Нарушение надёжности работы котлоагрегата: расслоение пароводяной смеси в экономайзере

Нарушение надёжности работы котлоагрегата: расслоение пароводяной смеси в экономайзере

Содержание

1. Классификация экономайзеров

2. Основные виды повреждений экономайзера

3. Причины расслоения пароводяной смеси в экономайзере

4.Мероприятия по контролю за работой экономайзера

5. Требования к конструкции обеспечивающие надёжность работы экономайзера

6. Определение возможности, параметров и срока безопасной эксплуатации экономайзера

7. Программа испытаний экономайзеров

8.Фрагмент технологической карты выполняемых работ при текущем ремонте экономайзеров котельной установки

Заключение

Список использованной литературы

Введение

В энергетике, химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, металлургической и других отраслях промышленности широко используются традиционные кожухотрубные, змеевиковые, спиральновитые, пластинчатые и других типов теплообменные аппараты для жидких и газообразных сред.

Теплообменные аппараты служат для подогрева паром (водой) сетевой воды, используемой для отопления, вентиляции, горячего водоснабжения потребителей. При их проектировании и разработке режимов эксплуатации приходится выполнять сложные и ответственные расчеты, в том числе по определению тепловой или экономической эффективности теплообменников. Известно, что при прямоточных и оборотных системах их охлаждения (нагрева) на внутренних поверхностях труб образуются отложения накипи и продуктов коррозии, что приводит к снижению производительности аппаратов на 30 - 40 % и уменьшению их тепловой эффективности.

Поэтому в домашнем задании рассматривались вопросы эксплуатации, ремонта и испытания экономайзеров котельной установки.

Основными задачами при выполнении данной работы были:

- изучение информационных источников, технической документации по эксплуатации и ремонту теплообменных аппаратов.

- составление фрагмента технологической карты выполняемых операций при текущем ремонте экономайзера.

- разработка программу испытаний экономайзера.

1. Классификация экономайзеров

Водяной экономайзер является неотъемлемой частью современного парогенератора. Экономайзер благодаря применению труб небольшого диаметра является недорогой и компактной поверхностью нагрева, в которой эффективно используется теплота уходящих газов. В связи с этим у современных парогенераторов водяной экономайзер воспринимает до 18% общего количества теплоты, переданной через поверхности нагрева парогенератора.

В водяных экономайзерах в зависимости от вида топлива и КПД парогенератора при нагреве воды на 1 К продукты сгорания охлаждаются на 2-3 К. В зависимости от температуры, до которой вода подогревается в экономайзере, их делят на некипящие и кипящие. Некипящими называют. При движении по каналу греющей среды стенки канала отбирают теплоту, аккумулируя ее в своем массиве. Затем при протекании нагреваемой среды температура ее повышается за счет передачи теплоты от поверхности нагретой стенки. Такие аппараты применяют, как правило, для нагрева воздуха или газов (например, регенеративные воздухоподогреватели).

Экономайзеры, в которых по условиям надёжности их работы подогрев воды производиться до температуры на 40 К меньшей, чем температура насыщения в барабане парогенератора. В кипящих экономайзерах происходит не только подогрев воды, но и частичное её испарение. Массовое содержание пара в смеси на выходе из кипящего экономайзера доходит до 15 %, а иногда и более. Гидравлическое сопротивление водяного экономайзера по водяному тракту для парогенераторов среднего давления не должно превышать 8 % рабочего давления в барабане.

В зависимости от металла, из которого изготавливаются экономайзеры, их разделяют на чугунные и стальные. Чугунные экономайзеры изготавливаются для работы при давлении в барабане парогенератора до 2,4 МПа, а стальные могут применяться для любых давлений.

На рис 1 показан общий вид экономайзера, собранного из описанных чугунных труб. Число труб выбирается из условия получения скорости продуктов сгорания в экономайзере в пределах 6-9 м/с при номинальной производительности парогенератора. Число горизонтальных рядов в экономайзере выбирается из условия получения необходимой поверхности нагрева.

Рис 1 Компоновка чугунного экономайзера

1-обдувочное устройство; 2-соединительный калач; 3-труба экономайзера; 4-трубопровод питательной воды; 5-предохранительный клапан; 6-гильза для термометра; 7-манометр.

