Целью настоящего раздела является ознакомление персонала обслуживающего
объекта котлонадзора, инженерно-технических работников предприятий, а
также инспекторский состав Госгортехнадзора с обстоятельствами и
причинами аварий на объектах котлонадзора с тем, чтобы после изучения
этих причин были приняты необходимые меры по предупреждению подобных
аварий.
Здесь описаны некоторые аварии, которые произошли в течение многих лет
при эксплуатации паровых котлов, сосудов, работающих под давлением, и
трубопроводов пара и горячей воды.
Аварии происходят редко, но в отдельных случаях они сопровождаются
травмированием людей, вызывают разрушение зданий и оборудования и
наносят предприятиям значительный материальный ущерб.
АВАРИИ ПАРОВЫХ КОТЛОВ
Основные причины аварий при эксплуатации паровых котлов: упуск воды,
превышение давления, нарушение водного режима, дефекты изготовления и
ремонта.
Аварии паровых котлов, вызванные упуском воды
Анализ причин этих аварий показывает, что они являются следствием
неудовлетворительного надзора за эксплуатацией паровых котлов со стороны
администрации предприятий, недостаточной квалификации рабочих,
обслуживающих паровые котлы, и низкой трудовой дисциплины в котельных.
Большинство аварий, вызванных упуском воды, происходит из-за того, что
кочегары оставляют работающие котлы без надзора (отлучки из котельной,
сон во время дежурства) или в результате неправильных действий кочегаров
при обслуживании котлов. Аварии из-за упуск а воды чаще происходят в
вечерние и ночные часы дежурства, а также в выходные и праздничные дни,
когда контроль администрации за работой кочегаров ослаблен или
совершенно отсутствует. Ряд аварий произошел на предприятиях, где
начальниками котельных назначали малоквалифицированных практиков, знания
которых не были проверены экзаменационными комиссиями в соответствии с
«Типовым положением о проверке знаний руководящих и
инженерно-технических работников правил, норм и инструкций по технике
безопасности».
В отдельных случаях последствия аварий усугублялись неправильными
действиями кочегаров, производивших питание котла водой после
обнаружения упуска воды, в нарушение требований Инструкции для персонала
котельных, утвержденной Госгортехнадзором (ХСР, категорически
запрещающей при упуске воды производить, подпитку котла.
Чтобы повысить требования к качеству обучения и аттестации машинистов
(кочегаров) котлов и водосмотров правила котлонадзора по паровым котлам1
предусматривают аттестацию персонала только постоянно действующими
квалификационными комиссиями, организуемыми при
профессионально-технических училищах, институтах технического обучения,
а также на крупных предприятиях, располагающих соответствующими
условиями и специалистами с обязательным участием в комиссии инспектора
котлонадзора.
Действенным средством борьбы с упуском воды явилось оснащение паровых
котлов надежно действующими сигнализаторами предельных положений уровня
воды и автоматическими регуляторами питания котла.
Перевод с твердого топлива на газообразное и жидкое дает возможность
оснастить котльк более эффективными средствами автоматики безопасности.
К таким средствам относятся автоматические устройства, прекращающие
подачу топлива в топки котлов при снижении уровня воды в котле ниже
допустимого.
В настоящее время, в соответствии с Правилами котлонадзора, паровые
котлы производительностью 0,7 т/ч и выше оснащены автоматически
действующими звуковыми сигнализаторами верхнего и нижнего предельных
положений уровня воды, а котлы с камерным сжиганием топлива, кроме того,
— автоматическим отключением подачи топлива при снижении уровня воды
ниже допустимого. Котлы производительностью 2 т/ч и более снабжены
автоматическими регуляторами питания.
