователи (датчики) уровня, расхода пара; регулирующие устройства; коммутирующую и управляющую аппаратуру; исполнительные механизмы; регулирующие органы.

Применяемая в настоящее время схема регулирования уровня в барабанах котлов приведена на рис. 14.10, а.

Необходимость применения сравнительно сложной системы регулирования обусловлена наличием в современных котлах высокого давления своеобразного эффекта «вскипания» уровня.

Рис. 14.10. Трехимпульсная схема регулирования уровня
в барабане парового котла

Надежность работы котельного агрегата во многом определяется качеством регулирования уровня. Повышение уровня ведет к аварийным последствиям, так как возможен заброс воды в пароперегреватель, что вызовет выход его из строя. В связи с этим к точности поддержания заданного уровня предъявляются очень высокие требования.

Сигнал по уровню Н б является корректирующим импульсом, который необходим для динамической стабилизации процесса регулирования, а также для устранения неточности характеристик датчиков по расходу питательной воды и перегретого пара. В случае неисправности или неверных показаний основного датчика уровня оператор может переключить регулирование на вспомогательный датчик уровня, при этом вспомогательный датчик уровня становится основным, а основной датчик уровня – вспомогательным. По вспомогательному датчику уровня производится сигнализация рассогласования показаний датчиков уровня.

Сигнал по расходу питательной воды G п.в поддерживает материальный баланс между расходом воды и пара (то есть регулятор стремится уравнять расход воды и пара), делает регулирование более стабильным и независимым от изменения давления питательной воды.

Сигнал по расходу пара G п.п позволяет регулятору быстрее реагировать на изменение нагрузки, также получать нужную величину и знак (направление движения ИМ) регулирования.

Основным узлом регулятора питания является процессор (электронный прибор типа РС29 или микропроцессорный контроллер типа «Ремиконт»), в котором соответствующим образом суммируются сигналы по уровню в барабане, расходу перегретого пара и расходу питательной воды и сравниваются с заданием.

Обобщая имеющийся опыт по динамике уровня в барабанных котлах, можно принять для расчетов, что

W об (p ) = (ε/p ) e – p τ ,

где ε = 10 3 /F б (р в – р п) мм/кг; F б – площадь зеркала испарения барабана котла, м 2 ; р в, р п – плотности воды и пара линии насыщения, кг/м 3 ; τ – время запаздывания, с.

Величина запаздывания τ расчету не поддается и определяется экспериментально. Значение τ в зависимости от давления в барабане котла Р б находится в пределах 7–12 с.

При Р б = 13 кг/см 2 из таблиц термодинамических свойств воды и водяного пара р в = 171,3 кг/м 3 ; р п = 31,96 кг/м 3 .

ВОЗМОЖНЫЕ АВАРИЙНЫЕ СИТУАЦИИ

К аварийным ситуациям, вызывающим на­рушение нормального режима работы кот­лов, при которых, согласно требованиям Правил устройства и безопасной эксплуата­ции паровых и водогрейных котлов, они дол­жны быть немедленно остановлены действи­ем автоматики или дежурным персоналом, относятся:

Обнаружение неисправности предохрани­тельного клапана;

Если давление в барабане котла поднялось выше разрешенного на 10% и продолжа­ет расти;

Снижение уровня воды ниже низшего до­пустимого уровня, в этом случае подпит­ка котла водой категорически запрещена;

Повышение уровня воды выше высшего допустимого уровня;

Прекращение действия всех питательных насосов;

Прекращение действия всех указателей уровня воды прямого действия;

Если в основных элементах котла (бара­бане, коллекторе, камере, пароводопе репускных и водоопускных трубах, па­ровых и питательных трубопроводах, жаровой трубе, огневой коробке, кожу­хе топки, трубной решетке, внешнем се­параторе, арматуре) будут обнаружены трещины, выпучины, пропуски в их свар­ных швах, обрыв анкерного болта или связи;

Недопустимое повышение или понижение давления в тракте прямоточного котла до встроенных задвижек;

Погасание факелов в топке при камерном сжигании топлива;

Снижение расхода воды через водогрей­ный котел ниже минимального допусти­мого значения;

Снижение давления воды в тракте водо­грейного котла ниже допустимого;

Повышение температуры воды на выхо­де из водогрейного котла до значения на 20°С ниже температуры насыщения, со­ответствующей рабочему давлению воды в выходном коллекторе котла;

Неисправности автоматики безопасности или аварийной сигнализации, включая ис­чезновение напряжения на этих устрой­ствах;

Возникновение в котельной пожара, угро­жающего обслуживающему персоналу или котлу;

Появление неплотностей в обмуровке, в местах установки предохранительно-взрывных клапанов и газоходах;

Прекращение подачи электроэнергии или исчезновение напряжения на устройствах дистанционного, автоматического управ­ления и средствах измерения;

Неисправности КИП, средств автомати­зации и сигнализации;

Выход из строя предохранительных бло­кировочных устройств;

Неисправности горелок, в том числе ог-непреградителей;

Появление загазованности, обнаружение утечек газа на газовом оборудовании и внутренних газопроводах;

Взрыв в топочном пространстве, взрыв или загорании горючих отложений в га­зоходах;

Аварии в газовом хозяйстве.

