Разрушения и производственный травматизм при взрывах паровых котлов. Причины взрывов паровых котлов и их предотвращение

Каменских А.С.

Заклинивание предохранительного клапана в открытом положении после срабатывания

Возможная причина: механические повреждения клапана

Действия оператора:

Разрыв стекла или водомерной колонки

Возможные причины: неправильные действия персонала при продувке водоуказательной колонки (ВУС - водоуказательного стекла), повреждение стекла из-за его старения

Действия оператора:

Действия оператора при снижении уровня воды в барабане ниже нижнего допустимого

Если уровень воды снизился ниже нижнего допустимого, но ещё определяется по водоуказательному стеклу, котёл можно подпитать, открыв задвижку на обводной (байпасной) линии вокруг регулирующего клапана. В противном случае, котёл должен быть немедленно отключён (остановлен) действием защит или персоналом. Поэтому, если в данной ситуации не сработала автоматика безопасности, оператор осуществляет аварийную остановку котла. Для этого необходимо немедленно прекратить подачу топлива и сопутствующих компонентов (воздуха, пара) и резко ослабить тягу.

Отключить котёл от главного паропровода и при необходимости выпустить пар через при-поднятые предохранительные клапана.

УПУСК ВОДЫ. Возможные причины:

• неисправность или отключение автоматики питания
• остановка или неисправность питательных насосов
• отсутствие воды в аккумуляторном баке деаэратора
• разрыв питательного трубопровода, экранных или кипятильных труб
• неправильные действия персонала при продувке котла
• большой пропуск продувочной или спускной арматуры

Действия оператора:

• Прекратить подачу топлива
• Прекратить вентиляцию топки путём остановки дымососа и вентилятора
• Если производилась продувка, - прекратить её
• Прекратить питание котла, закрыв вентиль на питательной линии
• Закрыть парозапорную арматуру котла.

Категорически запрещается подпитка котла. Заполнение котла водой с целью определения возможных повреждений при упуске воды можно производить только по распоряжению начальника котельной и охлаждения барабана котла до температуры окружающего воздуха.

Вскипание котловой воды

Сопровождается резким колебанием уровня воды в водоуказательных стёклах, гидроударами в котле

Возможные причины:

• резкое увеличение расхода пара и уменьшение давления в барабане
• повышение солесодержания или щёлочности котловой воды
• подача в котёл химических реагентов в большом количестве

Действия оператора:

• Прекратить подачу топлива
• Отключить котёл от паропровода путём закрытия главной парозапорной арматуры
• Прекратить питание котла, закрыв вениль на питательном трубопроводе
• Остановить дымосос и вентилятор
• Продуть водоуказательные колонки и определить уровень воды

Действия оператора при повышении уровня воды парового котла выше допустимого

Если уровень воды превысил допустимый, но ещё определяется по водоуказательному стеклу, воду можно слить через продувочные клапаны, в противном случае, котёл должен быть немедленно отключён (остановлен) действием защит или персоналом. Поэтому, если в данной ситуации не сработала автоматика безопасности, оператор осуществляет аварийную остановку котла. Для этого необходимо немедленно прекратить подачу топлива и сопутствующих компонентов (воздуха, пара) и резко ослабить тягу. Не сгоревшее твёрдое топливо залить водой, соблюдая при этом осторожность, чтобы вода не попала на поверхности нагрева элементов котла. Отключить котёл от главного паропровода и при необходимости выпустить пар через приподнятые предохранительные клапана.

ПЕРЕПИТКА КОТЛА

Возможные причины:

• неисправность водоуказательных приборов
• резкое уменьшение расхода пара
• отключение или неисправность автоматики питания котла

Действия оператора:

Если уровень воды повысился до установки срабатывания защиты, то необходимо

Если несмотря на принятые меры уровень продолжает расти, то необходимо

• уменьшить питание котла, закрыть запорную арматуру на питательной линии
• осторожно открыть продувочную линию нижнего барабана и если после продувки уровень снова начинает повышаться, то необходимо
• прекратить подачу топлива
• отключить котёл от паропровода
• закрыть главную парозапорную арматуру
• провентилировать топку в течение 10 минут
• остановить вентилятор и дымосос
• спустить воду до среднего уровня путём открытия запорной арматуры на линии периодической продувки.

Основой стабильного функционирования и развития любой страны мира является степень развития ее электроэнергетики. От ее устойчивой и слаженной работы зависит как промышленный сектор, так и непосредственно население. Напрямую зависит социально-экономическое развитие страны.

В России имеется более 700 различных типов электростанций, с общей установленной нормой выработки порядка 225 ГВт. Большая часть из этих электростанций является тепловыми (более 68 %), работающими на органическом топливе (природный газ, мазут, ископаемые угли).

Громадную роль тепловая электроэнергетика играет в Восточной части страны, за Уралом, особенно на территории Арктической зоны России, имеющей сложные природно-климатические условия для функционирования промышленности и проживания граждан.

В данном контексте тепловые электростанции, часто обеспечивающие огромные по протяженности площади с большой численностью населения, являются важнейшими стратегическими объектами жизнеобеспечения, особенно в зимний период. Исходя из того, что одним из важнейших элементов для генерации электроэнергии на электростанциях подобного типа являются паровые котлы высокого и сверхвысокого давления актуальность глубокого анализа факторов, негативно сказывающихся на эффективности работы данного оборудования и разработки мер по предупреждению аварий с соблюдением правил и норм котлонадзора является несомненно актуальной научно-производственной задачей.

