Аварии паровых и водогрейных котлов. Краткое описание некоторых аварий. Разрушения и производственный травматизм

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

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.

Безопасной эксплуатации паровых котлов уделяется большое внимание.

В результате замены морально устаревших конструк­ций (вертикально-цилиндрических, жаротурбинных и др.) аварийность паровых котлов за последнее время резко со­кратилась. Однако полностью аварии пока не изжиты, осо­бенно из-за упуска воды. В отдельных случаях упуск воды приводил к взрывам паровых котлов с разрушением котель­ного помещения и человеческими жертвами.

За последние годы в связи с оснащением паровых кот­лов номинальной паропроизводительностью 0,7 т/ч и бо­лее автоматически действующими звуковыми сигнализато­рами верхнего и нижнего предельных положений уровней воды аварии по упуску воды на таких котлах резко сокра­тились. Упуски воды были лишь на котлах, у которых сиг­нализаторы отсутствовали или вследствие плохого ухода за ними были неисправны и в момент аварии бездействовали.

В некоторых случаях последствия аварии усугублялись неправильными действиями обслуживающего персонала, производившего подпитку котла после обнаружения упус­ка воды в нарушение требований «Типовой инструкции для персонала котельных», утвержденной Госгортехнадзором СССР 12 июля 1979 г.

Анализ аварий паровых котлов, на которых не установ­лены автоматические регуляторы питания, показывает, что аварии из-за упуска воды происходят в основном в резуль­тате ослабления внимания персонала, преимущественно в вечернее и ночное время. Так, в период с 0 до 8 ч утра число аварий доходит до 50 %, с 8 до 16 ч - до 20 % и с 16 до 24 ч-до 30 %.

В результате нарушений производственной дисциплины персонала происходит около 80 % аварий из-за упуска воды.

Упуск воды в паровом котле может произойти не толь­ко по вине персонала, не подпитавшего своевременно ко­тел, но и из-за технических неисправностей водоуказатель - ных приборов, продувочной и питательной арматуры, пита­тельных устройств, недостаточной производительности и напора питательных устройств, разрыва экранной, кипятиль­ной или экономайзёрной трубы. Приведем несколько приме­ров.

На ТЭЦ из-за глубокого упуска воды произошла авария котла ТГМЕ-454 производительностью 500 т/ч (давление в барабане"16,2 МПа). При этом произошел разрыв четырех экранных труб, в двух трубах появились свищи, вся экранная система была деформирована с ампли­тудой до 250 мм (топка газоплотная).

Материальный ущерб от аварии составил около 200 тыс. руб. Рас­следованием установлено, что причиной аварии явились: работа котла с отключенной автоматикой безопасности (прекращение подачи топ­лива в котел при понижении уровня воды ниже допустимого), непра­вильные действия машиниста котла в аварийной обстановке.

На ТЭЦ из-за глубокого упуска воды, произошла авария парового котла ТП-35 производительностью 45 т/ч (давление в барабане 3,9МПа). При этом произошел разрыв двух экранных труб, 40 % экранных труб деформировано. Материальный ущерб от аварии составил 10 тыс. руб.

Причины аварии: работа котла с подачей газа к горелкам по баи- пасной линии, исключая автоматическое отключение топлива при упус - ке воды. Машинист котла вмешался в работу автоматики регулирова­ния воздействием на ключ управления регулирующего клапана пита­ния, закрыл вручную задвижку на узле питания котла водой, при аварийном низшем уровне воды в. котле начал ручную подпитку, чем нарушил требования должностной инструкции и инструкции по предупреждению и ликвидации аварий. Начальник смены ТЭЦ в связи с изменениями в режиме работы котла не обеспечил соблюдение под­чиненным ему персоналом требования производственных инструкций, не принял мер по аварийной остановке котла. Имело место неудовлетво­рительное состояние производственной дисциплины среди обслужива­ющего персонала и ИТР, выразившееся в невыполнении требований действующих правил безопасности и инструкций.

В третьем случае в котельной из-за глубокого упуска воды произо­шла авария парового котла ДКВР-2,5/13. В результате аварии по­вреждены, экранные и кипятильные трубы котла.

Причины аварии: машинист оставил работающий котел без над­зора; котел работал с неисправной автоматикой безопасности; обслу­живающий персонал нарушил производственные инструкции.

В котельной из-за глубокого упуска воды произошла авария паро­вого котла ДКВР-10/13. В результате аварии повреждены экранные и кипятильные трубы котла с нарушением вальцовочных соединений. Поврежденные трубы также полностью заменены.

