способы консервации паровых котлов
СПОСОБЫ КОНСЕРВАЦИИ КОТЛОВ
Если котел остановлен на длительное время, то необходимо его законсервировать. При консервации котлов необходимо руководствоваться указаниями инструкции завода-изготовителя по монтажу и эксплуатации.
Для защиты котлов от коррозии применяют сухой, мокрый и газовый способы консервации, а также в отдельных случаях консервацию методом избыточного давления.
Сухой способ консервации применяют при длительной остановке котла и когда невозможно отапливать помещение котельной зимой. Сущность его заключается в том, что после удаления воды из котла, пароперегревателя и экономайзера и очистки поверхностей нагрева сушку котла производят пропуском горячего воздуха (тщательной вентиляцией) или разводят в топке небольшой костер. При этом предохранительный клапан должен быть открыт для удаления водяных паров из барабана и труб котла. При наличии пароперегревателя необходимо открыть дренажный вентиль на камере перегретого пара для удаления оставшейся в нем воды. После окончания сушки через открытые лазы в барабанах помещают заранее приготовленные железные противни с негашеной известью СаО или силикагелем (в количестве 0,5 —1,0 кг СаС12, 2—3 кг СаО или 1,0—1,5 кг силикагеля на 1 м3 объема котла). Плотно закрывают лазы барабана и перекрывают всю арматуру. При остановке котла более чем на 1 год рекомендуется снять всю арматуру, а на штуцерах установить заглушки. В дальнейшем не реже 1 раза в месяц должно проверяться состояние реактивов, а затем через каждые 2 мес в зависимости от результатов проверки обязательно должна производиться его замена. Рекомендуется периодически следить за состоянием обмуровки и в случае необходимости производить ее сушку.
Газовый способ. При газовом способе консервации из остывшего котла спускают воду, тщательно очищают внутреннюю поверхность нагрева от накипи. После этого котел заполняют через воздушник газообразным аммиаком и создают давление около 0,013 МПа (0,13 кгс/см2). Действие аммиака состоит в том, что он растворяется в пленке влаги, которая находится на поверхности металла в котле. Эта пленка становится щелочной и защищает котел от коррозии. При газовом способе персонал, производящий консервацию, должен знать правила техники безопасности.
Метод избыточного давления заключается в том, что в котле, отключенном от паропроводов, поддерживают давление пара несколько выше атмосферного и температуру воды выше 100 °С. Это предотвращает попадание в котел воздуха, а следовательно, и кислорода, являющегося основным коррозионным агентом. Добиваются этого периодически подогревами котла.
При выводе котла в холодный резерв до 1 мес его заполняют деаэрированной водой и поддерживают в нем небольшое избыточное гидростатическое давление, подключив к расположенному выше бачку с деаэрированной водой. Однако этот способ по сравнению с предыдущим менее надежен.
При всех способах консервации котлов необходимо обеспечить полную герметичность арматуры; все люки и лазы должны быть плотно закрытыми; при сухом и газовом способе неработающие котлы нужно отделять от работающих заглушками. Консервация оборудования и ее контроль проводятся по особой инструкции и под руководством химика.
Консервация энергетических паровых котлов
Вдовенко Денис Юрьевич – технический директор
Запорожцев Валерий Анатольевич – начальник лаборатории
Посохов Артем Игоревич – специалист по неразрушающему контролю
Экспертная организация ООО «Теплоэнерго», г. Ростов-на-Дону
В статье приведены рекомендации по консервации паровых котлов в барабанном и прямоточном исполнении в зависимости от конструктивных особенностей, причин и сроков простоя оборудования. Рассмотрен механизм протекания стояночной коррозии металла и его последствия.
Ключевые слова: тепловая энергоустановка, стояночная коррозия, консервация, опасный производственный объект, паровой котел, безопасность.
Соблюдение требований «Правил технической эксплуатации тепловых энергоустановок» [1] и правил безопасности [2] требует от организаций, эксплуатирующих тепловые энергоустановки, осуществлять консервацию теплоэнергетического оборудования в следующих случаях:
− при режимных остановах оборудования (вывод в резерв на определенный и неопределенный сроки, вывод в текущий и капитальный ремонты, аварийный останов) [1];
− при остановах оборудования в продолжительный резерв или ремонт (реконструкцию) сроком более 6 месяцев [1];
− по окончании отопительного сезона или при остановке водогрейные котлы и теплосети консервируются [2].
