Подробиці Переглядів: 2187
ВИБУХИ ПАРОВИХ котлів, руйнування стінок котла, при якому виходить миттєве вирівнювання тиску всередині котла і атмосферного тиску, причому нагріта в котлі вода також миттєво переходить в пароподібний стан, і її величезна потенційна енергія перетворюється в енергію кінетичну. Статистичні дані про вибухи парових котлів в різних країнах показують, що близько 60% таких вибухів походить від незадовільне догляду та чистки. Так, за 1925 і 1926 рр., В Німеччині вибухи парових котлів з причин розподіляються наступним чином: від недоліків конструкції, матеріалу і установки - 24%, від упускаючи води в котлі - 39%, від роз'їдання і перегріву стінок - 23% і від різних інших причин - 14%. Дані про вибухи парових котлів у Франції за період з 1880 по 1900 рік, опубліковані в «Annales des Mines», також підтверджують, що найбільше число вибухів відбувається внаслідок поганого догляду за котлами. Так, наприклад, за період 1895-1900 рр. вибухи парових котлів розподілялися по причин наступним чином: від недоліків конструкції і установки - 14%, від незадовільне догляду та чистки - 55%, від зниження рівня води - 6%, від перевищення тиску - 5% і від різних інших причин - 20%.
В даний час, незважаючи на застосування більш високих тисків, вибухи парових котлів відбуваються рідше і менш небезпечні за своїми наслідками, ніж раніше, що можна пояснити: виданням майже у всіх країнах правил і норм, які регулюють будівництво нових котлів та нагляд під час роботи; поліпшенням конструкцій котлів, якості котельного матеріалу (фіг. 1) і методів його обробки; все зростаючим застосуванням водотрубних котлів (т. е. котлів більш продуктивних, але з малим, порівняно, водяним простором); вдосконаленими способами дослідження причин самих вибухів і, нарешті, підняттям рівня кваліфікації кочегарів.
Причини вибухів парових котлів. Ці причини можуть бути підведені під дві категорії: 1) причини, які не залежать від кочегара - недоліки конструкції і установки, незадовільність ремонту котла (погана склепка, зварювання і т. П.) І мала міцність матеріалу; 2) причини, що залежать від кочегара - поганий стан котла і його арматури, підвищення тиску вище дозволеного, зниження рівня води, яке може повести до розпеченого стінок котла.
1. Недоліки конструкції і матеріалів. Ряд вибухів, які мали місце останнім часом, стався через небезпечних напруг в матеріалі котла при його нагріванні внаслідок нераціональних з'єднань, непотрібного потовщення матеріалу, нагрівання частин парового простору, що знаходяться в зіткненні з газами високої температури, поганий циркуляції води і інших дефектів в конструкції котла. Внаслідок нерівномірного нагрівання стінок котла останні деформуються і прогинаються, особливо сильно деформуються кромки днищ. Таку ж загрозу щодо вибухів представляють днища, що мають нераціональну опуклість, а також і плоскі днища, в яких кромка загнута під прямим кутом. До недоліків конструкції повинні бути також віднесені: неточна пригонка листів, невміла склепка листів і цілий ряд інших дефектів. Зазвичай більшість цих дефектів дає себе знати у вигляді отдулин і тріщин (фіг. 2, 3 і 4).
В цьому випадку д. Б. приступили до ґрунтовного ремонту з метою усунення зазначених причин. Днища неправильної конструкції повинні бути замінені іншими відповідно до новітніх нормам.
Однією з кращих заходів для попередження вибухів парових котлів є застосування при їх будівництві або ремонті високоякісного матеріалу і правильна обробка цього матеріалу. При неправильній обробці в листах виходять шкідливі залишаються напруги, що можуть, при випадковому виникненні інших дефектів (наприклад, перегріву або роз'їдання матеріалу), спричинити за собою вибух котла. Перетворення структури котельного заліза в грубозернисту через перенапруження і подальшого нагрівання до 600-700 ° представлено на фіг. 5.
2. Надлишок тиску, якщо він не є результатом упущення з боку кочегара, може статися через неправильну навантаження запобіжного клапана або недостатніх розмірів останнього.
3. Нестача води в котлі може статися гл. обр. внаслідок поганого стану або неправильного функціонування водовказівних і поживних приладів. Особливо небезпечний брак води в котлах з жаровими трубами, так як перегрів жарових труб веде до їх зім'яту і можливого руйнування (фіг. 6).
При виявленні нестачі води в котлі необхідно негайно вигребти вогонь з топки і ізолювати котел закриттям парового і поживного кранів. Тільки після виявлення недоліків і усунення їх можна приступити до наповнення котла водою.