Причины аварии: неправильные действия машиниста, производив­шего продувку котла без должного контроля за уровнем воды в верх­нем барабане котла; неисправное состояние автоматики безопасности и сигнализации по упуску воды из котла; принятие смены старшим ма­шинистом без проверки состояния и автоматики безопас­ности; допуск к обслуживанию паровых котлов персонала, не прошед­шего проверку знаний действующих правил безопасности и производст­венных инструкций.

Для предупреждения упуска воды в паровых котлах не­обходимо:

Не допускать к обслуживанию котлов лиц, не прошедших обучение в объеме соответствующей программы и не имею­щих удостоверения квалифицированной комиссии на пра­во обслуживания котла;

Не допускать эксплуатацию котлов с неисправной водо - указательной, продувочной и питательной арматурой, а также автоматикой безопасности, обеспечивающей веде­ние нормального режима котла с пульта контроля и управ­ления;

Проверять исправность всех питательных насосов крат­ковременным пуском их в работу (у котлов с рабочим дав­лением до 2,4 МПа в сроки, установленные производствен­ной инструкцией, производить проверку водоуказательных приборов продувкой у котлов с рабочим давлением до 2,4 МПа не реже 1 раза в смену, у котлов с рабочим дав­лением от 2,4 до 3,9 МПа - не реже одного раза в сутки, а свыше 3,9 МПа - в сроки, установленные инструкцией);

Запретить оставлять во время работы котел без постоян­ного наблюдения со стороны персонала и выполнение ма­шинистом каких-либо других обязанностей, не предусмот­ренных инструкцией.

Основой стабильного функционирования и развития любой страны мира является степень развития ее электроэнергетики. От ее устойчивой и слаженной работы зависит как промышленный сектор, так и непосредственно население. Напрямую зависит социально-экономическое развитие страны.

В России имеется более 700 различных типов электростанций, с общей установленной нормой выработки порядка 225 ГВт. Большая часть из этих электростанций является тепловыми (более 68 %), работающими на органическом топливе (природный газ, мазут, ископаемые угли).

Громадную роль тепловая электроэнергетика играет в Восточной части страны, за Уралом, особенно на территории Арктической зоны России, имеющей сложные природно-климатические условия для функционирования промышленности и проживания граждан.

В данном контексте тепловые электростанции, часто обеспечивающие огромные по протяженности площади с большой численностью населения, являются важнейшими стратегическими объектами жизнеобеспечения, особенно в зимний период. Исходя из того, что одним из важнейших элементов для генерации электроэнергии на электростанциях подобного типа являются паровые котлы высокого и сверхвысокого давления актуальность глубокого анализа факторов, негативно сказывающихся на эффективности работы данного оборудования и разработки мер по предупреждению аварий с соблюдением правил и норм котлонадзора является несомненно актуальной научно-производственной задачей.

Современный паровой котел высокого давления, созданный для генерации пара, имеющего определенный физические характеристики и предназначенного для обеспечения вращения турбины, вырабатывающей электроэнергию, является, несомненно, сложным технологическим производственным объектом повышенной опасности.

В гармоничной и безаварийной работе парового котла высокого давления имеет большое значение множество факторов: качество материала из которого изготовлен котел и все его элементы, качество конструкций соединений и креплений элементов, режим его эксплуатации.

Столь сложный механизм, как паровой котел высокого давления, относящийся к ОПО 2 группы, должен обслуживаться высококвалифицированным персоналом и содержаться (обслуживаться, ремонтироваться и налаживаться) исключительно в соответствии с “Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов” . Экономия на обучении персонала, нарушение режимов обслуживания и карт ремонта данного оборудования, либо отказа от его поддержки и ремонта вовсе неизбежно приведут со временем к авариям и повреждениям котлов, с возможным травмированием персонала и нанесением большого ущерба электростанции и потребителям.

К сожалению, на сегодняшний момент на российских теплоэнергетических станциях (ТЭС), включаю ТЭЦ (теплоэнергоцентрали) сложились два негативных для поддержания безопасности функционирования оборудования, в частности паровых котлов, тренда:

Лавинообразное нарастание процесса старения основного оборудования электростанций;

Резкое сокращение научно-технического потенциала отрасли .

Анализ факторов, позволяет констатировать, что:

1) в настоящее время, происходит максимальная экономия инвестиций в обновление и поддержание на соответствующем технологическом уровне оборудования ТЭС;

2) не вкладываются достаточные средства в исследования и разработку новых методов и приборов, позволяющих не только обнаруживать отдельные дефекты, но и оценивать состояние и остаточный ресурс оборудования в целом.

Это в совокупности наносит колоссальный ущерб безопасности объектов котлонадзора на ТЭС России и ставит под угрозу стабильное снабжение электроэнергией потребителей на весьма значительной территории.

