Сороков И.В., Еремин Б.М., Окороков И.В. "Типовые ошибки при монтаже паровых котлов при реконструкции котельных на ОПО и методика борьбы с ними"

Сороков Илья Викторович, зам. генерального директора АНО «СОЮЗЭКСПЕРТИЗА» ТПП РФ

Ерёмин Борис Михайлович, технический директор АНО «ДИЭКС»

Окороков Илья Викторович, зам. генерального директора АНО «СОЮЗЭКСПЕРТИЗА» ТПП РФ

Типовые ошибки при монтаже паровых котлов при реконструкции котельных на ОПО и методика борьбы с ними.

Требования и выполнение экологических норм в процессе производства с каждым годом становится все более важным фактором при обустройстве промышленных мощностей компаний. Поэтому, соблюдение экологических норм в процессе оснащения или переоснащения промышленного предприятия – довольно важная задача, которой должно быть уделено должное внимание. Большое количество производственных цехов, ангаров используют в процессе своего функционирования котлы различного типа, используя для своей работы различные источники сырья.

Отличным вариантом, отвечающим всем требованиям экологической составляющей производства, являются паровые котлы – устройства, производящие горячий пар под большим давлением.

Принцип работы и область применения паровых котлов

Принцип работы данного оборудования укрупненно на первый взгляд и может показаться довольно простым. В качестве рабочей жидкости чаще всего используется обычная вода, которая в результате сгорания топлива в топочном отделении подогревается до состояния парообразования. Полученное газообразное вещество посредством теплоносителей направляется в рабочие области производства для выполнения технологических процессов и подогрева помещений.

Область применения паровых установок довольно велика и разнообразна. Это и объекты пищевой и легкой промышленности, машиностроительные комбинаты, металлургический комплекс, помещения и ангары сельского хозяйства. Помимо обогрева данные котлы способны выполнять функции стерилизации, очистки, сушки, термообработки материалов, др.

Зачем нужна реконструкция котельных

Основными причинами, которые обуславливают необходимость проведения реконструкции и переоснащения производства в части котельного оборудования, являются:

Системы трубопроводов и другое котельное оборудование в большинстве случаев находятся не в удовлетворительном состоянии и не проходят гидравлических испытаний, которые подразумевают повышение рабочего давления на 1,25 по отношению к рабочему. В таких условиях система не отличается герметичностью, вследствие чего аварийность на трубопроводах, запорной арматуре остается на крайне высоком уровне;
Котлы (водяные, электро, др.) в большинстве своих случаев уже выработали свой ресурс и не выдают на выходе расчетных параметров их работы. Мелкие косметические ремонты, как правило, направлены лишь на то, чтобы поддержать рабочие параметры на уровне не ниже нынешних, а о том, чтобы модернизировать установку, пока речи не ведется;
Системы отопления и регенерации тепла разрегулированы, что в среднем в году сказывается на потерях энергии и ресурсов (топливо – 15-20%; потребляемой энергии – до 40%);
Производимые еще в советские времена установки и системы монтировались без учета экологической составляющей в процессе эксплуатации, и на данный момент — это тоже немало важный фактор для того, чтобы модернизировать и переоснастить котельные на ОПО.

Для того, чтобы предотвратить повреждения, которые образовались из-за плохого качества воды, необходимо соблюдать параметры воды, указанные производителем котельного оборудования. Наряду с использованием необходимых компонентов системы водоподготовки, следует также заботиться о своевременном получении достоверных данных о качестве воды. Наилучшим образом это обеспечивается с помощью полностью автоматизированных устройств анализа, которые регистрируют и контролируют такие параметры воды, как жесткость, проводимость, значение pH, чистота конденсата.

Этапы переоснащения котельных: от проекта до запуска в работу

Реконструкция котельной на предприятии – довольно серьезный и ответственный шаг. Стоит учитывать, что в тех случаях, когда производство завязано на функционировании паровой установки, то данные цеха придется на некоторое время приостановить. Как долго простоит производство, будет зависеть от того, насколько качественно были проведены подготовительные работы для реализации реконструкции, а также от профессиональных навыков сотрудников подрядной организации по монтажу-демонтажу оборудования, пуско-наладочным работам.

