CC BY
134
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ»
№9/2015
ISSN 2410-700Х
В результате получено, что температура стенки труб в точке (1) составляет 664 °С, в точке (2) - 510 °С, в точке (3) - 558 °С. Таким образом, в точке с максимальным лучистым потоком температура стенки превышает предельно допустимую для стали 12Х1МФ (585 °С).
Максимальная (допустимая по условиям окалинообразования) температура металла труб из применяемых для перегревателей котлов перлитной стали 12Х1МФ при сжигании мазута должна составлять соответственно не более 585 °С. Значит, запас по температуре металла стенки труб в точке (1) ограничен и создается опасность превышения допустимой температуры металла змеевиков.
Для снижения температур стенки рекомендуется заменить лобовые трубы TTII II I 1 трубами из аустенитной стали Х18НТ2Т. В результате максимальная (допустимая по условиям окалинообразования) температура металла труб станет 610 °С, и запас по температуре металла стенки труб в точке (1) будет выполняться.
Список использованной литературы:
1. Методические указания «Создание и расчет котла и систем регенерации электростанции в программе «Boiler Dynamic» - М.: Фирма OPTSIM-K, 2005. - 144 с.
2. Об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование, работающее под избыточным давлением»: утв. приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 25 марта 2014 г. № 116, опубл. 22.09.2014 г., бюл. нормативных актов федеральных органов исполнительной власти № 38. - 112 с.
3. Тепловой расчет котлов (Нормативный метод). НПО ЦКТИ, СПб, 1998. - 256 с.
© Н.В. Кружилин, Л.М. Недлин, А.А. Ватутин, 2015
УДК 621.184
Кружилин Николай Владиславович
Эксперт объектов котлонадзора ООО ИКЦ «Мысль» НГТУ
г. Новочеркасск, РФ Короткий Анатолий Аркадьевич Генеральный директор ООО ИКЦ «Мысль» НГТУ
г. Новочеркасск, РФ Панфилов Алексей Викторович Директор по сертификационной деятельности ООО ИКЦ «Мысль» НГТУ
г. Новочеркасск, РФ [email protected]
ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ РАБОТЫ СРЕДНЕЙ ЧАСТИ ЭКРАННЫХ ТРУБ КОТЛА КВГМ-30-150 В ЗОНЕ ПОВЫШЕННЫХ ТЕПЛОВЫХ НАГРУЗОК НА ПРОДЛЕНИЕ ЕГО СРОКА СЛУЖБЫ
Аннотация
Определены возможные причины повреждения металла труб боковых экранов котла КВГМ-30-150 в зоне активного горения. Рассчитаны варианты изменения расходов воды в экранных трубах, обеспечивающие возможность надежного охлаждения металла на разных нагрузках.
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №9/2015 ISSN 2410-700Х_
Ключевые слова
Топочный экран, температурный режим, сталь, расход воды.
В процессе планового обследования котла КВГМ-30-150 (экспертизы промышленной безопасности) на ОАО «Каменский машиностроительный завод», г. Каменск-Шахтинский были выявлены повреждения труб в средней части боковых экранов, ближе к фронту, в зоне расположения факела горения [2, с. 112]. При эксплуатации котлов типа КВГМ основными причинами неполадок и отказов в работе являются нарушения правил технической эксплуатации - работа с отключенными технологическими защитами, без режимных карт, с поврежденной обмуровкой, со свищами в трубах поверхностей нагрева, с несоблюдением норм качества подпиточной и сетевой воды; эксплуатация котла на давлении ниже рекомендованного заводом-изготовителем. В этом случае нарушения правил технической эксплуатации выявлено не было. Однако были выявлены поврежденя экранных труб на боковых стенах топки, в зоне расположения горелок. Повреждения представляют собой увеличенный наружный диаметр труб поверхностей нагрева (больше 3,5% номинального диаметра), а также наличие копоти на экранных трубах. Движение воды в этих трубах -подъёмное. В связи с этим была рассмотрена возможность наброса факела на боковые экраны топки, учитывая, что в зоне работы горелок располагается зона повышенных локальных тепловых потоков, а также возможность неравномерной работы горелочных устройств. Экраны котла выполнены из труб 0 61^3,5 мм из стали 10 (ГОСТ 1050-74). Остальные данные представлены в таблице 1.
Таблица 1.
№ Наименование Сведения
1. Тип котла КВГМ-30-150
2. Изготовлен - Дорогобужским котельным заводом, п. Верхне-Днепровский, Смоленской обл.
3. Дата изготовления Май, 1987г.
4. Дата ввода в эксплуатацию 19.09.1992г.
5. Рабочая среда Вода
6. Рабочее давление, МПа (кгс/см2) 2,5 (25,0)
7. Теплопроизводительность, ккал/час 30х106
8. Расчётное давление, МПа (кгс/см2) 2,5 (25,0)
9. Рабочая температура среды, 0С +150
Анализ опыта эксплуатации водогрейных котлов показывает, что надежность и долговечность работы водогрейных котлов зависит главным образом от условий циркуляции воды и стойкости поверхностей нагрева к коррозии.