В настоящее время в научной литературе и публицистике недостаточно, на наш взгляд, проработан анализ причин, вызывающих аварий паровых котлов и мер для их предупреждения с современной точки зрения.

В данной работе посредством проведения причинно-следственного анализа указанной проблематика мы постараемся в определенной мере восполнить этот пробел.

Причины, приводящие к авариям различной тяжести при эксплуатации котлов высокого давления, можно дифференцировать на пять основных групп:

Аварии, являющиеся следствием определенных нарушений водоподготовки и водного режима питания парового котла;

Аварии, связанные с упуском воды при эксплуатации котла;

Аварии паровых котлов, связанные с превышением рабочего давления выше заданного эксплуатационного;

Аварии, связанные с межкристаллической коррозией металлов конструкции;

Аварии, связанные с износом элементов парового котла .

Рассмотрим каждую группу причин, приводящих к тем или иным авариям паровых котлов высокого давления в отдельности.

1. Аварии, являющиеся следствием определенных нарушений водоподготовки и водного режима питания парового котла.

а) важность правильной водоподготовки питательной воды для котла высокого давления

Надежность работы поверхностей нагрева котельных агрегатов зависит от качества питательной и подпиточной воды. Вода является универсальным растворителем и вместе с ней в котел поступают различные минеральные примеси. Данные примеси делятся на трудно- и легкорастворимые.

К числу труднорастворимых примесей относят соли гидроксида Ca и Mg. Основные накипеообразователи характеризуются тем, что при повышении температуры их растворимость падает. Таким образом, накапливаясь в котле, по мере испарения воды, эти примеси после прохождения точки насыщения выпадают в воде. Прежде всего это соли жесткости – Ca(HCO 3) 2 , Mg(HCO 3) 2 , CaCO 2 , MgCO 2 .

Их центрами кристаллизации являются различные шероховатости на поверхности нагрева, взвешенные и коллоидные частицы, находящиеся в воде котла. Вещества, которые кристаллизуются в объеме воды, образуют взвешенные в ней частицы, так называемый шлам. Вещества, кристаллизующиеся на поверхности нагрева, образуют плотные и прочные отложения – накипь.

Одним из самых отрицательных свойств накипи является ее весьма низкая теплопроводность (0,1-0,2 Вт/м*К). Поэтому даже малый слой накипи приводит к резкому ухудшению условий охлаждения металла поверхностей нагрева и вследствие этого к повышению его температуры, что может привести к потере прочности стенки котла и его разрушению.

Кроме солей жесткости вредным фактором, создающим опасность безаварийного функционирования парового котла, является щелочность воды. Она приводит к явлению вспенивания воды в барабане. При этом сепарационные устройства не могут эффективно обеспечить отделение капель воды от пара, соответственно, щелочная вода из барабана, может поступать в пароперегреватель, тем самым создавая опасность его загрязнения. Кроме того, повышенная щелочность может являться причиной щелочной коррозии металла и возникновению трещин в местах вальцовки труб в коллекторы и барабан.

Также весьма важным фактором качества воды, которое необходимо контролировать при ее использовании для питания паровых котлов высокого давления – это содержание агрессивных газов, например, таких как, кислород и диоксид углерода. Они вызывают коррозию металлов, это в свою очередь ведет к потере их прочности и созданию потенциальной аварийной ситуации .

Таким образом, основной задачей водоподготовки является борьба с коррозией и накипью. В данном случае в качестве эффективного метода предотвращения аварии парового котла высокого давления является учет химического состава используемой питательной воды для котла, так как в каждом регионе России вода имеет свои водно-щелочные и солевые свойства.

Учитывая это обстоятельство, необходимо грамотно подбирать процессы, способствующие удалению вредных примесей и агрессивных газов из воды: фильтрация, умягчение воды способом катионного обмена, деаэрация воды.

б) важность правильной организации водного режима для эффективной работы парового котла высокого давления

Водный режим питания парового котла должен рассчитываться и поддерживаться на оптимальном уровне в зависимости от его паропроизводительности и рабочего давления. Эксплуатация котла должна вестись согласно Правилам по эксплуатации котлов.

Учет указанных факторов, позволит обеспечить безаварийную и экономичную работу паровых котлов высокого давления.

2. Аварии, связанные с упуском воды при эксплуатации котла.

Согласно правил и требований, приведенных в работе в отношении уровня воды для парового котла, существует следующее требование – “…верхний допустимый уровень воды в паровых котлах устанавливается разработчиком проекта котла…”. Таким образом, уровень воды в паровых котлах должен быть выдержан оператором котельного оборудования в пределах, указанных в технической документации к той или иной марке котла.