Современный паровой котел высокого давления, созданный для генерации пара, имеющего определенный физические характеристики и предназначенного для обеспечения вращения турбины, вырабатывающей электроэнергию, является, несомненно, сложным технологическим производственным объектом повышенной опасности.

В гармоничной и безаварийной работе парового котла высокого давления имеет большое значение множество факторов: качество материала из которого изготовлен котел и все его элементы, качество конструкций соединений и креплений элементов, режим его эксплуатации.

Столь сложный механизм, как паровой котел высокого давления, относящийся к ОПО 2 группы, должен обслуживаться высококвалифицированным персоналом и содержаться (обслуживаться, ремонтироваться и налаживаться) исключительно в соответствии с “Правилами устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов” . Экономия на обучении персонала, нарушение режимов обслуживания и карт ремонта данного оборудования, либо отказа от его поддержки и ремонта вовсе неизбежно приведут со временем к авариям и повреждениям котлов, с возможным травмированием персонала и нанесением большого ущерба электростанции и потребителям.

К сожалению, на сегодняшний момент на российских теплоэнергетических станциях (ТЭС), включаю ТЭЦ (теплоэнергоцентрали) сложились два негативных для поддержания безопасности функционирования оборудования, в частности паровых котлов, тренда:

Лавинообразное нарастание процесса старения основного оборудования электростанций;

Резкое сокращение научно-технического потенциала отрасли .

Анализ факторов, позволяет констатировать, что:

1) в настоящее время, происходит максимальная экономия инвестиций в обновление и поддержание на соответствующем технологическом уровне оборудования ТЭС;

2) не вкладываются достаточные средства в исследования и разработку новых методов и приборов, позволяющих не только обнаруживать отдельные дефекты, но и оценивать состояние и остаточный ресурс оборудования в целом.

Это в совокупности наносит колоссальный ущерб безопасности объектов котлонадзора на ТЭС России и ставит под угрозу стабильное снабжение электроэнергией потребителей на весьма значительной территории.

В настоящее время в научной литературе и публицистике недостаточно, на наш взгляд, проработан анализ причин, вызывающих аварий паровых котлов и мер для их предупреждения с современной точки зрения.

В данной работе посредством проведения причинно-следственного анализа указанной проблематика мы постараемся в определенной мере восполнить этот пробел.

Причины, приводящие к авариям различной тяжести при эксплуатации котлов высокого давления, можно дифференцировать на пять основных групп:

Аварии, являющиеся следствием определенных нарушений водоподготовки и водного режима питания парового котла;

Аварии, связанные с упуском воды при эксплуатации котла;

Аварии паровых котлов, связанные с превышением рабочего давления выше заданного эксплуатационного;

Аварии, связанные с межкристаллической коррозией металлов конструкции;

Аварии, связанные с износом элементов парового котла .

Рассмотрим каждую группу причин, приводящих к тем или иным авариям паровых котлов высокого давления в отдельности.

1. Аварии, являющиеся следствием определенных нарушений водоподготовки и водного режима питания парового котла.

а) важность правильной водоподготовки питательной воды для котла высокого давления

Надежность работы поверхностей нагрева котельных агрегатов зависит от качества питательной и подпиточной воды. Вода является универсальным растворителем и вместе с ней в котел поступают различные минеральные примеси. Данные примеси делятся на трудно- и легкорастворимые.

К числу труднорастворимых примесей относят соли гидроксида Ca и Mg. Основные накипеообразователи характеризуются тем, что при повышении температуры их растворимость падает. Таким образом, накапливаясь в котле, по мере испарения воды, эти примеси после прохождения точки насыщения выпадают в воде. Прежде всего это соли жесткости – Ca(HCO 3) 2 , Mg(HCO 3) 2 , CaCO 2 , MgCO 2 .

Их центрами кристаллизации являются различные шероховатости на поверхности нагрева, взвешенные и коллоидные частицы, находящиеся в воде котла. Вещества, которые кристаллизуются в объеме воды, образуют взвешенные в ней частицы, так называемый шлам. Вещества, кристаллизующиеся на поверхности нагрева, образуют плотные и прочные отложения – накипь.

Одним из самых отрицательных свойств накипи является ее весьма низкая теплопроводность (0,1-0,2 Вт/м*К). Поэтому даже малый слой накипи приводит к резкому ухудшению условий охлаждения металла поверхностей нагрева и вследствие этого к повышению его температуры, что может привести к потере прочности стенки котла и его разрушению.

Кроме солей жесткости вредным фактором, создающим опасность безаварийного функционирования парового котла, является щелочность воды. Она приводит к явлению вспенивания воды в барабане. При этом сепарационные устройства не могут эффективно обеспечить отделение капель воды от пара, соответственно, щелочная вода из барабана, может поступать в пароперегреватель, тем самым создавая опасность его загрязнения. Кроме того, повышенная щелочность может являться причиной щелочной коррозии металла и возникновению трещин в местах вальцовки труб в коллекторы и барабан.

Также весьма важным фактором качества воды, которое необходимо контролировать при ее использовании для питания паровых котлов высокого давления – это содержание агрессивных газов, например, таких как, кислород и диоксид углерода. Они вызывают коррозию металлов, это в свою очередь ведет к потере их прочности и созданию потенциальной аварийной ситуации .

