Предупреждение АВАРИЙ ПАРОВЫХ КОТЛОВ

УСЛОВИЯ РАБОТЫ И ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ ПОВРЕЖДЕНИЙ ТРУБОПРОВОДОВ

Трубопроводы пара и горячей воды эксплуатируются в сложных условиях. Их элементы находятся под воздей- ствйем внутреннего давления рабочей среды; веса труб, ар­матуры и тепловой изоляции; напряжений самокомпенсации, возникающих в результате теплового расширения.

Внутреннее давление в трубопроводах вызывает напря­жение растягивания, а нагрузки — напряжение изгиба.

Под действием тепловых расширений возникают изги­бающие и сжимающие усилия в трубопроводах, располо­женных в одной плоскости, а сжатие, изгиб и кручение — в пространственных трубопроводах. Безаварийная работа паропроводов зависит как от условий их эксплуатации и принятых проектных решений, так и от качественного выполнения монтажных и ремонтных работ.

Нарушение нормального режима эксплуатации трубопро­водов ведет к дополнительным напряжениям в металле. Включение паропровода в работу вызывает изменение на­пряжений в металле вследствие неравномерного нагрев. а его элементов.

Опасны защемления элементов трубопровода, которые препятствуют свободному расширению при нагреве.

При нагревании паропроводы удлиняются и каждый 1 м стальной трубы при изменении температуры на 100 °С меня­ет свою длину в среднем на 1,2 мм. При-изменении длины под влиянием температуры в трубопроводе возникают боль­шие термические напряжения, которые могут вызвать его разрушение. Поэтому для восприятия теплового удлинения трубопровода устанавливаются П-образные или лирообраз­ные компенсаторы.

При пуске пара в холодный паропровод во время его прогрева происходят значительная конденсация пара и скоп­ление в нем воды. Кроме того, в период работы паропро­вода возможны случаи забросов в него воды из котлов, при перепитке, ухудшении водного режима, неудовлетворитель­ной продувке пароперегревателя, быстром открывании паро- запорного вентиля и т. п.

Наличие конденсатора в. паропроводе может вызвать гидравлические удары.

Гидравлические удары и повреждения питательных тру­бопроводов могут быть из-за неплотности обратных клапа­нов, заполнения их водой без выпуска воздуха из верхней части трубопровода или неправильной работы питательного насоса, при которой давление в нагнетательном трубопро­воде резко изменяется.

Большую опасность представляют гидравлические удары для паропроводов насыщенного пара, где может быстро происходить конденсация пара, особенно когда паропровод не имеет изоляции.

Во избежание гидравлических ударов все участки паро­проводов, которые могут быть отключены запорными орга­нами, снабжаются дренажными устройствами для удаления конденсата.

Конструкция дренажных устройств должна предусматри­вать возможность контроля за их работой в период прогрева трубопровода.

Дренажные клапаны устанавливаются в нижних конце­вых точках паропроводов, а также в местах его подъемов, а на горизонтальных участках — через каждые 100—150 м в зависимости от диаметра паропровода.

Система продувочных и спускных трубопроводов, на ко­торых устанавливается арматура, выполняется так, чтобы была обеспечена возможность удаления воды и шлама из самых нижних частей котла.

В верхних точках трубопроводов предусматривается установка воздушников для удаления воздуха.

Весьма ответственна работа металла трубопроводов па­ра и горячей воды котлов высокого и сверхкритического давления.

В процессе эксплуатации металл трубопроводов претер­певает структурные и фазовые изменения под давлением нагрузок и высокой температуры, которые приводят к сни­жению его прочности и сокращению срока службы. Кроме того, снижение прочности вызывается циклическими напря­жениями, которые возникают при включении и отключении трубопроводов из-за частых пусков и остановов котлов.

Под действием внутреннего давления и высоких темпе­ратур при длительной эксплуатации может происходить по­степенное увеличение диаметра и уменьшение толщины стенки паропроводов из-за ползучести металла. Срок служ­бы металла определяется длительностью установившейся фазы ползучести, которая в значительной степени зависит от свойств металла и условий эксплуатации.

Основными видами повреждений трубопроводов в пре­делах котла являются коррозия, кольцевые трещины, тре­щины у концов труб, износ, изгиб, выпучины и разрывы.

Коррозия более всего поражает питательные трубопро­воды. Это объясняется тем, что в воде содержатся кислород, углекислота и соли.

Причинами образования трещин и разрывов паропрово­дов и питательных трубопроводов являются пороки в ме­талле, дефекты и неправильная термообработка стыков, не­правильное гнутье и монтаж, а также гидравлические удары.

Практика показывает, что трещины и разрывы труб об­разуются в основном в местах изгиба, околошовной зоне, на дефектных участках основного металла, причиной их может быть также плохое качество, сварных швов.

Нарушения плотности соединений часто происходят из - за низкого качества прокладочного материала и неудовле­творительные конструкции и изготовления прокладок.

При монтаже фланцевых соединений очень важны точ­ность установки, отсутствие перекосов, равномерная и пра­вильная затяжка болтов. При чрезмерной затяжке разру­шаются прокладки и можёт произойти обрыв болтов, а при слабой не достигается плотность соединения.

Повреждения трубопроводов возникают и от превыше­ния в них допустимого давления, если на них не установле­ны (или неисправны) предохранительные устройства.

Эксплуатационная надежность паропроводов и питатель­ных трубопроводов зависит от качества сварных соедине­ний, состояния их деталей и элементов, работоспособности опорно-подвесной системы креплений, от правильного выбо­ра марки стали с учетом условий работы, технологии изго­товления труб и изделий (колен, тройников, гибов).

Повреждения металла паропроводов в условиях эксплуа­тации во многих случаях связаны с его усталостью. Принято различать обычную, или многоцикловую, усталость, при ко­торой разрушение изделия происходит спустя большое чис­ло циклов нагружения, и малоцикловую усталость, при ко­тором, происходит разрушение после сравнительно неболь­шого числа циклов нагружения.

Для паропроводов ТЭС характерна малоцикловая уста­лость. Общее число циклов нагружения металла паропрово­дов свежего пара за весь период его эксплуатации относи­тельно невелико и обычно не превышает Ю4.

Температурные напряжения в стенке трубы вызываются главным образом температурной неравномерностью в ради­альном направлении (по толщине стенки) в режимах про­грева или охлаждения, а также в окружном — между вер­хом и низом трубы на горизонтальных участках при плохом дренировании.

Роль температурных напряжений в развитии поврежде­ний паропроводов иллюстрируется следующим образом.

При обследовании металла паропровода с поперечными связями от котла ТП-87 в месте соединения с переключательной магистралью бы­л а обнаружена кольцевая трещина на наружной поверхности одного из швов приварки линейной задвижки котла к паропроводу 0 273Х Х36 мм, изготовленному из стали 12Х1МФ. Трещина развивалась сна« ружи по границе зоны теплового влияния и основного металла на глу­бину до 18 мм. Вблизи трещины имелось множество межкристаллит - ных надрывов. При подключении котла к переключательной магистрали «прогрев этого участка паропровода происходил с недопустимо вы­сокой скоростью (до 20°С/мин), что объясняется недостаточным его прогревом в предшествующий период растопки котла, когда линейная задвижка была еще закрыта [27].

Ошибочная замена элемента паропровода, изготовленного из леги­рованной стали, на элемент из углеродистой стали может привести к. аварии в результате ползучести металла и разрушению от исчерпа­ния длительной прочности.