Значительный процент аварий паровых котлов высокого давления, происходит именно из-за упуска воды при эксплуатации. Согласно основными причинами упуска воды являются:

Неисправность (отказ в работе) питательных устройств;

Неисправность питательного вентиля, обратного клапана или авторегулятора подачи питательной воды в котел;

Сильная утечка воды из котла в результате разрыва труб, коллекторов, появление свищей в барабанах и т.п.;

Отказ запорной арматуры на линиях продувки в момент продувки котла;

Невнимательного операторов котельного оборудования;

Нарушение производственной инструкции.

Упуск воды в котле высокого давления может иметь самые тяжелые последствия, вплоть до взрыва котла. В связи с тем, что часть барабана котла и кипятильных труб перестают охлаждаться, возникает локальный перегрев металла. Если после упуска воды попытаться продолжить подачу воды до регламентированного уровня, то в результате термических перенапряжений могут произойти разрывы стенок труб, коллекторов, барабанов. Для ликвидации опасной ситуации необходимо произвести аварийную остановку котла, отключить котел от паропровода и питательного трубопровода и медленно охлаждать котел при остановленном дымососе и вентиляторе.

Эффективным методом предупреждения аварий паровых котлов по рассмотренной причине является установка на котлах автоматической производственной сигнализации, фиксирующей уровень питательной воды в котле. Эта задача частично решена – в новых конструкциях котлов высокого давления предусмотрена автоматическая звуковая и световая сигнализация, срабатывающая при упуску воды из парового котла. Однако большинство котлов в нашей стране являются морально устаревшими, при функционировании которых вся ответственность за соблюдением уровня воды ложится на оператора установки. Этот субъективный фактор, ведет к росту аварий и необходимости внедрения современного оборудования.

3. Аварии паровых котлов, связанные с превышением рабочего давления выше заданного эксплуатационного.

Главными причинами роста давления в котле выше разрешенного являются:

Внезапное уменьшение (прекращение) расхода пара;

Чрезмерная форсировка топки (особенно данная причина актуальна при работе котла на мазуте и газообразном топливе).

Согласно информации, приведенной в работе порядка 80 % генерирующих мощностей тепловых электростанций в Европейской части России (включая Урал) работают на газе и мазуте, в то же время в Восточной части России более 80 % генерирующих мощностей ТЭС работают на угле.

Таким образом, учет данной причины, при анализе промышленной безопасности парового котла высокого давления (котлонадзор), наиболее актуален для теплоэнергетических предприятий Европейской части России.

Эффективной мерой для нивелирования опасности в работе котла, которую может спровоцировать неконтролируемый рост давления являются предохранительные клапаны, установленные на котле и отрегулированные на давление в соответствии с указаниями Правил.

Данные клапаны обязаны защищать котлы и пароперегреватели от превышения в них давления более чем на 10 % от расчетного. Работа котлов с неисправными или неотрегулированными предохранительными клапанами запрещается. Невыполнение указанных требований приводит к взрыву котлов от превышения давления .

4. Аварии, связанные с межкристаллической коррозией металлов конструкции.

Коррозия – одна из основных причин отказов в работе паровых котлов. Согласно выводам, приведенным в работе , интенсивной коррозии подвержены даже высоколегированные и аустенитные стали. Как уже отмечалось выше, в анализе правильной водоподготовки питательной воды для котла вода, а точнее примеси которые она содержит и ее pH негативно влияют на состояние металла конструкции котлового оборудования.

Химическое действие на металл котла щелочной воды приводит к коррозионным разъеданиям, которые значительно ослабляют конструкцию котла. Интегральный эффект от термохимического и механического воздействий приводит к тому, что в металле барабана котла появляется межкристаллическая коррозия (коррозионное) растрескивание и иные дефекты структуры металла.

Межкристаллическая коррозия возникает в металле под воздействием близких к пределу текучести механических и растягивающих напряжений. Вследствие этого металл приобретает хрупкость и в нем возникают микротрещины, со временем трансформирующиеся в сквозные. Данный вид коррозии может возникать в вальцовочных, заклепочных, сварных соединениях барабанов и коллекторов котлов. Как правило, изначально обнаружить данный вид коррозии очень сложно, так как, во-первых, она возникает в местах недоступных непосредственному осмотру, во-вторых, при внутреннем осмотре котла, коррозию можно обнаружить только по явно выраженным трещинам.

Таким образом, межкристаллическая коррозия, является фактором, который негативно действует на конструкцию котла и может создавать опасность его стабильной работы. Эффективной мерой профилактики в данном случае – тщательная водоподготовка, профилактические работы, осмотры, а также разработка новых способов и приборов для своевременного выявления межкристаллической коррозии.

5. Аварии, связанные с износом элементов парового котла.