Таким образом, основной задачей водоподготовки является борьба с коррозией и накипью. В данном случае в качестве эффективного метода предотвращения аварии парового котла высокого давления является учет химического состава используемой питательной воды для котла, так как в каждом регионе России вода имеет свои водно-щелочные и солевые свойства.

Учитывая это обстоятельство, необходимо грамотно подбирать процессы, способствующие удалению вредных примесей и агрессивных газов из воды: фильтрация, умягчение воды способом катионного обмена, деаэрация воды.

б) важность правильной организации водного режима для эффективной работы парового котла высокого давления

Водный режим питания парового котла должен рассчитываться и поддерживаться на оптимальном уровне в зависимости от его паропроизводительности и рабочего давления. Эксплуатация котла должна вестись согласно Правилам по эксплуатации котлов.

Учет указанных факторов, позволит обеспечить безаварийную и экономичную работу паровых котлов высокого давления.

2. Аварии, связанные с упуском воды при эксплуатации котла.

Согласно правил и требований, приведенных в работе в отношении уровня воды для парового котла, существует следующее требование – “…верхний допустимый уровень воды в паровых котлах устанавливается разработчиком проекта котла…”. Таким образом, уровень воды в паровых котлах должен быть выдержан оператором котельного оборудования в пределах, указанных в технической документации к той или иной марке котла.

Значительный процент аварий паровых котлов высокого давления, происходит именно из-за упуска воды при эксплуатации. Согласно основными причинами упуска воды являются:

Неисправность (отказ в работе) питательных устройств;

Неисправность питательного вентиля, обратного клапана или авторегулятора подачи питательной воды в котел;

Сильная утечка воды из котла в результате разрыва труб, коллекторов, появление свищей в барабанах и т.п.;

Отказ запорной арматуры на линиях продувки в момент продувки котла;

Невнимательного операторов котельного оборудования;

Нарушение производственной инструкции.

Упуск воды в котле высокого давления может иметь самые тяжелые последствия, вплоть до взрыва котла. В связи с тем, что часть барабана котла и кипятильных труб перестают охлаждаться, возникает локальный перегрев металла. Если после упуска воды попытаться продолжить подачу воды до регламентированного уровня, то в результате термических перенапряжений могут произойти разрывы стенок труб, коллекторов, барабанов. Для ликвидации опасной ситуации необходимо произвести аварийную остановку котла, отключить котел от паропровода и питательного трубопровода и медленно охлаждать котел при остановленном дымососе и вентиляторе.

Эффективным методом предупреждения аварий паровых котлов по рассмотренной причине является установка на котлах автоматической производственной сигнализации, фиксирующей уровень питательной воды в котле. Эта задача частично решена – в новых конструкциях котлов высокого давления предусмотрена автоматическая звуковая и световая сигнализация, срабатывающая при упуску воды из парового котла. Однако большинство котлов в нашей стране являются морально устаревшими, при функционировании которых вся ответственность за соблюдением уровня воды ложится на оператора установки. Этот субъективный фактор, ведет к росту аварий и необходимости внедрения современного оборудования.

3. Аварии паровых котлов, связанные с превышением рабочего давления выше заданного эксплуатационного.

Главными причинами роста давления в котле выше разрешенного являются:

Внезапное уменьшение (прекращение) расхода пара;

Чрезмерная форсировка топки (особенно данная причина актуальна при работе котла на мазуте и газообразном топливе).

Согласно информации, приведенной в работе порядка 80 % генерирующих мощностей тепловых электростанций в Европейской части России (включая Урал) работают на газе и мазуте, в то же время в Восточной части России более 80 % генерирующих мощностей ТЭС работают на угле.

Таким образом, учет данной причины, при анализе промышленной безопасности парового котла высокого давления (котлонадзор), наиболее актуален для теплоэнергетических предприятий Европейской части России.

Эффективной мерой для нивелирования опасности в работе котла, которую может спровоцировать неконтролируемый рост давления являются предохранительные клапаны, установленные на котле и отрегулированные на давление в соответствии с указаниями Правил.

Данные клапаны обязаны защищать котлы и пароперегреватели от превышения в них давления более чем на 10 % от расчетного. Работа котлов с неисправными или неотрегулированными предохранительными клапанами запрещается. Невыполнение указанных требований приводит к взрыву котлов от превышения давления .

4. Аварии, связанные с межкристаллической коррозией металлов конструкции.

Коррозия – одна из основных причин отказов в работе паровых котлов. Согласно выводам, приведенным в работе , интенсивной коррозии подвержены даже высоколегированные и аустенитные стали. Как уже отмечалось выше, в анализе правильной водоподготовки питательной воды для котла вода, а точнее примеси которые она содержит и ее pH негативно влияют на состояние металла конструкции котлового оборудования.

Химическое действие на металл котла щелочной воды приводит к коррозионным разъеданиям, которые значительно ослабляют конструкцию котла. Интегральный эффект от термохимического и механического воздействий приводит к тому, что в металле барабана котла появляется межкристаллическая коррозия (коррозионное) растрескивание и иные дефекты структуры металла.

Межкристаллическая коррозия возникает в металле под воздействием близких к пределу текучести механических и растягивающих напряжений. Вследствие этого металл приобретает хрупкость и в нем возникают микротрещины, со временем трансформирующиеся в сквозные. Данный вид коррозии может возникать в вальцовочных, заклепочных, сварных соединениях барабанов и коллекторов котлов. Как правило, изначально обнаружить данный вид коррозии очень сложно, так как, во-первых, она возникает в местах недоступных непосредственному осмотру, во-вторых, при внутреннем осмотре котла, коррозию можно обнаружить только по явно выраженным трещинам.

