Ремонт барабанов котлов низкого давления

Ремонт барабанов котлов низкого и среднего давления

§ 12. Основные повреждения и их причины

На давно построенных электростанциях и в промышленных котельных находится большое количество паровых котлов низкого и среднего давления, которые эксплуатируются более 40 лет. С течением времени барабаны этих котлов изнашиваются и при отсутствии надлежащего ремонта становятся менее надежными или вовсе непригодными к эксплуатации. Нередко дефекты в барабанах появляются и в современных котлах. Известны случаи, когда трещины в барабанах котлов низкого и среднего давления появлялись через 5—7 лет после ввода котла в эксплуатацию.

Типичными повреждениями барабанов котлов низкого и среднего давления являются нарушения прочности и плотности заклепочных швов, появление трещин в сварных швах и отбортовках днищ, повреждения стенок трубных отверстий и лючковых затворов, коррозионные разъедания металла на стенках барабанов. Встречаются также повреждения воротниковых фланцев и штуцеров.

Трещины в металле барабана появляются в результате:
1) дефектов и пороков структуры в котельных листах, возникших при разливе стали и ее затвердевании, а также при прокатке листов и изготовлении элементов барабанов;
2) перенапряжений металла, допущенных при изготовлении котла;
3) перенапряжений металла, возникших из-за появления при неправильной эксплуатации постоянных или переменных добавочных усилий;
4) агрессивного действия котловой воды.

Чаще всего повреждения барабанов возникают в результате совместного действия нескольких причин. Влияние первых двух причин на появление трещин рассмотрено в предыдущей главе. Перенапряжения металла при неправильной эксплуатации котла появляются чаще всего вследствие механических, термических и химических воздействий на металл. Механические напряжения в металле барабана из-за внутреннего давления, массы барабана и закрепленных на нем деталей могут значительно возрастать в результате термических напряжений, появившихся вследствие неравномерного нагрева и расширения всех частей барабана и вызвавших его прогиб и искажение правильной цилиндрической формы. Значительная разница в температуре находящихся рядом элементов барабана вызывает появление местных термических напряжений, которые также приводят к короблению металла и появлению трещин в нем. Термические напряжения могут значительно превосходить величину механических напряжений.

Причинами термических напряжений могут быть:
ввод в барабан питательной воды, температура которой ниже температуры котловой воды, без специальных защитных устройств;
неравномерное питание котла холодной водой;
слабое перемешивание котловой воды с холодной питательной водой и застой циркуляции в нижних барабанах некоторых водотрубных котлов и в нижних слоях жаротрубных котлов;
пропуск пара из паропровода в отключенный котел и неотключение от паропровода котла с потушенной или слабо форсируемой топкой.

Химическое воздействие на металл агрессивной котловой воды выражается в коррозионных разъеданиях, ослабляющих элементы барабана. При совместном механическом, термическом и химическом воздействии в металле барабана котла появляются межкристаллитная коррозия и другие дефекты, в результате которых барабан может выйти из строя в очень короткое время.

Пороки структуры, дефекты и перенапряжения в стали, допущенные при выплавке металла и изготовлении барабанов и не выявленные в первые годы эксплуатации котла, не являются опасными. Однако при появлении механических и термических перенапряжений и химических воздействий наличие первоначальных дефектов может ускорить появление повреждений.

• Нарушения прочности и плотности заклепочных швов
• Трещины в сварных швах
• Трещины в отбортовках днищ
• Повреждения стенок трубных отверстий и лючковых затворов
• Коррозионные разъедания

Источник

Повреждения и ремонт барабанов котлов низкого и среднего давлений

Типичными повреждениями барабанов котлов низкого и сред­него давления являются нарушения прочности и плотности за­клепочных швов, появление трещин в сварных швах, цилиндри­ческой части барабана и днищах, повреждения стенок трубных отверстий лючковых затворов и коррозионные разъедания метал­ла на стенках барабанов. Встречаются также повреждения во­ротниковых фланцев и штуцеров.

Большинство повреждений барабанов котлов выражается в появлении трещин. Трещины появляются в металле барабана в результате:

1) дефектов структуры в котельных листах, воз­никших при разливе стали и ее затвердевании, а также при про­катке листов и изготовлении элементов барабанов;

2) перенапряжений металла, допущенных при изготовлении котла;

3) перенапряжений металла, возникших из-за появления при неправильной эксплуатации постоянных или переменных доба­вочных усилий;

4) агрессивного воздействия котловой воды.

Чаще всего повреждения барабанов возникают в результате совместного действия нескольких причин. Перенапряжения металла при неправильной эксплуатации котла появляются чаще всего вследствие механических, термических и химических воздействий на металл. Механические напряжения в металле барабана из-за внутреннего давления, массы барабана и закрепленных на нем деталей могут значительно возрастать в результате термических напряжений, появившихся вследствие неравномерного нагрева и расширения всех частей барабана и вызвавших прогиб барабана и искажение его правильной цилин­дрической формы. Значительная разница в температуре нахо­дящихся рядом элементов барабана вызывает появление мест­ных термических напряжений, которые также приводят к короб­лению металла и появлению в нем трещин.

Состояние металла барабанов котлов среднего и низкого давлений проверяют внешним осмотром при проведении ежегодных внутренних осмотров котлов администрацией предприятий и периодических освидетельствованиях их инспектором Ростехнадзора. При наличии подозрений произ­водят магнитопорошковую цветную или ультразвуковую дефектоскопию металла барабана, сварных соединений и штуцеров.

