Файл: Мейкляр, М. В. Паровые котлы электростанций [учеб. пособие].pdf

Еще быстрее снижается прочность стали, если под действием высокой температуры ускоряется сфероидизация или иное изменение строения металла.

Тепловая усталость стали. Усталостью металла назы­

и т. и.). Сначала появляются небольшие трещинки, но при каждом изменении нагрузки их края то расходятся, то смыкаются, и размеры трещин постепенно увеличива­ ются.

Усталостные трещины изредка возникают в турбинах, насосах и в вспомогательных механизмах котельного це­ ха. Но для самих котлов опасность представляет тепло­ вая усталость стали, возникающая при многократном быстром изменении ее температуры. При этом отдельные участки труб, 'барабанов и коллекторов оказываются бо­ лее нагретыми и стремятся расшириться, чему препятст­ вуют сопряженные с ними менее нагретые участки. На­ пример, при резком изменении температуры пара проис­ ходит расширение или сжатие соприкасающегося с ним слоя металла на внутренней поверхности коллектора па­ роперегревателя, но у основной массы металла этого коллектора температура изменяется не сразу. При этом во внутреннем слое металла на короткое время возника­ ет дополнительное напряжение, именуемое тепловым или термическим. Многократное быстрое нагревание или ох­ лаждение отдельных элементов котла сопровождается соответствующим многократным изменением таких на­ пряжений, в результате чего на поверхности стали появ­ ляются трещины.

При внедрении одной из конструкций пароохладителя (гл. 11) оказалось, что у котлов, установленных на ТЭЦ металлургических заводов, в пароохладителях появлялись трещины тепловой усталости после одного года эксплуатации. Но у таких же котлов, работавших на районных электростанциях, пароохладители работали без ремонта от трех до пяти лет. Объяснялось это тем, что на металлургических заводах в котлах сжигали излишек доменного газа, добавка кото­ рого в основное топливо приводит к значительному возрастанию температуры пара и соответствующему увеличению подачи в паро­ охладитель охлаждающей воды. Подача в котлы доменного газа периодически изменялась в больших пределах. Столь же резко изме­ нялась температура отдельных деталей пароохладителей (их трубных досок), которые с одной стороны омывались водой, а р другой сторо­ ны — паром.

46

У котлов районных электростанций колебания режима работы йароохладителей были гораздо меньшими.

Наиболее опасно резкое изменение температуры тол­ стостенных коллекторов и барабанов котла, в которых выравнивание температуры по толщине металла проис­ ходит медленнее, чем в тонкостенных трубах, вследствие чего в их стенках возникают более высокие напряжения. Отдельные режимы, связанные с быстрым нагреванием или охлаждением барабана и коллекторов, почти неиз­ бежны при различных затруднительных условиях, на­ пример в периоды аварийных остановок котла. Тем бо­ лее недопустимо неоправданное увеличение числа рез­ ких изменений температуры металла.

Котел ТП-85 производительностью 420 т/ч на 140 кгс/см2 работал на донецком каменном угле. Концы вертикальных змеевиков его па­ роперегревателя были приварены к коротким промежуточным шту­

а в 16 других штуцерах были обнаружены глубокие поперечные тре­ щины в непосредственной близости от сварных швов, соединявших их с коллекторами. Все повреждения были в средней части газохода, где змеевики пароперегревателя более всего нагреваются дымовыми газами.

При изучении причин аварии обратили внимание на то, что в пер­ вые годы эксплуатации котел работал с пониженной нагрузкой. В его топку через различные неплотности проходило большое количе­ ство наружного воздуха. Сгорание угля затягивалось, и языки пла­ мени систематически омывали отдельные змеевики пароперегревате­ ля. Произошло несколько аварийных разрывов этих змеевиков вслед­ ствие их чрезмерного нагрева.

В необогреваемые толстостенные коллекторы поступал пар из большого количества змеевиков, и температура стенок коллекторов была значительно ниже, чем температура пара в тех трубах, которые дополнительно обогревались языками пламени. Каждый раз, когда пламя достигало нескольких змеевиков, возникал большой перепад температур в зоне приварки к коллекторам промежуточных шту­ церов. В этой зоне появились трещины тепловой усталости, размеры которых постепенно увеличивались.

Наиболее опасна тепловая усталость аустенитной стали, в которой тепло передается примерно в 1,5 раза медленнее, чем в перлитной, вследствие чего выравни­ вание температуры продолжается большее время. В ча­ стности, опыт эксплуатации как отечественных, так и за­ рубежных электростанций свидетельствует о нежела­ тельности изготовления из аустенитной стали паропрово­ дов между котлом и турбиной, поскольку в толстостен­ ных трубах таких паропроводов почти всегда возникали трещины тепловой усталости.

47

Коррозия стали. Латинское слово к о р р о з и я означа­ ет разъедание. Примером коррозии металла является процесс ржавления стальных деталей. При этом проис­ ходит химическое соединение поверхностного слоя желе­ за с кислородом и водой и образуется лишенный проч­ ности слой ржавчины. По мере развития процесса кор­ розии прочность стальной детали постепенно уменьша­ ется.

В большинстве случаев процесс коррозии не ограни­ чивается химической реакцией поверхностного слоя ме­ талла с кислородом, серой или каким-либо иным веще­ ством. Обычно коррозия протекает в более сложных условиях. Известно, что сухая поверхность стальных де­ талей не ржавеет. На влажной же металлической по­ верхности могут оказаться участки, в которых начинают циркулировать слабые электрические токи. При этом одним из полюсов (анодом) становятся зерна самого металла, а другим полюсом (катодом)— всевозможные загрязнения и неметаллические включения в стали, а также находящиеся на ее поверхности ржавчина и окалина. Размеры элементарных анодов и катодов могут различаться во много раз.

