Нарушения нормальной работы паровых котлов

2.5.  Нарушения нормальной работы паровых котлов

Точное соблюдение правил Госгортехнадзора СССР и инструкций всегда гарантирует безопасный труд на про­изводстве. Незнание или невыполнение их при обслуживании котлов может привести к неполадкам, повреждению оборудования и авариям.

Упуск воды в котле может привести к повреждениям (разрывам, отдулинам) труб и даже барабанов котла.

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

Аварии, вызванные упуском воды, происходят из–за то­го, что операторы оставляют работающие котлы без надзо­ра, или из–за неправильных их действий при обслуживании котлов.

Для упусков воды или перепиток требуется совпадение одновременно трех причин: отсутствие оператора, неисправ­ность питательных устройств, отсутствие или неисправность сигнализатора предельных уровней; и водоуказательного прибора.

Ниже приводятся наиболее характерные аварии при эксплуатации котлов.

2.5.1. Аварии паровых котлов, вызванные упуском воды

Рекомендуемые материалы

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 водоуказательных приборов, продувочной и питательной арматуры, пита­тельных устройств, недостаточной производительности и напора питательных устройств, разрыва экранной, кипятильной или экономайзерной трубы. Приведем несколько приме­ров.

Пример 2.1. 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.

Пример 2.2. 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 байпасной линии, исключая автоматическое отключение топлива при упус­ке 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.

Пример 2.3. 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.

Пример 2.4. 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 оборудования 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:

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

2) не допускать эксплуатацию котлов с неисправной водоуказательной, продувочной и питательной арматурой, а также автоматикой безопасности, обеспечивающей веде­ние нормального режима котла с пульта контроля и управ­ления;

3) 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);

4) запретить оставлять во время работы котел без постоян­ного наблюдения со стороны персонала и выполнение ма­шинистом каких–либо других обязанностей, не предусмот­ренных инструкцией.

2.5.2. Неисправности водоуказательных приборов

На некоторых предприятиях зарегистрированы непра­вильные показания уровня воды в водоуказательных при­борах.

Установлено, что при монтаже котла внутри барабана не были установлены защитные щитки и уровень воды при эксплуатации котла в приборах оказался ниже уровня во­ды в барабане. Такие щитки необходимо устанавливать в барабанах, если пароводяная смесь вводится в барабан вблизи отверстия, соединенного с водоуказательным при­бором.

Уровень воды в водоуказательном приборе может ис­кажаться также из–за изогнутого положения на барабане котла штуцера, идущего к водоуказательному прибору. Такое расположение штуцера в соединительной трубке от не­го может привести к аварии парового котла.

Пример 2.5. На одном котле была упущена вода, машинист стал проверять уровень воды "на подсос" и в соответствии с инструкцией продул стек­ло, а затем закрыл паровой клапан. Вода в стекле показалась, но в момент питания водой котел из–за разрыва кипятильных труб пришлось остановить. Расследованием установлено, что продувочный кран и ли­ния от него были забиты шламом и при продувке стекла сохранившая­ся в изогнутой соединительной трубе вода не могла уйти в дренаж. При закрытии парового крана водоуказательного прибора и частичной конденсации пара в стекле из–за его охлаждения в стекло попала вода из изогнутой трубки. Это показало, что вода в барабане находится на уровне нижнего отверстия стекла. Фактически же часть трубной ре­шетки была уже оголена.

В настоящее время проверки уровня воды пробой "на подсос" не рекомендуется. В случае упуска воды ниже кромки водоуказательного стекла необходимо срочно принять меры к останову котла и выяснить причину упуска воды.

В табл. 2.3 приведены неисправности водоуказательных приборов, их причины и способы устранения. 

Таблица 2.3 – Неисправности водоуказательных приборов, их причины и способы устранения

Окончание табл. 2.3

Отрицательно сказывается на сохранности стекол так­же неудовлетворительное их качество. При приемке следу­ет тщательно проверить отсутствие забоин, пузырчатости и других дефектов. Особое внимание необходимо обращать на прилегание стекол к раме колонки. Затяжку следует производить равномерно крест–накрест и постепенно.

Нарушение этого принципа ведет к разрыву водоуказа­тельного стекла.

2.5.3. Аварии паровых котлов из–за превышения давления

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:

1) при рабочем давлении в котле до 2,4 МПа включитель­но – каждый клапан не реже 1 раза в сутки;

2) 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.

Пример 2.6. В котельной произошла авария парового котла Е–1/9–1Т из–за превышения давления, в результате чего частично разрушено помещение котельной. Котел Е–1/9–1Т изготовлен Таганрогским котлостроительным 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 центробежно–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 котла 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  Госгортехнадзор а 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.

Пример 2.7. В котельной произошла авария с котлом Е–1/9Т из–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 Ø 600×8 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 несколько 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.

2.5.4. Неисправности предохранительных клапанов

Для предупреждения аварий паровых и водогрейных котлов из–за превышения давления в них Правилами Госгортехнадзора 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.

Пример 2.8. 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 некалиброванных 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.

Таблица 2.4 – Неисправности  предохранительных  клапанов, их причины и способ устранения