Консервация паровых котлов в период их простоя предусматривает комплекс организационных и технических мероприятий, направленных на сохранение рабочего состояния оборудования путем предотвращения протекания коррозии на его поверхности, продлению срока эксплуатации, а также сокращению затрат на ремонт и восстановление оборудования в дальнейшем.
Согласно требованию правил [1, 3] организация, эксплуатирующая паровой котел должна разработать и утвердить техническое решение по его консервации. В целях соблюдения требований закона о промышленной безопасности, документация на консервацию опасного производственного объекта подлежит экспертизе промышленной безопасности [2, 4].
Технические решения по консервации должны содержать:
− способы консервации котлов при различных видах остановов и продолжительности простоя;
− технологическую схему консервации;
− перечень вспомогательного оборудования, посредством которого осуществляется консервация.
На основании технических решений составляется и утверждается инструкция по консервации парового котла. В свою очередь инструкция по консервации должна содержать:
− подготовительные операции, выполняемые до проведения консервации;
− технологию консервации парового котла;
− технологию расконсервации парового котла;
− меры безопасности при проведении работ.
С технической точки зрения, консервация котлов необходима для предотвращения протекания стояночной коррозии металла. Стояночная коррозия возникает в результате агрессивного воздействия кислорода воздуха контактирующего с влажной металлической поверхностью котла в период его простоя. Другими словами, стояночная коррозия является видом кислородной коррозии, механизм протекания которой можно описать согласно химической реакции:
Отличить стояночную коррозию от других видов коррозии возможно по наличию характерных язвин и накоплению продуктов коррозии на поверхности металла (рисунок 1), образующихся под отложениями шлама, в котором содержится большее количество влаги после спуска котловой воды.
Рисунок 1 – Стояночная коррозия.
Способы консервации барабанных паровых котлов:
− сухой останов котла (СО);
− поддержание в котле избыточного давления;
− заполнение поверхностей нагрева котла азотом (А);
− гидразинная обработка поверхностей нагрева при рабочих параметрах котла;
− гидразинная обработка (ГО) поверхностей нагрева при пониженных параметрах котла;
− трилонная обработка (ТО) поверхностей нагрева котла;
− фосфатно-аммиачная «выварка» (ФВ);
− заполнение поверхностей нагрева котла защитными щелочными (ЗЩ) растворами;
− консервация котла контактным ингибитором (КИ).
Способы консервации прямоточных паровых котлов:
− сухой останов котла;
− заполнение поверхностей нагрева котла азотом;
− гидразинная обработка поверхностей нагрева при рабочих параметрах котла;
− консервация котла контактным ингибитором.
Оставшиеся методы консервации паровых котлов можно объединить в одну большую группу – консервацию мокрым способом. Их принцип основан на заполнении котла консервирующим раствором, обеспечивающий образование по поверхности котла защитной пленки в течение длительного времени, в некоторых случаях защитная пленка устойчива при попадании в котел кислорода. Приготовление консервирующего раствора реагентов осуществляется в баке, подача раствора в котел осуществляется с применением дозирующего насоса. Приготовление консервирующего раствора необходимой концентрации осуществляется согласно утвержденным методикам.
При выборе способа консервации парового барабанного котла рекомендуется применять таблицу 1.
1. На котлах давлением 9,8 МПа без обработки питательной воды гидразином, должна проводиться ТО не реже одного раза в год.
4. ТО + КИ (консервация контактным ингибитором с предшествующей трилонной обработкой).
При консервации парового прямоточного котла рекомендуется:
1. В случае останова на срок до 30 дней осуществлять консервацию путем сухого останова котла.
3. В случае более продолжительных сроков резерва или ремонта консервацию котла осуществлять с применением контактного ингибитора или путем заполнения поверхностей нагрева котла азотом.
Таблица 1 – Способы консервации барабанных паровых котлов
в зависимости от вида и продолжительности простоя.
1. Консервация парового котла в период его простоя проводится с целью предупреждения развития стояночной коррозии металла.
2. Методы предупреждения стояночной коррозии основаны на принципах:
– исключения контакта кислорода воздуха с металлической поверхностью оборудования;
– обеспечения поверхности металла в сухом состоянии;
– создания защитной пленки на поверхности металла или коррозионно-защитного состава воды.
