Предупреждение АВАРИЙ ПАРОВЫХ КОТЛОВ

УСЛОВИЯ РАБОТЫ МЕТАЛЛА БАРАБАНОВ И КОЛЛЕКТОРОВ ПАРОВЫХ КОТЛОВ

Условия, в которых находятся элементы паровых кот­лов во время эксплуатации, чрезвычайно разнообразны.

Барабаны устанавливаются в котлах низкого, среднего и высокого давлений с естественной и многократной прину­дительной циркуляцией. В прямоточных котлах барабанов нет.

Барабан парового котла является одним из наиболее ответственных его элементов, в котором аккумулируется большая энергия.

Барабан стационарного котла —это элемент котла, пред­назначенный для сбора и раздачи рабочей среды, для от­деления пара от воды, очистки пара, обеспечения запасов воды в котле.

Барабан объединяет в зависимости от места установка парообразующие, пароотводящие и опускные трубы котла.

Коллектор стационарного котла — это элемент котла, предназначенный для сбора или раздачи рабочей среды, объединяющий группу труб.

Условия работы металла барабанов и коллекторов паро­вых котлов тяжелые, так как металл находится одновре­менно под воздействием высоких температур, механических напряжений и агрессивной среды, в результате чего в ме­талле могут возникнуть изменения структуры и механиче­ских свойств, явления ползучести, коррозия, что в свою оче­редь может привести к его разрушению.

Разрушение барабана котла в процессе эксплуатации — одна из наиболее серьезных аварий, это связано с большим материальным ущербом и другими тяжелыми последст­виями.

Условия работы металла котлов высокого давления от­личаются от условий работы металла котлов низкого и сред­него давлений прежде всего внутренним давлением, испы­тываемым металлом отдельных его элементов. С повыше­нием давления и температуры пара существенно изменяются тепловосприятие и необходимая последовательность разме­щения его элементов, т. е. изменяется тепловая схема котла, что и определяет его компоновку.

Важным фактором, воздействующим на техническую характеристику котлов высокого давления, является более высокий температурный уровень на поверхностях нагрева, работающих под давлением, связанный с повышением тем­пературы котловой воды, а также насыщенного и перегре­того пара.

Поэтому при изготовлении и эксплуатации барабанов следует принимать меры по повышению их надежности.

С повышением рабочей температуры металла не только снижается его механическая прочность, но и могут произой­ти такие явления, как ползучесть металла, понижение с те­чением времени его пластичности и вязкости, изменение его первоначальной структуры, химическая нестойкость и т. п.

Как показали многолетний опыт эксплуатации котлов и научные исследования, правильный выбор стали опреде­ленного химического состава не гарантирует еще ее полной надежности в условиях длительной работы при высоких температурах. Значительное влияние на металл оказывают факторы технологического характера, начиная от выплав­ки стали и кончая обработкой готовых изделий.

Различные режимные факторы работы котла (нагрузка, коэффициент избытка воздуха, рециркуляция дымовых газов, число и расположение горелок) оказывают сущест­венное влияние на значение и распределение локальных теп­ловых потоков в топочной камере. С ростом нагрузки котла ТГМ-96 с 18 горелками от минимальной производительно­сти (240 т/ч) до номинальной (480 т/ч) максимум теплового потока на боковой экран на уровне второго яруса горелок возрастает на 44 % — с 1100-Ю3 до 1600-103 кДж/(м2-ч), при этом максимальный тепловой поток на задний экран на уровне горелок второго яруса увеличивается на 47 %.

В котле в наиболее тяжелых температурных условиях работают трубы пароперегревателя.

В котлах высокого давления выходная часть перегрева­теля или даже весь перегреватель располагается в конвек­тивной его части. Здесь тепловое напряжение составляет 9550—11 900 кДж/ (м2-ч).

Предельные удельные тепловосприятия радиационной поверхности нагрева в нижней части топок при сжигании мазута составляют (1900-^-2100) • 103 кДж/(м2-ч). Следова­тельно, для мазутных котлов с естественной циркуляцией высокого (ИМПа) и сверхвысокого (15,5 МПа) давлений допускается максимальное тепловосприятие 2100-103 кДж/ /(м2-ч). Однако при 15,5 МПа такое значение может при­водить к нарушению нормального пузырькового режима ки­пения, значительным колебанием температуры стенки труб [23] со всеми вытекающими последствиями.

При чистых внутренних поверхностях температура ме­талла стенки экранных и кипятильных труб в радиационной части не должна быть выше температуры среды более чем на 5—7 °С. В случае небольших отложений температура стенки труб резко увеличивается.

При высоких тепловых напряжениях в топочной камере слой отложений в 0,15 мм доводит температуру металла стенки труб до опасных пределов. Поэтому для котлов высокого и сверхкритического давлений обеспечивается высокий уровень очистки питательной воды от приме­сей.

В случаях нарушения гидродинамики при неравномер­ном обогреве труб, в особенности когда они носят цикличе­ский характер, как, например, пульсация потока, расслоение эмульсии и т. п., создаются переменные тепловые напря­жения.

В настоящее время широко применяются горелки произ­водительностью 7500—11 ООО кг/ч по мазуту и 9000— 12 500 м3/ч по природному газу. Однако рост единичной мощности горелок в ряде случаев привел к увеличению ло­кальных падающих тепловых потоков.

Необогреваемые детали — барабаны, коллекторы, со­единительные и магистральные трубопроводы—обычно рас­считывают по средней температуре протекающей среды. Од­нако в отдельных деталях могут быть сложные температур­ные условия при непостоянстве температуры во времени. Так, в исходных коллекторах пароперегревателей вследст­вие неравномерности тепловой работы отдельных секций и колебаний средней температуры пара создаются большие перёменкые температурные напряжения. Учесть их трудно, поэтому они должны быть компенсированы при расчетах достаточным запасом прочности.