Данные аварии можно разделить на два вида: технические и организационные. К организационным причинам можно отнести следующие: 1) некачественное проведение плановых и текущих ремонтов, внутренних осмотров и диагностики; 2) неисполнение требований котлонадзора .

Число аварий по указанной причине сравнительно невелико, необходимо отметить, что они сопровождаются большими разрушениями и травмированием обслуживающего персонала.

Таким образом, подводя итоги причинно-следственного анализа аварий паровых котлов и эффективных методов их предупреждения можно заключить, что соблюдение требований и правил котлонадзора и разработка новых приборов и методов диагностики неполадок котлов являются залогом их надежного функционирования и безаварийной работы.

1. Баранов П.А. Предупреждение аварий паровых котлов. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 272 с.
2. Баринов А.А. Перспективы развития электроэнергетики России // Анализ и прогнозы. – 2010. – №3 (322). – С. 13-14.
3. Прядченко Д.В. Анализ аварий паровых котлов высокого давления и причин их вызывающих // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2010. – №3/1 (45). – 20-24.
4. Моисеев Б.В. Водоподготовка и водный режим котельных установок: учебное пособие. – Тюмень: РИО ГОУ ВПО ТюмГАСУ, 2010. – 100 с.
5. Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов (ПБ 10-574-03). Серия 10. Выпуск 24. / Колл.авт. – ГУП “Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России”, 2003. – 216 с.
6. Жуковский В.В. Пособие для машинистов и операторов котельной. – СПб.: ЦОТПБСП, 2003. – 108 с.
7. Васильев А.А., Дромиади А.А., Иванов Д.С., Ирдынчеев Г.Л., Толстой К.В. Межкристаллическая коррозия и ее развитие на основных элементах котла на примере парового двухбарабанного котла типа ДЕ-25-24-380-ГМО // Научные труды КубГТУ. – 2015. – №9. – С. 1-8.

Для предупреждения аварий паровых котлов из-за пре­вышения давления Правилами по котлам предусматри­вается установка предохранительных клапанов.

: Назначение предохранительных клапанов состоит в пре­дупреждении увеличения давления в паровых котлах и тру­бопроводах выше установленных пределов.

Превышение рабочего давления в котле может привести к разрыву кипятильных экранных и экономайзерных труб и стенок барабана.

Причинами повышенного давления в котле являются внезапное уменьшение или прекращение расхода пара (от­ключение потребителей) и чрезмерная форсировка топки,

Особенно при работе на мазуте или газообразном топливе.

Поэтому чтобы давление в котле не могло подняться вы­ше допустимого, эксплуатация котлов с неисправными или неотрегулированными клапанами категорически запреща­ется.

Мерами предупреждения повышения давления в паро­вом котле являются: регулярная проверка исправности предохранительных клапанов и манометров, устройство сиг­нализации от потребителей пара для получения информа­ции о предстоящих расходах пара, обученность персонала и хорошее знание и исполнение ими производственных ин­струкций и противоаварийных циркуляров. -

Для проверки исправности действия предохранительных клапанов котла, пароперегревателя и экономайзера произ­водят их продувку, принудительно открывая вручную:

При рабочем давлении в котле до 2,4 МПа включитель­но- каждый клапан не реже 1 раза в сутки;

При рабочем давлении от 2,4 до 3,9 МПа включительно- поочередно по одному клапану каждого котла, пароперегре­вателя и экономайзера не реже одного раза в сутки, а так­же при каждом пуске котла, а при давлении выше 3,9 МПа- в сроки, установленные инструкцией.

В практике эксплуатации котлов все еще бывают ава­рии, связанные с превышением давления в котле выше до­пустимого. Основной причиной этих аварий является рабо­та котлов с неисправными или неотрегулированными пре­дохранительными клапанами и неисправными манометрами. В отдельных случаях аварии происходят из-за того, что котлы вводят в эксплуатацию с предохранительными кла­панами, отключенными с помощью заглушек или заклинен­ными, либо допускают произвольное изменение регулиров­ки клапанов, накладывая дополнительный груз на рычаги клапанов при неисправности или отсутствии средств авто­матики и безопасности.

