19.2. Безопасность эксплуатации паровых и водогрейных котлов
Основными причинами взрыва паровых котлов являются:
дефекты изготовления (несоответствие материала котла условиям его эксплуатации, некачественная проварка швов, дефекты заклепочных соединений и т. п.);
перенапряжение материала стенок в результате длительного воздействия давлений, превышающих расчетные значения;
перегрев стенок котла в результате чрезмерного понижения уровня воды или вследствие отложения накипи, нарушающей теплоотвод от материала стенок. В результате перегрева металла снижается механическая прочность стенок котла, образуются выпучины и трещины, приводящие к взрыву;
старение котла в результате его длительной эксплуатации, появление коррозии, раковин и других дефектов, снижающих прочность материала стенок;
нарушение технических требований при обслуживании котельных установок малоквалифицированным персоналом.
Взрыв котла имеет физический характер и сопровождается выделением в окружающее пространство большого количества пара. Вода, находящаяся в котле в перегретом состоянии, при падении давления мгновенно переходит в пар. При этом из единицы объема воды образуется около 1700 единиц объема пара. Это приводит к взрыву котла, разрушению здания котельной, тяжелому травматизму или гибели находящихся в нем людей.
При утечке воды и перегреве неохлаждаемых стенок немедленная подача воды на раскаленные стенки вызывает ее мгновенное испарение и, как следствие, резкое повышение давления. Взрыв котла в этом случае почти неизбежен.
Большую опасность представляет собой отложение шлаков и накипи на стенках котла при его нерегулярной очистке. Эти отложения шлаков и накипи препятствуют охлаждению стенок, в результате чего они перегреваются и теряют механическую прочность.
Для того чтобы избежать взрыва котлов, проводится ряд мероприятий. Особое внимание уделяется качеству изготовления котла и прежде всего обеспечению 100%-ного контроля качества сварных соединений.
На паровых котлах обязательна установка приборов, сигнализирующих об уровне воды, ее температуре, давлении пара. Предусмотрена также установка приборов, которые автоматически подают звуковую или световую сигнализацию при снижении уровня воды до критической отметки.
Для измерения давления пара устанавливают не менее двух манометров (рабочий и контрольный). Устраивают также запорный вентиль и обратный клапан на нагревательной линии питания котла водой, а также спускной вентиль и задвижку.
Для сброса излишнего давления путем выпуска части пара предусматриваются предохранительные клапаны. На каждом котле имеется два предохранительных клапана: контрольный для подачи звукового сигнала о достижении предельного давления в котле и рабочий, автоматически выпускающий из котла излишний пар. Диаметр предохранительных клапанов находится в пределах от 25 до 125 мм. Их суммарная пропускная способность должна быть не менее часового расхода котла по парообразованию.
Пропускную способность клапана подсчитывают по формуле
где μ-коэффициент расхода клапана, принимаемый по паспорту завода-изготовителя; S— площадь поперечного сечения клапана, мм2; В — коэффициент, определяемый по табличным данным, для воды В = 1; p1,p2 — избыточное давление соответственно перед клапаном и за ним, Па; ρ — плотность среды (пара) перед клапаном, кг/см'.
Предохранительные клапаны бывают двух типов: рычажные и пружинные (рис. 19.1). В пружинном клапане должна быть исключена возможность затяжки пружины сверх предельной величины, пружина должна быть защищена от воздействия среды и высокой температуры.
Для предотвращения взрыва котла в случае утечки воды или чрезмерного понижения ее уровня в потолке топки устанавливают предохранительную пробку из легкоплавкого свинцово-оловянистого сплава. При понижении уровня воды нижняя стенка котла перестает охлаждаться, температура ее повышается, предохранительная пробка выплавляется и пар из котла поступает в топку, гася в ней огонь.
Рис. 19.1. Предохранительные клапаны: а—рычажный; б—пружинный
Котлы, работающие на газообразном топливе, оборудуют системами автоматики, отключающими подачу топлива к горелкам в случае понижения воды до критического уровня, а также при падении давления воздуха ниже допустимого.
Котлы с камерными или шахтными топками оборудуют противовзрывными клапанами (мембранами), срабатывающими при превышении рабочего давления на 25 %. Толщина мембраны рассчитывается по формуле
где r — радиус мембраны, мм; р — давление, при котором разрывается мембрана, Па; δиз — предел прочности материала пластины на изгиб, Па.
Для предохранения стенок котла от накипи воду перед подачей в котел умягчают содово-известковым раствором, с последующей очисткой путем фильтрации. В котел вместе с водой вводится особый препарат (антинакипин), препятствующий отложению накипи на стенках котла.
Паровые и водогрейные котлы устанавливают в специальных помещениях — котельных, которые отделяются от смежных помещений несгораемыми стенами. Кровлю котельных устраивают из легкосбрасываемых элементов для снижения давления в помещении на случай взрыва котла. Такую же функцию выполняют конструкции оконных проемов. Котельные оборудуют естественным и искусственным освещением; они имеют не менее двух выходов.
Персонал, обслуживающий котельные установки, проходит обучение по специальной программе и после аттестации квалификационной комиссией получает удостоверение на право работы. Периодическая проверка знаний проводится комиссией не реже чем через 12 мес.