Проблемы эксплуатации котлов и пути их решения

Котельная давно стала неотъемлемой частью большинства коттеджей. Подвести к удаленному строению центральное отопление чаще всего представляется невозможным, да это и невыгодно. Прогреть несколько этажей в зимние холода, подать горячую воду в верхние этажи и во все батареи, обеспечить нагрев системы теплых полов – все это возможно только после сооружения котельной установки.

Однако при условиях несоблюдения некоторых установленных практических правил кроме комфорта такое оборудование может нести и серьезную опасность. Авария котла может привести к взрыву с катастрофическими последствиями. К аварии приводят несколько наиболее распространенных причин:

взрыв топлива;
недостатки водоподготовки;
понижение уровня воды;
загрязнение котловой воды;
механическое повреждение труб;
несоблюдение регламента разогрева;
нарушение технологии продувки;
сверхнормативное форсирование;
ненадлежащие условия хранения;
понижения давления.

Рассмотрим как сами опасные факторы, так и способы предосторожности, которые позволят не опасаться и использовать безопасную работу котлов.

Взрыв топлива

При эксплуатации котлов можно столкнуться с опаснейшей ситуацией – взрывом в топке. Причиной большинства взрывов становится недостаточная очистка топки или перенасыщение топливом горючей смеси. Перенасыщение горючей смеси становится следствием накопления в топке несгоревшего топлива. Это может произойти по ряду различных причин: из-за колебаний давления топливоподачи, повреждения оборудования, сбоя регуляторов.

Множество случаев взрывов происходили после того, как в работе горелок наступали перебои. Так, засорение топливной форсунки приводит некачественному распыливанию, вызывающему отрыв пламени или нестабильность горения. После того, как происходит последующее впрыскивание топлива в топке увеличивается концентрация его паров. Несгоревшее топливо накапливается и в случаях долгой работы горелки с некачественным распыливанием.

Вспышка несгоревшего топлива приводит к взрыву. Избежать этого можно при соблюдении следующего простого правила: никогда нельзя производить впрыскивание топлива в загазованную томную топку. Прежде следует отключить все горелки вручную и тщательным образом продуть топку воздухом. И только после такой несложно операции и устранении неисправностей с зажиганием горелки снова могут быть включены.

Понижение уровня воды

Структура углеродистой стали, из которой изготавливаются стенки котлов, изменяется при превышении температуры предела в 427°C – она теряет прочность. Но рабочая температура топки – больше 982°C, поэтому котел охлаждается водой, протекающей через его трубы. Если же он будет длительное время работать при недостатке воды, стальные трубы в буквальном смысле могут расплавиться как сгоревшие восковые свечки.

Для уменьшения вероятности аварий, возникающих из-за этой причины, должно быть предусмотрено отключение котла, наступающее при уменьшении уровня воды. Выполняют такую задачу датчики уровня воды поплавкового типа или прямого действия. Критическим звеном системы при этом становится байпас пускового устройства. Благодаря бейпасу обслуживающий персонал может продувать засорившиеся секции, проводить их очистку от накипи и шлама, имитировать аварийную ситуацию без остановки котла (так проверяется контур отсечки).

Недостатки водоподготовки

В трубах, из-за наличия в воде магниевой или кальциевой жесткости, образуется накипь. Ионы жесткости удаляются в процессе водоподготовки. Нарастание накипи приводит к перегреву труб, которые предназначены для отвода тепла от котла. Накипь снижает диаметр труб, создает дополнительный слой теплоизоляции и ухудшает теплообмен. Результатом может стать местное прогорание трубы.

Для того, чтобы предотвратить этот процесс, в котловой воде содержание солей жесткости не должно превышать допустимых пределов. При повышенной рабочей температуре и повышенном давлении котельной установки ужесточаются и требования к водоподготовке.

