Организация системы инженерного мониторинга котельного оборудования

Котел должен быть немедленно остановлен и отключен автоматикой безопасности или персоналом в случаях:

• обнаружения неисправности предохранительного клапана
• если давление в барабане котла поднялось выше разрешенного 13 кгс/см2 и продолжает расти
• снижения уровня воды ниже низшего допустимого уровня
• повышения уровня воды выше высшего допустимого уровня
• недопустимо отклонилось давление газа от заданных пределов: миним. – 100 мм.вод.ст., макс. – 2000 мм.вод.ст.
• погасло пламя на горелке
• неисправности КИП, автоматики безопасности или аварийной сигнализации, включая исчезновение напряжения на этих устройствах
• возникновения в котельной или газоходах пожара, угрожающего обслуживающему персоналу или котлу
• обнаружения загазованности котельной, прекращения подачи газа
• появления неплотностей в обмуровке, в местах установки предохранительно-взрывных клапанов и газоходах
• прекращения подачи электроэнергии или исчезновения напряжения на устройствах дистанционного и автоматического управления и средствах измерения [4]

 
 
 
 
 
 
 

2. ДЕФЕКТНАЯ ВЕДОМОСТЬ

 

1. ДЕЙСТВИЕ  ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУР НА МЕТАЛЛ КОТЛА

 

     В паровых котлах, работающих при высоком  давлении, металл ответственных узлов (трубы поверхностей нагрева, барабан, коллекторы, паропроводы) находится  в тяжелых условиях, так как  в стационарных режимах он подвергается воздействию напряжений от внутреннего давления и собственной массы при высокой температуре. В переменных режимах (пусках, остановах) металл находится под дополнительным воздействием переменной температуры и давления. Кроме того, на металл ответственных узлов котла действуют высокая температура и коррозионно-активные в химическом отношение среды: топочные газы, насыщенный и перегретый пар, пароводяная смесь и питательная вода. Под воздействием этих сред возникает коррозия металла.

     Многие элементы котла, особенно детали водяной и паровой арматуры и труб поверхностей нагрева, работают в условиях эрозионного и абразивного износа. Эрозионным называют износ под влиянием воздействия струи жидкости, газа или пара, абразивным — механический износ под действием твердых частиц — абразивов (например, золовой износ труб поверхностей нагрева).

     Особенно в тяжелых условиях работают находящиеся в газоходах неохлаждаемые элементы, предназначенные для подвески и крепления поверхностей нагрева. Эти элементы несут большую весовую нагрузку и подвержены воздействию агрессивных газов при высокой температуре (до 800°С).

     Каркас котла также несет большую весовую нагрузку, но работает он при температуре окружающего атмосферного воздуха. Только в подвесных конструкциях паровых котлов отдельные так называемые «горячие» подвески каркаса, кроме того, подвержены высокой температуре, определяемой температурой протекающей через них рабочей среды.

     Специфическую опасность для надежной работы  ответственных  элементов  парового котла представляет длительное  воздействие напряжений от внутреннего давления и высокой температуры перегретого пара, если она превышает 450°С. Под совместным влиянием температуры выше 450°С и напряжений в стали развивается  опасное   явление ползучести (крипа). Ползучесть представляет собой медленное и непрерывное накопление пластической деформации, т. е. постепенное увеличение размеров детали. Опасной особенностью процесса ползучести является то, что по достижении определенных пределов остаточной пластической деформации металл разрушается. Поэтому размеры деталей, работающих в условиях развития ползучести, непрерывно контролируют.

     При повышенных температурах получают развитие также диффузионные  процессы, под влиянием которых могут существенно изменяться структура, а следовательно, и свойства металла. В этих условиях металл разупрочняется в результате охрупчивания и графитизации. Разупрочнение может привести к аварийной потере прочности.

     Работа сталей в условиях воздействия топочных газов и перегретого пара при повышенных и высоких температурах сопровождается также активизацией процессов электрохимической коррозии и как следствие усилением окисления и окалинообразования на поверхностях, соприкасающихся с активными средами. От воздействия топочных газов особенно страдают внешние поверхности труб пароперегревателей, от воздействия перегретого пара – внутренние поверхности этих 
труб, коллекторов перегретого пара и магистральных паропроводов. Окалинообразование может быть настолько значительным, что толщина стенки трубы уменьшается до опасных пределов, влекущих за собой преждевременную ползучесть  и даже  разрушение труб. Образование окалины усугубляется интенсивными тепловыми нагрузками, высокими напряжениями, возникающими от внутреннего давления.

     В итоге современные паровые котлы большой мощности требуют не только улучшения технологии производства, но и получения по результатам контроля широкой информации о работе металла в сложных условиях эксплуатации: его ползучести, структуре, составе, механических свойствах и возникающих напряжениях.

     Условия работы металла при высоких температурах и давлениях позволяют сформулировать следующие основные требования к стали для обеспечения длительной надежной работы котельной установки: высокий предел ползучести; высокий предел длительной прочности; высокая стойкость против окалинообразования; стабильность структуры, гарантирующая отсутствие опасного изменения свойств в процессе длительной работы; хорошая свариваемость; отсутствие металлургических и механических дефектов поверхности, ослабляющих сечение элементов и являющихся концентраторами напряжений [3]. 
 
 
 
 
 
 
 

2. ВОЗМОЖНЫЕ  ДЕФЕКТЫ ПАРОВЫХ КОТЛОВ 

 

     После монтажа котла было проведено  первичное техническое освидетельствование  наружным, внутренним осмотрами и  гидравлическим испытанием – давлением (13±3,25) кгс/см² на выявление разрыва, течи, слезок, потения по сварным швам и на цельном металле барабанов, коллекторов и труб, а также в их вальцовочных соединениях [1]. 