В циркуляционном контуре водогрейного котла недопустимо закипание воды, так как это приводит к появлению внутренних отложений, к гидравлическим ударам и может вывести котел из строя. Однако опасно не только общее закипание воды в отдельных обогреваемых трубах, но и поверхностное кипение. Под поверхностным кипением понимают образование пузырьков пара на внутренней поверхности труб водогрейного котла при средней температуре воды, меньшей температуры кипения. Образование паровых пузырей на стенках трубы возможно только в случае достижения стенкой температур, превышающих температуру насыщения. Следовательно, во избежание поверхностного кипения необходим некоторый недогрев воды до температуры насыщения при давлении, равном давлению на выходе из котла.
Более высокое значение скорости воды следует принимать для труб с опускным движением, причем с увеличением удельных тепловых потоков допустимые скорости увеличиваются.
На рисунке 1 приведены изменения минимальной допустимой скорости воды в трубах поверхностей нагрева водогрейных котлов в зависимости от удельной тепловой нагрузки [3, с.85]. Из графика ясно, что при движении воды в трубах снизу вверх скорость может быть значительно ниже, чем при движении сверху вниз.
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №9/2015 ISSN 2410-700Х 250
200
^ 150 Ч
П. 100
50
1Ц J ► 211 / 1
/ /
0.5 0:6 0.7 0.8 1 1,1 1.2 1,4
м/с
Рисунок 1 - Зависимости между минимально допустимыми скоростями воды в трубах водогрейных котлов
и удельными тепловыми нагрузками. 1 - подъёмное движение воды; 2 - опускное движение воды
Правильный гидравлический режим - наиболее важный режимный фактор, обеспечивающий надежную работу всей трубной системы водогрейного водотрубного котла.
В водном теплоносителе всегда находятся растворённые газы, которые могут выделяться в виде пузырьков. Скорость теплоносителя должна быть такой, чтобы эти пузырьки уносились потоком. В Нормах гидравлического расчёта котельных агрегатов [1, с. 154] указывается, что невозможность скопления отложений и газовых пузырей в трубах экономайзеров определяется скоростью потока в них. Массовая скорость в разверенной трубе, достаточная для выноса отложений и газовых пузырей из горизонтальных труб, должна быть не меньше 300 кг/ м2с, что соответствует линейной скорости воды в водогрейных котлах, равной 0,3 м/с.
В пункте 3-98 [1, с.154] есть данные о минимальной скорости в опускных трубах, при которой ещё не происходит скопления паровых (газовых) пузырей - 0,8 м/с.
Сравнивая граничные скорости, указанные в нормах [1, с.154] с данными рисунка 1, можно сделать вывод, что требования рис. 1 более строгие, поэтому они и были приняты для определения минимально допустимых расходов в котле КВГМ-30-150.
Для предотвращения закипания воды в отдельных трубах некипящих экономайзеров в нормах [1, с.154] рекомендуют подогрев воды до состояния насыщения не менее 30 ккал/кг, что приблизительно соответствует 30°С.
В рекомендациях [4, с.74] говорится, что температура на выходе из котла должна быть на 20 °С ниже температуры насыщения при рабочем давлении в выходном коллекторе.
Целью данной работы являлось определение гидравлической устойчивости водогрейного котла типа КВГМ-30-150 с выявлением минимального расхода воды в условиях пониженных расходов.
Для расчета параметров водогрейного котла КВГМ-30-150 составлены расчетные схемы трактов. Для каждого потока среды задается выходной расход и параметры среды на входе и выходе. Все расчёты проведены с использованием ЭВМ. При создании модулей статического расчета элементов использовались нормативные методы теплового и гидравлического расчетов котельных агрегатов, принятых в России (Нормативный метод расчета котлов). Эта методика прошла всестороннюю проверку при расчете большого парка котлов различной мощности. Для сжигания в водогрейном котле КВГМ-30-150. В качестве топлива применяется Ставропольский природный газ.
Были выполнены следующие расчёты [5, с.296], [1, с. 154 ]:
- расчет конструктивных характеристик отдельных элементов котла (например, поверхности нагрева), обеспечивающих заданный режим работы (температуру газов или среды на выходе, тепловую мощность и т.п.);
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ» №9/2015 ISSN 2410-700Х_
- поверочный расчет котла;
- аэродинамический расчет котла;
- гидравлический расчет котла;
- расчет теплового баланса (расчет расхода топлива в номинальном режиме и расчет КПД);
- расчет режимов котла при частичных нагрузках и любом произвольном сочетании входных возмущающих воздействий (расходов топлива, воздуха, питательной воды, впрысков и др.). для изменения входных воздействий в большинстве случаев предусмотрены регулирующие клапана, степень открытия которых можно изменять в ходе расчета. отдельные регулирующие клапана могут управляться регуляторами, обеспечивающими поддержание в ходе расчета соответствующих параметров на заданном уровне;
- тепломеханический расчет поверхностей нагрева с учетом теплогидравлических разверок.
Таким образом, данные статические расчеты позволяют осуществлять расчёт различных вариантов конструкции котла, рассчитывать режимы его работы в широком диапазоне нагрузок и в результате выбрать вариант, обеспечивающий наилучшие статические характеристики.