При осуществлении Госгортехнадзором СССР мер, направлен* ных на
обеспечение безопасных условий эксилуатации паровых котлов, особое
внимание уделялось условиям работы вертикальных цилиндрических котлов,
эксплуатация которых связана с повышенной опасностью. Практика работы
подобных котлов показала, что относительно .небольшие деформации жаровой
трубы (внутренней цилиндрической обечайки), возникающие вследствие
перегрева металла при снижении уровня воды ниже допустимого или из-за
отложений накипи, могут привести к взрыву котла. В то же время в
водотрубных котлах типа ДКВР при аналогичных нарушениях режима работы
происходит лишь разрыв кипятильных труб.
Наиболее уязвимым местом вертикальных цилиндрических котлов является
плоское уторное кольцо, присоединяемое к корпусу и жаровой трубе котла
угловыми швами, проверка качества которых связана с большими
трудностями.
В жестком сварном соединении наружной и внутренней обечаек с плоским
уторным кольцом при форсировках режима и резких колебаниях нагрузки
возникают повышенные термические напряжения. Изготовление котлов с
плоскими уторными кольцами было запрещено Госгортехнадзором СССР. Заводы
начали выпускать котлы с штампованными уторными кольцами, соединяемыми с
наружной и внутренней обечайками сварными стыковыми швами, которые легко
доступны для проверки качества неразрушающими методами дефектоскопии.
При переводе вертикальных цилиндрических котлов на
газообразное или жидкое топливо увеличивается опасность их эксплуатации.
При работе на твердом топливе тепловые напряжения топочной камеры
сравнительно невелики. Уторное кольцо, расположенное выше колосниковой
решетки, находится в зоне низких температур. При работе на газообразном
и жидком топливе сжигание происходит во внешних топках, сооружаемых под
котлом. Условия работы существенно меняются. Температура в топке и
тепловые нагрузки металла повышаются. Уторное кольцо оказывается в зоне
с высокой температурой, что при обычной загрязненности шламом внутренней
стороны нижней части котла и неудовлетворительной защите футеровкой со
стороны топки создает угрозу перегрева стенки котла и аварии.
Для предупреждения возможных аварий Госгортехнадзор СССР разрешил работу
вертикальных цилиндрических котлов с плоским уторным кольцом только на
твердом топливе со сниженным давлением. Котлы со штампованным уторным
кольцом допускаются к эксплуатации на жидком и газообразном топливе при
соблюдении следующих условий:
— перевод котлов на жидкое и газообразное топливо осуществлять только по
проекту, выполненному специализированной организацией:
— в процессе эксплуатации производительность котла не должна превышать
номинальную, указанную в паспорте;
— нижняя часть котла со стороны топки должна быть защищена футеровкой,
исключающей возможность перегрева элементов котла выше допускаемой
температуры.
Состояние футеровки должно быть проверено кочегарами при каждой сдаче и
приемке смен и не реже одного раза в неделю лицом, ответственным за
безопасную эксплуатацию котлов. Результаты проверки должны быть записаны
в сменный журнал.
С 1января 1972 г. вертикальные цилиндрические котлы сняты* с
производства. Котлостроительными заводами освоен выпуск менее опасных и
более экономичных в эксплуатации водотрубных котлов производительностью
до 1 т/ч (типа Е— 1/9),
Хозяйственными организациями проведена большая работа по замене
вертикальных цилиндрических жаротрубных котлов современными водотрубными
котлами, в результате чего число первых сократилось в несколько раз.
Число находящихся в эксплуатации вертикальных цилиндрических котлов
уменьшилось также благодаря переводу предприятий на централизованное
теплоснабжение.
Благодаря мерам, принятым Госгортехнадзором СССР, число аварий из-за
упуска воды резко сократилось.
Приводим характерные аварии паровых котлов, которые произошли вследствие
унуска воды.
1. На одном из предприятий управления бытового обслуживания населения
произошла авария парового котла ДКВР-6,5-13. В котельной этого
предприятия установлено три паровых котла ДКВР (один
паропроизводительностью 6,5 т/ч и два—4 т/ч), которые обслуживались
двумя машинистами.
В день аварии по указанию администрации предприятия один из машинистов
был отправлен на погрузочные работы, а через некоторое время второй
машинист также покинул свое рабочее место, оставив котлы без надзора.