Таким образом, межкристаллическая коррозия, является фактором, который негативно действует на конструкцию котла и может создавать опасность его стабильной работы. Эффективной мерой профилактики в данном случае – тщательная водоподготовка, профилактические работы, осмотры, а также разработка новых способов и приборов для своевременного выявления межкристаллической коррозии.

5. Аварии, связанные с износом элементов парового котла.

Данные аварии можно разделить на два вида: технические и организационные. К организационным причинам можно отнести следующие: 1) некачественное проведение плановых и текущих ремонтов, внутренних осмотров и диагностики; 2) неисполнение требований котлонадзора .

Число аварий по указанной причине сравнительно невелико, необходимо отметить, что они сопровождаются большими разрушениями и травмированием обслуживающего персонала.

Таким образом, подводя итоги причинно-следственного анализа аварий паровых котлов и эффективных методов их предупреждения можно заключить, что соблюдение требований и правил котлонадзора и разработка новых приборов и методов диагностики неполадок котлов являются залогом их надежного функционирования и безаварийной работы.

1. Баранов П.А. Предупреждение аварий паровых котлов. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 272 с.
2. Баринов А.А. Перспективы развития электроэнергетики России // Анализ и прогнозы. – 2010. – №3 (322). – С. 13-14.
3. Прядченко Д.В. Анализ аварий паровых котлов высокого давления и причин их вызывающих // Восточно-Европейский журнал передовых технологий. – 2010. – №3/1 (45). – 20-24.
4. Моисеев Б.В. Водоподготовка и водный режим котельных установок: учебное пособие. – Тюмень: РИО ГОУ ВПО ТюмГАСУ, 2010. – 100 с.
5. Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов (ПБ 10-574-03). Серия 10. Выпуск 24. / Колл.авт. – ГУП “Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России”, 2003. – 216 с.
6. Жуковский В.В. Пособие для машинистов и операторов котельной. – СПб.: ЦОТПБСП, 2003. – 108 с.
7. Васильев А.А., Дромиади А.А., Иванов Д.С., Ирдынчеев Г.Л., Толстой К.В. Межкристаллическая коррозия и ее развитие на основных элементах котла на примере парового двухбарабанного котла типа ДЕ-25-24-380-ГМО // Научные труды КубГТУ. – 2015. – №9. – С. 1-8.

Безопасной эксплуатации паровых котлов уделяется большое внимание.

В результате замены морально устаревших конструк­ций (вертикально-цилиндрических, жаротурбинных и др.) аварийность паровых котлов за последнее время резко со­кратилась. Однако полностью аварии пока не изжиты, осо­бенно из-за упуска воды. В отдельных случаях упуск воды приводил к взрывам паровых котлов с разрушением котель­ного помещения и человеческими жертвами.

За последние годы в связи с оснащением паровых кот­лов номинальной паропроизводительностью 0,7 т/ч и бо­лее автоматически действующими звуковыми сигнализато­рами верхнего и нижнего предельных положений уровней воды аварии по упуску воды на таких котлах резко сокра­тились. Упуски воды были лишь на котлах, у которых сиг­нализаторы отсутствовали или вследствие плохого ухода за ними были неисправны и в момент аварии бездействовали.

В некоторых случаях последствия аварии усугублялись неправильными действиями обслуживающего персонала, производившего подпитку котла после обнаружения упус­ка воды в нарушение требований «Типовой инструкции для персонала котельных», утвержденной Госгортехнадзором СССР 12 июля 1979 г.

Анализ аварий паровых котлов, на которых не установ­лены автоматические регуляторы питания, показывает, что аварии из-за упуска воды происходят в основном в резуль­тате ослабления внимания персонала, преимущественно в вечернее и ночное время. Так, в период с 0 до 8 ч утра число аварий доходит до 50 %, с 8 до 16 ч - до 20 % и с 16 до 24 ч-до 30 %.

В результате нарушений производственной дисциплины персонала происходит около 80 % аварий из-за упуска воды.

Упуск воды в паровом котле может произойти не толь­ко по вине персонала, не подпитавшего своевременно ко­тел, но и из-за технических неисправностей водоуказатель - ных приборов, продувочной и питательной арматуры, пита­тельных устройств, недостаточной производительности и напора питательных устройств, разрыва экранной, кипятиль­ной или экономайзёрной трубы. Приведем несколько приме­ров.

На ТЭЦ из-за глубокого упуска воды произошла авария котла ТГМЕ-454 производительностью 500 т/ч (давление в барабане"16,2 МПа). При этом произошел разрыв четырех экранных труб, в двух трубах появились свищи, вся экранная система была деформирована с ампли­тудой до 250 мм (топка газоплотная).

Материальный ущерб от аварии составил около 200 тыс. руб. Рас­следованием установлено, что причиной аварии явились: работа котла с отключенной автоматикой безопасности (прекращение подачи топ­лива в котел при понижении уровня воды ниже допустимого), непра­вильные действия машиниста котла в аварийной обстановке.

На ТЭЦ из-за глубокого упуска воды, произошла авария парового котла ТП-35 производительностью 45 т/ч (давление в барабане 3,9МПа). При этом произошел разрыв двух экранных труб, 40 % экранных труб деформировано. Материальный ущерб от аварии составил 10 тыс. руб.

