Аварии паровых котлов из-за дефектов, допущенных
при их изготовлении и ремонте
1. На одном из предприятий Архангельской области произошла авария с
паровым горизонтально-водотрубным котлом системы Шухова— Берлина А-7
(рабочее давление 13 кгс/см2, поверхность нагрева 245 м2,
паропроизводительность 8,4 т/ч). Котел был остановлен для наружной
чистки поверхностей нагрева и профилактического осмотра. По окончании
работ начальник котельной дал распоряжение дежурному персоналу в 18 ч
растопить котел и в 20 ч пустить его в эксплуатацию. В 19 ч 30 мин при
давлении 13,2 кгс/см2 котел был включен в общий паропровод. Через 8—10
мин после включения котла произошел разрыв задней секционной головки по
сварному шву, соединяющему трубную решетку с цилиндрической обечайкой
головки, в результате чего передняя секционная головка с пучком
кипятильных труб и трубной решеткой задней головки силой взрыва была
выброшена через оконный проем на территорию завода на расстояние 50 м от
здания котельной, и только по счастливой случайности при аварии не
пострадали люди.
Комиссия, расследовавшая аварию, установила, что причиной ее явилось
наличие старой трещины в сварном шве головки. В условиях переменных
нагрузок, при которых работал котел, и частых форсированных растопок и
остановок котла это привело к разрушению сварного шва головки и взрыву.
2. При подготовке котла к продувке водосмотр обнаружил, что в этот котел
и два другие работающие котла не поступает вода. Одновременно дежурный у
насосов заметил, что питательный центробежный насос работает
ненормально, рывками, о чем немедленно сообщил старшему кочегару и
начальнику котельного цеха.
Переключение питания с одного центробежного насоса на другой, а затем на
турбонасос не дали результата: вода в котлы не поступала, поэтому все
три котла пришлось остановить и прекратить подачу пара в цеха на
технологические нужды.
При расследовании аварии выяснилось, что прекращение подачи питательной
воды произошло из-за перекрытия питательной линии, идущей к насосам,
крышкой люка питательного бака, которая во время очередного ремонта была
неудовлетворительно ирихипчена сваркой. По истечении шести месяцев после
ремонта в результате сильной коррозии сварного соединения крышка была
сорвана и давлением воды прижата к нижнему отверстию бака, закрыв тем
самы ,i поступление воды в питательную линию. Так, неудовлетворительно
выполненная сварка при ремонте крышки привела к аварии.
3. Серьезная авария произошла на ТЭЦ одного из нефтезаводов. Вследствие
отключения электроэнергии для собственных нужд ТЭЦ и остановки
электронасосов прекратилось питание всех работающих котлов. Включение
турбонасосов не дало результатов, так как задвижка на трубе от
питательного бака к турбонасосам оказалась после ремонта неисправной и
ее нельзя было открыть. Паровые котлы были остановлены из-за быстрого
падения уровня воды. Однако от главного паропровода котлы отключили не
сразу. При продолжавшемся потреблении пара давление его снизилось с 20
до 13 кгс/см2, а усиленное при этом испарение за счет большой
теплоаккумулирующей способности топок привело к глубокому упуску воды,
вызвавшему разрыв и деформацию многих экранных труб.
4. Котел поверхностью нагрева 145 м2, установленный на нефтебазе, был
снабжен двумя инжекторами, из которых один был неисправен.
Во время работы котла кочегар заметил, что работающий инжектор плохо
подает воду в котел. Механик нефтебазы установил, чтб и второй инжектор
неисправен и приказал потушить котел, Тем более, что к этому времени
произошел упуск воды. Приведя в исправное состояние работавший инжектор,
механик, зная, что воды в водоуказательной колонке не было, не выявив
глубину упуска воды, подкачал воду в котел и распорядился вновь
растопить его. Когда же через двое суток котел остановили на чистку,
была обнаружена течь в топке и выпучина потолка огневой камеры,
явившиеся результатом упуска воды в период неисправной работы инжектора.
При рассле-
довашш причин повреждения котла установлено, что
легкоплавкая пробка покрыта накипью и не проверялась в течение 2,5 лет.
