Практическое руководство компании НАЛКО по анализу причин повреждения котлов Nalco Chemical Company

Кратковременный перегрев

Участки, наиболее подверженные кратковременному перегреву

Разрушения, вызванные кратковременным перегревом, практически проис­ходят лишь в трубах, охлаждаемых паром и водой, включая сливные тру­бы, вертикальные экраны, своды, пароперегреватели и промежуточные па­роперегреватели. Чаще всего разрушениям подвергаются пароперегрева­тели и промежуточные перегреватели из-за своей высокой рабочей темпе­ратуры. Аварии, вызванные кратковременным перегревом, почти никогда не происходя! в экономайзерах, где температуры не так высоки.

Когда происходит снижение уровня воды, часто происходят разруше­ния у верхней части топочных экранов вблизи паросборника. Одна разо­рванная труба среди других уцелевших труб заставляет предположить за­бивку или другие нарушения, вызвавшие затруднения в нормальном тече­нии потока.

Ошибки в регулировании температуры обычно не вызывают' кратковре - меиного перегрева, по в этом случае может происходить длительный пере­грев. Разрушения пароперегревателей и нагревателей могут также происхо­дить в пусковой период, когда поток пара ограничен.

Общие сведения

Кратковременный перегрев прои ротки й промежуток времени прев ях температура металла достигав" ст 1350°Ф (730°С). При определен! ти в течение очень короткого пр становится нарушение режима р< кратковременному перегреву, отт труб и недостаточный расход охл жима и/или чрезмерного ш когда температура трубы на ко - троектные пределы. Во всех случа - ее 850°Ф (454°С) и часто превыша - шературах авария может произой - ка времени. Ее причиной обычно отла. К условиям, приводящим к частичное или полное засорение цей жидкости из-за нарушения ре - :о стороны топки,

Важнейшие условия для кратковременного перегрева

Кратковременный перегрев возникает из-за необычного сочетания обстоя­тельств. например после сбоя в работе системы, дейс твовавшего в течение короткого промежутка времени. Поэтому особенно важной для установле­ния причины аварии может стать тщательная идентификация необычных событий, непосредственно предшествовавших аварии.

Поскольку кратковременный перегрев практически не связан с химиче­ским составом воды, все внимание должно быть сосредоточено на техноло­гических процедурах и конструкции системы. Произошла ли авария при пуске или остановке котла? Производилась ли недавно кислотная очистка? Не были ли забиты коллекторы или U-образные изгибы выше места разры­ва? Не предшествовало ли дайной аварии другое нарушение? Были ли изме­нения в режиме обогрева? Не было ли необычных колебаний нагрузки? Был ли нормальным уровень воды? Не происходило ли быстрое падение давле­ния в котле до или во время аварии?

Идентификация кратковременного перегрева

Для идентификации кратковременного перегрева рекомендуют чаще всего применять металлографические исследования. Для проведения анализов необходимо разделение труб на секции. Другие методы идентификации признаны менее эффективными.

Для разрушений, вызванных кратковременным перегревом, часто быва­ют характерны несколько обстоятельств: равномерное расширение трубы, отсутствие значительных внутренних огложеиий, отсутствие большого ко­личества образовавшегося при термическом воздействии магнетита, мощ­ные разрывы.

Кратковременный перегрев может вызвать вздутие. При очень быстром пе­регреве могут происходить продольные разрывы с толстыми краями (Рис. 3.1) или продольные разрывы, имеющие форму «рыбьего рта» (Рис. 3.2).

При повышенных температурах прочность металла заметно снижается (Рис. 2.1). Действительно, если температура поднимается до очень высоких уровней, разрушение происходит очень быстро. Если это произошло, взду­тие может отсутствовать, а разрушение будет очень мощным, иногда с из­гибанием трубы почти пополам и с ее повторными разрывами (Рис. 3.3). В случае разрывов с толстыми краями окружность трубы в месте разрыва иногда почта в точности равна окружности трубы в стороне от разрыва. Окружность трубы можно приблизительно измерить с помощью куска ве-

Края разрыва могут быть затуплены и могут сохранять первоначаль­ную толщину стенки трубы, или толщина будет постепенно уменьшаться, и края наконец примут ножевую или долотообразную форму. В некоторых случаях диаметр трубы может равномерно расшириться без разрыва. Многочисленные вздутия обычно не образуются, но может появиться од­но с разрывом, особенно если ранее уже происходил длительный перегрев (Рис. 3.4).

При быстром разрыве значительные внутренние отложения обычно отсутствуют, поскольку они вряд ли являются причиной разрушения. Кроме того, если отложения все же присутствуют, они обычно рассыпча­ты и легко поддаются удалению мягким соскабливанием, не прикипая к поверхности, что характерно для длительного перегрева. Будет отсутст­вовать и накопленный толстый слой металла, подвергшегося термическо­му разрушению.

