Инспекция паровых котлов и теплообменного оборудования

Водотрубные котлы используются на большинстве промышленных установок из-за условий производительности и безопасности.

С точки зрения возникновения взрыва, водотрубные котлы являются более надежными по сравнению с огнетрубными котлами, потому что барабан не подвергается воздействию лучистой теплоты сгорания. При разрыве трубок существует лишь относительно небольшой объем воды, которая может мгновенно парообразоваться.

Проверка, очистка и техническое обслуживание котлов сравнимы для современных водотрубных и огнетрубных котлов, но водотрубные котлы, как правило, требуют большее количество человеко часов оператора, просто потому, что они, как правило, физически больше. Другим общим правилом является то, что системы водотрубных котлов требуют более высококвалифицированного оператора из-за их большей сложности.

Водотрубные котлы установлены в коммерческих и институциональных зданиях, небольших производствах, крупных промышленных предприятиях. По сути, электроэнергетика является крупнейшим потребителем мощности водотрубных котлов в мире.

Более мелкие водотрубные котлы выпускаются в виде комплектных установок заводской сборки, в то время как крупные котлы строятся секциями и отгружаются для монтажа на месте установки. Крупнейшие полевые котлы могут обеспечивать пар, перегретый до 593 °C (1100 ° F) и при давлениях свыше 20 МПа (MPa).

Огнетрубные бойлеры подразделяются на три группы. Горизонтальные котлы с обратными дымогарными трубами обычно оснащены автономными горизонтальными дымогарными трубами и отдельной камерой сгорания. Шотландские паровые, цилиндрические огнетрубные и жаротрубные котлы оснащены дымогарными трубами и камерой сгорания, установленных в одном корпусе. Котлы с топочной коробкой оснащены ватержакетной печью и используют, в большинстве своем, три прохода топочного газа.

Типовой водотрубный котел

Паровой барабан с трубчатыми отверстиями

Водотрубные котлы, работающие на жидком топливе и природном газе, по геометрии труб подразделяются на три класса. В конструкции (A – блочный водотрубный котел) предусмотрены два небольших нижних барабана и верхний барабан большего размера для отделения влаги от пара. В конструкции (D), являющейся самой распространенной, предусмотрены два барабана и камера сгорания большого объема. От ориентации труб котла (D) зависит конфигурация – левосторонняя или правосторонняя. В конструкции (O) конфигурация труб котла позволяет свести размер участков поверхности труб, воспринимающих лучистое тепло, к минимуму.

(A) блочный водотрубный котел

(D) водотрубный котел

(О) водотрубный котел

Глава-2 Износ котлов

Общий износ котлов

Инспектора по контролю состояния оборудования должны знать части котла наиболее подверженные износу. Другими словами, инспектор должен знать, что и где искать при проведении инспекции. Примеры износа, которые можно увидеть при осмотре котла:

Износ труб котла

Коррозия труб и барабанов в значительной степени зависит от воды, используемой для работы котла, и ее химического состава. Наиболее часто встречающиеся виды коррозии внутренних стенок котла включают щелочную, водородную, кислотную, кислородную коррозии, локализованную коррозию и коррозионное растрескивание под напряжением.

a) Осадок в трубах

Значимым фактором, определяющим степень коррозии внутренних стенок котла, является количество осадков продуктов коррозии. Осадок ограничивает передачу тепла и приводит к локальному перегреву труб, что, в свою очередь, может привести к концентрации загрязняющих веществ и веществ, вызывающих коррозию. В зависимости от типа загрязняющих веществ, присутствующих в технологической воде, будут различаться места присутствия, скорость отложения и влияние осадка.

b) Щелочная коррозия

Локальное истончение стенок внутренней поверхности труб приводит к повышенному напряжению и давлению на стенку трубы. Щелочная коррозия возникает при наличии избыточного осадка на внутренних поверхностях труб. Это приводит к ослаблению потока охладительной воды и уменьшению контакта с трубой, что, в свою очередь, приводит к локальному кипению под осадком и концентрации химреагентов котельной воды. Концентрация гидроксида натрия может подниматься до высокого уровня концентрации водорода (pH). При высоком уровне pH защитная оксидная пленка металла может раствориться, что приведет к интенсивной коррозии. Осадок обычно откладывается в местах прерывания потока и на участках значительной тепловой нагрузки.

c) Водородное повреждение

Потеря пластичности трубного материала или водородная хрупкость вследствие воздействия водорода могут привести к хрупкому разрушению. Водородное разрушение наиболее часто обуславливается избыточным осадком внутри трубы и низким уровнем pH технологической воды. Нарушение химического состава воды (что может произойти при утечках из конденсатора, особенно при использовании охлаждающего агента морской воды) приводит к формированию кислотных (с низким pH) загрязняющих веществ, которые могут быть сконцентрированы в осадке.

При коррозии под осадком высвобождается активный водород, который переходит к трубному металлу, вступает в реакцию с углеродом в стали (обезуглероживание) и вызывает межкристаллическое разделение.

d) Кислородная коррозия

Агрессивная локализованная коррозия и утонение трубной стенки вблизи впуска технологической воды экономайзера – обычное явление для рабочего котла. Погруженные в воду или недрерируемые поверхности наиболее подвержены коррозии в периоды простоя.