Причины аварии: работа котла с подачей газа к горелкам по баи- пасной линии, исключая автоматическое отключение топлива при упус - ке воды. Машинист котла вмешался в работу автоматики регулирова­ния воздействием на ключ управления регулирующего клапана пита­ния, закрыл вручную задвижку на узле питания котла водой, при аварийном низшем уровне воды в. котле начал ручную подпитку, чем нарушил требования должностной инструкции и инструкции по предупреждению и ликвидации аварий. Начальник смены ТЭЦ в связи с изменениями в режиме работы котла не обеспечил соблюдение под­чиненным ему персоналом требования производственных инструкций, не принял мер по аварийной остановке котла. Имело место неудовлетво­рительное состояние производственной дисциплины среди обслужива­ющего персонала и ИТР, выразившееся в невыполнении требований действующих правил безопасности и инструкций.

В третьем случае в котельной из-за глубокого упуска воды произо­шла авария парового котла ДКВР-2,5/13. В результате аварии по­вреждены, экранные и кипятильные трубы котла.

Причины аварии: машинист оставил работающий котел без над­зора; котел работал с неисправной автоматикой безопасности; обслу­живающий персонал нарушил производственные инструкции.

В котельной из-за глубокого упуска воды произошла авария паро­вого котла ДКВР-10/13. В результате аварии повреждены экранные и кипятильные трубы котла с нарушением вальцовочных соединений. Поврежденные трубы также полностью заменены.

Причины аварии: неправильные действия машиниста, производив­шего продувку котла без должного контроля за уровнем воды в верх­нем барабане котла; неисправное состояние автоматики безопасности и сигнализации по упуску воды из котла; принятие смены старшим ма­шинистом без проверки состояния и автоматики безопас­ности; допуск к обслуживанию паровых котлов персонала, не прошед­шего проверку знаний действующих правил безопасности и производст­венных инструкций.

Для предупреждения упуска воды в паровых котлах не­обходимо:

Не допускать к обслуживанию котлов лиц, не прошедших обучение в объеме соответствующей программы и не имею­щих удостоверения квалифицированной комиссии на пра­во обслуживания котла;

Не допускать эксплуатацию котлов с неисправной водо - указательной, продувочной и питательной арматурой, а также автоматикой безопасности, обеспечивающей веде­ние нормального режима котла с пульта контроля и управ­ления;

Проверять исправность всех питательных насосов крат­ковременным пуском их в работу (у котлов с рабочим дав­лением до 2,4 МПа в сроки, установленные производствен­ной инструкцией, производить проверку водоуказательных приборов продувкой у котлов с рабочим давлением до 2,4 МПа не реже 1 раза в смену, у котлов с рабочим дав­лением от 2,4 до 3,9 МПа - не реже одного раза в сутки, а свыше 3,9 МПа - в сроки, установленные инструкцией);

Запретить оставлять во время работы котел без постоян­ного наблюдения со стороны персонала и выполнение ма­шинистом каких-либо других обязанностей, не предусмот­ренных инструкцией.

1. Основными причинами взрывов котлов являются: нарушение правил технической эксплуатации, режимов их работы, а также должностных инструкций, требований техники безопасности вследствие несоблюдения трудовой и производственной дисциплины обслуживающим персоналом; дефекты и неисправности конструкторских узлов котлов. . Нарушения указанных инструкций и правил приводят к следующим главным техническим причинам взрывов котлов: резкое снижение уровня воды, превышение рабочего давления, неудовлетворительный водный режим котла, образование накипи, наличие взрывоопасных топочных газов. Наибольшее количество аварий при эксплуатации паровых котлов происходит из-за резкого снижения уровня воды в котле. Вследствие снижения уровня воды ниже линии соприкосновения поверхности котла с горячими газами в его топочной части стены котла нагреваются выше критической температуры. При этом механические свойства металла изменяются, снижается его прочность и под давлением пара стенки выдуваются, что может закончиться взрывом.

Распространенными причинами взрывов котлов вследствие дефектов и неисправности основных узлов являются дефекты конструктивных элементов, снижение их механической прочности в процессе эксплуатации и неисправность аппаратуры безопасности и измерительных приборов.

2. Взрывы при работе компрессоров могут происходить вследствие превышения давления сжатого воздуха, а также из-за повышения его температуры при сжатии, образования взрывоопасных смесей из кислорода воздуха и легких продуктов разложения смазочных масел. Обусловленные этими причинами взрывы возникают при нарушениях требований безопасности по уходу, обслуживанию и эксплуатации компрессоров. Они приводят к разрушению как самого компрессора, так и здания, в котором он расположен, а также к травмам с тяжелыми последствиями.. Повышение температуры резко интенсифицирует процесс разложения смазочного масла, что увеличивает опасность взрыва. Разложение смазочных масел происходит с выделением легких взрывоопасных фракций (водорода, предельных и непредельных газов, в том числе ацетилена), а также тяжелых фракций (сажа, смола, кокс, асфальтены и карбоиды). Последние отлагаются на стенках цилиндра компрессора, клапанных устройствах и трубопроводах. Это увеличивает трение и приводит к возникновению местных перегревов. Слой нагара из тяжелых фракции способен к самовозгоранию, что может явиться причиной взрыва компрессора и трубопроводов.