Предупреждение кратковременного перегрева

Решение проблемы кратковременного перегрева, который часто вызывает­ся небольшими нарушениями рабочих условий, состоит в устранении этих нарушений. Если есть подозрение в уменьшении расхода охлаждающей во­ды из-за забивки труб, необходима проверка коллекторов, барабанов, U - образных изгибов, длинных горизонтальных участков труб и других зон, в которых могут накапливаться остатки посторонних веществ. Это особенно касается тех случаев, когда авария происходит вскоре после очистки котла. Уровень воды в котле, процедуры сжигания топлива, а также процедуры продувки и пуска должны быть тщательно проверены. Особую насторо­женность должно вызывать возникновение кратковременного сбоя непо­средственно после предыдущей аварии, которая могла наруши ть циркуля­цию, сместить отложения и продукты коррозии, а это. в свою очередь, мог­ло повлиять на теплопередачу.

Меры предосторожности

Сам по себе продольный разрыв с толстыми краями не достаточен, чтобы га­рантировать правильность диагностики кратковременного перегрева. Необ­ходима чрезвычайная осторожность, если разрыв произошел в сварном или трубном шве или если вблизи разрыва обнаружены признаки износа металла, азрывы с толстыми краями, вызванные кратковременным перегревом, мож­
но легко принять за разрушения под действием длительного перефева из-за ползучести, за разрушения, вызванные водородным охрупчением или же опре­деленными дефектами металла труб. Отсутствие отложений вблизи разрыва иногда можно объяснить счищающим действием жидкости, вытекавшей из ме­ста разрыва. Кроме того, кратковременный перегрев может произойти и после длительного перегрева. Для определения характера разрушения все эти меха­низмы обычно требуют металлографических исследований.

Ммкроструктурныс изменения, происходящие в течение кратковременно­го перегрева, не всегда ведут к аварии. Кроме того, не обязательно заменять трубы, которые подверглись кратковременному перегреву. При перегреве значительное изменение механических свойств происходит далеко не всегда.

Сопутствующие проблемы

См. Главу 2 («Длительный переден»).

ПРИМЕР ИЗ ПРАКТИКИ 3.1

Промышленность: Установка для произво

Местоположение образца: Топочный экран, секци Ориентация образца: Наклонная

Координированная фосфатная 1800 фунт/кв. дюйм (12,4 МПа) Наружный диаметр 2,5 дюйма (64 мм); с внутренним рифлением Каменноугольная пыль

Данная секция свода топочного экрана с внутренним рифлением содержит боль­шой разрыв с толстыми краями. Края имеют длину 12 дюймов (300 мм) и зазубрен­ный контур (Рис. 3.5). Гладкие внутренняя и наружная поверхности покрыты тон­кими, прочно сцепленными с поверхностью темными слоями оксидов. Значитель­ные слой отложении нигде не обнаружены.

Авария произошла вскоре после пуска котла. Микроструктурные признаки ука­зывают, что металл трубы вблизи разрыва подвергался воздействию температуры 1600°Ф (870°С). Никаких значительных отложений образованного под влиянием термического воздействия оксида па представленной секции обнаружено не было.

Внутреннее рифление иногда используют для уменьшения наналообразоваиия в '.дбтоке пара н подавления образования паровой подушки. На внутренних поверхно - !йях;дакаких признаков образования паровой подушки или границы раздела жид­кость - пар не обнаружено. Не было никаких изменений н в микроструктуре метал­ла с холодной стороны, указывающих на то, что труба содержала воду во время раз­рыва. Скорее всего разрыв был вызван недостаточным расходом охлаждающей жидкости во время пуска.

ПРИМЕР ИЗ ПРАКТИКИ 3.2

Нефтеперерабатывающая

Местоположение образца: Электростанция, трубы вблизи паросборника

Ориентация образца: Слегка наклонная

Срок службы, годы: 25

Программа водоочистки: Фосфатная

Давление в барабане: 800 фунт/кв. дюйм (5.5 МПа)

Характеристики труб: Наружный диаметр 3,25 дюйма (83 мм)

Котел, из которого была удалена труба, подвергался значительным колебаниям нагрузки после монтажа новых парогенераторов, утилизирующих отходящее теп­ло. Котел часто содержат в резервной готовности, поддерживая очень слабый обо­грев или полностью отключая от системы. Пар низкого давления возвращают в па - росборнн для небольшого подогрева (без циркуляции),

Произошло образование мощного продольного разрыва с тонкими краями. Вниз вдоль трубы от угла отверстия разрыва идет узкая прямая трещина (Рис. 3.6). Внутренние поверхности гладкие, за исключением неглубоких следов, оставшихся от инструмента после изготовления. В стороне от разрыва присутствует тонкий рав­номерный слой светлых отложений.

Авария была вызвана серьезным перегревом, возникшим в результате ограниче­ния подачи охлаждающей воды. Небольшой дефект (след от инструмента) совпал с линией разрыва, но он не мог послужить существенным фактором в образовании разрыва.