3. При выборе метода консервации паровых котлов необходимо учитывать: причину вывода оборудования в консервацию, продолжительность планируемого простоя оборудования, конструктивные особенности оборудования исходя из паспортных данных.
4. Документация на консервацию опасного производственного объекта подлежит экспертизе промышленной безопасности.
1. Правила технической эксплуатации тепловых энергоустановок. Утв. приказом Минэнерго РФ от 24 марта 2003 г. N 115.
2 Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением». Утв. приказом Ростехнадзора от 25.03.2014 N 116.
3. РД 34.20.591-97 Методические указания по консервации теплоэнергетического оборудования.
4. Федеральный закон от 21.07.1997 N 116-ФЗ (ред. от 13.07.2015) «О промышленной безопасности опасных производственных объектов».
Инструкция по консервации паровых и водогрейных котлов
Особенностью состояния энергетики сегодня является то, что на теплостанциях увеличилось количество останов и простоев котлов, это обуславливается изменением в режиме энергопотребления и теплоснабжения. Оборудование резервируют на неопределенный период. Во время остановки котла давление среды понижается до атмосферного, присутствует вероятность попадания в него влаги и воздуха, в результате котлы подвергаются коррозии, что считается опасным, так как существует вероятность повреждения всего теплового оборудования, в том числе и трубопроводов. Поэтому на данный момент вопрос консервации особенно актуален, и разработка технологий по этому поводу прогрессирует.
Схема твердотопливного котла.
Благодаря защите от коррозии, образовавшейся во время простоя, сохраняется рабочее состояние оборудования, сокращаются затраты на его ремонт и восстановление, поддерживаются технико-экономические показатели работы тепловых электростанций, а также сокращаются издержки производства.
Существует несколько способов консервации котлов:
Суточный простой незаконсервированного котла приведет к ржавчине оборудования в контуре до 50 кг оксида железа. При остановке водогрейных котлов на период 15 часов или барабанных до 1 суток рекомендуют производить консервацию способом избыточного давления, на небольшой период (5-6 дней) — метод сухой консервации. Выбор подходящего метода для исключения кислородной коррозии производится, учитывая параметры и мощность котлов, их специфику при эксплуатации.
Для предотвращения стояночной коррозии металла поверхностей нагрева котлов во время капитального и текущего ремонтов применимы только способы консервации, позволяющие создать на поверхности металла защитную пленку, сохраняющую свои свойства в течение 1-2 месяцев после слива консервирующего раствора, так как опорожнение и разгерметизация контура в этом случае неизбежны.
Инструкция по консервации паровых и водогрейных котлов газом
Схема газового котла.
Этот способ предназначен для консервации котлов во время простоя со снижением давления до атмосферного. Его применяют для консервации паровых и водогрейных котлов. Во время предложенной консервации котел опорожняют от воды и заполняют газом (к примеру, азотом), после чего поддерживают избыточное давление внутри котла, одновременно, перед тем как подать газ, его заполняют деаэрированной водой.
Способ консервации парового котла предполагает заполнение котла газом при избыточном давлении в поверхности нагрева 2-5 кг/см² при параллельном вытеснении воды в барабане. В данном случае попадание воздуха внутрь исключено. Согласно данной схеме, газ (азот) подводится к выходным коллекторам пароперегревателя и в барабан. Малое избыточное давление в котле обусловлено расходом азота.
Такой способ нельзя использовать при консервации котлов, в которых давление снизилось после остановки до атмосферного и вода была спущена. Бывают случаи аварийной остановки котла. Во время ремонта его полностью опорожняют, соответственно, внутрь попадает воздух. Удельный вес азота и воздуха несущественно отличается, поэтому в случае заполнения котла воздухом заменить его на азотный невозможно. На всех участках нахождения воздуха и там, где влажность превышает 40%, металл оборудования будет подвержен кислородной коррозии.
Малая разница в удельном весе — это не единственная причина. Вытеснение воздуха из котла и равномерное распределение по нему азота невозможно и из-за отсутствия гидравлических условий, причиной которых является система подачи азота (путем выходных коллекторов пароперегревателя и барабана). Также в котле присутствуют так называемые недренируемые участки, которые нереально заполнить. Следовательно, подобный способ применим лишь после работы котла под нагрузкой с сохранением в нем избыточного давления. Это и есть недостаток такого технического решения.