При высокой температуре смазочные масла частично испаряются, а при излишне обильной смазке распыляются в виде тумана, который также может образовать взрывоопасную смесь с воздухом при содержании в нем 6--11 % масляных паров. Такая смесь взрывается при температуре 200 °С, которая возникает при сжатии воздуха до давления около 0,4 МПа. Для предупреждения взрывов компрессоров и холодильных установок, а также входящих в их систему аппаратуры (сосудов под давлением) и трубопроводов, обеспечения безопасности при их эксплуатации должны соблюдаться требования ГОСТ 12.2.016--81 и ГОСТ 12.2.003-- 74, а также специальные требования, которые можно разделить на организационные, предупреждающие превышение давления, перегрев установок, взрывы паров масла, продуктов их разложения, а также хладагентов.. Размещение компрессоров должно соответствовать требованиям СНиП, противопожарных норм строительного проектирования промышленных предприятий и санитарным нормам их проектирования. Компрессоры, как правило, должны размещаться в отдельно стоящих одноэтажных зданиях.

3. На предприятиях применяются разнообразные баллоны, предназначенные для хранения, перевозки и использования сжатых (азот, воздух, кислород, сероводород), сжиженных (аммиак, сернистый ангидрид, диоксид углерода, фреон) и растворимых (ацетилен) газов под давлением 0,6--15 МПа. В связи с этим их взрывы представляют опасность независимо от того, содержат баллоны горючий или негорючий газ.

Причины взрывов можно разделить на общие для всех баллонов, а также на специфические для отдельных из них. К общим относятся: удары или падения баллона, особенно при высоких или низких температурах, так как в первом случае резко возрастает давление в баллоне за счет нагревания содержащегося в нем газа, а во втором -- материал, из которого сделан баллон, приобретает свойство хрупкости; переполнение баллона сжиженным газом без оставления свободного нормированного объема около 10% всего объема баллона; нагрев баллона солнечными лучами пли другими источниками, что приводит к увеличению давления в нем выше допустимых значений. Специфические причины, присущие кислородным баллонам: попадание масла на внутренние области вентиля, применение необезжиренных прокладок, а также замасливание поверхности баллона, так как в результате окисления масла может произойти его воспламенение и взрыв; наличие ржавчины или окалины в баллоне, при движении которых могут возникнуть искры и накапливаться статическое электричество с последующим новообразованием, могущим вызвать взрыв кислорода в баллоне;быстрый отбор газа из баллона, что может вызвать искрообразование в струе кислорода; присущие ацетиленовым баллонам: низкое качество или осадок пористой массы (древесный активированный уголь); недостаток ацетона в баллоне; применение оборудования редукционных клапанов, трубопроводов), содержащих более 70% меди, при контакте с которой ацетон вступает в химическую реакцию с большим выделением теплоты; быстрый отбор газа из баллона, что может вызвать вынос ацетона, который при расходе ацетилена 1,7 м3/ч и более не должен превышать допустимый, разный 20 г/м3 газа.

Ацетилен в обычных баллонах (без пористой массы) взрывается при давлении более 0,1 МПа. Поэтому для снижения его взрывоопасности и повышения предельного давления заполнения баллонов применяются стальные баллоны заполненные пористой массой, пропитанной ацетиленом. Это позволяет в баллоне объемом 40 дм3 растворять в ацетоне 7,5 м3 ацетилена при давлении 2 МПа.

Взрывы баллонов от ударов, падений предупреждаются путем увеличения их прочности за счет использования специальных материалов и способов изготовления, контроля качества изготовления, снабжения предохранительными колпаками и опорными башмаками, соблюдение?: правил транспортирования и эксплуатации. Для изготовления баллонов применяют бесшовные трубы из углеродистой стили, для баллонов низкого давления (до 3 МПа) допускается применение сварных баллонов. Для предупреждения взрывов из-за неправильного заполнения или быстрого отбора газа баллоны снабжаются вентилем, через который происходит наполнение и удаление газа. Для защиты вентиля от повреждений он закрывается металлическим колпаком. К вентилю присоединяется редукционный клапан, обеспечивающий отбор газа с более низким давлением, чем в баллоне. Для каждого вида баллонов используются специально предназначенные для содержащегося в нем газа редукционные клапаны. Они имеют 2 манометра, расположенные один - на стороне высокого, а другой - низкого давления. Понизительная камера редуктора снабжена манометром и предохранительным клапаном, отрегулированным на максимальное рабочее давление, предусмотренное для емкости, в которую отбирается газ.

Для предупреждения неправильного использования баллонов, предназначенных для разных газов, вентили имеют разную резьбу (для кислорода и инертных газов - правую, горючих - левую, а для ацетона - хомут), что исключает присоединение к ним редукционных клапанов.

Для предупреждения перегрева при хранении баллонов на открытом воздухе они должны быть защищены от солнечных лучей, а также от воздействия атмосферных осадков. При эксплуатации в помещениях баллоны не должны располагаться на расстоянии менее 1,5 м от отопительных приборов и газовых плит и менее 5 м от печей и других источников открытого огня.

Разрывы труб поверхностей нагрева являются основной причиной аварийных остановов и отказов котлов. Наиболее серьезные последствия с обязательным остановом котла наблюдаются при разрывах экранных труб.При появлении свищей и трещин в экономайзерах и пароперегревателях иногда допускается работа котла в течение некоторого времени, однако при этом усиливают контроль, особенно дефектных участков, и, как только предоставляется возможность, котел останавливают, чтобы избежать более серьезных повреждений. Разрывы экранных труб в барабанных котлах сопровождаются сильным шумом в топочной камере и газоходах, понижением уровня воды в барабане (несмотря на усиленное питание), ростом давления в топке и выбиванием из нее газов, снижением давления в барабане и др. При разрывах в других поверхностях нагрева вследствие меньших диаметров труб эти же признаки проявляются в меньшей степени: разрыв труб пароперегревателей не сказывается на изменении уровня воды.