В результате проведённых расчетов выявлены следующие замечания. Экранные трубы работают при высоких удельных тепловых нагрузках, поэтому они и будут ограничивать возможный расход теплоносителя из-за опасности поверхностного кипения. Как было сказано выше, в водогрейных котлах основными процессами, нарушающими теплотехническую надежность поверхностей нагрева, являются поверхностное кипение и приближение параметров воды на выходе из котла к состоянию насыщения. В таблице 2 приводятся минимальные расходы по этим условиям.
Таблица 2
Сравнение минимальных расходов по условию поверхностного кипения и по условию недогрева воды на
выходе из котла КВГМ-30-150 на 20°С в основном режиме
Нагрузка, % 20 40 60 80 100
Минимальный расход по условию поверхностного /-чпов . кипения Стт , т/ч 870,5 934,3 981,1 1022,1 1052,7
Минимальный расход по условию недогрева на 20°С при давлении на выходе 1,0 МПа , т/ч 215,1 436,8 656,6 890,6 1097,2
Как видно из таблицы 2, поверхностное кипение является процессом, определяющим минимальный расход при всех нагрузках, кроме номинальной. Итоговый минимальный расход выделен в таблице 2 жирным шрифтом. При более высоких давлениях минимальный расход по условию недогрева воды на выходе будет ещё меньше.
На основании тепловых расчетов топочной камеры и теплогидравлических расчетов поверхностей нагрева можно сделать следующий вывод - расход воды на котел в основном режиме устанавливать не ниже указанных в таблице 3 значений.
Таблица 3
Минимальный расход воды на котел в основном режиме
Нагрузка, % 20 40 60 80 100
Минимальный расход, G^0^, т/ч 870,5 934,3 981,1 1022,1 1052,7
Минимальный относительный расход, /~<от Gmin, % 70,4 75,5 79,3 82,6 85,1
Список использованной литературы:
1. Гидравлический расчет котельных агрегатов (нормативный метод). / Под ред. В.А. Локшина, Д.Ф. Петерсона, А.Л. Шварца. М.: Энергия, 1978. - 154 с.
2. Об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила промышленной безопасности опасных производственных объектов, на которых используется оборудование,
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «СИМВОЛ НАУКИ»
№9/2015
ISSN 2410-700Х
работающее под избыточным давлением»: утв. приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 25 марта 2014 г. № 116, опубл. 22.09.2014 г., бюл. нормативных актов федеральных органов исполнительной власти № 38. - 112 с.
3. Перевод промышленно-отопительных котлов с парового на водогрейный режим / Глущенко Л.Ф., Шевцов Д.С., Кунцевич Б.Ф. - Киев: Бущвельник, 1982. - 85 с.
4. РД 34.26.101-94. Методические указания по расчету предельно допустимой температуры нагреваемой воды, обеспечивающей отсутствие поверхностного кипения в водогрейных котлах. Введ. 1995-07-01. -Вып.5. - М.: ГУП «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 1995. - 74 с.
5. Тепловой расчет котельных агрегатов. Нормативный метод. М.: Энергия, 1998 г. - 296 с.
© Н.В. Кружилин, А.А. Короткий, А.В. Панфилов, 2015
УДК 621.6.01
Кульков Егор Павлович
эксперт ООО ИКЦ «Мысль» НГТУ г. Новочеркасск, РФ E-mail: [email protected] Красюкова Светлана Николаевна инженер, эксперт ООО «Инженерно- технический центр»
г. Кропоткин, РФ Ватутин Александр Александрович инженер, эксперт ООО «Инженерно- технический центр»
г. Кропоткин, РФ
РАСЧЕТ НАДЗЕМНЫХ ГАЗОПРОВОДОВ НА ПРОЧНОСТЬ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ЭКСПЕРТИЗЫ
ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
Аннотация
В статье рассматриваются один из простейших методов расчета надземных газопроводов на прочность в рамках проведения экспертизы промышленной безопасности, в объеме достаточном для определения возможности его дальнейшей безопасной эксплуатации. Расчет основывается на результатах ультразвуковой толщинометрии элементов газопроводов.
Ключевые слова
Расчет надземных газопроводов на прочность, экспертиза промышленной безопасности газопроводов.
Расчет на прочность сводится к определению допустимого рабочего давления для труб и соединительных деталей газопровода, в отношении которого проводится техническое диагностирования в рамках проведения экспертизы промышленной безопасности. При расчете используется минимальное значение толщин стенок труб и соединительных деталей газопровода, полученное в результате ультразвуковой толщинометрии. К расчету принимаются трубы и соединительные детали с утонением стенки более чем на 15 % по сравнению с паспортными данными [1, с. 16]. В случае если в результате проведения ультразвуковой толщинометрии не будут обнаружены участки газопровода на которых утонение стенки превысит величину более 15%, по сравнению с паспортными данными, расчет на прочность не проводится. Рассмотрим пример расчета участка газопровода из трубы 0426*10,0, исходные данные приведены в таблице 1, результаты расчета приведены в таблице 2.