Такое безответственное отношение к осмотру неисправного инжектора при*
вело к серьезным повреждениям парового котла.
5. В марте 1975 г. произошел взрыв парового котла, снятого с паровоза и
установленного стационарно в котельной автокомбината. Паровой котел
паровоза серии ЕА поверхностью нагрева 230 м2 с рабочим давлением '14
кгс/см2 изготовлен паровозостроительным заводом «АЛКО» (США) в 1944 г. и
последний раз был в капитальном ремонте в 1964 г. В котельной
автокомбината введен в эксплуатацию в 1970 г. В результате взрыва котел
отброшен на 48 м от места установки, разрушено здание котельной.
При осмотре котла после аварии установлено, что левый боковой лист
топочной коробки оторван по сварным соединениям, остальные стенки топки
деформированы, повреждено большое число связей. Легкоплавкие пробки не
выплавлены и при испытаниях в лабораторных условиях температура
плавления их соответствовала установленным нормам. Предохранительные
клапаны, подвергнутые испытанию на стенде, сработали при давлении 12
кгс/см2.
Непосредственной причиной аварии явились дефекты, допущенные при ремонте
котла в 1964 г. Непровар в сварных соединениях, выполненных при замене
левой боковой стенки топочной коробки, составил от 25 до 80%, сварка
производилась без необходимой разделки кромок соединяемых элементов.
Листовая сталь, примененная при ремонте котла, не удовлетворяет
требованиям правил котлонадзора (Ст, Зкп и Ст. 5).
Возникновению аварии способствовали грубые нарушения указанных правил,
допускавшиеся при эксплуатации котла. Администрация автокомбината не
обеспечила должного технического надзора за работой котельной установки.
Несмотря на то, что большое число распорных связей, соединяющих топочную
коробку с кожухом топки, были оборваны, о чем свидетельствуют заглушки в
их контрольных отверстиях, котел не был остановлен для замены дефектных
связей. Из-за того что отсутствовало водоподготовительное устройство и
был нарушен график прохмывки и чистки котла, отложения на его
поверх-ностях нагрева составляли от 1 до 8 мм, что приводило к перегреву
и снижению прочности металла котла.
Как показала проверка, нарушения правил котлонадзора при эксплуатации
подобных котлов допускаются и на других предприятие тиях. В связи с этой
аварией Госгортехнадзор СССР предложил руководителям госгортехнадзоров
союзных республик и управлений округов РСФСР потребовать от предприятий
и организаций, где эксплуатируются котлы паровозного, локомобильного и
судового типа (при газотрубном исполнении), проведения:
— проверки неразрушающими методами дефектоскопии всех заклепочных
соединений котлов;
— проверки неразрушающими методами дефектоскопии сварных соединений,
выполненных при ремонте элементов котлов (за исключением жаровых и
дымогарных труб диаметром до 150 мм), если та-кие проверки ранее не
производились;
— проверки неразрушающими методами дефектоскопии всех сварных соединений
котлов, находящихся в эксплуатации более 30 лет (за исключением жаровых
и дымогарных труб диаметром до 150 мм), если ранее такая проверка не
производилась;
— проверки фактической толщины стенок барабанов и топок (то-
почных камер, огневых коробок, жаровых труб и т.
п.) и проведения проверочного расчета их на прочность, если утонение
стенок превышает добавку к расчетной толщине;
— химического анализа металла, примененного при ремонте котла, с
определением марки стали и ГОСТа, если в паспорте котла не имеется
данных на этот металл;
— механических испытаний металла барабанов и топок (топочных камер,
огневых коробок, жаровых труб и др.), примененных при ремонте для
определения временного сопротивления и относительного удлинения по ГОСТ
1497—73 или безобразцовым методом контроля — при отсутствии данных в
паспорте котла, а также независимо от наличия их по заключению
инспектора котлонадзора, если имеются признаки понижения прочности
металла (плёны, расслоения, выпучи-ны, трещины и др.), примененного как
при ремонте, так и при изготовлении.
Механические свойства должны быть не ниже указанных в ст. 10-2-26 Правил
устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов.