Процесс реконструкции котельного оборудования (замена старого на новое паровое, работающее под высоким давлением пара) можно представить следующим планом действий:

комплексное обследование объекта промышленности с целью уточнения принципа работы, габаритов и необходимых мощностных параметров;
разработка и согласование в установленном порядке проекта на проведение реконструкции котельного оборудования;
непосредственно монтажно-демонтажные работы;
запуск котлов и пуско-наладочные работы;
сдача объекта в эксплуатацию с подписанием акта приема-сдачи оборудования.

Нарушение или отклонение от проектных решений может привести к непоправимым последствиям и даже к авариям, в результате которых паровой котел может выйти со строя или даже привести к жертвам на рабочем месте.

Чрезвычайное происшествие во время эксплуатации парового котла

Вот пример возникновения аварийной ситуации, которая произошла в 2010 году на одной из российских компаний. Сюда в 2008 году было поставлено 3 котла типа КВЕ-0,7-115ГМ. В процессе эксплуатации в адрес бюро завода-изготовителя было направлено письмо-претензия с повествованием о том, что в двух из трех установках прогорели левые стенки и оборудование, практически, вышло со строя.

В результате обследования объекта промышленности экспертной группой, были установлены следующие факты эксплуатации котлов. Как в первом, так и во втором случае прогар произошел в одном и том же месте. Причина – прогоревшая часть является первой по ходу движения газов в результате перегорания местом. Соответственно, если в дымовом потоке имеются несгоревшие топливные остатки, они догорают по ходу движения в дымоходах. Как итог, под воздействием высоких температур и открытого огня, произошло разрушение теплоизоляционного слоя. Данный факт – следствие некачественно выполненных пуско-наладочных работ, то есть, не доведение параметров работы установки до нормируемых. В данном случае высота (длина) факела превышала длину топки и нарушен комплекс сжигания топлива в топке.

Таким образом, из выше указанного можно легко сделать заключение, что данный факт просто недопустим в процессе эксплуатации котельных паровых топок.

К примеру, можно рассмотреть еще один случай, когда возникла ситуация остановки котла

На Южном Урале на металлургическом заводе на ВПУ котельной произошел несчастный случай – разорвался осветительный фильтр с диметром 2500 мм. Во время взрыва фильтр был сорван с фундамента, он пролетел по воздуху 15 метров, а затем врезался в кирпичную стену здания. После этого трубопроводы были оборваны, они были связаны с другими приборами ВПУ. Топку котлов пришлось немедленно остановить, так как произошел упуск воды в деаэраторах. В аварийном порядке оказался целый ряд цехов заводов. Все знают, что фильтры ВПУ не считаются взрывоопасными аппаратами. Во время расследования аварии была установлена причина. Год назад данный фильтр по предложению работников был реконструирован в двухкамерный и высоту увеличили на 1,5 м методом врезки в него обечайки с одним вертикальным сварным соединением. После переоборудования фильтр был отпрессован на избыточное давление 0,6 МПа. ВПУ работала по прямоточной схеме: фильтрование, двухступенчатое Na-катионирование, деаэрация в аппарате атмосферного типа. Обычно давление воды в осветительных фильтрах не превышало 3 кгс/см2. Насос исходной воды развивал давление до 5 кгс/см2, но работал с подпором из сети водоснабжения завода, где давление колебалось в пределах 1–3 кгс/см2. В деаэратор, кроме умягченной воды, периодически подавали конденсат, возвращаемый с производства. Клапан регулятора уровня воды в деаэраторе был установлен на подводе к нему воды от ВПУ.

Основные требования промышленной безопасности при работе паровых котлов высокого давления на производстве

Для того, чтобы понимать, какие нюансы следует учитывать при монтаже паровых котельных установок и на что стоит обратить особое внимание, дабы в дальнейшем в процессе эксплуатации не допустить возникновения аварийной ситуации на производстве, необходимо ознакомиться с некоторыми рабочими моментами в работе данного оборудования.

Прежде всего, стоит помнить, что системы данного типа имеют следующие рабочие параметры: избыточное давление разогретого пара – свыше 0,07 МПа, температура нагрева – свыше 115⁰С. В промышленном производстве можно встретить следующие паровые системы:

с принудительной циркуляцией рабочего вещества;
с естественной циркуляцией рабочего вещества;
с комбинированной циркуляцией;
с прямоточной рециркуляцией;
с наддувом;
с естественной тягой.