С котлами низкого давления понижение кальциевой и магниевой жесткости происходит при помощи ионообменных установок. Для котлов с паротурбинными установками, отличающихся режимами высокого давления и температуры, требуется полная деминерализация воды с удалением иных примесей наподобие силикатов. Если соединения кремния не будут удаляться, при испарении они смешаются с водяными парами и образуют осадок на лопатках турбин и другом оборудовании.

В водоподготовку для котлов входит и обработка химреактивами. Реактивы связывают частицы загрязнений, преобразуя их в шлам, не образующий на поверхности осадков. Шлам удаляется при промывке котлов. Недостаточная водоподготовка служит разрушительной силой для котла, поэтому в продлении его долговечности качество воды играет большую роль.

Загрязнение воды

Вода котельных установок состоит из смеси обратного конденсата и подпитки. И вопрос ее загрязнения очень сложный, ему посвящают целые книги. В загрязнения обычно входит кислород и смесь из смолы, масла, химикатов и металлов.

Кислород, растворенный в воде, постоянно угрожает целостности труб. В котельных установках обычно имеется нагреватель-деаэратор, удаляющий из подпиточной воды кислород. В резервуары деаэратора котельных установок, рабочее давление которых до 7000 кПа, обычно добавляется сульфит натрия – поглотитель свободного кислорода.

Самый опасный вид кислородной коррозии — язвенная кислородная коррозия. Язвой называется коррозия, сконцентрированная на совсем маленьком участке поверхности. Даже небольшое распространение коррозии в целом может привести к сквозной ржавчине из-за возникновения такой язвы. Катастрофические последствия кислородной коррозии требуют регулярной проверки работы поглотителей кислорода и деаэраторов и контроля качества воды.

Необнаруженное своевременно загрязнение возвратного конденсата становится еще одной причиной загрязнения котловой воды. Загрязнения могут состоять из различных частей: от железа и меди, до производственных химикатов и мела. Попадающие в воду металлы — конструктивные материалы конденсатопроводов и оборудования, а производственные химикаты и масла появляются из-за коррозионных утечек теплообменников, сальниковых уплотнений, насосов и т.д.

Опасные химикаты в большом количестве могут попасть в воду из-за аварий технологического оборудования. Поэтому постоянный мониторинг возвратного конденсата становится залогом бережной эксплуатации котельной установки.

Серьезное загрязнение котла может быть вызвано и попаданием в воду ионообменной смолы. Это происходит при повреждениях вспомогательной обвязки ионообменных установок или внутренних трубопроводов. Весьма эффективный и очень дешевый способ, предотвращающий подобные явления – установка на коммуникациях ионообменной установки смолоуловителей. Смолоуловители смогут не только защитить котел, но и в случае аварии предотвратят потерю ионообменных смол – весьма ценного материала.

Загрязнение котловой воды протекает и как постепенное ухудшение, и как мгновенная авария. Снижает возможность неприятностей обоего типа качественное и постоянное обслуживание. Мониторинг подпиточной и котловой воды позволяет получить своевременную информацию об уровне загрязнения.

Несоблюдение технологии продувки

Постоянная продувка системы и периодическая промывка поддонов приводит к уменьшению концентрации взвешенных твердых примесей, содержащихся в котловой воде. Превышение концентрации загрязнений котловой воды способно создать такие проблемы, как вспенивание воды в барабане или нестабильность ее уровня. В результате может происходить загрязнение пароперегревателей, унос капельной влаги паром, ложные срабатывания сигнализации уровня воды.

При правильно спроектированной системе продувки происходит мониторинг котловой воды и поддержание такой интенсивности продувки, обеспечивающей допустимую концентрацию примесей. Промывка грязевиков и поддонов предотвращает накопление шлама. Но продолжительная продувка образующих экраны топки секций способна вызвать их повреждение из-за перегрева, наступающего вследствие изменения циркуляции естественной воды. Рекомендуется вместо этого при каждом отключении котла открывать вентили продувки секций до момента падения давления в системе к уровню атмосферного давления.