     Основными дефектами паровых котлов являются коррозионный износ поверхностей нагрева  и образование трещин в барабанах [5].

     Коррозией называют разрушение металла под  действием окружающей среды. Металлические  поверхности нагрева паровых  котлов подвергаются коррозии как под действием продуктов сгорания, так и под действием нагреваемой среды. Коррозия со стороны продуктов сгорания называется наружной, а со стороны нагреваемой среды – внутренней (рис. 1).        

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 1. Виды коррозии поверхностей нагрева 

     Наружная  коррозия может быть низкотемпературной и высокотемпературной. Низкотемпературная коррозия бывает кислородная и сернокислотная. Кислородная коррозия может происходить  при сжигании любого топлива, а сернокислотная – только при сжигании топлив, содержащих серу. Высокотемпературная коррозия может происходить лишь при сжигании мазутов, в золе которых содержится ванадий.  Кислородной коррозии подвержены поверхности нагрева, температура стенки которых может оказаться равной температуре точки росы. При поступлении слишком холодной воды в водяной экономайзер или холодного воздуха воздухоподогреватель на их поверхности происходит конденсация водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания. В результате оседания влаги на поверхностях нагрева растворенный в ней кислород вступает во взаимодействие с металлом, разъедая его. Низкотемпературная сернокислотная коррозия обусловлена наличием в продуктах сгорания сернистого ангидрида, получающегося при горении серы, содержащейся в мазуте.

     Напряжениям, действующим в барабанах котлов, уделяется большое внимание в связи с трещинами, которые возникают в различных элементах барабанов. Причины образования трещин имеют комплексный характер и связаны с технологией изготовления исходного стального листа и барабана из него, конструкцией барабана и уровнем расчетных и фактических напряжений, режимно-эксплуатационными факторами. Наиболее характерными местами повреждений барабанов паровых котлов являются:

1. Трещины усталостно-коррозионного происхождения на поверхности отверстий и примыкающих к ним участках поверхности обечаек. Обечайка — открытый цилиндрический или конический элемент конструкции, используемый в изготовлении сварных сосудов. Металлические обечайки для котлов производятся методом вальцовки при малых толщинах листов или гибкой и раскаткой при толщине листа более 40 мм;
2. Трещины на внутренней поверхности штуцеров;
3. Трещины на днищах барабана;
4. Трещины и другие дефекты технологического происхождения в основных сварных соединениях барабанов, зонах приварки внутрибарабанных устройств, швах приварки штуцеров и защитных рубашек;
5. Трещины на внутренней поверхности обечаек различной ориентации.

 

В рассматриваемом  паровом котле типа ДЕ-25-14 ГМ с  момента ввода в эксплуатацию и до настоящего времени были выявлены и устранены следующие дефекты [6]:

1. При внешнем осмотре барабанов и труб со стороны воды было установлено, что колокольцы труб верхнего барабана подвержены интенсивной коррозии. Все элементы нагрева со стороны воды имеют ярко красный цвет, что свидетельствует о том, что котловая вода имеет пониженную щелочность и, следовательно, повышенную кислотность. Это является главной причиной коррозии, в результате которой колокольцы труб и соответственно сами трубы имеют утонение. Для устранения данного дефекта было предложено поднять содержание щелочности котловой воды и держать ее на заданном уровне, главный манометр заменить на исправный.
2. При внешнем осмотре барабанов и труб было установлено, что дальнейшая эксплуатация труб не возможна. Были проведены ремонтные работы по замене 110 труб экранного пучка с применением сварки.
3. При внешнем осмотре барабанов были обнаружены отложения накипи до 1 мм. Было предложено удалить обнаруженные отложения накипи механическим способом.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. ВЫЯВЛЕНИЕ ДЕФЕКТОВ

 

     В зависимости от поставленных задач испытания паровых котлов могут быть разделены на две группы [5]:

     - промышленно-эксплуатационные, проводимые с целью определения энергетических характеристик, выявления эксплуатационных особенностей и недостатков котлов,

     - исследовательские, имеющие целью отработку или проверку новых конструкций, элементов, закономерностей.

     Исследовательские испытания из-за многообразия не типизированы. Промышленные испытания проводятся по трем категориям сложности и в зависимости от целей отличаются в основном объемом и точностью измерений.

     К I категории относятся приемосдаточные (гарантийно-сдаточные) испытания, имеющие целью проверку гарантий завода-изготовителя котла по основным показателям: паропроизводительность, КПД, параметры и качество пара, характеристики вспомогательного оборудования. При этом определяются все потери теплоты, воздушный баланс топки, тепловосприятие поверхностей и др. Эти испытания проводятся в начальный период работы котла после монтажа.

     Ко II категории относятся эксплуатационные (балансовые) испытания с целью установления нормативных характеристик и режимных карт после освоения новых котлов, реконструкции, перевода на другое топливо. При этом определяются оптимальные условия работы топки, максимальная и минимальная нагрузки котла, фактическая экономичность и отдельные тепловые потери, аэродинамические характеристики и характеристики вспомогательного оборудования.

     К III категории относятся режимно-наладочные и доводочные испытания с целью наладки режима работы котла, определения оптимальных значений его отдельных показателей: коэффициента избытка воздуха, тонкости пыли, распределения воздуха по горелкам, нахождения максимальной нагрузки при разном составе работающего вспомогательного оборудования и др. Кроме того, определяются допустимые по условиям надежности пределы изменений режима работы элементов котла, их влияние на показатели и, наконец, устраняются обнаруженные дефекты и отклонения.

     Объем испытаний по категориям сложности определяется в каждом конкретном случае в зависимости от стоящих задач, примерные программы испытаний изложены ниже.