Калачев Олег Валерьевич, зам. директора  департамента филиала ООО «КЭР-Инжиниринг» «КЭР-Наладка»

Юдин Леонид Юрьевич, директор департамента филиала ООО «КЭР-Инжиниринг» «КЭР-Наладка»

Методика борьбы с типовыми ошибками монтажа паровых котлов во время реконструкции на ОПО

В работе подробно описывается методика борьбы с ошибками во время монтажа паровых котлов, дается расчетные формулы по определению некоторых параметров оборудования.

В последнее время на промышленных объектах уделяют много внимания не только самим производственным мощностям, но и такому важному фактору как экологические нормы. На это делается акцент при оснащении и переоснащении объектов, большая часть ангаров и цехов эксплуатируют котлы, которые сегодня представлены в большом ассортименте и работают от разных источников топлива.

Одно из наиболее востребованных оборудований – паровое оборудование, отвечающее необходимым экологическим требованиям и производящее пар под большим давлением.

Чтобы лучше разобраться в теме, необходимо более подробно рассмотреть область, где используется подобное оборудование и принцип его работы. Не специалисту может показаться, что принцип работы подобных агрегатов совсем прост и не только с конструктивной стороны, но и потому, что простая вода выступает в качестве рабочей жидкости.

В результате сгорания топлива в специально отведенном для этого отделении, жидкость нагревается до температуры образования пара, затем газообразное вещество транспортируется посредством теплоносителя на производство для обогрева помещений и выполнения некоторых производственных процессов. Схематически все выглядит следующим образом:

На самом деле паровые котлы имеют большую область применения. Их используют на объектах:

·           Машиностроения.

·           Пищевой промышленности.

·           Металлургии.

·           Сельского хозяйства.

·           Легкой промышленности.

Паровые котлы способны выполнять не только функцию обогрева, с их помощью делают стерилизацию, сушку, проводят термообработку, очистку и так далее.

Не все понимают, для чего необходима реконструкция котельных, если они и так неплохо функционируют. На самом деле есть много причин, по которым может понадобиться реконструкция или переоснащение котельного оборудования в производственных масштабах. Среди основных причин можно выделить следующие:

·           Рано или поздно любое оборудование, в том числе и котел, вырабатывает свой ресурс, поэтому на выходе он перестает выдавать расчетные параметры. Небольшой косметический ремонт поможет устранить лишь небольшие поломки, благодаря чему удастся поддержать хоть какую-то работоспособность оборудования.

·           После поведенных исследований стало понятно, что большинство котельного оборудования находится в состоянии ниже среднего, отсюда проблемы во время гидравлических испытаний. Трубопроводы под повышенным давлением теряют герметичность, поэтому и аварийная ситуация остается основной проблемой, с которой может эффективно бороться переоснащение.

·           Оборудование, которое устанавливалось еще в советское время, устанавливались и монтировались без учета экологических требований. Сегодня к этому параметру предъявляют особые требования, поэтому и вопрос переоснащения становится более острым.

·           Отопительные системы разгенерированы, что влечет за собой потерю энергии и топливных ресурсов. В год этот показатель составляет около 20% топлива и 40% энергии.

При нормальной работе оборудования потеря тепла должна выглядеть следующим образом:

При выборе более современных установок много внимания уделяют КПД оборудования, которое вычисляется по следующей формуле:

КПД котла = 100 – (q₂ + q₃ + q₄ + q₅ + q₆),

q_i — потери тепла в %;

q₂ — с уходящими газами;

q₃ — из-за химического недожога горючих газов;

q₄ — с механическим недожогом;

q₅ — от наружного охлаждения;

q₆ — c физическим теплом шлаков.

Чтобы оборудование качественно работало, важно и соблюдать качество используемой воды. Появление осадков и накипи негативно влияет на эксплуатационный срок использования оборудования, поэтому к составу воды предъявляются особые требования, указанные в следующей таблице.

