Повреждения экономайзеров и способы их предупреждения
6.2. Повреждения экономайзеров и способы их предупреждения
Повреждения экономайзеров котлов промышленных котельных или электростанций почти во всех случаях приводят к аварийному останову котла.
Основными повреждениями могут быть:
стальных экономайзеров:
коррозия труб на внутренней и наружной поверхностях нагрева в виде оспин и язвин (кислородное или кислотное разъедание); местный износ труб летучей золой под кромкой дефлекторов или защитных козырьков, а также износ труб из–за завихрения дымовых газов около хомутиков крепления змеевиков и расположенных вблизи обдувочных устройств (при неправильной работе и установке последних); нарушение плотности в местах вальцовки труб в коллекторе из–за неудовлетворительной вальцовки при монтаже или в результате резких изменений температуры питательной воды; кольцевые трещины на концах труб, ввальцованных в барабаны котла; пропуск лючковых и фланцевых соединений; образования свищей в сварных швах из–за дефектов, допущенных при изготовлении или монтаже;
чугунных экономайзеров:
разрыв ребристых или гладких труб поворотов калачей вследствие гидравлических ударов или термических напряжений; пропуск в прокладках фланцев из–за плохой поверхности фланцевых соединений (забоины, риски) или неудовлетворительного качества прокладочного материала; внутреннее загрязнение поверхности труб накипью или рыхлым шламом, а также занос наружной поверхности труб золой.
6.2.1. Эрозионный золовой износ труб экономайзеров
Рекомендуемые материалы
Эрозионный (механический) износ наружных поверхностей труб экономайзера происходит из–за истирания труб износом (золой). Интенсивность износа зависит от скорости дымовых газов, концентрации и абразивности содержащихся в них частиц топлива и шлака, более подробно рассмотрено в гл. 4.
Наиболее сильному износу подвергаются поверхности, расположенные в проемах между змеевиками или трубами и стенками газохода, против щелей или неплотностей в газовых перегородках, в местах поворота потоков газов, в местах сужения газохода.
Износ возрастает при увеличении нагрузки котла и при повышенных избытках воздуха и присосах его в газоходах (вследствие увеличения скорости газов). В первую очередь износу подвержены участки труб и витки змеевиков, первые по ходу газов. Повышенный износ наблюдается также в местах, где происходит завихрение газов, т. е. под кромкой дефлекторов или защитных козырьков у стен газоходов, на участках около поддерживающих и раскрепляющих змеевики конструкций и т. п.
Рис. 6.1. Защитные устройства для предохранения труб стальных экономайзеров от золового износа:
а – на прямых участках труб; б – у стен газоходов; в – прутковая защита; 1 – трубы; 2 – прутки
Для предохранения змеевиков от износа на прямых участках и закруглениях труб устанавливают защитные манжеты. Иногда устанавливают групповую защиту закруглений труб, например у разделительных перегородок. Для защиты прямых участков труб от интенсивного износа к ним приваривают прутки под углом 40–50º к направлению газового потока или уголок. На рис. 6.1 показаны некоторые защитные устройства, применяемые для предотвращения, экономайзеров от золового износа.
6.2.2. Свищи в сварочных соединениях труб экономайзеров
Свищи в местах сварки труб экономайзеров образуются из–за некачественной сварки, неудовлетворительного контроля за ее производством и качеством готовых швов, усталостных напряжений, возникающих в сварных швах при колебании температуры питательной воды перед экономайзером, недостаточного охлаждения при растопках котла и переходных режимах его работы. Образование свищей может привести к разрыву труб.
Дефектами сварных соединений являются неудовлетворительная подготовка кромок концов труб, наличие трещин в сварных швах, непровары (несплавления), прожоги и подплавления основного металла, наплывы (подтеки) и т. п.
В экономайзерах кипящего типа нередко появляются трещины на отводящих трубах, соединяющих экономайзер с барабаном котла. Это бывает в случае, когда трубы расположены горизонтально, или с небольшим наклоном, или выведены выше уровня воды в барабане котла обогреваются газами с температурой выше 550–600 ºС. В результате образования паровых пробок или неравномерном распределении воды по змеевикам трещины могут возникать в местах ввода концов змеевиков экономайзеров в барабан, если эти вводы не имеют защитных рубашек.
При недостаточно деаэрированной воде быстро корродируют дефектные места сварных швов – трещины, непровары, пористость и т. п., что ведет к ускорению коррозии в местах швов и околошовной зоны.
Образованию свищей в сварных швах наряду с дефектами сварки способствуют недостатки эксплуатационного характера: значительные колебания температуры воды при резко прерывистом питании котла и частые теплосмены металла труб.
Свищи в трубах экономайзеров, образовавшиеся в результате механического износа или коррозии, не всегда быстро обнаруживаются. Струями воды, истекающей с большой скоростью из свищей, изнашиваются близлежащие трубы, а увлажнение их усиливает и. коррозионные процессы. При слабом надзоре за состоянием экономайзеров повреждения поверхностей нагрева могут принять значительные размеры. О течи труб экономайзера обслуживающий персонал нередко узнает по появлению шума в газоходе и парению через неплотности обмуровки и золовых воронок, а также при необходимости усиленного питания котла водой.