ПРИЧИНЫ И ПОСЛЕДСТВИЯ АВАРИЙ И ОТКАЗОВ В РАБОТЕ КОТЕЛЬНЫХ

Наиболее серьезными последствиями ава­рии являются взрывы при нарушении плот­ности котла по причинам несоблюдения ре­жимов работы и правил эксплуатации, а так­же взрывы, связанные с загазованностью топ­ки при неправильном ее обслуживании и сжи­гании топлива.

В топке и газоходах хлопки и взрывы про­исходят, когда концентрация газа в воздухе находится в диапазоне пределов взрываемос-ти и создается взрывоопасная газовоздушная смесь.

В котельной, работающей на твердом виде топлива, при слоевом сжигании топлива в топке и газоходах горючие газы в большом количестве выделяются из свежего топлива, если при кратковременной остановке котла его забрасывают на оставшееся несгоревшее топливо, а не удаляют из топки.

Причинами образования взрывоопасной газовоздушной смеси в топках и газоходах газифицированной котельной могут явиться неправильные действия персонала при эксп­луатации котлов, неисправность запорных устройств перед горелками и включение их при неисправной или отключенной автома­тике контроля пламени, отсутствие уст­ройств контроля герметичности запорных органов горелок.

При сжигании жидкого топлива пожары и взрывы в топке и газоходах возникают в слу­чае некачественного его распыления форсун­ками, что приводит к вытеканию мазута в амбразуру и на стенки топки. При плохом смешении мазута с воздухом и неполном его горении происходит повышенный вынос в газоходы сажи. В случае возгораний отложе­ний и сажи повышается температура газов, уменьшается тяга, значительно разогревает­ся обшивка, а иногда выбивается пламя.

Причиной аварии может явиться неудов­летворительный водный режим котлов. В результате чего образуются отложения на­кипи, вызывающей повышение температуры металла труб и их пережог. Скопление наки­пи и шлама могут также привести к наруше­нию циркуляции воды. Причинами повреж­дений и аварий могут являться заводской брак в котле, плохое качество материала, из ко­торого изготовлены отдельные узлы котла, а также неудовлетворительное состояние оборудования из-за некачественного монта­жа или ремонта.

В таблице 1 приводятся типичные случаи аварий и неполадок в работе котельных и указываются их причины и возможные по­следствия.

Таблица 1

Типичные случаи аварий и отказов в работе котельных, их причины и возможные последствия

Неисправность

Возможные последствия

Пожар в помещении котельной

Несоблюдение требований произ­водственной инструкции и правил пожарной безопасности. Воспламенение легко воспламе­няющихся материалов и веществ. Неполадки в работе оборудования котлоагрегатов. Неисправность автоматики безопасности котла. Неисправность электрооборудова­ния