В котельной произошла авария парового котла Е-1/9-1Т из-за пре­вышения давления, в результате чего частично разрушено помещение котельной. Котел Е-1/9-IT изготовлен Таганрогским домостроительным заводом для работы на твердом топливе. По согласованию с заводом - изготовителем котел был переоборудован на жидкое топливо, при этом установлено горелочное устройство АР-90 и смонтированы авто­матические устройства для отключения подачи топлива в котел в двух случаях - при понижении уровня воды ниже допустимого и повыше­нии давления выше установленного. Перед вводом в эксплуатацию котла оказавшийся неисправным питательный насос НД-1600/10 с по­дачей 1,6 м3/ч и давлением на нагнетании 0,98 МПа был заменен цен - тробежно-вихревым насосом с подачей 14,4 м3/ч и давлением на нагне­тании 0,82 МПа. Большая мощность двигателя этого насоса не позво­лила включить его в электрическую схему автоматического регулиро­вания питания котла водой, поэтому оно осуществлялось вручную. Автоматика защиты от снижения уровня воды была отключена, а автоматика защиты от превышения давления не работала из-за не­исправности датчика. Оператор, обнаружив упуск воды, включил пи­тательный насос. Сразу же была вырвана крышка люка верхнего ба­рабана и разрушен нижний левый коллектор в месте приварки к нему колосниковой балки. Авария произошла из-за резкого повышения дав­ления в котле из-за глубокого упуска воды и последующей подпитки его. Расчеты показали, что давление в котле в этом случае могло по­выситься до 2,94 МПа.

Толщина крышки люка в ряде мест была менее 8 мм, и крышка была деформирована.

В связи с этой аварией Госгортехнадзор СССР предло­жил владельцам, эксплуатирующим паровые котлы : не до­пускать эксплуатацию котлов при отсутствии или неисправ­ности средств автоматики безопасности и контрольно-изме­рительных приборов; обеспечить обслуживание, наладку и ремонт средств автоматики безопасности квалифициро­ванными специалистами.

В соответствии с письмом Госгортехнадзора СССР № 06-1-40/98 от 14.05.87 «Об обеспечении надежной экс­плуатации паровых котлов Е-1,0-9» владельцы котлов ука­занного типа обязаны снизить разрешенное в эксплуатации давление для котлов, которые имеют толщину крышки лю­ка 8 мм с креплением крышки люка шпильками до 0,6 МПа, так как заводами Минэнергомаша барабаны котлов Е-1,0-9 паропроизводительностью 1 т/ч выпускались с крышка­ми люка толщиной 8 мм и толщина крышки люка была уве­личена до 10 мм.

В котельной произошла авария с котлом Е-1/9Т йз-за превыше­ния давления.

В результате отрыва днища нижнего барабана котел был отброшен с места установки в сторону другого котла и, ударившись, сорвал об­шивку," разрушил обмуровку, деформировал 9 труб бокового экрана. Предохранительные клапаны при ударе были вырваны из своих гнезд. При испытании на стенде на давление 1,1 МПа клапаны не сработа­ли. При разборке клапанов установлено, что его подвижные части кла­пана прикипели.

Расследованием установлено, что днище котла 0 600X8 мм было изготовлено кустарным способом из стали, не имеющей сертификата.

После" приварки днища работниками котельной было проведено гидравлическое испытание давлением 0,6 МПа, при этом днище де­формировалось. Через несколько1 дней работы котла в сварном шве появились трещины, которые были заварены.

Из-за изменения конструкции крышки люка нижнего барабана (без согласования завода-изготовителя), неудовлетворительного проведения ремонта, стала возможной авария с тяжелыми последствиями.

Неисправности предохранительных клапанов

Для предупреждения аварий паровых и водогрейных котлов из-за превышения давления в них Правилами Гос-

Гортехнадзора СССР предусматривается установка не ме­нее двух предохранительных клапанов на каждый котел па­ропроизводительностью более 100 кг/ч.

На паровых котлах с давлением выше 3,9 МПа уста­навливаются только импульсно-предохранительные кла­паны.

Из-за неправильной эксплуатации предохранительных клапанов или дефектов их имели место аварии в котельных промышленных предприятий и на электростанциях. Так, на одной электростанции при резком сбросе нагрузки из-за не­исправности предохранительных клапанов давление пара в котле повысилось с 11,0 до 16,0 МПа. Это нарушило цир­куляцию, и произошел разрыв экранной трубы.

На другой электростанции в тех же условиях эксплуа­тации давление повысилось с 11,0 до 14,0 МПа, в резуль­тате чего произошел разрыв двух экранных труб.

Расследованием установлено, что некоторые предохра­нительные клапаны не работали, так как импульсные ли­нии были перекрыты клапанами, а остальные клапаны не обеспечили необходимого сброса пара из-за применения у импульсных предохранительных клапанов некалиброван - ных пружин и вследствие этого поломка части их.

Разрушение пружин наблюдалось у импульсных клапа­нов после каждого их открытия. Это происходило в резуль­тате больших динамических усилий от струи выходящего пара в момент открытия клапана, имеющего диаметр про­ходного сечения седла 70 мм.

Основные неисправности в работе рычажно-грузовых и пружинных предохранительных клапанов приведены в табл. 2.4.