В результате этого на одном котле ДКВР-6,5-13
произошел глубокий упуск воды, при этом часть труб вырвало из трубных
отверстий барабана. Выброшенными из топочной камеры горячей водой и
паром был травмирован слесарь, ремонтировавший в это время на котле
взрывной предохранительный клапан.
Котел ДКВР-6,5-13 оснащен сигнализатором предельных уровней воды,
автоматическим устройством для прекращения подачи топлива при снижении
уровня воды ниже допустимого и автоматическим регулятором питания.
Однако в момент аварии средства сигнализации и автоматики защиты
бездействовали, так как были отключены от электросети.- Устройство для
отключения установлено на общей панели в месте, легко доступном для
посторонних лиц. Комиссии по расследованию аварии не удалось установить,
кто произвел отключение.
В котельной холодильника был допущен упуск воды на вертикальном
цилиндрическом котле типа ММЗ, работающем на твердом топливе. В
результате понижения уровня воды внутренняя цилиндрическая обечайка
котла подвергалась значительной деформации и только благодаря счастливой
случайности не произошло взрыва котла. В ночь, когда произошла авария,
ответственный дежурный по холодильнику заходил в котельную и видел, что
машинист котла спит, но никаких мер при этом не принял. И в этом случае
имевшийся на котле сигнализатор был отключен. Машинисты неоднократно
отключали сигнализатор, так как допускали отклонения уровня воды от
нормального, а включающаяся при этом сирена «мешала» им работать.
Расследованием установлено, что в этой котельной допускались грубейшие
нарушения Правил безопасности. Исполняющим обязанности начальника
котельной был назначен сварщик, не имевший специального образования и
опыта работы по эксплуатации котлов, причем работу начальника котельной
он совмещал с работой сварщика. Машинисты котлов принимали и сдавали
дежурства без проверки исправности питательных насосов, арматуры и
приборов безопасности и без внесения соответствующих записей в сменный
журнал.
Показательной является также авария с вертикальным цилиндрическим котлом
на фабрике художественной галантереи. Машинист котла, находясь на
дежурстве, в 19 часов ушел, оставив котельную без надзора, и возвратился
в 23 часа в нетрезвом состоянии. По возвращении в котельную он начал
форсировать работу котла, находившегося в горячем резерве, и при этом
допустил глубокий упуск воды, в результате чего на внутренней
цилиндрической обечайке образовалась выпучина размером 2000X600 мм со
стрелой прогиба до 400 мм. Авария привела к прекращению производства на
длительное время, фабрике нанесен значительный материальный ущерб.
Комиссией по расследованию аварии и здесь выявлены грубейшие нарушения
Правил безопасности. Питательные насосы работали с перебоями,
сигнализатор и автоматическое устройство для прекращения подачи топлива
отключены, так как были в неисправном состоянии. Приказом по фабрике не
было назначено лицо, ответственное за исправное состояние и безопасное
действие котла. Машинист, допустивший аварию, был не обучен и не имел
удостоверения на право обслуживания котла. Главный механик и другие
инженерно-технические работники не проходили проверки знаний по правилам
безопасности. Администрация фабрики без согласования с
профсоюзной организацией увеличила длительность
дежурств машинистов до 24 ч.
Для предупреждения подобных аварий Госгортехнадзор СССР обязал
руководителей предприятий обеспечить должную производственную дисциплину
в котельных и строгое соблюдение Правил безопасности при эксплуатации и
ремонте паровых котлов.
Особое внимание должно быть обращено на обеспечение своевременного и
качественного проведения наладки, регулировки и ремонта устройств и
приборов сигнализации и автоматики безопасности и осуществление мер,
ограничивающих доступ к отключающим устройствам лиц, не имеющих
отношения к их обслуживанию и ремонту. Следует строго наказывать лиц,
преднамеренно отключающих приборы безопасности на котлах, находящихся в
эксплуатации.
В производственную инструкцию необходимо внести дополнительные
требования, регламентирующие порядок, сроки и способы периодической
проверки исправности действия сигнализации и автоматики.