Несчастные случаи и гибель людей. Материальный ущерб

Неисправность				Возможные последствия
Упуск воды в барабане котла	Нарушения производственных и должностных инструкций. Низкая трудовая дисциплина рабо­чих. Техническая неисправность пита­тельной и продувочной арматуры. Неисправность насосов, сигналь­ных устройств. Утечки воды из котла из-за непол­ного закрытия вентиля при про­дувке котла			Деформация барабана котла, образование тре­щин и свищей. Взрыв котла в результате резкого повышения давления пара при подпитке котла после упуска воды
Превышение допусти­мого уровня воды в барабане котла	Неисправность водоуказательных приборов. Повреждение питательной арматуры и регулирующих клапанов. Неисправность сигнализаторов предельных уровней воды. Вспенивание котловой воды			Гидравлический удар при попадании воды в паро­провод. Разрушение паропровода или прокладок во флан­цевых соединениях
Повышение давления в водогрейных котлах	Остановка насосов и прекращение циркуляции. Несрабатывание предохранитель­ных устройств. Закрытие общей задвижки на водяной линии котельной			Выпуклости и разрыв труб поверхностей нагрева
Повышение давления в паровых котлах	Прекращение расхода пара. Несрабатывание предохранитель­ных устройств. Чрезмерная форсировка котла			Разрыв паропроводов, труб, поверхностей нагрева, барабана
Вспенивание котловой воды	Неудовлетворительное качество питательной воды. Резкое увеличение расхода пара и снижение давления в котле. Превышение щелочности котловой Подача в большом количестве в котел химических реагентов			Заброс воды в паропро­вод, возможность упуска воды в барабане котла. Пропуск пара в арматуре. Гидравлические удары в паропроводе. Пробивание прокладок во фланцевых соединениях
Неисправность			Возможные последствия
Внезапное прекращение горения и взрывы газовой смеси в камерах сгорания и газоходах газифицированных		Неправильные действия персонала при ручном розжиге горелок и регулировании их тепловой мощности и неисправной автоматике котла. Отрыв (проскок) факела пламени горелки и повторное включение горелок без предварительной вентиляции топок и газоходов. Резкое падение давления газа перед горелками в связи с неполадками в работе оборудования ГРП (ГРУ). Неполадки тягодутьевого устройства агрегата	Срабатывание предохра­нительно-взрывного клапана. Выбрасывание пламени из смотрового отверстия топки. Разрушение обмуровки котлоагрегата и строи­тельных конструкций котельной. Травмы у обслуживающе­го персонала и гибель людей
Неисправность водоуказательных приборов		Неправильно продуты водоуказа-тельные стекла. Засорились каналы водоуказатель­ного стекла, кранов.	Неправильное показание уровня. Все стекло прибора заполняется водой. Уровень воды в стекле неподвижен или постепенно повышается.
Неисправны предохранительные		Износ клапана и седла. Перекос и неплотности клапана. Попадание постороннего предмета под клапан	Пропуск пара из клапана при нормальном давлении в котле
Предохранительный клапан не срабатывает		Клапан прикипел к седлу. Неправильная регулировка	Преждевременное открытие предохрани­тельного клапана или его несрабатывание
Неисправность пружинного манометра		Деформация латунной трубки вследствие попадания в нее пара. Имеются механические поврежде­ния. Неплотность в резьбовых соединениях. Манометр подсоединен к котлу без сифонной трубки	Стрелка не устанавлива­ется на «нуль». Стрелка сбита с оси или заскочила за штифт. Пропуск пара или воды в резьбовых соединениях. Манометр показывает неправильное давление
Неисправности в работе центробежного насоса		Изношены элементы насоса. Неплотности в сальниках. Слишком горячая вода. Пальцы на полумуфтах и шпонка, соединяющая вал насоса с рабочим колесом, пришли в негодность, слишком затянуты сальники. Плохая центровка валов.	Недостаточная производительность и напор насоса. Вибрация
Неисправность			Возможные последствия
Неисправности в работе поршневого		Подсос воздуха через неплотности во фланцах, в сальниках штока. Закрыта задвижка на всасывающем трубопроводе, высокая температу­ра воды в питательном баке. Неисправность и износ клапанов. Износ поршневых колец. Не полностью открыта задвижка на всасывающем или нагнетательном трубопроводе	Уменьшается производи­тельность и напор насоса
Неисправности в работе тягодутьевых установок		Увеличенный зазор в уплотнении на входе потока в рабочее колесо. Износ лопаток рабочего колеса. Загрязнены подшипник и смазка. Применены несоответствующие смазочные материалы. Пониженный уровень масла. Неправильная центровка валов вентилятора (дымососа) и электродвигателя. Ослабление фундаментных болтов или крепления подшипников. Недостаточная мощность электродвигателя. Обрыв одной из фаз электродвигателя. Засорение каналов воздушного охлаждения. Подгорание контактных колец	Снижение напора и производительности. Перегрев подшипников. Шум и вибрация вентилятора (дымососа). Перегрузка, чрезмерное нагревание электродвигателя
Загорание сажи		Неполное сгорание топлива. Несоблюдение требований очистки дымоходов	Повышение температуры уходящих газов. Уменьшение тяги. Значительный разогрев и повреждение дымоходов
Загазованность и взрывы газовоздуш­ной смеси в помещении котельной		Утечка газа через неплотности в соединениях газопроводов и в запорной арматуре. Разрыв внутрикотельного газопровода. Неисправность приточно-вытяжной вентиляции при загазованности помещения котельной	Повреждение основного и вспомогательного обору­дования котельной. Разрушение конструкции здания котельной. Материальный ущерб и вынужденный простой оборудования котельной. Травмы у обслуживающе­го персонала и гибель людей.

ПОРЯДОК ОПОВЕЩЕНИЯ В СЛУЧАЯХ ВОЗНИКНОВЕНИЯ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ

Владельцы котлов, зарегистрированных в органах Госпромнадзора, о каждой аварии, смертельном, тяжелом или групповом несча­стном случае обязаны немедленно уведомить территориальный орган технадзора и другие государственные учреждения в соответствии с положением о порядке технического рас­следования причин аварий и инцидентов на опасных производственных объектах.