4. роз'їдань стінок котлів бувають внутрішні і зовнішні. а) Внутрішні роз'їдання є результатом окислення під впливом кислот або повітря. У живильній воді нерідко бувають розчинені хлористі солі магнію, кальцію і натрію, які, розкладаючись при порівняно низькій температурі, утворюють соляну кислоту, швидко роз'їдає стінки котла. Досить небезпечні також сірчанокислий солі заліза, алюмінію і магнію; руйнівний вплив перших двох солей особливо помітно в разі утворення накипу в певних місцях котла, т. к. в таких місцях, внаслідок скупчення тепла, відбувається розкладання цих солей і утворення вільної сірчаної кислоти, яка роз'їдає стінки котла (фіг. 7).
Шкідливий вплив такої живильної води виявляється звичайно по течі у кромок листів і близько заклепок. Повітря, розчинений у воді, може пошкодити стінку котла до тріщини в тому випадку, якщо напруга металу вище межі пружності (фіг. 8).
Останнім часом професор Парр (США), грунтуючись на ряді досліджень, висунув так звану лужну гіпотезу, спеціально що стосується руйнування клепаних з'єднань під впливом лугів. Відповідно до цієї гіпотези, наявні в живильній воді луги, особливо їдкий натр, проникають в заклепочні шви, під заклепочні головки і т. Д. І концентруються там; при цьому, при наявності в матеріалі напруг, що перевищують межу його плинності, луги роблять метал ламким і тим викликають в ньому руйнування; утворюються при цьому тріщини йдуть звичайно від однієї Заклепувальний діри до іншої, але ніколи не заходять далі заклепувального шва.
Передумовами для цієї гіпотези є, т. О., Дві умови: сильна концентрація лугу в клепаних швах і перенапруження матеріалу. Перша передумова, що припускає, що всі заклепочні з'єднання нещільно (інакше в них не могла б проникнути живильна вода), ще оскаржується німецької школою, очолюваної професором Бауманом; друга ж передумова не викликає заперечення, так як професор Бауман також встановлює, що напруги в котельних швах іноді перевищують межа плинності матеріалу. Для попередження всіх цих видів роз'їдання живильну воду, до надходження її в котел, нейтралізують шляхом відповідної очистки або своєчасно видаляють відкладення і накипу. Внутрішні роз'їдання можуть бути викликані також застосуванням конденсаційної води, що містить мастило. Жирові відкладення на стінках котла, перешкоджаючи проходженню тепла в водяний простір, викликають перегрів матеріалу і утворення кислот. Паровозний котел, який вибухнув внаслідок внутрішнього роз'їдання, представлений на фіг. 9.
б) Зовнішні роз'їдання виходять під впливом кисню, що діє в присутності вологи на зовнішню поверхню котла. Однією з найбільш частих причин зовнішніх роз'їдань служить незадовільна склепка або погана карбування. Настає внаслідок цього текти виявляється при гідравлічної пробі котла. Найбільш надійною заходом м. Б. переклепування декількох заклепок. Інша форма зовнішнього роз'їдання спостерігається в локомобільних і вертикальних котлах з внутрішньої топкою, а саме - в нижній частині їх, - стикається з гратами, де присутність золи, жадібно поглинає вологу, викликає окислення стінок (фіг. 10).
Заходи протидії: систематичне очищення нижньої поверхні стінок котла і своєчасне видалення золи. Далі, роз'їдання може відбуватися, якщо котел спирається безпосередньо на цегляну кладку, так як просочується через неї вода може викликати проржавленіе стінок котла. Тому котли спирають на чавунні балки або залізні рейки, або зводять кладку на цементі. Особливу небезпеку можуть уявити заклепочні шви, закриті обмурівкою, як ускладнюють їх огляд. Причиною зовнішнього роз'їдання служить також неправильна конструкція і погана приладка арматури, особливо клапанів, що може привести до небезпечної течі. Нарешті, причиною роз'їдань можуть служити сірчані гази (сірчистий ангідрид, сульфати і т. П.), Що виділяються паливом і викликають швидке руйнування клепаних з'єднань (фіг. 11). Заходи протидії: перехід на інше паливо та підчеканення або переклепування дефектних швів.
5. Накип перешкоджає проходженню тепла в водяний простір і веде до повного руйнування окремих частин котла, викликаючи небезпеку щодо вибухів (фіг. 12).