Чугунный водяной экономайзер состоит из ребристых чугунных труб. Труба выпускаемых в настоящее время экономайзеров конструкции ВТИ показана на рис 2. Трубы соединяются между собой посредством калачей, как показано на рис 1. Питательная вода последовательно проходит по всем трубам снизу вверх, что обеспечивает удаление воздуха из экономайзера. Продукты сгорания проходят через зазоры между рёбрами труб.

В чугунных водяных экономайзерах недопустимо кипение воды, так как это приводит к гидравлическим ударам и разрушению экономайзера. Поэтому чугунные экономайзеры всегда работают как некипящие. Продукты сгорания в экономайзере целесообразно направлять сверху вниз для создания противоточной схемы движения воды и газов, при которой обеспечиваются лучшие условия теплообмена и минимальная поверхность нагрева экономайзера.

Компоновка поверхности нагрева чугунного водяного экономайзера может производиться в одну или две колонки. При компоновке не рекомендуется принимать к установке в одном ряду менее трёх и более восьми труб. Для обеспечения удовлетворительной наружной очистки поверхности нагрева водяного экономайзера обдувочный аппарат не должен обслуживать более 4ёх труб в горизонтальном ряду и более 8ми горизонтальных рядов. Через каждые восемь рядов следует предусматривать разрыв между трубами не менее 600 мм для установки обдувочного аппарата, осмотра и ремонта экономайзера.

Стальные экономайзеры изготавливаются из труб диаметром от 28 до 38 мм, которые изгибаются в змеевики. Змеевики водяного экономайзера обычно размещают в опускном газоходе при поперечном омывании их продуктами сгорания. Расположение змеевиков чаще всего шахматное, но может быть и коридорное.

Коллекторы водяного экономайзера имеют круглую форму, и в промышленных котлах их обычно размещают за пределами газохода, укрепляя на опорах. Для разгрузки мест присоединения змеевиков к коллекторам от веса самих змеевиков, заполненных водой, их обычно подвешивают с помощью специальных подвесок к каркасу котла или опирают на каркас с помощью опорных стоек. Для сохранения шага между змеевиками к опорным стойкам приваривают гребёнки. Трубки, вальцованные двумя концами в глухие фланцы. Для присоединения к трубопроводам тепловой сети и местных систем отопления или горячего водоснабжения предусмотрены четыре патрубка.

На рис 3 показана компоновка стального водяного экономайзера. Питательная вода поступает в нижний коллектор, и, пройдя по параллельно включённым змеевикам, направляется в промежуточный коллектор экономайзера для выравнивания распределения воды по отдельным змеевикам. Установка промежуточных коллекторов особенно необходима, если в экономайзере происходит частичное парообразование, так как перемешивание должно производиться до начала парообразования. При этом недогрев воды на входе в кипящую часть поверхности нагрева экономайзера должен составлять не менее 40 К.

Рис 3 Компоновка стального экономайзера

1-коллекторы; 2-змеевик; 3-опорная балка; 4-дистанцонная гребёнка.

Для обеспечения монтажа экономайзера отдельными блоками, удобства выполнения ремонтных работ и облегчения очистки поверхности нагрева от летучей золы поверхность разбивается на отдельные части (пакеты). Высота пакета не превышает 1,5 м при редком расположении труб и 1 м при тесном. Между пакетами предусматриваются разрывы 600-800 мм.

В последнее годы плавниковые трубы находят применение не только для мембранных экранных поверхностей нагрева газоплотных котлов, но и для мембранных водяных экономайзеров. Мембранный водяной экономайзер, изготовленный Подольским машиностроительным заводом, был испытан на котле производительностью 75 т/ч при сжигании сланцев. Испытанный мембранный экономайзер состоял из 10 мембранных пакетов, изготовленный из плавниковых труб 32 на 6 мм ( схема экономайзера на рис 4 ). Как показали испытания и опыт эксплуатации, экономайзер работает надёжно без термических деформаций мембранных пакетов ( прогибов, выпучиваний ).