Каждый из элементарных электрических токов обыч­ но очень слаб, и его действие сначала кажется ничтож­ ным. Но под действием такого тока происходит посте­ пенный перенос атомов металла от анода к катоду. По­ верхность стальных труб медленно, но непрерывно раз­ рушается.

Из физики известно, что электрические заряды кон­ центрируются преимущественно на различных острых углах, трещинах и других неровностях детали. В этих неровностях и особенно в трещинах коррозия металла протекает наиболее интенсивно.

Условия возникновения коррозии в отдельных эле­ ментах котлов описаны в § 10-6 и 12-4. В этой главе мы рассмотрим лишь с т о я н о ч н у ю коррозию, которая мо­ жет одновременно поражать разные элементы котельно­ го агрегата.

Стояночная коррозия. При наличии в энергетической системе достаточной мощности часть оборудования и прежде всего старые, менее экономичные котлы и турби­ ны периодически останавливают и оставляют в резерве. В нерабочем состоянии в поверхностном слое металла котлов иногда возникают различные химические процес-

48

еы, именуемые стояночной коррозией. Такая же корро­ зия может происходить и в периоды ремонта котлов.

Опасна не только стояночная коррозия самих котлов, но и коррозия при остановках оборудования во всем во­ дяном тракте электростанции — в подогревателях, тепло­ обменниках и т. д. После пуска в работу котла и турби­ ны возникшие в результате этой коррозии мельчайшие частицы окислов железа и меди вносятся в котлы, где, отлагаясь на внутренней поверхности труб, ухудшают условия передачи тепла. Было замечено, что такие ча­ стицы выпадают внутри труб преимущественно там, где передается максимальное количество тепла, т. е. в зоне «ядра» факела, где их отложение наиболее опасно.

Борьба со стояночной коррозией водяного тракта электростанции более всего затруднительна в прямоточ­ ных котлах, где очистка питательной воды должна про­ изводиться наиболее тщательно и недопустимо даже не­ большое ее загрязнение продуктами коррозии.

Стояночная коррозия наружной поверхности труб возникает иногда в случаях, когда очистка топки и газо­ ходов осуществляется путем их обмывки струей воды и когда после этой обмывки остаются неудаленными от­ дельные смоченные водой отложения золы и сажи. У кот­ лов, работающих на тощих углях и антраците, такие влажные отложения иногда оставались после водяной обмывки нижней части топки, в пространстве между трубами и обмуровкой. Смоченная водой зола, прилегая к трубам, способствовала очень быстрой их коррозии со стороны, обращенной к обмуровке.

Отдельные электростанции во избежание такой кор­ розии были вынуждены отказаться от обмывки экран­ ных труб струей воды и очищать эти трубы менее эффек­ тивными способами.

У других котлов влажная зола оставалась после во­ дяной обмывки между опорными конструкциями, под­ держивающими горизонтальные трубы. Коррозия этих труб возникала только между опорными стойками и име­ ла вид круглых или овальных язвин в металле.

3- 4. Консервация котлов

Различные мероприятия по предотвращению корро­ зии металла в период остановки котла (его консерва­ ция) осуществляются раздельно для наружной и вну­ тренней поверхностей труб.

Для консервации наружной поверхности труб нужно следить за тем, чтобы после водной обмывки не остава­ лись не удаленными отложения влажной золы. При об­ наружении влаги, удаление которой затруднительно, ре­ комендуется установка перед трубами противней с не­ гашеной известью или другим поглощающим воду ве­ ществом.

Консервация внутренней поверхности труб, бараба­ нов и коллекторов котла достигается различными способами. Весьма эффективно введение в питательную воду перед остановкой котла либо аммиака, либо веще­ ства, по составу близкого аммиаку, но еще более хими­ чески активного и ядовитого — гидразина. Рекомендуют либо вводить аммиак на все время остановки котла, либо аммиак или гидразин для «выварки» работающего к-отла перед его остановкой для того, чтобы после его опорожнения остался препятствующий коррозии тонкий

ключается в непрерывном поддержании в нем неболь­ шого избыточного давления. Для этого, например, кон­ сервируемый котел соединяют с деаэратором соседнего, работающего энергоблока. Предварительно проверяют отсутствие растворенного кислорода в котловой воде останавливаемого котла. Подача продувочной воды из соседнего котла не рекомендуется ввиду опасности за­

грязнения консервируемого котла шламом.

Если при консервации в зимнее время вода из котла не сливается, нужен контроль за температурой в нижней части котла во избежание замерзания воды. Иногда во избежание ее замерзания применяют с у х у ю консерва­ цию. После опорожнения и очистки котла устанавливают в барабане противни с поглощающим воду веществом.

Котел ТП-230-2 работал в первый период эксплуатации лишь около 4 суток в месяц с нагрузкой 30—40% от расчетной. Остальное время котел либо отключался без консервации, либо находился в го­ рячем резерве при 10 кгс/^м2, для чего в его топке периодически сжигался доменный газ, а питание водой производилось кратковре­ менно по 2—3 раза в смену.

В периоды сжигания топлива частично испарялась неподвижная вода в горизонтальных трубах экономайзера и внутри труб образо­ вывались паровые пузыри, заполнявшие все их сечение. Когда после этого котел включали в работу с низкой нагрузкой, то медленно

50