Пример 6.1. Котел ТП–170–1 паропроизводительностью 170 т/ч был рассчитан на сжигание многозольного бурого угля и фрезерного топлива. Скорость входа дымовых газов в верхний трубный пакет экономайзера, равная 10,9 м/с при сжигании угля, достигла 14,3 м/с при работе на торфе. Оба топлива часто сжигались одновременно. Хотя считалось, что высокая скорость дымовых газов не опасна и не может вызвать быстрого истирания труб, поскольку в торфе содержится 5 % сравнительно мягкой золы, на третьем году эксплуатации котлов явились свищи в змеевиках экономайзера вследствие золового износа. Дымовые газы омывали верхнюю часть экономайзера со скоростью 12,5–13 м/с и несли с собой части твердой золы угля.
6.2.3. Замораживание труб экономайзеров
Экономайзеры всех типов обычно выполняются как дренируемые, т. е. после останова и необходимого охлаждения вода из них может быть полностью спущена, если это необходимо. При низких температурах воду из экономайзера следует обязательно удалять из–за опасности замерзания ее в трубах.
Практика показала, что даже при незначительном провисании горизонтальной трубы, экономайзера возможны ее разрыв или раздутие из–за замерзания оставленной в ней воды.
6.2.4. Повреждения опорно–подвесных раскрепляющих
конструкций экономайзера
Повреждения каркасных конструкций экономайзера ведут к провисанию и нарушению правильного взаимного расположения змеевиков, пакетов. При этом усиливаются процесс эрозии труб, температурные разверки и затрудняется очистка поверхностей нагрева экономайзера от загрязнений. Повреждение подвесок и других деталей крепления, прогибы опорных балок иногда происходят из–за размещения их в зоне высоких температур дымовых газов и недостаточной жаропрочности металла.
При пуске котла после монтажа иногда возникает вибрация: питательных, паровых и других трубопроводов. Постепенное увеличение колебаний может привести находящиеся под давлением трубопроводы к разрушению. При выявлении вибрации трубопровода необходимо принять меры для ее устранения вплоть до аварийного останова котла.
6.2.5. Неравномерное поступление воды
Чугунные экономайзеры собирают из чугунных ребристых труб с фланцами и соединяют между собой с помощью чугунных колен (калачей) таким образом, чтобы питательная вода могла последовательно пройти по трубам от нижних коллекторов к верхним.
Такое движение необходимо, так как при нагревании воды падает степень растворимости находящихся в ней газов – кислорода и СО2 – и они начинают выделяться в виде поднимающихся пузырьков, которые, налипая на стенки, производят коррозионное действие.
Во избежание образования паровых пробок в трубах не должно быть участков, где питательная вода двигалась бы сверху вниз. Опускное движение воды допустимо лишь в экономайзерах котлов сверхкритического давления, где в трубах не могут двигаться совместно пар и вода.
Питательная вода поступает в нижний коллектор, где распределяется по параллельно включенным змеевикам экономайзера; пройдя их, нагретая вода собирается в верхнем коллекторе, откуда поступает в котел. Неравномерное поступление воды из коллектора в змеевики экономайзера, особенно кипящего, может быть причиной повреждения труб.
Неравномерность вызывается различным тепловосприятием и гидравлическим сопротивлением змеевиков, условиями выхода из них воды.
В змеевик с большим гидравлическим сопротивлением поступает меньше воды из коллектора, значит, при равном тепловосприятии ее температура будет выше на выходе змеевика. Повышение температуры воды почти не влияет на гидравлическое сопротивление змеевика до определенного времени, пока в нем не начнется испарение воды, а в экономайзерах кипящего типа – пока не увеличится содержание пара на выходе воды из змеевика. Это означает, что длина змеевика, заполненного пароводяной смесью, увеличилась. Это приводит к резкому возрастанию сопротивления змеевика вследствие увеличения скорости пароводяной смеси,
По этой причине в змеевик начинает поступать меньше воды, чем в другие параллельно включенные змеевики с меньшим паросодержанием на выходе. Этот процесс может привести к тому, что в змеевик с повышенным тепловосприятием начнет поступать небольшое количество воды, которая будет полностью испаряться и даже перегреваться в нем, а соли, содержащиеся в воде, будут оседать на стенках труб.
Известны случаи, когда в результате такого процесса
выходящий из змеевика пар оказывался перегретым до температуры дымовых газов.
Бесплатная лекция: "3 Микроорганизмы и окружающая среда" также доступна.
Разверка поступления воды в змеевики усиливается при уменьшении общего расхода воды через экономайзер; при неравномерном питании котла, при загрязнении отложениями части змеевиков и др.
Неравномерное поступление воды из коллектора в змеевики экономайзера, особенно кипящего, также может быть причиной частого повреждения труб и общего ухудшения его работы.
Для предупреждения разверки иногда устанавливают дроссельные шайбы в трубах между входным коллектором и змеевиками.
6.2.6. Неполадки в питательных линиях
На большинстве котлов с естественной циркуляцией воды имеется линия, соединяющая барабан с входными (нижними) коллекторами экономайзера. На котлах со ступенчатым испарением эту линию включают в чистый отсек барабана. При растопке таких котлов питание их водой производится периодически и кратковременно, а не непрерывно. В случае неправильного открытия задвижек в период пуска котла в работу в питательной линии могут возникнуть гидравлические удары. Поэтому открывать задвижки и клапаны необходимо, начиная, от ближайшего к котлу, тогда находящийся в трубах воздух беспрепятственно проходит с водой. Гидравлические удары возникают при открытии арматуры в обратном порядке.