Задачей метода консервации котла газом является повышение надежности и эффективности котлов, которые выводят в резерв путем полного заполнения пароводяного тракта газом вне зависимости от режима останова. Описанный способ консервации поясняется схемой (изображение 1).
Схема консервации котла с указанием котельного оборудования: 
Схема парового котла.
Перечень необходимых инструментов, приборов, приспособлений:
Процесс консервации котла газом осуществляется следующим образом (приведен пример консервации парового барабанного котла):
Схемы сепарационных устройств в барабане котла.
Котел освобождают от воды после его останова, открыв все его нижние точки. После опорожнения в некоторых местах остается паровоздушная смесь, содержащая кислород, вызывающий коррозию металла котельного оборудования. Для того чтобы вытеснить паровоздушную смесь, все элементы котла (1, 3, 5, 7, 8, 10, 11) заполняют деаэрированной водой. Заполнение происходит через нижние точки (12). Полное заполнение контролируется вентилем (15), после чего закрывают и подают азот через вентиль (14), далее через воздушники (9, 2, 6, 4, 13).
Подавая азот в котел, необходимо открыть дренажи нижних точек всех его составляющих. Далее вода вытесняется, и котел заполняется азотом. Давление азота в котле корректируется на линии подвода 14 и (при надобности) на линии отвода 16. После того как вода полностью вытеснена и котел заполнен азотом, устанавливают необходимое для консервации избыточное давление (25-100 мм вод.ст.). Несмотря на присутствие незначительного количества деаэрированной воды в некоторых участках котла, металл оборудования коррозии не подвергается, это доказано исследованиями.
Следовательно, предложенный способ значительно повышает надежность консервации за счет абсолютного избавления котла от воздуха, заполняя его деаэрированной водой и азотом с параллельным вытеснением воды.
Инструкция мокрого способа консервации водогрейных и паровых котлов
Схема работы воздуховода.
Котел заполняют консервирующими растворами, которые создают на металле слой, сохраняющий свои свойства на протяжении всего времени бездействия парогенератора. В воду, которой заполняют парогенератор, добавляют раствор щелочи, соблюдая пропорции: 2-3 кг гидроксида натрия и 5-10 кг фосфата натрия на 1 л³ воды с добавлением 1 кг гидрата аммиака либо 10%-ный раствор гидразин-гидрата. Такой раствор обеспечивает концентрацию в воде 200 мг/кг NzH, его добавляют, используя плунжерный насос. Расконсервация котла и его растопка после этого способа консервации проходит довольно быстро. Чтобы исключить возникновение коррозии, используют специальный защитный раствор, который содержит едкий натр. Практикуется и применение кальцинированной соды, но это нежелательно, так как существует опасность возникновения местной коррозии.
Используя мокрый способ консервации, котел заполняют защитным раствором, что обеспечивает абсолютную устойчивость к ржавчине, даже если жидкость насыщена кислородом. Во время использования предложенного метода консервации возможно определить срок допускаемой продолжительности без потери горной выработки; определяют сроки осушения, ремонт крепи, вентиляции, подъемного комплекса и другого оборудования с проведением иных репаративных мероприятий.
Технология консервации мокрым способом
Проводя мокрую консервацию котла, нужно обеспечить сухость его поверхности и кладки, плотно закрыть все люки. Следить за концентрацией раствора (содержание сульфата натрия должно быть не ниже 50 мг/л). Применение метода мокрой консервации при проведении ремонтных работ или при наличии неплотностей в котле неприемлемо, так как соблюдение герметичности является главным условием. Если при сухом и газовом методе консервации просачивание пара недопустимо, то при мокром — не так опасно.
Схема двухоборотного пароперегревателя.
При необходимости остановить котел на небольшой период используют простой метод мокрой консервации, заполняя котел и паронагреватель деаэрированной водой с поддержанием избыточного давления. В случае понижения давления в котле после его останова до 0 заполнение деаэрированной водой уже безрезультатно. Тогда нужно вскипятить котловую воду при открытых воздушниках, это делается с целью удаления кислорода. После кипячения, если остаточное котловое давление не ниже 0,5 МПа, можно проводить консервацию. Такой метод применяют только при невысоком содержании кислорода в деаэрированной воде. Если содержание кислорода превышает допустимое значение, возможна коррозия металла пароперегревателя.