Предохранительные клапаны должны защищать котлы и пароперегреватели от превышения в них давления более чем на 10% расчетного. Превышение давления при пол­ном открытии предохранительных клапанов выше чем на 10 % расчетного может быть допущено лишь в том случае, если при расчете на прочность котла и пароперегревателя учтено это возможное повышение давления.

Основными дефектами котлов являются коррозионные и термоусталостные разрушения металлических конструкций, потеря плотности вальцовочных соединений, разрывы и трещины труб и коллекторов в результате перегревов, неисправностей форсуночных и воз-духонаправляющих устройств, арматуры, контрольно-измерительных приборов и кирпичных кладок топок. Трубки водотрубных котлов чаще подвержены отказам, чем другие элементы, так как находятся в более тяжёлых условиях. К основным видам повреждений трубок следует отнести: утонение стенок, свищи, выпучины, трещины, разрывы, деформации (прогибы). Утонение трубок происходит из-за протекания процессов коррозии и эрозии.
Наиболее часто наблюдаются высокотемпературные - вана-диево-натриевые и низкотемпературные - сернистые и коррозионные разрушения наружных поверхностей нагрева.
Газовая коррозия представляет собой химическое взаимодействие металла трубок и других металлических конструкций котла с газообразными или твёрдыми агрессивными компонентами, находящимися в дымовых газах. В процессе газовой коррозии на поверхности металла образуется плёнка окислов железа (a-Fe203), защищая металл от дальнейшего разрушения.
Наличие в топливе ванадия способствует протеканию ванадиевой коррозии. Плавясь при температурах в диапазоне 600 - 700°С двуокись ванадия (V205), содержащаяся в золе продуктов сгорания, растворяет защитную плёнку окислов железа, способствуя диффузии кислорода и поверхности металла, интенсифицируя коррозионный процесс.
Присутствие в продуктах сгорания сульфата натрия (Na2S04) с температурой плавления 885°С способствует протеканию сульфидно-окисной коррозии из-за диффузии через окисную плёнку серы. Внедрение серы в кристаллическую решётку усиливает процесс окисления, и скорость коррозии увеличивается в несколько раз.
Для предотвращения коррозионного воздействия натрия и ванадия применяют специальные присадки в топливо, основу которых составляет МдО (нейтрализация ванадия), Si02 и Gr203 (нейтрализация натрия).
Следует отметить, что защитная окисная плёнка может быть разрушена вследствие механических и термических напряжений в плёнке, связанных с изменениями температурного состояния котла, например, при переходных режимах работы или выводе котла из действия.
Иные условия развития низкотемпературной сернистой коррозии. Органические соединения серы в процессе сжигания топлива (в топках котлов, газовых турбинах, ДВС), частично превращаются в агрессивную серную кислоту в её парообразной фазе, которые вызывают интенсивный коррозионный износ поверхностей нагрева, имеющих сравнительно низкую температуру. Температура, при которой происходит конденсация паров серной кислоты на поверхности нагрева, называется точкой росы, зависящая в свою очередь, от процентного содержания серы в топливе. В таблице показана зависимость температуры точки росы от содержания серы в топливе.