Нарушение регламента разогрева

Сильнейшее испытание, которому может подвергнуться котел — нарушение правил разогрева. При процедурах пуска и остановки оборудование получает серьезные нагрузки. Работа в постоянном режиме таких нагрузок не доставляет, поэтому при частых включениях-отключениях соблюдение правил должно быть более строгим, чем при работе в расчетном режиме. Поэтапные пусковые операции и корректный регламент уменьшают вероятность аварии и способствуют продлению службы оборудования.

Конструкция типового котла подразумевает использование различных материалов: сталь различной толщины (толстой – для барабана, тонкой – для труб), огнеупорных и теплоизоляционных материалов, массивных чугунных элементов. Скорость, с которой они прогреваются и остывают, различна. Ситуация становится еще более сложной, если материал одновременно подвергается воздействию различных температур. К примеру, паровой барабан при уровне воды в пределах нормы контактирует в разных частях с водой, воздухом и паром. Во время холодного старта быстрее всего нагревается вода, поэтому нижняя часть барабана испытывает тепловое расширение большее, чем верхняя. В итоге нижняя часть становится длиннее верхней и барабан испытывает деформацию. Следствием серьезной деформации становится появление трещин труб между шламовым и паровым барабанами.

Очень быстрый разогрев во время холодного старта может повредить обмуровку котла. У обмуровки низкая теплопроводность, поэтому она прогревается дольше металла. При непрогретой топке материал обмуровки поглощает из воздуха влагу. Медленный прогрев постепенно просушивает обмуровку и не допускает вскипания влаги, которое могло бы привести к растрескиванию кирпичей. Согласно стандартному графику разогрева типового котла повышение температуры должно происходить со скоростью не выше 55°C в час.

Опасность форсированного режима

Эксплуатация котла в режиме, превышающем максимально допустимую продолжительную нагрузку, согласно рекомендациям изготовителей, не может превышать по длительности 2-4 часа.

Физические ограничения конструкций котлов (размеры паропроводов и топки) могут привести к серьезным проблемам, связанным с падением давления пара и уменьшением теплоотдачи. Подобные ограничения становятся причиной проблем, ассоциирующихся с перегревом котла:

эрозии труб, золоочистителей, газоходов и экранов;
разрушением обмуровки, материала труб, газоходов;
коррозии труб пароперегревателей и стенок топки;
уносом паром твердых взвешенных частиц и капельной влаги, что ведет к повреждению лопаток турбин, пароперегревателей, другого технологического оборудования.

Проблемы, связанные с перегревом котла, во многом зависят от вида используемого топлива. Но независимо от топлива форсирование работы котла увеличивает скорость и объем дымовых газов и их давление, что оказывает влияние на эрозию. Возникает повышение температуры перегородок и стенок труб, что сказывается на прочности металла. Форсаж топки может вызывать распространение пламени на экраны, а это также становится причиной местной коррозии.

Механическое повреждение труб

Котел практически не содержит одинаковых элементов. Особенно это можно отнести к трубам, из которых состоят секции конвективного нагрева и экраны топки. Повреждение одной из них приводит к остановке всего оборудования. А учитывая то, что толщина таких труб не превышает 2-3 миллиметров, становится понятно, что они легко могут быть повреждены. Причиной повреждения могут стать:

удары при сборке или в процессе изготовления;
неверная направленность при продувке для удаления сажи;
приводящий к эрозии труб сдув копоти влажного пара.

Проектирование новых котлов предусматривает увеличение толщины стенок труб. Это ведет к повышению стоимости, но предоставляет запас прочности. К тому же в местах изгиба толщина стенки становится меньше и при первоначальной малой толщине в месте сгиба она может не соответствовать допускаемому стандарту.