Рис 4 Схема мембранного водяного экономайзера

Развивая конструкцию мембранных водяных экономайзеров, Подольский завод разработал мембранно-лепестковые экономайзеры. Мембранно-лепестковая конструкция состоит из цельносварных мембранных панелей, на проставки которых поперёк приварены частые и тонкие лепестки. В поперечном потоке газов лепестки омываются продольно, но, имея небольшую длину ( равную ширине проставки ) , они работают как входные элементы с высокой эффективностью и существенно улучшают коэффициент оребрения мембранной панели. При этом пара лепестков, располагающихся на проставке, по высоте не превышают диаметра труб и не приводят к увеличению габаритов экономайзера ( в отличии от поперечного оребрения на трубах ). Это создаёт компактность пучка и позволяет производить ремонт выемкой отдельного змеевика из пакета. Компактность в таких мембранно-лепестковых змеевиках приблизительно в 1,5-2 раза выше, чем поперечно оребрённых. Мембранно-лепестковая поверхность нагрева, разработанная Подольским заводом, не имеет аналогов зарубежом.

Схемы включения некипяший и кипящих водяных экономайзеров в общий водяной тракт парогенератора различны. В соответствии с требованиями правил Госгортехнадзора чугунные экономайзеры должны быть отключаемыми по водяному тракту и тракту продуктов сгорания ( иметь обводной газоход для пропускания продуктов сгорания мимо экономайзера ). При этом правилами Госгортехнадзора разрешено выполнять индивидуальные чугунные экономайзеры не отключаемыми по водяному тракту при условии непрерывного питания котла водой с помощью автоматического регулятора, установленного на входе воды в экономайзер.

Обводной газоход для отключения индивидуального водяного экономайзера по тракту продуктов сгорания необязателен при наличии сгонной линии, обеспечивающий постоянный пропуск воды через экономайзер в случаи повышения температуры воды после него. Пользоваться сгонной линией приходиться при растопке котла.

Схема включения чугунного экономайзера с устройством сгонной линии и размещением необходимой арматуры показана на рис 5.

Рис 5 Схема включения чугунного экономайзера со сгонной линией.

1-барабан парогенератора; 2-запорный вентиль; 3-обратный клапан; 4-вентиль на сгонной линии для подачи воды в деаэратор; 5-вентиль после водяного экономайзера; 6-предохранительный клапан; 7-чугунный водяной экономайзер; 8-вентиль перед водяным экономайзером; 9-линия подачи воды от питательного насоса.

Стальные экономайзеры, в которых допускается закипание воды, как правило, выполняются не отключаемыми по водяному тракту и тракту продуктов сгорания. Во избежание превращения все воды, находящейся в экономайзере, в пар при растопке парогенератора предусматривается рециркуляционная линия. Эта линия соединяет входной коллектор экономайзера с барабаном парогенератора и обеспечивает поступление воды в экономайзер при её испарении в период растопки. На линии рециркуляции устанавливается вентиль, который открывается при растопке парогенератора и закрывается при включении парогенератора в паровую магистраль. Схема включения стального экономайзера с линией рециркуляции и необходимой арматурой показана на рис 6.

Рис 6 Схема включения кипящего водяного экономайзера

1-барабан парогенератора; 2-коллекторы водяного экономайзера; 3-водяной экономайзер; 4-предохранительный клапан; 5-обратный клапан; 6-запорный вентиль; 7-вентиль на линии рециркуляции.

2. Основные виды повреждений экономайзера

Повреждения экономайзеров котлов промышленных котельных или электростанций почти во всех случаях приводят к аварийному останову котла. Основными повреждениями могут быть:

стальных экономайзеров:

коррозия труб на внутренней и наружной поверхностях нагрева в виде оспин и язвин (кислородное или кислотное разъедание); местный износ труб летучей золой под кромкой дефлекторов или защитных козырьков, а также износ труб из-за завихрения дымовых газов около хомутиков крепления змеевиков и расположенных вблизи обдувочных устройств (при неправильной работе и установке последних); нарушение плотности в местах вальцовки труб в коллекторе из-за неудовлетворительной вальцовки при монтаже или в результате резких изменений температуры питательной воды; кольцевые трещины на концах труб, ввальцованных в барабаны котла; пропуск лючковых и фланцевых соединений; образования свищей в сварных швах из-за дефектов, допущенных при изготовлении или монтаже;

чугунных экономайзеров:

разрыв ребристых или гладких труб поворотов калачей вследствие гидравлических ударов или термических напряжений; пропуск в прокладках фланцев из-за плохой поверхности фланцевых соединений (забоины, риски) или неудовлетворительного качества прокладочного материала; внутреннее загрязнение поверхности труб накипью или рыхлым шламом, а также занос наружной поверхности труб золой.