Влияние содержания серы S, % на температуру точки росы t°C

При снижении температуры газов ниже точки росы, толщина слоя отложения на поверхности трубок увеличивается. Отложения имеют плотную структуру, белого или светло-серого цвета, их величины неравномерны - от нескольких десятых миллиметра (0,2/0,4мм), до 1,5/2,Омм и, как правило, покрыты сверху слоем сажи и золы, толщиной 2/4мм. Слой отложений светлого цвета, имеющий блестящую (похожую на лужёную) поверхность, является характерным признаком низкотемпературной сернистой коррозии, протекающей под слоем загрязнений без доступа кислорода.
Возможность конденсации паров серной кислоты при температуре, равной температуре точки росы, является основной причиной, ограничивающей глубину утилизации тепла уходящих газов.
Радикальным средством борьбы с низкотемпературной сернистой коррозией хвостовых поверхностей котлов является повышение температуры поверхности нагрева.
Учитывая возможность возникновения застойных зон и неравномерности теплового потока в поперечных сечениях котла, температура газа на выходе из него должна поддерживаться в эксплуатации 10-15°С выше температуры точки росы.
Низкотемпературную коррозию могут вызвать вода или пар, попадающие на наружные поверхности нагрева вследствие нарушения герметичности (разрывы, трещины, свищи, неплотности вальцовочных соединений) трубных систем и коллекторов.
Занос поверхностей нагрева продуктами сгорания ухудшает условия теплообмена, снижая технико-экономические показатели работы котельных агрегатов.
Однако большую опасность представляют неравномерные величины загрязнений поверхностей нагрева, которые определяются неодинаковыми скоростями потока газов по фронтальному сечению. Причём, иногда, наблюдаются полные заносы межтрубных пространств на отдельных участках. Вследствие неравномерности отложений, создаются потоки газов с большой скоростью (от 10 до 16м/с), что является источником интенсивного конвективного теплообмена, воспринимаемого ограничивающими поток трубками.
В местах максимального тепловосприятия повышение температуры трубок может достичь 10%. Длительные воздействия повышенных температур увеличивают тепловые напряжения, ухудшают структуру материала, снижают их прочностные характеристики, а в сочетании с другими видами разрушающих воздействий (низко и высокотемпературные коррозионные разрушения) являются одной из основных причин образования свищей, трещин и разрывов трубок.
Поверхности нагрева подвержены коррозионному разрушению не только с внешней, но и с внутренней стороны. При высокой температуре котловой воды повышается её коррозионная активность, природа коррозии - электрохимическая. Вызывается растворённым в воде воздухом, который в виде пузырьков осаждается на внутренних поверхностях коллекторов и трубок. Так как концентрация кислорода внутри пузырька выше, чем в воде, то поверхность металла внутри пузырька около стенки оказывается катодом, а около стенки вне пузырька - анодом. В результате металл разрушается по периметру пузырька с внешней стороны. Скорость коррозии возрастает при увеличении кислорода, растворённого в воде, и зависит от внутренних факторов - увеличения концентрации солей в котловой воде и наличия в металле отдельных включений, являющимися сильными катодами. Опасно, когда сварной шов является анодом.
Утонение трубок может происходить при механической очистке их от накипи.
Деформации, выпучины, трещины и разрывы трубок являются следствием не только тепловых и разрушающих воздействий с внешней стороны, но и перегрева металла в связи с отложениями накипи или нефтепродуктов внутри трубок.
Низкая теплопроводность накипи и нефтепродуктов приводит к росту термического сопротивления теплопередаче, что вызывает рост температуры металла трубок. Перегрев возможен при установке неправильного угла наклона трубок, препятствующем свободному выходу пузырьков воздуха.
Иногда причиной повреждений трубок может явиться небрежное обслуживание. Отмечались случаи перегрева и разрыва трубок из-за попадания в питательную систему, а затем в трубки, волокон сальниковой набивки. Осевшая в трубках набивка может привести к местному перегреву металла трубок.
Прогиб трубок, являющийся следствием перегрева, зависит от длины трубок, угла наклона и площади её поперечного сечения.
Упуск воды в водотрубных котлах вызывает тяжёлые последствия - сгорание трубок и других металлических частей котла, примыкающих к топке, повреждение кирпичной кладки и арматуры, деформацию съёмных щитов, кожухов, дымохода, корпуса.
Неправильное вальцевание, неудовлетворительный отжиг концов трубок могут явиться причиной появления, идущих вдоль трубки, трещин и течей в месте входа трубки в барабан или коллектор.
Основными повреждениями барабанов, коллекторов и секций водотрубных котлов являются течи швов, трещины между трубными отверстиями, коррозионные разрушения, деформации. Течи швов барабана может быть следствием температурных напряжений, давлений выше рабочего, низкого качества сварки или клёпки, коррозии швов. Эти же причины, а также тяжёлые условия работы при неравномерном нагреве и высоких температурах, если имеются отложения накипи и межкристаллитная коррозия, приводят к образованию трещин. Коррозия барабанов и коллекторов может носить не только равномерный, но и локальный характер, т.е. в отдельных местах могут образовываться отдельные глубокие язвы и сквозные свищи.
При равномерной коррозии происходит утонение стенки барабана почти на одну и ту же величину по всей поверхности. Это опасно сточки зрения обеспечения прочности.
Эрозионные разрушения, вызываемые механическим воздействием быстродвижущихся капель влаги и других частиц, наблюдаются в коллекторах пароперегревателя. Коррозионному разрушению подвергаются стенки коллекторов и входящие в них трубки, причём концы развальцованных трубок разрушаются в основном в месте входа насыщенного пара.
Неисправности форсуночных и воздухонаправляющих устройств связаны обычно с их механическими повреждениями и износом; повышением производительности форсунок в результате увеличения проходного сечения, вызванного изнашиванием стенок соплового отверстия, расширением тангениальных канавок распылителей механических форсунок, ухудшающих качество распыливания топлива; деформацией деталей воздухонаправляющих устройств, ухудшающих качество перемешивания топлива с воздухом.
Наиболее часто встречающимися неисправностями арматуры котлов являются пропуски рабочих сред при закрытом состоянии клапанов, разрушение или потеря прозрачности стёкол (слюдяных пакетов), водоуказательных приборов, заклинивание стопорных устройств, несрабатывание главных предохранительных клапанов при повышении давления пара в паровом коллекторе.