Неправильное хранение

Небрежное хранение котла может привести к коррозии поверхностей и со стороны воды, и со стороны газов. Коррозия газовой стороны происходит, если ранее в котле использовалось сернистое топливо. Есть такие участки топки, с которых золу при обычной продувке удалить невозможно. Прежде всего, это зазоры между обмуровкой и трубами и между перегородкой на входе и трубами. При разогретом котле коррозия не может появиться, так как на поверхности нет влаги. Но после остановки поверхности обмуровки и зола начинают абсорбировать влагу, что через время приводит к началу коррозии. Локализованную язвенную коррозию можно установить простукиванием и изменившемуся звуку.

Один из способов избежать таких последствий – теплое хранение. В качестве обогревателя может быть использован шламовый барабан или продувка теплоносителем, идущим от другого, работающего, котла. Этого достаточно для поддержания температуры поверхности превыщающей точку росы кислотного раствора.

Еще один способ хранения малых котлов – сухое хранение. Для этого в котел вдувают азот, а его входные отверстия уплотняются абсорбентом-осушителем.

Срыв в вакуум

Конструкции котлов могут работать с избыточным давлением, однако не предусматривают возможности падения давления до уровня ниже атмосферного — вакуума. Его возникновение возможно во время остановки котла. При охлаждении происходит понижение уровня воды и конденсация пара. В итоге давление может снизиться до уровня ниже атмосферного. В итоге вакуум приведет к утечке через концы труб, развальцованные таким образом, что их уплотнение происходит при избыточном давлении. Избежать проблемы достаточно просто — необходимо приоткрыть в паровом барабане вентиляционное отверстие еще тогда, когда в нем имеется избыточное давление.

Необходимые меры предосторожности

Рекомендации, которые позволят избежать появления проблем во время эксплуатации котлов:

проверять пламя, чтобы своевременно замечать неполадки с горением;
при погасании горелки определить причину, а не пытаться повторно ее зажечь;
прежде чем зажигать горелки, тщательно очищать топку. Особенно важно это сделать , если в топку было пролито жидкое топливо. Избыток горючих газов, концентрация которых может стать опасной, удаляется продувкой. Ее следует производить при малейших сомнениях.
не применять необработанную воду. Проводить проверку оборудования водоподготовки, качество воды должно соответствовать нормам, принятым для данного давления и температуры;
для избегания накопления шлама в тупиковых участках водоохладителей, водяного контура и т.п. Необходима их регулярная промывка. Циркуляция воды никогда не должна быть остановлена.
для удаления из деаэратора неконденсируемых газов необходима его постоянная продувка. Также необходимо контролировать содержание свободного кислорода, содержащегося в выходящей из деаэраторов воде, рабочее давление деаэраторов и температуру воды в баках-аккумуляторах;
проводить мониторинг возвратного конденсата. В случае его загрязнения из-за аварии технологического оборудования обеспечить немедленный слив в канализацию;
постоянно продувать котел для поддержания требуемого качества котловой воды, периодически промывать барабан-грязевик. Поверхности топки не должны продуваться в момент работы котла;
регулярно проводить проверку внутренних поверхностей деаэратора на коррозию. Коррозия деаэратора может привести к тому, что он проржавеет насквозь. Это приведет к бурному вскипанию воды и наполнению паром всего помещения котельной;
если на поверхности воды появятся признаки отложения накипи, необходимо отрегулировать водоподготовку;
всегда придерживаться стандартного графика разогрева воды, предусматривающего рост температуры со скоростью не выше 55°C в час. Если котел длительное время эксплуатировался с минимальной нагрузкой, разогрев может протекать со скоростью выше указанной. Поэтому для нормального темпа разогрева в стартовом режиме должна быть предусмотрена работа горелок с перерывами;
при отключении котла на длительное время, необходимо поддерживать его в сухом и теплом состоянии. Использовать сульфат натрия – это позволит поглотить кислород из котловой воды и заполнять азотом. При хранении в сухом состоянии вместе с азотом в барабан поместить абсорбент влаги;
если давление падает ниже показателя 136 кПа, открывать в паровом барабане вентиляционное отверстие.

Поделитесь ссылкой в социальных сетях

Комментарии