Госгортехнадзором СССР дано также указание госгортехнадзорам союзных
республик и управлениям округов РСФСР вменить в обязанность инспекторов
котлонадзора при проведении периодических обследований котельных
обращать особое внимание на качество обучения и правильность аттестации
машинистов (кочегаров) котлов, на техническое состояние средств
сигнализации и автоматики безопасности котлов и организацию надзора за
их эксплуатацией и ремонтом. Предложено также провести целевые
обследования предприятий, на которых в 1974 и 1975 гг. были аварии при
эксплуатации объектов котлонадзора, предусмотрев проверку выполнения
этими предприятиями мер, исключающих возможность повторения аварий.
2. На локомобильной электростанции производственного объединения
«Стеклотара» при эксплуатации локомобилей допускались грубейшие
нарушения Правил безопасности. На станции не было производственной
инструкции, прием и сдача дежурств производились без проверки
технического состояния и исправности оборудования, питательных насосов,
арматуры и приборов безопасности. На электростанцию беспрепятственно
могли попасть посторонние лица.
Паровые котлы локомобилей оснащены звуковыми сигнализаторами предельных
уровне воды. В процессе эксплуатации локомобилей были резкие колебания
уровня воды в котлах, что приводило к частым включениям сигнализаторов.
Машинисты локомобилей с ведома начальника станций отключили
сигнализаторы.
Руководители производственного объединения, директор, и. о. главного
инженера и главный энергетик не контролировали работу персонала станции.
Пренебрежительное отношение администрации и машинистов локомобилей к
соблюдению требований правил безопасности привело к серьезной аварии
котла — упуску воды, вызвавшему взрыв котла.
При упуске воды в верхней части жаровой трубы образовалась выпучина
длиной 1000 мм со стрелой прогиба 300—350 мм, а затем произошел разрыв
трубы. Здание станции было разрушено, повреждено оборудование.
При расследовании выяснилось, что машинист локомобиля, допустивший упуск
воды, более года не работал по специальности и был допущен к
обслуживанию локомобиля без предварительной проверки его знаний.
3 В котельной мясокомбината из-за упуска воды
произошел взрыв котла типа ММЗ. Установлено, что кочегар уснул, котел
длительное время работал без подпитки водой. На котле по требованию
местного органа госгортехнадзора было смонтировано автоматическое
устройство по отключению подачи жидкого топлива в топку при снижении
уровня воды ниже допустимого. Установленный на трубопроводе
клапан-отсекатель соленоидного типа подачи мазута имел обводную линию
(байпаса). Мазут поступал из бака, расположенного на небольшой высоте.
Из-за отсутствия необходимого подогрева и недостаточного давления
мазута, поступавшего самотеком к форсункам, пропуск топлива через
клапан-отсекатель был затруднен и мазут поступал по обводной линии. При
упуске воды автоматическое устройство сработало, однако горение не
прекратилось, так как мазут продолжал поступать к форсунке котла через
открытый пробковый кран на обводной линии.
Аналогичные аварии по тем же причинам произошли с котлом ДКВР-4-13 на
винзаводе и котлом ММЗ на другом мясокомбинате.
На винзаводе при упуске воды из котла, несмотря на срабатывание клапана
— отсекателя, топливо продолжало поступать в топку котла по обводной
линии, в результате чего произошла авария котла.
На мясокомбинате необученный кочегар в ночное время оставил без
наблюдения работающий котел, что привело к упуску воды и аварии, в
результате которой котел полностью выведен из строя.
Как показало расследование, из-за отсутствия подогрева мазут имел
большую вязкость. При этих условиях усилие, раззиваемое
клапаном-отсекателем, оказалось недостаточным для прекращения подачи
мазута в топку.
4. В феврале 1975 г. в котельной специализированного управления
произошел взрыв вертикального цилиндрического котла типа ММЗ.
В результате взрыва разрушило здание котельной, наружная цилиндрическая
обечайка котла с пучком труб отброшена на 58 м.