Расслоение пароводяной смеси

Проверку отсутствия расслоения пароводяной смеси проводят в горизонтальных и наклонных (вплоть до 60° к горизонту) парообразующих трубах. В них при определенных сочетаниях режимных параметров (давления, массовой скорости и др.) в условиях кризисов теплообмена водяная пленка на верхней части периметра исчезает, и температура данных участков значительно возрастает. По условиям надежности для таких труб массовые скорости не должны быть низкими.

Для выявления расслоения на парообразующих трубах устанавливают температурные вставки или на короткое время поверхностные ПТ по верхней и нижней образующим трубы в нескольких сечениях по ее длине. Показателем наличия или отсутствия расслоения является разница или совпадение температуры в проверяемых точках одного сечения.

Эрозионный золовой износ труб экономайзеров:

Эрозионный (механический) износ наружных поверхностей труб экономайзера происходит из-за истирания труб износом (золой). Интенсивность износа зависит от скорости дымовых газов, концентрации и абразивности содержащихся в них частиц топлива и шлака.

Наиболее сильному износу подвергаются поверхности, расположенные в проемах между змеевиками или трубами и стенками газохода, против щелей или неплотностей в газовых перегородках, в местах поворота потоков газов, в местах сужения газохода.

Износ возрастает при увеличении нагрузки котла и, при повышенных избытках воздуха и присосах его в газоходах (вследствие увеличения скорости газов). В первую очередь износу подвержены участки труб и витки змеевиков, первые по ходу газов. Повышенный износ наблюдается также в местах, где происходит завихрение газов, т.е. под кромкой дефлекторов или защитных козырьков у стен газоходов, на участках около поддерживающих и раскрепляющих змеевики конструкций и т. п.

Для предохранения змеевиков от износа на прямых участках и закруглениях труб устанавливают защитные манжеты. Иногда устанавливают групповую защиту закруглений труб, например у разделительных перегородок. Для защиты прямых участков труб от интенсивного износа к ним приваривают прутки под углом 40—50° к направлению газового потока или уголок.

Свищи в сварочных соединениях труб экономайзеров

Свищи в местах сварки, труб экономайзеров образуются из-за некачественной сварки, неудовлетворительного контроля за ее производством и качеством готовых швов, усталостных напряжений, возникающих в сварных швах, при колебании температуры питательной воды перед экономайзером, недостаточного охлаждения при растопках котла и переходных режимах его работы. Образование .свищей, может привести к разрыву труб.

Дефектами сварных соединений, являются неудовлетворительная подготовка кромок концов труб, наличие трещин в сварных швах, непровары (несплавления), прожоги и подплавления основного металла, наплывы (подтеки) и т. п.

В экономайзерах кипящего типа нередко появляются трещины на отводящих трубах, соединяющих экономайзер с барабаном котла. Это бывает в случае, когда трубы расположены горизонтально, или с небольшим наклоном, или выведены выше уровня воды в барабане котла и.обогреваются газами с температурой выше 550—600 °С. В результате образования паровых пробок или неравномерном распределении, воды по змеевикам трещины могут возникать в местах ввода концов змеевиков экономайзеров в барабан, если эти вводы не имеют защитных рубашек.

При 'Недостаточно деаэрированной воде быстро корродируют дефектные места сварных швов — трещины, непровары, пористость и т.п., что ведет к ускорению -коррозии в местах швов и околошовной зоны.

Образованию свищей в сварных швах наряду с дефектами сварки способствуют недостатки эксплуатационного характера: значительные колебания температуры воды при резко прерывистом питании котла и частые теплосмены металла труб.