Кислородная коррозия возникает при избыточном содержании кислорода в котельной воде. Это может произойти во время работы котла в результате впуска воздуха в насосы или отказа оборудования обработки воды перед подачей в котел.

Питтинговая коррозия труб экономайзера обычно возникает вследствие отсутствия надлежащего контроля содержания кислорода в технологической воде котла.

Она также может возникнуть в периоды, когда котел не эксплуатируется, например, во время простоя или хранения при несоблюдении надлежащих процедур.

Недренируемые участки контура котла, такие как контуры нагревателя, провисающие горизонтальные трубы перегревателя и промежуточного перегревателя, подводящие линии особенно подвержены коррозии.

Общее окисление труб в нерабочие периоды иногда называют коррозией простоя. Влажные поверхности подвержены окислению, так как вода вступает в реакцию с металлом, вследствие чего образуется оксид железа.

При наличии коррозийного шлака конденсат с поверхностей труб или промывочная вода могут вступить в реакцию с элементами, содержащимися в шлаке, и образовать кислоты, что приведет к намного более агрессивному воздействию на металлические поверхности.

Кислородная коррозия

Для обеспечения полной защиты от кислородной коррозии во время простоя котел необходимо держать заполненным водой, обработанной раскислителем, с заглушкой или закрытым под азотной подушкой. На рисунке 2-1 показана труба котла со сквозной кислородной коррозией.

e) Кислотная коррозия

Воздействие коррозии на внутренние металлические поверхности труб, приводящее к появлению беспорядочных отверстий, а в самых крайних случаях – к состоянию внутренней части трубы, называемому «Швейцарский сыр». Кислотная коррозия наиболее часто обуславливается отсутствием надлежащего контроля процесса химической очистки котла и/или пассивации остаточной кислоты после чистки.

f) Коррозионное растрескивание под напряжением

Коррозионное растрескивание под напряжением (КРН) характеризуется хрупкими трещинами с толстостенными гранями. Этот вид коррозии можно обнаружить на участках с более высоким внешним напряжением, например, в местах близкого крепления арматуры.

КРН обычно подвергаются детали из аустенитной нержавеющей стали перегревателя и промежуточного перегревателя. КРН характеризуется трещинами в стенках трубы, распространяющимися либо транскристаллически, либо межкристаллически (вдоль границ зерен). Она возникает при комбинированном воздействии высокого растягивающего напряжения и коррозионной жидкости. Повреждение вызывается трещинами, распространяющимися изнутри. Коррозийная жидкость может быть перенесена в перегреватель из парового барабана или попасть в него после кислотной очистки котла, если перегреватель не защищен надлежащим образом.

КРН трубы

g) Коррозионная усталость

Коррозионная усталость проявляется на внутренней поверхности трубы в виде транскристаллических трещин, обычно возникающих рядом с внешними соединениями.

Повреждение трубы происходит вследствие сочетания тепловой усталости и коррозии. На коррозионную усталость влияет конструкция котла, химический состав воды, содержание кислорода в котельной воде и принцип работы котла. Сочетание этих факторов приводит к разрыву защитного слоя магнетита на внутренней поверхности трубы котла. Отсутствие этого защитного слоя окалины позволяет коррозии воздействовать на трубу.

Места соединений и внешние сварные швы наиболее подвержены коррозии. Проблема, скорее всего, усугубится на этапе запуска котла.

Внешние повреждения труб

Компоненты топлива и температуры металла являются важными факторами развития коррозии со стороны нагрева. Коррозию со стороны нагрева можно разделить на низкотемпературную коррозию или высокотемпературную коррозию под воздействием мазутной золы. Коррозия может проявиться со стороны топочного газа экономайзера и труб воздушного подогревателя. Сила коррозии зависит от количества оксидов серы или кислоты в сгоревшем топливе, от температуры топочного газа и от типа нагреваемой жидкости. При наличии в топочном газе оксидов серы коррозия будет более сильной при охлаждении газов до температуры точки росы. Температура газа в экономайзерах и подогревателях должна поддерживаться выше 163°C (325°F) для предотвращения конденсации коррозийной жидкости. Фактическую точку росы можно вычислить на основе состава топочного газа. Расчет нужно выполнить для видов топлива с высоким содержанием серы. Она может зависеть от конструкции труб и потока воды в трубах, организованных так, что обеспечивается контроль температур газа.

Виды наружного износа приведены ниже:

a) Коррозия продуктами сгорания топлива со стороны нагрева (перегреватель)

Коррозия продуктами сгорания топлива со стороны нагрева зависит от характеристик золы, топлива и конструкции котла. Она обычно возникает при сжигании угля, но может возникнуть и при определенных видах сжигания жидкого топлива. Характеристики золы учитываются при проектировании котла: при определении размера, геометрии и материалов, используемых при изготовлении котла. Температуры металла и топочного газа в конвекционных проходах являются важными характеристиками, которые необходимо учесть. Повреждение происходит, когда определенные составляющие угольной золы остаются в расплавленном состоянии на поверхностях труб перегревателя. Эта расплавленная зола может являться высоко коррозийным элементом.

b) Высокотемпературное окисление