Питательная

Прозрачность по шрифту, не менее 30 см

Общая жесткость 40 мкг-экв/л

Содержание нефтепродуктов 5 мг/л

Значение рН (при 25ºС ) 8,5 – 10,5

Котловая

Солесодержание, не более 2000±500 мг/л

Можно предотвратить повреждения, появляющиеся из-за некачественной воды, для этого следует строго соблюдать параметры, прописанные изготовителем котла. Важно использовать не только современные системы водоподготовки, но и получать своевременно данные по качеству воды. Лучший вариант – автоматизированная система получения анализа, способная вовремя регистрировать следующие параметры:

·           Проводимость.

·           Жесткость.

·           Чистота конденсата.

·           рН.

На этапе реконструкции котельного оборудования важно учитывать, что если производственные процессы на предприятии каким-либо образом связаны с паровой установкой, деятельность придется остановить на время проведения переоснащения.

Весь этап переоснащения выглядит следующим образом:

·           полное обследование, за счет которого необходимо выяснить габариты, принцип работы и мощностные параметры устанавливаемого оборудования.

·           Работа над проектом реконструкции, его согласование в контролирующем органе.

·           Демонтаж старого оборудования и последующий монтаж нового.

·           Запуск оборудования и проведение пуско-наладочных работ.

·           Последний этап, на котором объект сдается в эксплуатацию, подписывается акт приема-сдачи.

Особое внимание во время составления проекта уделяется расчетным формулам. Важно знать, какой мощностью должен обладать котел, чтобы в будущем не возникло дополнительных проблем. Этот параметр вычисляется по следующей формуле:

Q= 0.001163 × {D × (iп-iп.в)} / η

 D (т/ч) -- паропроизводительность котла;
 iп. (ккал/кг) -- энтальпия насыщенного пара;
 iп.в  (ккал/кг) -- энтальпия питательной воды;
 η -- КПД котла.

Стоит помнить, что любое нарушение проектного решения приводит к непоправимым последствиям в будущем. Котел может не просто выйти из строя, но и стать причиной серьезной аварии с человеческими жертвами.

В качестве примера можно привести случай, который произошел в 2010 году в России. В 2008 году в одной из компаний были установлены три котла, через некоторое время эксплуатирующая организация направила жалобу производителю, что в двух котлах прогорели стенки, а значит, оборудование в дальнейшем использовать было уже нельзя.

Направленная на объект экспертная группа установила, что в обоих случаях прогар наблюдался в одном месте. Все потому, что эта часть оборудования является первой при движении газа. То есть, при наличии в дымовом потоке недогоревшего топлива оно догорает в дымоходе. Высокая температура, воздействие открытого огня привели к разрушению металла.

Причина такого положения дел – некачественные пуско-наладочные работы, то есть установщик не довел рабочие параметры оборудования до тех, которые указаны в стандартах.

По всей стране таких случаев много, хотя и поломки бывают разными. Так на Южном Урале произошел взрыв на ВПУ одного из металлургических заводов. В момент взрыва сорвало осветительный фильтр, диаметр которого составлял 2500 метров.

Сила взрыва была настолько велика, что фильтр пролетел пятнадцать метров и после этого врезался в стену из кирпича стоящего на территории здания. Все котлы пришлось останавливать, трубопроводы оборвало, и в аварийной ситуации остались сразу несколько производственных цехов.

Конечно, сам по себе фильтр не взрывоопасен, поэтому перед комиссией встал вопрос о том, почему произошел инцидент. После тщательно проведенного расследования стало понятно, что не так давно было принято решение реконструировать фильтр. После проведенной работы он был отпрессован на давление 0,6 МПа.

На объекте ВПУ осуществляла работу по прямоточной схеме, то есть в следующем порядке:

·           Фильтрование.

·           Двухступенчатое Na-катионирование.

·           Деаэрация.

Ранее давление не было больше 3 кгс/см2, после этого насос стал развивать давление до 5 кгс/см2. Помимо этого, в деаэратор подавали конденсат, который возвращался с производства, а клапан уровня воды установили на подводе от ВПУ.