Котлы с остановом в резерв сразу после работы могут быть подвержены мокрому способу консервации, не вскрывая барабаны и коллекторы.
В питательную воду можно добавить аммиак в газообразном виде. На поверхности металла образуется защитная пленка, предохраняющая его от коррозии.
Для того чтобы исключить возникновение коррозии в котлах, которые находятся в резерве долгое время, используют метод мокрой консервации, поддерживая в котле избыточное давление азотной подушки над жидкостью, исключается вероятность проникновения воздуха в котел. В отличие от сухой консервации, при которой водоотливные средства действуют, обеспечивается водоотлив из горной выработки, котельное оборудование поддерживается в состоянии, пригодном к использованию при необходимости. На момент консервации списание запасов полезных ископаемых не разрешается.
Способ консервации путем создания избыточного давления
Схема подключения клапана котла.
Инструкция по технологии консервации котла путем создания избыточного давления применима вне зависимости от поверхности нагрева котла. Другие методы с применением воды и специальных растворов не способны защитить от коррозии промежуточные пароперегреватели котлов, так как во время заполнения и отмывки возникают определенные трудности. Чтобы защитить пароперегреватели, применяют консервацию путем вакуумной сушки с применением газообразного аммиака или заполнение азотом вне зависимости от простоя. Что касается металла экранных труб и других частей пароводяного тракта барабанных котлов, они в такой же мере не защищены на все 100%.
Предлагаемая технология консервации подходит как для паровых, так и для водогрейных котлов. Принцип данного метода заключается в поддержании в котле давления выше атмосферного, что предотвратит попадание в него кислорода, и применяется для котлов любых типов давлений. Для поддержки избыточного давления в котле его заполняют деаэрированной водой. Такой способ применяют, когда существует необходимость вывода котла в резерв или проведения ремонтных работ, не связанных с проведением мероприятий на поверхности нагрева, общим сроком до 10 суток.
Осуществление метода поддержания избыточного давления в остановленных водогрейных или паровых котлах возможно несколькими способами:
Выбор того или иного способа зависит от режима эксплуатации котельной, общего числа резервных и действующих котлов и т.д.
Сухой способ консервации котлов
Схема отвода котла.
Освобождение котла от воды при давлении выше атмосферного происходит после опустошения за счет тепла, накопленного металлом, обмуровки и изолированности с поддержанием температуры котла выше температуры атмосферного давления. Одновременно подсушиваются внутренние поверхности барабана, коллекторов и труб.
Сухой останов применим к котлам с любым давлением, но при условии отсутствия в них вальцовочных соединений труб с барабаном. Проводится при плановом останове в резерв или на период ремонтных работ оборудования сроком не более 30 суток, а также при аварийном останове. Для того чтобы исключить попадание в котел влаги во время простоя, нужно следить за его отключением от трубопроводов воды и пара, находящихся под давлением. Должны быть плотно закрыты: установки проглушек, запорная арматура, ревизионные вентили.
Вытеснение воды производят при показателях давления 0,8-1,0 МПа после того, как котел был остановлен и охлажден естественным путем. Промежуточный пароперегреватель обеспаривают на теплообменник. По окончании дренирования и подсушки вентили и задвижки пароводяной схемы котла, лаз и шибер топки и газохода должны быть закрыты, открытыми остаются лишь ревизионный вентиль, в случае необходимости устанавливают проглушки.
В процессе консервации после того, как котел полностью остыл, необходимо периодически следить за попаданием воды или пара в котел. Такой контроль осуществляется путем зондирования пространств вероятного попадания их в области запорной арматуры, открытия дренажей нижних точек коллекторов и трубопроводов, вентилей пробоотборных точек на небольшой период.
В случае обнаружения попадания воды в котел нужно принять необходимые меры. После этого котел подлежит растопке, поднятию в нем давления до 1,5-2,0 МПа. Указанное давление поддерживают на протяжении нескольких часов, а затем производят азот заново. Если попадание влаги невозможно устранить, прибегают к способу консервации путем поддержания в котле избыточного давления. Подобный метод еще используют, если во время останова котла производились ремонтные работы оборудования на поверхностях нагрева и возникла необходимость опрессовки.