Проектирование и монтаж паровых отопительных систем должно осуществляться, учитывая все риски, которые могут повлиять на эксплуатацию оборудования в течение всего срока его службы. Расчет парового котла осуществляется с учетом некоторых внешних факторов:

внешнее и внутреннее давление;
расчетная температура рабочей среды и окружающая температура;
усталость системы под воздействием коррозии, износа деталей;
инерционные нагрузки при движении, ветровое воздействие.

Некоторые полезные зависимости и формулы, которые следует учитывать при расчетах паровых котлов

Как уже упоминалось выше, проектирование системы связано с большим количеством факторов, влияющих на работу комплекса в целом. К примеру, нельзя не учитывать потери тепла во внутренней системе без учета температуры внешней составляющей. Данная зависимость может быть представлена в виде формулы:

где: ϕ – коэффициент сохранения теплоты рабочей системы;

η_бр – коэффициент полезного действия котельной установки;

q₅– потери теплоты от внешних факторов.

Данный фактор можно определить и при помощи графической зависимости:

Рисунок – Потери теплоты от наружного охлаждения котла в зависимости от паропроизводительности котла

Общий же тепловой баланс паровой котельной установки, работающей под высоким давлением, можно представить в виде следующего выражения:

Таким образом, не учитывая особенности географических условий, свойств применяемого топлива и других особенностей, можно ошибиться в расчетах, что в итоге выльется в некачественную работу всей системы производства. То есть, однотипное оборудование и узлы могут работать в тех или иных ситуациях по-разному, следовательно, типовое котельное оборудование специалисты не рекомендуют использовать без адаптации под конкретные условия и без регламентных пуско-наладочных работ.

Частыми ошибками при монтаже оборудования, которые в будущем могут вылиться в остановку системы, что само по себе уже является аварийной ситуацией, являются устройство и наладка пусковой и контролирующей работу аппаратуры. При этом, особое внимание необходимо уделить следующим системам и параметрам:

Пуск и остановка котельной системы. То есть, работа агрегатов должна запускаться и останавливаться при первой же необходимости, при этом данная задача должна выполняться корректно и с соблюдением всех норм безопасности.
Безопасный сброс давления. Зачастую случаются ситуации, когда для регулировки общего нормального состояния системы, необходимо регламентное сбрасывание давления газообразного вещества. Данная задача также связана с резкими изменениями состояния системы и должна выполняться корректно.
Безопасность устройств, которые призваны ограничить доступ к той части установки, где образуется пар в избыточном давлении и вакуум.
Разложение нестабильных рабочих сред. Как уже описывалось выше (пример с аварийной ситуацией, возникшей в 2010 году на одном из комбинатов), крайне важно (как для выполнения комплекса производства, так и для влияния на окружающую среду), чтобы топливо перегорало максимально полностью, а продукты горения не выбрасывались в открытом виде в атмосферу. Данного фактора можно будет избежать лишь при правильном расчете оборудования и процесса сжигания конкретного вида топлива.

Пуско-наладочные работы – залог правильной работы всей системы

Каждый монтаж или реконструкция крупной промышленной системы, коей является котельная паровая система высокого давления, должен завершиться проведенными пуско-наладочными работами и исследованиями, результатом которых будет подписанный сторонней организацией акт, подтверждающий корректность работы системы.

В процессе выполнения данных работ выделяют следующие этапы:

Разработка схем и мероприятий, посвященных повышению уровня промышленной безопасности в цеху, на предприятии в целом;
Наладка систем управления, автоматического комплекса;
Настройка и испытание смонтированного оборудования;
Комплексное испытание производства.

Таким образом, из всего выше указанного можно сделать вывод о том, что основными ошибками при монтаже парового котельного оборудования в рамках реконструкции на ОПО, сводятся к следующим группам причин:

Ошибки и недочеты на стадии разработки проекта (в результате некорректного обследования объекта, в результате халатно выполненных расчетов, без учета влияния сопутствующих факторов);
Ошибки в подборе материалов для производства оборудования (малый запас прочности);
Не выполнение или формальный подход к производству пуско-наладочных работ после завершения монтажа оборудования перед сдачей его в эксплуатацию.

Список использованной литературы:

1. СП 60.13330.2012 “СНиП 41-01-2003 Отопление, вентиляция и кондиционирование”

2. Технический регламент “Требования к безопасности водогрейных и паровых котлов”

3. СП 43.13330.2012 “СНиП 2.09.03-85 Сооружения промышленных предприятий”

Возврат к списку