Чтобы избежать проблем в будущем, важно учитывать нюансы эксплуатации паровых котлов и ознакамливаться с работой этого типа оборудования до того, как приступать к реконструкции, ремонту или обслуживанию. Более того, сотрудники, которые следят за работой агрегатов, обязаны иметь соответствующее образование и практический опыт работы. Все это может значительно снизить уровень аварийных ситуаций на производстве.

Паровые котлы обладают следующими рабочими параметрами:

·           Избыточное давление пара более 0,07 МПа.

·           Температура нагрева больше 115 градусов.

Сегодня есть несколько типов оборудования, которое отличается по параметрам циркуляции:

·           Принудительная.

·           Естественная.

·           Комбинированная.

·           Прямоточная.

·           С надувом.

·           С использованием естественной тяги.

Любая работа по монтажу и проектирования паровых систем должна проводиться с учетом возможных рисков. Именно они могут не только оказать влияние на срок эксплуатации котлов, но и их безопасность.

Проводить расчеты по оборудованию необходимо принимая во внимание несколько факторов:

·           Давление, как внутреннее, так и внешнее.

·           Ветровое воздействие.

·           Усталость оборудования.

·           Температура окружающей среды.

·           Инерционная нагрузка.

·           Температура рабочей среды.

При проектировании системы принимается во внимание огромное количество зависимостей и факторов, которым можно было бы посвятить отдельную большую статью. В рамках этого материала упомянем  только о том, что потеря тепла не может учитываться без температуры внешних составляющих. Такая зависимость имеет вид следующей формулы:

               q_s

φ=1-______________

             η_бр+q_s

φ - коэффициент сохранения теплоты системы;

η_бр – коэффициент полезного действия установки;

q₅ – потеря теплоты от внешних факторов.

Специалисты говорят, что если во время проектирования не учитывать географические особенности региона, где устанавливается система, свойства используемого топлива и иных не менее важных факторов, легко допустить ошибку, которая приведет к поломке оборудования в скором времени или оно будет работать неэффективно.

Важно в работе руководствоваться следующими нормативными актами:

·         СНиП 41-01-2003. [1]

·         Технический регламент "Требования к безопасности водогрейных и паровых котлов". [2]

·          СНиП 2.09.03-85. [3]

Получается, что одно однотипное оборудование способно работать по-разному в зависимости от условий и ситуации, поэтому и использовать его без соответствующей адаптации не рекомендуется. От того, насколько качественно будут производиться пуско-наладочные работы будет зависеть и безопасность паровых котлов на время их эксплуатации.

Среди наиболее частых ошибок, ведущих к остановке работы оборудования, а значит, созданию аварийной ситуации, является устройство и наладка контролирующего оборудования. Важно обращать внимание на такие системы как:

·         Остановка и запуск системы, которые должны производиться при первой необходимости без проблем с соблюдением требований промышленной безопасности.

·         Сброс рабочего давления, необходимый для регулировки работы системы и поддержания ее стабильности. Данные действия также должны быть корректными.

·         Соблюдение безопасности агрегатов, ограничивающих доступ к камерам образования пара при избыточном давлении.

·         Качественное разложение нестабильной среды. Все топливо должно максимально перегорать в отведенном для этого отделе, а остаточные продукты обязаны выводиться в атмосферу. Подобное станет возможно, если произвести точные расчеты, как процесса сжигания топлива, так и вида оборудования необходимого для эксплуатации.

Залогом качественной работы любого парового котла были и остаются пуско-наладочные работы, которые завершают этап переоснащения, затем идет только запуск. в списке несколько основных мероприятий:

·         Работа над созданием схем способствующих увеличению уровня промышленной безопасности.

·         Наладочные работы по настройке автоматизированного управления.

·         Испытание оборудование и его настройка.

·         Конечное испытание всей системы.

 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"