В котельной установлено два вертикальных цилиндрических котла (ММЗ и
ВГД-28/8). Оба котла со штампованными упорными кольцами работали на
жидком топливе. Котел ММЗ длительное время бездействовал, так как из-за
неудовлетворительного технического состояния был запрещен к эксплуатации
инспектором котлонадзора.
В день аварии в работающем котле ВГД-28/8 резко ухудшилась тяга, и
топочные газы начали проникать в котельное помещение. В связи с этим
главный механик управления, ответственный за безопасную эксплуатацию
котлов, дал указание кочегару остановить котел ВГД-28/8 и временно
пустить в работу запрещенный к эксплуатации котел ММЗ.
Котел был растоплен кочегаром без проверки исправности
контрольно-измерительных приборов, арматуры и приборов безопасности.
Такая проверка предусмотрена Инструкцией для персонала котельных и
обязательна перед каждой растопкой котла. В данном случае проверка тем
более была необходима, так как котел длительное время бездействовал.
Через несколько часов после пуска в работу в котле повысилось давление,
сработали предохранительные клапаны, по давление при этом мало
изменилось и клапаны продолжали оставаться в открытом положении.
Кочегар не принял мер к снижению давления и попытался закрыть
предохранительные клапаны с помощью дополнительного груза Эта попытка не
удалась, и он ушел из котельной, чтобы позвонить
домой начальнику транспортного участка и выяснить
как ему следует поступать дальше. Начальник участка, не будучи
специалистом и не зная конкретной ситуации в котельной, тем не менее дал
указание кочегару продолжать работу и по возможности продержаться до
утра. По возвращении в котельную кочегар обнаружил упуск воды и вместо
немедленного прекращения работы котла, включил питательный насос, а
затем, по-видимому, почувствовав непосредственную угрозу аварии,
поспешно покинул котельную.
В результате глубокого упуска воды внутренняя цилиндрическая обечайка по
всей высоте деформировалась, а затем последовал разрыв металла в зоне
приварки уторного кольца к обечайке.
Имевшееся у котла автоматическое устройство для отключения подачи
топлива при снижении уровня воды ниже допустимого в момент аварии
оказалось в неисправном состоянии.
5. В октябре 1975 г. на заводе профилированного стального настила
произошла авария парового котла Д КВ Р-20 13. Котел изготовлен в 1973 г.
и введен в эксплуатацию на газообразном топливе в июле 1975 г.
Из-за неисправности автоматического регулятора питания в процессе
эксплуатации котла были кратковременные упуски воды и пе-репитки котла
При очередной перепитке котла машинист решил снизить уровень воды
продувкой котла через продувочный вентиль второй ступени испарения.
Длительная продувка привела к нарушению циркуляции, перегреву и
образованию свищей на двух трубах правого бокового экрана второй ступени
испарения.
Строгое соблюдение водного режима с тщательным контролем за качеством
питательной воды и безнакипным состоянием поверхностей нагрева является
одним из основных условий обеспечения безопасности эксплуатации таких
котлов. Это тем более необходимо для котлов, работающих на газообразном
топливе, так как в этом случае при неравномерной работе горелок возможно
резкое повышение локальных тепловых нагрузок радиационных поверхностей
нагрева.
Между тем в данном случае допускались серьезные нарушения водного
режима. Непосредственно перед аварией в течение нескольких дней, из-за
отсутствия на складе поваренной соли, регенерация натрий-катионовых
фильтров не производилась и котлы питали водой с общей жесткостью 5
мг-экв/кг при норме 0,015 мг-экв/кг.
Наличие отложений на внутренних поверхностях экранных труб ускорило
развитие аварии.
6. В котельной завода дорожных машин произошла авария парового котла
Шухова—Берлина типа А~5, изготовленного Бийским котельным заводом для
работы на твердом топливе. В 1966 г. котел был переведен на природный
газ. Питание котла осуществлялось автоматическим регулятором питания.