Основными причинами разрывов труб поверхностей нагрева являются: превышение давления; нарушение температурных условий работы; коррозионно-эрозионные процессы, происходящие на наружной и внутренней поверхностях труб; неудовлетворительный водный режим котла; усталостные разрушения и повышенные напряжения (например, при защемлениях труб); низкое качество изготовления труб и применение несоответствующего материала; некачественные монтаж и ремонт (особенно плохая сварка); недостаточный технический надзор за состоянием труб.

Во избежание чрезмерного повышения давления на паропроводах свржего и вторично перегретого пара устанавливают предохранительные клапаны, исправность которых регулярно контролируют. Пуск котла при неисправных предохранительных клапанах запрещается. Нарушения температурных условий работы труб наблюдаются при повышении температуры сверх допустимых пределов или резких ее колебаниях, вызывающих появление усталостных трещин. Сопротивление металла действующим нагрузкам уменьшается при повышении температуры, которое может быть вызвано недостаточным расходом пара или воды через трубу, ростом температуры газа и тепловых потоков образованием значительных внутренних отложений из-за неустойчивой циркуляции среды по трубам.

Недостаточный расход охлаждающей среды может возникнуть из-за невнимательности машиниста, упуска воды из барабана, появления разрывов в трубах, неустойчивости или нарушения циркуляции, неисправности контрольно-измерительных приборов, связанных с питанием котла. Причиной повышения температуры газов может быть чрезмерный расход топлива, неудовлетворительный топочный режим, вызывающий общее затягивание горения, или неравномерность («перекосы» температур) газов по сечению топки и газоходов (неправильная загрузка горелок).

Внутренние отложения появляются при неудовлетворительных водном режиме и химподготовке, интенсивном протекании коррозионных процессов, недостаточной очистке пара. Увеличение содержания солей в котлах вызывается забросом влаги из барабана при повышении уровня воды сверх допустимого. Кроме точного соблюдения режима эксплуатации и топочного процесса, а также постоянного контроля показаний приборов для сокращения аварий из-за разрыва труб персоналу станции следует регулярно проводить водяные и кислотные промывки внутренних поверхностей труб.

Коррозионные процессы протекают как с внутренней стороны труб, так и со стороны движения газа. Внутренняя коррозия определяется наличием в воде или паре коррозионно-активных соединений (кислорода, водорода, углекислого газа, нитратов, нитритов и др.). Коррозия может протекать как при работающем, так и остановленном котле (стояночная коррозия). При работе оборудования в большинстве случаев внутренняя коррозия происходит из-за неудовлетворительной деаэрации питательной воды и низкого качества внутрикотловой обработки воды.

Стояночную коррозию, вызванную проникновением атмосферного воздуха в трубы при остановах оборудования, устраняют при консервации котлов, которую выполняют в соответствии с «Руководящими указаниями по консервации теплоэнергетического оборудования». Наружная коррозия труб в высокотемпературных котлах наиболее сильно проявляется при сжигании мазута и твердых топлив с повышенным содержанием серы (ванадиевая, сульфидная коррозия) и в поверхностях нагрева в зоне низких температур газов (низкотемпературная сернистая коррозия).

Водный режим котла в значительной степени определяет коррозионные процессы и образование внутренних отложений. Для снижения аварийности в соответствии с требованиями «Правил технической эксплуатации» следует: поддерживать общее солесодержание питательной воды и содержание соединений железа, меди, кремния, кислорода не выше допустимых пределов; правильно дозировать обрабатывающие материалы (гидразин, аммиак, фосфат и др.); выдерживать требуемый расход воды непрерывной продувки и своевременно выполнять периодическую продувку; проводить предпусковые промывки котлов. Повышенные напряжения и усталостные разрушения могут быть вызваны неправильным проектированием оборудования, а также заклиниванием (защемлением) труб, резкими сменами температур. При пусках, остановах и эксплуатации оборудования контролируют удлинение трубопроводов и состояние поверхности труб, выявляют поврежденные участки и своевременно заменяют их.

Аварии и отказы из-за низкого качества изготовления , монтажа и ремонта вызываются: браком металла; отсутствием входного контроля; браком заводских, монтажных или ремонтных сварных стыков; применением несоответствующих материалов; нарушени­ями технологии и объема работ.

Выявление причин разрывов труб позволяет определить пути их устранения и аварийные ситуации, при которых следует немедленно остановить котел (даже если повреждение не произошло), чтобы избежать серьезных последствий и выхода его из строя на значительный срок.

В соответствии с «Правилами технической эксплуатации» котел немедленно останавливается действием защит или персоналом при:

упуске воды;

недопустимом повышении или понижении ее уровня в барабане, либо выходе из строя всех водоуказательных приборов;

быстром снижении уровня воды, несмотря на усиленное питание;

выходе из строя всех расходомеров питательной воды (в прямоточном котле) или прекращении питания любого из его потоков более чем на 30 с;

прекращении действия питательных насосов;

недопустимом повышении давления в пароводяном тракте; прекращении действия более 50% предохранительных клапанов или заменяющих их устройств.