Свищи в трубах экономайзеров, образовавшиеся в результате механического износа или коррозии, не всегда быстро обнаруживаются. Струями воды, истекающей с большой скоростью из свищей, изнашиваются близлежащие трубы, а увлажнение их усиливает и коррозионные процессы. При слабом надзоре за состоянием экономайзеров повреждения поверхностей нагрева могут принять значительные размеры. О течи труб экономайзера обслуживающий персонал нередко узнает по появлению шума в газоходе и парению через неплотности обмуровки и эоловых воронок, а также при необходимости усиленного питания котла водой.

Замораживание труб экономайзеров

Экономайзеры всех типов обычно выполняются как дренируемые, т.е. после останова и необходимого охлаждения вода из них может быть полностью спущена, если это необходимо. При низких температурах воду из экономайзера следует обязательно удалять из-за опасности замерзания ее в трубах.

Практика показала, что даже при незначительном провисании горизонтальной трубы экономайзера возможны ее разрыв или раздутие из-за замерзания оставленной в ней воды.

Повреждения опорно-подвесных раскрепляющих конструкций экономайзера

Повреждения каркасных конструкций экономайзера ведут к провисанию и нарушению правильного взаимного расположения змеевиков, пакетов. При этом усиливаются процесс эрозии труб, температурные разверки и затрудняется очистка поверхностей нагрева экономайзера от загрязнений. Повреждение подвесок и других деталей крепления, прогибы опорных балок иногда происходят из-за размещения их в зоне высоких температур дымовых газов и недостаточной жаропрочности металла.

•При пуске котла после монтажа иногда возникает вибрация питательных, паровых и других трубопроводов. Постепенное увеличение колебаний может привести находящиеся под давлением трубопроводы к разрушению. При выявлении вибрации трубопровода необходимо принять меры для ее устранения вплоть до аварийного останова котла.

Неравномерное поступление воды

Чугунные экономайзеры собирают из чугунных ребристых труб с фланцами и соединяют между собой с помощью чугунных колен (калачей) таким образом, чтобы питательная вода могла последовательно пройти по трубам от нижних коллекторов к верхним.

Такое движение необходимо, так как при нагревании воды падает степень растворимости находящихся в ней газов — кислорода и СОг — и они начинают выделяться в виде поднимающихся пузырьков, которые, налипая на стенки, производят коррозионное действие.

Во избежание образования паровых пробок в трубах не должно быть участков, где питательная вода двигалась бы сверху вниз. Опускное движение воды допустимо лишь в экономайзерах котлов сверхкритического давления, где в трубах не могут двигаться совместно пар и вода.

Питательная вода поступает в нижний коллектор, где распределяется по параллельно включенным змеевикам экономайзера; пройдя их, нагретая вода собирается в верхнем коллекторе, откуда поступает в котел. Неравномерное поступление воды из коллектора в змеевики экономайзера, особенно кипящего, может быть причиной повреждения труб.

Неравномерность вызывается различным тепловосприятием и гидравлическим сопротивлением змеевиков, условиями выхода из них воды.

В змеевик с большим гидравлическим сопротивлением поступает меньше воды из коллектора, значит, при равном тепловосприятии ее температура будет выше на выходе змеевика. Повышение температуры воды почти не влияет на гидравлическое сопротивление змеевика до определенного времени, пока в нем не начнется испарение воды, а в экономайзерах кипящего типа — пока не увеличится содержание пара на выходе воды из змеевика. Это означает, что длина змеевика, заполненного пароводяной смесью, увеличилась. Это приводит к резкому возрастанию сопротивления змеевика вследствие увеличения скорости пароводяной смеси,

По этой причине в змеевик начинает поступать меньше воды, чем в другие параллельно включенные змеевики с меньшим паросодержанием на выходе. Этот процесс может привести к тому, что в змеевик с повышенным тепловосприятием начнет поступать небольшое количество воды, которая будет, полностью испаряться и даже перегреваться в нем, а соли, содержащиеся в воде, будут оседать на стенках труб.

Известны случаи, когда в результате такого процесса выходящий из змеевика пар оказывался перегретым до температуры дымовых газов.

Страницы: 1, 2