Однією з найбільш раціональних заходів для попередження утворення накипу є очищення живильної води до надходження її в котел. Очищення ця може проводитися механічним або хімічним способами. Механічний спосіб полягає в уловлюванні в особливому посудині домішок, причому ті з них, які важче води, безпосередньо осідають; ті ж, які легші за воду, затримуються в фільтрі, наповненому шаром гравію або коксу (фільтр типу Рейзерт). Хімічне очищення проводиться в спеціальних приладах (наприклад, системи Дерво), де живильна вода, в залежності від її складу, обробляється різними реактивами: вапном - для осадження кальцію, далі содою, а останнім часом і пермутітом (Глиноземисті силікатом) - для перетворення нерозчинних сірчанокислих солей вапна в сернокислую сіль натрію, що володіє великою розчинністю у воді. Потреба в очищенні живильної води залежить від системи котла, характеру його роботи і ступеня його форсування. Для котлів з великим водяним простором очищення живильної води можна вважати необхідною, якщо жорсткість її перевищує 12 німецьких градусів (1 німецький градус жорсткості відповідає змісту 1 г СаО в 100 л води). Для тих типів котлів, при яких видалення накипу зустрічає утруднення, очищення води настійно рекомендується вже при 6-7 німецьких градусах. Інший вельми раціональний, але дорогий спосіб очищення води полягає в її випаровуванні і осадженні одержуваного пара в випарних апаратах. Спосіб цей знаходить останнім часом застосування, крім суднових котлів, ще й для стаціонарних парових установок, особливо при наявності парових турбін. Т. к. В останньому випадку конденсат може служити для живлення котла, то необхідно очистити приблизно тільки 5-15% усієї кількості живильної води. З інших заходів для попередження утворення накипу можна вказати на систематичну продування котла і, нарешті, на пристрій циркуляції, яка забезпечує відкладення опадів в призначених для цього місцях.
6. Ослаблення матеріалу після тривалої служби котла. Після тривалої роботи матеріал котла перероджується. Хоча питання про старіння (втомі) котельного матеріалу ще не вирішене остаточно, однак не підлягає сумніву, що він з часом втрачає свої первинні властивості і, перш за все, необхідну в'язкість. Крім того, з часом товщина листів, в результаті іржавіння, зменшується, і виникають дефекти в клепаних з'єднаннях, наприклад, ослаблення їх і т. П.
Заходи боротьби з вибухами парових котлів. Ці заходи можуть бути розбиті на дві категорії: 1) заходи, що вживаються під час служби котла - своєчасне усунення виявлених дефектів, які є часто провісниками вибуху (заходи ці були вказані при розгляді окремих причин вибухів парових котлів); 2) заходи законодавчого характеру: а) норми, що регулюють будівництво парових котлів щодо: якості матеріалу, дослідження матеріалу і методів його обробки; б) обов'язкові постанови і правила, що регулюють нагляд за паровими котлами.
а) Норми, що регулюють будівництво парових котлів. Застосування для котлів високого тиску, що доходять до 50-100 atm, і високих температур перегріву пара, що досягають 400 °, викликало необхідність переглянути вже існуючі в деяких країнах норми по споруді парових котлів і видати замість них нові. Т. о. існували в Німеччині Вюрцбургська і гамбурзький норми, видані в останні роки минулого і в перші роки нинішнього століття, були замінені новими нормами, що увійшли в законну чинності 12 жовтня 1926 р Згідно з новими нормами, матеріали, що йдуть на будівництво парових котлів, повинні бути оглянуті експертами , які видають відповідні посвідчення. Крім міцності на розрив і допускається подовження для різних матеріалів, що застосовуються в котлобудуванні, нові норми встановлюють, що особливо важливо, мінімальні межі для радіусів бортів днищ, так як неправильна форма днищ часто служила причиною вибухів. Такі ж норми видані в 1924 р в США. Нові американські норми розрізняють вогневі і бортові листи. Крім того, вони наказують для котелень листів, в залежності від сортів, граничний вміст вуглецю , марганцю , фосфору і сірки, що не передбачено німецькими нормами. Норми ці встановлюють для бортових, вогневих листів та інших матеріалів мінімальні межі для міцності на розрив і для подовження. Загалом норми ці в значній своїй частині базуються на емпіричних формулах, на відміну від німецьких норм, заснованих гл. обр. на розрахункових даних і є продуктом багаторічних досліджень.
б) Обов'язкові постанови і правила, що регулюють нагляд за паровими котлами. Майже у всіх країнах видані правила, що регулюють нагляд за паровими котлами. Нагляд цей здійснюється в різних країнах безпосередньо урядовими органами, або ж приватними товариствами, що представляють об'єднання котловладельцев, які зобов'язані в своїх діях підкорятися існуючим для цієї мети правилам. Правила ці передбачають технічний огляд парових котлів у встановлені терміни. Так, чергові огляду котла повинні, згідно з правилами НКТ СРСР, проводитися нормально в такі строки: зовнішній огляд - один раз на рік, внутрішній огляд - один раз в три роки, гідравлічне випробування, поєднане з внутрішнім оглядом, - один раз в шість років. Відносно ж котлів, вік яких перевищує 25 років, правила НКТ передбачають дослідження матеріалу при найближчому ремонті котла.
Джерело: Мартенс. Технічна енциклопедія. Том 3 - 1928 р