Из-за невнимательности и низкой квалификации кочегара во время работы
котла произошел упуск воды. Желая скрыть допущенную ошибку, кочегар,
вопреки требованиям производственной инструкции, включил питательный
насос. В котле была нарушена плотность вальцовочных соединений двадцати
кипятильных труб, у трубных решеток образовался прогиб до 26 мм.
Котел оснащен сигнализатором предельных уровней воды, автоматическим
регулятором питания, автоматической отсечкой и сниженными указателями
уровня. Все средства сигнализации и автоматической защиты были
подключены к одному датчику. Выход из
строя датчика привел к одновременному отключению
всех этих средств безопасности.
7. В котельной фабрики было установлено два котла типа ММЗ.
Ответственным за безопасную эксплуатацию котлов приказом директора был
назначен механик фабрики, не имевший специального образования и
необходимого опыта работы с котлами. Он мало интересовался работой
котлов и редко посещал котельную.
При эксплуатации котлов допускались грубые нарушения правил
котлонадзора. Периодическая проверка знаний кочегаров не проводилась. К
обслуживанию котлов допускались необученные рабочие. Неоднократно
кочегары оставляли котлы без наблюдения.
Котел был введён в эксплуатацию за три дня до аварии после ремонта, при
котором применялась сварка. Вопреки требованиям правил котлонадзора
котел не был предъявлен инспектору котлонадзора для технического
освидетельствования. Администрация фабрики не сочла нужным проверить
качество выполненных работ.
В первые часы работы котла выяснилось, что ремонт выполнен
неудовлетворительно. В сварном шве шуровочного кольца наблюдалась течь.
Вентиль на питательной линии пропускал, а обратный клапан не «садился»
на место, вследствие чего вода из котла уходила и кочегары вынуждены
были усиленно питать котел водой даже при небольшом отборе газа. Из-за
неисправности единственного питательного насоса (правилами требуется
установка не менее двух питательных насосов) питание котла
осуществлялось из водопровода, причем манометр на водопроводной линии
отсутствовал и давление определялось кочегарами по напору струи воды из
крана.
В день аварии кочегар закончил дежурство в 20 ч и, не дождавшись прихода
кочегара другой смены, ушел домой, никого не предупредив. Отбор пара из
котла в это время был минимальным, так как большинство потребителей было
отключено. Спустя 30 мин явился на работу в нетрезвом состоянии кочегар
следующей смены.
В 21 ч 45 мин в результате упуска воды и неправильных действий кочегара
(обнаружив упуск воды, кочегар начал питать котел водой) произошел взрыв
котла.
Котел был отброшен на 240 м от места установки.
8. В январе 1975 г. на одном из предприятий г. Орджоникидзе произошла
авария котла ДКВР-10-13, работающего на газообразном топливе.
Котельная установка этого предприятия, состоящая из трех котлов
ДКВР-10-13, обслуживалась двумя кочегарами. В день аварии работал один
котел.
В 20 ч старший кочегар самовольно ушел из котельной, поручив
обслуживание котла второму кочегару. В 3 ч ночи он вернулся и увидел,
что все помещение котельной заполнено дымом! Питательные приборы
бездействовали, в водоуказательных приборах воды не было, горелки
включены и работают на полную мощность. Второй кочегар, будучи в
нетрезвом состоянии, спал крепким сном. Старший кочегар сразу же
отключил подачу газа и прекратил работу котла.
В результате упуска воды верхний барабан деформирован, экранные трубы
сожжены, в нижнем барабане между трубными отверстиями образовались
трещины. Нижняя часть труб расплавилась, при этом расплавленный металл
через трубные отверстия стекал в нижний барабан. Внутри барабана
обнаружен застывший расплавленный металл.
Так, вследствие преступно-пренебрежительного отношения кочегара к своим
обязанностям и отсутствии должного контроля со стороны руководителей
предприятия за техническим состоянием котла (автоматика безопасности
работы котла была неисправна) и работой обслуживающего персонала был
выведен из строя паровой котел.