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.

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 .

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.

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.

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.