Если при изготовлении или ремонте котлов были применены металлы, не
предусмотренные действующими правилами, предприятию — владельцу коглов
необходимо получить заключение соответствующей научно-исследовательской
организации о возможности дальнейшей эксплуатации котлов.
6. На паровом котле ТПП-110 ГРЭС в процессе эксплуатации была нарушена
плотность глухих внутренних перегородок во входных камерах подового
экрана нижней радиационной части (НРЧ), что привело к нарушению
гидродинамики в панелях и как следствие этого к перегреву и разрыву
труб.
Котел ТПП-110 — прямоточный, двухкорпусный, несимметричный,
паропроизводительностью 950 т/ч, работающий с давлением 255 кгс/см2,
температурой свежего пара 565° С и вторичным перегревом до 570° С при
давлении 37 кгс/см2. Характерная особенность этих котлов заключается в
том. что промежуточный пароперегреватель установлен в одном корпусе, а
большая часть первичного пароперегревателя— в другом. Такая компоновка
облегчает одновременную регулировку температуры пара первичного и
вторичного перегревов. Однако при выходе из строя отдельных элементов
одного из корпусов приходится останавливать весь котел. Камеры диаметром
219 мм и толщиной стенки 30 мм изготовлены из стали 12Х1МФ. Глухие
перегородки, установленные внутри камер, предназначены для разделения
потоков пароводяной среды тракта сверхкритического давления.
В связи с такой аварией персоналом ГРЭС во время останова котлов
производились осмотры камер для определения плотности внутренних
перегородок. В результате осмотров были выявлены нарушения плотности
перегородок в камерах подового экрана НРЧ еще на одном котле,
перегородки оказались выгнутыми или повернутыми внутри камер. В камерах
других поверхностей нагрева дефекты не выявлены.
Деформация и отрыв перегородок в камерах подового экрана НРЧ могли
появиться при раздельном гидравлическом испытании пароводяного тракта
(по потокам). По данным завода-изготовителя котлов (ТКЗ) внутренние
перегородки камер не рассчитаны на одностороннее давление и поэтому
нельзя допускать раздельное гидравлическое испытание пароводяного тракта
по потокам.
По рекомендации завода-изготовителя в период капитального
ремонта котлов из камер были вырезаны катушки с
перегородками для замены перегородок. В вырезанных катушках в местах
приварки перегородок обнаружили отдельные трещины, проникшие в стенку
камер на глубину до 20 мм. Трещины шли от внутренней поверхности камеры
(от корня сварного шва приварки перегородки) в сторону стыкового шва,
соединяющего обе ее половины.
Металлографическим исследованием установлено, что поверхность излома
трещин сильно окислена и, следовательно, трещины возникли Давно и
развивались постепенно в процессе эксплуатации котла. Было высказано
предположение, что трещины появились из-за того, что расстояние между
местом приварки перегородки и стыковым швом, соединяющим две половины
коллектора, слишком малы (около 50 мм). При повышенной жесткости
конструкции узла приварки перегородки и небольшом расстоянии между двумя
кольцевыми швами могли возникать значительные напряжения в металле как
при термообработке камеры на заводе-изготовителе, так и в процессе
эксплуатации при пусках и остановах оборудования. Дефектные участки
камер были удалены и заменены вставками с приваренными к ним
перегородками толщиной 30 мм, Рекомендуется в период ремонтов проводить
ультразвуковую дефектоскопию узлов приварки перегородок к камерам.
(Из экспресс-информации СЦНТИ ОРГРЭС, 1974)
7. В феврале 1977 г. на ГРЭС произошла авария парового котла типа
ПК-Юп-2 паропроизводительностью 220 т/ч параметрами пара 100 кгс/см2 и
540° С. Котел изготовлен Подольским машиностроительным заводом им.
Орджоникидзе в 1960 г. и введен в эксплуатацию в сентябре 1961 г. До
аварии отработал 54 700 ч.
Особенностью конструкции этого котла является наличие пред-включенного
барабана, расположенного несколько выше основного и предназначенного для
предварительного отделения пара от воды. В меньший по объему
предвключенный барабан поступает пароводяная смесь из экранов.