Дежурный персонал, обслуживающий котельные установки, при каждом отказе в работе оборудования, аварии, несчаст­ном случае и при пожаре или угрозе пожа­ра обязан:

Немедленно уведомить ответственного за исправное состояние и безопасную экс­плуатацию котлов (начальника котель­ной);

Оповестить всех должностных лиц со­гласно заранее составленному списку;

До прибытия комиссии по расследованию обстоятельств и причин аварии или не­счастного случая обеспечить сохран­ность всей обстановки аварии (несчаст­ного случая), если это не представляет опасности для жизни и здоровья людей и не вызывает дальнейшего развития ава­рии или аварийной ситуации;

Составить объяснительную записку, ко­торая будет являться первичным доку­ментом предварительного расследования причин аварии.

ОБЩИЕ МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ АВАРИЙНОЙ ОБСТАНОВКЕ КОТЛОВ, РАБОТАЮЩИХ НА ТВЕРДОМ, ЖИДКОМ И ГАЗООБРАЗНОМ ТОПЛИВЕ

При ликвидации аварий, связанных с экст­ренной остановкой котлов, обслуживающий персонал должен уметь быстро оценивать сложившуюся аварийную ситуацию, сохра­нять спокойствие и уверенно действовать на любых стадиях развития аварий.

При аварийной остановке котлов необхо­димо соблюдать следующие меры безопас­ности.

При работе котельной на твердом виде топлива горящее топливо из топки остано­вившегося котла следует удалить. В исклю­чительных случаях, при невозможности бы­строго удаления топлива из топки, горящее топливо можно заливать водой. При этом особое внимание машинист (кочегар) должен обратить на то, чтобы струя воды не попала на стенки топки котла и обмуровку. Зали­вать выгребаемый шлак можно только с при­менением брансбойта с расстояния, обеспе­чивающего безопасность персонала при за­ливке (не менее 2-3 м).

Запрещается не только "приглушать" пла­мя топливом, но и прекращать подачу возду­ха при удалении топлива. Если это указание не будет выполнено, то это приведет к выб­расыванию пламени из топки скопившимися в ней газами и травмированию обслуживаю­щего персонала.

На дверцах топки должны быть надеты запоры, исключающие возможность выбра­сывания газов и пламени из топки и задымле­ния помещения котельной.

При работе котельной на жидком топли­ве немедленно перекрывается подача топли­ва в форсунку или воздуха при установке форсунки воздушного распыления. Если по­зволяет конструкция, форсунка извлекается из топки. Отключается кран на упуске тру­бопровода к форсунке аварийного котла, об­щий кран внутрикотельного трубопровода.

При работе котельной на газообразном топливе закрывается запорный орган на вво­де газопровода перед котельной или предох­ранительно-запорный клапан и запорный орган перед аварийным котлом для отклю­чения его от общего газопровода.

При этом вначале быстро перекрывается подача газа, потом воздуха, и затем откры­вается кран на газопроводе свечи безопасно­сти.

Эксплуатация газового оборудования с отключенными контрольно-измерительными приборами, блокировками и сигнализацией, предусмотренными проектом, запрещается.

ОПАСНЫЕ ДЕЙСТВИЯ ОБСЛУЖИВАЮЩЕГО ПЕРСОНАЛА КОТЕЛЬНОЙ, ОБУСЛОВЛИВАЮЩИЕ ВОЗМОЖНОСТЬ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЙ

Во избежание возможных аварий и отказов в процессе эксплуатации котельного обору­дования оператору (кочегару) запрещается:

Заклинивать предохранительные клапаны или дополнительно нагружать их;

Выполнять на котлах, которые находят­ся под давлением, ремонтные работы (смазывать подшипники, набивать и под­тягивать сальники, болты фланцевых со­единений);

Открывать и закрывать арматуру удара­ми молотка или других предметов, а так­же при помощи удлиненных рычагов;

Допускать, чтобы уровень воды в паро­вом котле опускался ниже допустимого низшего уровня или поднимался выше до­пустимого высшего уровня;

Допускать переход стрелки за красную черту, указанную на манометре;

Производить продувку котла при неисп­равной продувочной арматуре;

Обдувать котел от сажи, продувать его без использования рукавиц и защитных очков;

Пользоваться открытым огнем для отыс­кания мест утечки газа;

Включать и отключать электрические приборы при наличии запаха газа в поме­щении котельной;

Включать и выключать электродвигате­ли насосов и дымососов без электроза­щитных перчаток и при отсутствии за­земления электрооборудования;

Применять в дымоходах и котлах элект­ролампы с напряжением более 12 В;

Загромождать котельную посторонними предметами;

Выполнять во время дежурства какие-либо другие обязанности, не предус­мотренные производственной инструк­цией;

Оставлять котел без постоянного наблю­дения как во время работы котла, так и после его остановки до снижения давле­ния в нем до атмосферного;

Допускать посторонних лиц, не имеющих отношения к эксплуатации котлов и обо­рудования котельной.

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.