При разрыве труб пароводяного тракта , появлении трещин, выпучин, пропусков в сварных стыках и соединениях основных элементов (барабане, коллекторе, перепускных трубах и др.) котел следует немедленно остановить. В прямоточных котлах при резком снижении давления в тракте до встроенной задвижки может произойти вскипание воды, что приводит к неравномерной раздаче пароводяной смеси по отдельным трубам, вызывает пульсацию давлений и расхода в них, увеличение температуры. Поэтому при недопустимом превышении или понижении давления до встроенной задвижки котел должен быть остановлен.

Разрывы питательных трубопроводов и основных паропроводов наблюдаются значительно реже, чем разрывы труб поверхностей нагрева. Однако по своим разрушающим последствиям эти повреждения гораздо опаснее. Среди причин разрывов следует отметить:

превышение давления рабочей среды; коррозионные (внутренние) процессы;

эрозионный (внутренний) износ в местах установки регулирующей арматуры;

развитие усталостных трещин; появление повышенных напряжений при защемлениях трубопроводов или резкой смене температур;

низкое качество металла, сварных соединений или конструкций;

несоответствие материала труб.

Для предупреждения этих разрывов состояние трубопроводов регулярно проверяют в соответствии с «Инструкцией по наблюдению и контролю за металлом трубопроводов и котлов». В ходе проверок своевременно выбраковывают поврежденные участки трубопроводов и впоследствии заменяют их. Особенно тщательно осматривают трубы, которые проработали время, близкое к предельно допустимому. В случае разрыва участка трубопровода (или паропровода) паровой котел немедленно останавливают, отключая все подводы к аварийному участку и отводы от него. Признаками разрыва трубопроводов являются сильный шум и парение в помещении цеха, резкое падение давления "в магистрали, снижение расхода пара и воды (за участком разрыва, в трубопроводах питательной магистрали).

Повреждения арматуры вызываются превышением давления, развитием трещин усталостного и коррозионного характера, нарушением плотности сальниковых и фланцевых соединений, а также износом и разрушением уплотнительных поверхностей (колец, затворов и шпинделя). При разрыве или обнаружении трещин в арматуре трубопроводов больших диаметров (более 50 мм) котел следует немедленно остановить. При обнаружении небольших течей и парений котел также требует останова, однако по разрешению главного инженера может работать еще некоторое время.

Хлопки и взрывы в топках и газоходах происходят из-за скопления значительных количеств непрореагировавшего топлива при неналаженном топочном режиме, обрыве факела и повторном зажигании его без вентиляции, и особенно при подаче угольной пыли в ненагретую топку. Хлопки и взрывы могут происходить также при обрушении значительных глыб шлака в водяную ванну шлакового комода. При сжигании газообразного топлива взрывы (часто с тяжелыми последствиями) наблюдаются.во время растопки котла с непровентилированной топкой при утечке в нее газа, а также зажигании факела (после обрыва) без предварительной вентиляции топки и газоходов. Пожары и взрывы при сжигании жидкого топлива происходят вследствие плохого его распыла и неналаженного топочного процесса. При взрыве в топке.или газоходах, особенно в случае разрушения обмуровки, каркаса или других элементов, котел следует немедленно остановить. Котел должен быть также остановлен в ситуациях, которые могут вызвать взрыв с серьезными последствиями. Такими аварийными ситуациями являются погасание факела и недопустимое понижение давления за регулирующими клапанами газа или мазута. Аварии с хлопками и взрывами большей частью происходят по вине обслуживающего персонала, нарушающего пусковые и эксплуатационные инструкции, в частности указания о вентиляции котла перед пуском.

Пожары в газоходах возникают вследствие неудовлетворительного ведения топочного процесса, когда продукты неполного сгорания (несгоревшее топливо, сажа, смолистые вещества) оседают и скапливаются на поверхностях нагрева экономайзеров и воздухоподогревателей. Возгорание этих отложений вызывает серьезные повреждения поверхностей нагрева и газоходов. Признаками загораний являются несвойственное для данной зоны повышение температуры газов, ухудшение тяги, выбивание пламени, разогрев обшивки. Обнаружив пожар, немедленно прекращают подачу топлива, локализуют горение (отключением дутьевых вентиляторов и дымососов и плотным закрытием газовых и воздушных шиберов) и

включают местное пожаротушение.

Кроме пожара в газоходах могут возникать пожары в помещении котельного или других цехов. В зависимости от места и размеров пожара принимают соответствующие меры и ликвидируют его всеми доступными средствами. При пожаре, угрожающем персоналу или оборудованию, а также системе дистанционного управления и отключающей арматуре защиты, котел останавливают немедленно.

Шлакование топок и поверхностей нагрева также снижает надежность работы и создает аварийные ситуации. Кроме неравномерности обогрева труб и нарушения циркуляции шлакование вызывает деформацию и повреждение отдельных экранных труб и их подвесной системы, разрушение холодной воронки, шлаковых шахт, устройств шлакоудаления и обмуровки (при падении глыб шлака), повышает температуру в топке и увеличивает тепловые потоки на незашлакованные участки труб. Шлакование экранов и поверхностей нагрева значительно ограничивает мощность котла и увеличивает затраты на тягу. При сильном шлаковании топки, когда наблюдаются перекрытие шлаком ее нижней части и прекращение его выхода с накоплением в топке, производят аварийный останов котла.