Отделившийся пар поступает в основной барабан Но верхним пароперепускным
трубам, а вода — по нижним водоперепускным трубам. Трубы приварены к
штуцерам, которые в свою очередь приварены к барабанам.
В И ч 05 мин при нормальном режиме работы котла произошел разрыв
верхнего гиба водоперепускной трубы, при этом концы трубы с частью
штуцера были оторваны от обоих барабанов. Отрыв произошел на расстоянии
5—10 мм от шва приварки штуцеров к барабану. Характер разрушения хрупкий
без заметной деформации.
Непосредственной причиной разрушения трубы явилось образование на ее
внутренней поверхности в месте гиба трещин усталостнокоррозионного
характера. Темная окисленная поверхность излома трещин свидетельствует о
том, что они возникли давно и постепенно развивались в процесса
эксплуатации котла. Возникновению трещин способствовали повышенные
напряжения в металле, обусловленные наличием рисок на вйутренней
пойерхности трубы и искажением ее формы, а также коррозионное
воздействие среды на металл.
Характерной особенностью эксплуатации котлов на ГРЭС является низкий
коэффициент их использования, в связи с чем периодически возникала
необходимость в консервации котлов, в том числе и котла, с которым
произошла авария. В 1963—1969 гг. на станции применяли различные методы
консервации. Некоторые из этих методов были в то время не совсем
совершенны, и поэтому была допущена значительная стояночная коррозия
водоперепускных труб, глав-ным образом в тех местах, где расположены
нижние гибы. До 1973 г. все нижние гибы труб котла, ближайшие к
основному барабану, были заменены. Верхние гибы этих труб, расположенные
ближе к пред-включенному барабану, не заменяли. Окончание работ по
замене гибов водоперепускных труб было запланировано на 1976 г. Однако
эти работы не были выполнены.
Для предупреждения подобных аварий необходимо провести мероприятия,
предусмотренные Решением Минэнерго СССР, Минтяж-машем и
Госгортехнадзором СССР от марта 1973 г. и Извещением № 3
Главтехуправления Минэнерго СССР и Управление по котлонадзору и
подъемным сооружениям Госгортехнадзора СССР от июля 1975 г.
8. На отдельных предприятиях при ремонте котлов не соблюдали меры
предосторожности, предусмотренные Правилами котлонадзора по котлам. По
этой причине были случаи травматизма рабочих, выполнявших работы по
очистке котлов от накипи. Так, в июне 1969 г. в котельной
производственного объединения бригаде рабочих поручили произвести
очистку котла ТВ Д-2,5/13. Работы были начаты по устному распоряжению
начальника котельной без предварительной проверки места проведения работ
и оформления наряда-допуска.
Остановленный на ремонт котел не был отключен заглушками от двух других,
находившихся в работе котлов. При продувке одного из этих котлов горячая
вода и пар через открытые вентили на продувочной линии поступили в
нижний барабан ремонтируемого котла, в результате чего рабочий,
находившийся внутри котла, получил ожоги.
Аналогичный случай произошел в котельной обогатительной фабрики. При
продувке действующего котла горячая вода и пар из общей продувочной
линии поступили в соседний жаротрубный котел, внутри которого
производились работы по очистке котла от накипи. И в этом случае
ремонтируемый котел не был надежно отключен от действующего котла. Чтобы
предупредить случаи травматизма при продувке котлов, руководителям
котельных необходимо:
а) проверять техническое состояние продувочных устройств паровых котлов
и соответствие их требованиям Правил устройства и безопасной
эксплуатации паровых и водогрейных котлов;
б) выводить продувочные линии котлов в безопасное место, чтобы полностью
была исключена возможность ожога людей при продувке котлов;
в) строго соблюдать требования ст. 9-5-4 Правил по котлам при проведении
ремонтные работ и, прежде всего, надежно отключать остановленные на
ремонт котлы заглушками от соединенных с ними работающих котлов;
г) до начала работы по очистке и ремонту котла тщательно проверять места
работ с оформлением соответствующего наряда-допуска;
д) в производственной инструкции для персонала котельных проверять
наличие необходимых указаний по обеспечению безопасности при выполнении
операций по продувке котлов.