Эксплуатационные дефекты импортных жаротрубных котлов, анализ причин их возникновения и развития.

Аннотация: В статье проведен анализ выявленных, в ходе проведенных технических освидетельствований и технического диагностирования, дефектов сварных соединений и основного металла жаровых труб, трубных решеток и труб жаротрубных котлов, образовавшихся в ходе эксплуатации и причины их появления.

Ключевые слова: Федеральные нормы и правила, жаротрубно-дымогарный котел, остаточные напряжения, трещины сварных швов и металла, техническое диагностирование и освидетельствование, цветная дефектоскопия, водно-химический режим, отложения, газовая горелка.

В 2014-2015 годах специалистами лаборатории неразрушающего контроля и диагностики ООО «ИТ ЦОК», в ходе проведенных технических освидетельствований паровых жаротрубно-дымогарных (далее - жаротрубные) котлов немецкой фирмы LOOS и итальянской фирмы Panini, эксплуатируемых с 2007-2008 годов, были выявлены однотипные дефекты сварных соединений и основного металла трубных решеток и труб, жаровой трубы и поворотной камеры котлов.

При проведении визуального осмотра, с последующим применением метода неразрушающего контроля - цветной дефектоскопии, были зафиксированы:

1. Трещины в отбортовках поворотной камеры с жаровой трубой (Рис.1)

2.Трещины в сварных соединениях труб и трубной решетки, шламовые отложения на поверхностях труб и трубной решетки(Рис.2).

3. Трещины в сварных соединениях трубной решетки и жаровой трубы (Рис.3).

В ходе анализа причин возникновения указанных выше дефектов, было установлено, что котельное оборудование эксплуатируется круглосуточно и используется для технологических процессов на предприятиях. Технологические процессы на данных предприятиях цикличны и требуют неоднократного включения-выключения котлов за смену. Установленные на предприятиях котлы UL-S и Sprint 50 в работе задействуются не более 40-50% от своей номинальной мощности.

По технологии, используемой фирмами-изготовителями анализируемых котлов, приварка труб к трубным доскам, проводится без термообработки (отпуска), что создает остаточные напряжения в металле, а цикличные режимы работы котлов, с их частыми включениями-выключениями, лишь усугубили процессы создания дополнительных напряжений и преждевременную усталость металла котлов.

Одной из причин возникновения напряжений является неправильный подбор горелок и соответственно режим горения, для используемых котлов и уже указанная выше цикличность работы данных котлов.

В жаровой трубе котла, при сжигании природного газа в рабочем режиме, создается температура до 1200-1700°С [2], затем после остановки, происходит некоторое её остывание, в зависимости от времени технологического процесса и котел вновь запускается. Согласно инструкции по эксплуатации, перед каждым розжигом горелки проводится продувка котла, забираемым из внутри помещения котельной воздухом с температурой не выше 25-30°С. Это вызывает резкое охлаждение горячих поверхностей нагрева котла. Используемые в данных котлах горелки, после повторного пуска за короткое время выводят котел на максимальную рабочую нагрузку. Такие процессы проводят 2-3 раза за смену, что вызывает различное расширение топочной камеры и обшивки котла и создает дополнительное особенно высокие напряжения, особенно в местах расположения ближайших к жаровой трубе дымогарных труб, так как трубная доска ослаблена в этих зонах отверстиями под трубы.

Работа котлов в таком режиме привела к усталости материала и образованию трещин в сварных соединениях отбортовки поворотной камеры и жаровой трубы, с переходом на основной металл.

Основной причиной образования дефектов анализируемых котлов, явилось нарушение их водно-химического режима. Оптимизация предприятиями расходов, привела к сокращению штата лаборантов и аппаратчиков химводоочистки, практически анализ воды сводился к проверке на реактивах содержания в ней растворенного кислорода и определения общей жесткости, а зачастую продолжительное время контроль вообще не проводился.

Несоответствие химически очищенной воды европейским стандартам, отсутствие систематического контроля и не соблюдение установленного водно-химического режима [1], способствовало образованию отложений на поверхностях нагрева (рис.2), что и привело к локальному перегреву, созданию дополнительных напряжений в металле трубной доски и сварных соединениях труб и жаровой трубы, результатом которых явились трещины.

Проведенный анализ дефектов показал, что причины появления дефектов в виде трещин в сварных соединениях и основном металле котла носят комплексный характер и должны решаться на всех стадиях - от проектирования до окончания срока эксплуатации котлов, с учетом особенностей технологических процессов производства.

Эффективность предупреждения указанных выше дефектов, заключается в соблюдении эксплуатационных режимов котла и его вспомогательного оборудования, систематическом контроле со стороны работников, ответственных за их эксплуатацию, своевременности очистки поверхностей нагрева от шламовых отложений, а также проведение квалифицированного технического освидетельствования и диагностирования специалистами.

Последнее, как требование, закреплено пунктом 412 Раздела VI Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением», вступивших в силу 23 декабря 2014 года, который гласит: «Техническое диагностирование, неразрушающий, разрушающий контроль оборудования под давлением в процессе его эксплуатации в пределах назначенного срока службы (ресурса), проводят:

а) в рамках технического освидетельствования в случаях, установленных руководством по эксплуатации оборудования под давлением, а также по решению специалиста эксплуа-тирующей или специализированной организации, выполняющего техническое освидетельствование, в целях уточнения характера и размеров дефектов, выявленных по результатам визуального осмотра»

Требование о ежегодном осмотре котлов ответственными лицами предприятия, зачастую игнорируется, из-за непрерывности работы подключенного к котлам технологического оборудования. Руководство предприятий, которые в погоне за прибылью, забывают о взрывоопасности котлов, возможности возникновения аварий и несчастных случаев на эксплуатируемом оборудовании, из-за появления и развития рассмотренных выше дефектов.

Список использованных документов:

1. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила

промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением». Утверждены приказом

Ростехнадзора от 25.03.2014г. № 116

2. Стаскевич Н.Л., Северинец Г.Н., Вигдорчик Д.Я. «Справочник по газоснабжению и использованию газа». Издательство «Недра»,1990г.