Глубину трещин определяют пробным сверлением в ме­сте ожидаемой максимальной глубины трещины. Дно от­верстия зашлифовывают, протравливают и осматривают. Если при осмотре на дне отверстия обнаружится трещина, отверстие углубляют, шлифуют, протравливают и вновь осматривают. Эти операции повторяют до тех пор, пока не исчезнут полностью следы трещины на дне отверстия. Для выявления глубины трещины иногда практикуют вырезание пробок металла в месте прохождения трещины. Пробки вырезают либо пустотелыми головками, либо сверлениями сверлом малого диаметра по контуру пробки. При изломе пробок по трещинам судят о глубине проникновения трещи­ны. Недостатком этого способа является то, что в металле барабана образуется сквозное отверстие, а глубина трещи­ны, определенная на пробке, не характеризует оставшихся участков трещины.

Химическое воздействие на металл агрессивной котловой во­ды выражается в коррозионных разъеданиях, ослабляющих эле­менты барабана. При совместном механическом, термическом и химическом воздействии в металле барабана котла появляются межкристаллитная коррозия и другие дефекты, в результате ко­торых барабан может выйти из строя в очень короткое время.

О равномерных по поверхности коррозионных поврежде­ниях судят по толщине стенки барабана, измеряемой уль­тразвуковым методом или сверлением сквозного отверстия диаметром около 8 мм в стенке барабана.

При наличии коррозионных повреждений в случае, когда толщина стенки барабана после выборки дефектов окажется меньше расчетной производят ремонт барабанов наплавкой. Это в равной мере относится к штуцерам и другим элемен­там. Если такие повреждения занимают значительные пло­щади, то решают вопрос о целесообразности ремонта с ввар­кой заплат, заменой обечаек, штуцеров или других элемен­тов. Наплавка является неприемлемой при оставшейся в месте выборки толщине стенки менее 3 мм.

При ремонте котлов низкого и среднего давлений трещи­ны глубиной до 1/3 толщины стенки барабана считают по­верхностными, а при большей глубине их ремонтируют как сквозные. По границам выявленной трещины наносят кер­ны и производят сверление на расстоянии 20–50 мм от них для предупреждения распространения трещины в длину. Сверление выполняют последовательно сверлами несколь­ких диаметров, начиная с отверстия диаметром 4–5 мм с рассверливанием его уступами по высоте с тем, чтобы обеспечить плавное раскрытие металла для заварки выбор­ки в месте трещины. Трещины глубиной свыше 1/3 толщины стенки барабана разделывают насквозь. По длине разделку трещин производят между сверлениями по их границам.

Разделка кромок должна обеспечивать качественное вы­полнение сварного шва при минимальном объеме наплав­ленного металла с тем, чтобы после сварки иметь возможно меньшие внутренние напряжения, вызываемые усадкой.

После заварки сквозной разделки вершину шва удаляют зубилом и подваривают.

Ремонт сваркой трещины в мостиках между трубными отверстиями допускается если их длина (при расположении трещин цепочкой через несколько мостиков – суммарная длина) не превышает 10 % длины мостиков в направлении трещины. При больших размерах трещин или концентрации их на небольшом участке, участок трубной решетки выре­зают и на его месте устанавливают заплату, в которой за­тем сверлят трубные отверстия. Наименьшая ширина при­нимается 100–150 мм.

Для установки заплаты вырезку дефектного места выполняют в виде овала или прямоугольника с плавными за­круглениями углов радиусом не менее 100 мм. Если удаляется выпучина, то рез производят по металлу, не подвергнутому деформации, на расстоянии 80–100 мм от границы выпучины.

Заплаты подгоняют по ради­усу барабана и по размерам вырезанного отверстия. Их ус­танавливают встык без при­хваток. Величину зазора в месте, с которого начинается приварка заплаты, принимают большей по сравнению с другими местами. Последова­тельность наложения швов при вварке заплаты приведе­на на рис. 2.19.

Рис. 2.19. Последовательность выполнения сварного соединения при вварке заплаты:

Источник

Ремонт барабанов котлов низкого давления

4.3. Ремонт барабана котлов типа ДЕ

В зависимости от количества, характера и мест расположения дефектов и повреждений барабана котла, устранение их осуществляется заваркой, наплавкой и вваркой заплат.

В случае увеличения размеров большого количества трубных отверстий, овальности барабана сверх допустимых пределов, а также больших отдулин необходима замена барабана.

Заварка, с помощью которой устраняют трещины, производится в следующей последовательности:

— для точного определения границ трещин тщательно очистить наружную и внутреннюю поверхности барабанов и провести цветную и ультразвуковую дефектоскопию;

— сквозные трещины засверлить на расстоянии 20-50 мм от каждого конца трещины;

— между высверленными отверстиями выбрать металл пневматическим зубилом или газовым резаком, придав трещине У — образную или чашеобразную форму, со скосами кромок, удобными для сварки. Конструктивные элементы подготовленных под сварку кромок и их размеры должны соответствовать типу сварного соединения С19 ГОСТ5264-80. Верхнее раскрытие кромок для толщины стенки барабана 13 мм должна быть 12-16 мм и для толщины стенки 22 мм — 16-19 мм. Зазор между нижними кромками 7-9 мм, угол скоса кромок 10-14°. При выборке металла газовым резаком, кромки необходимо тщательно зачистить зубилом или шлифмашинкой;

— произвести заварку сквозных выборок на подкладной планке. Заварку вести с местным подогревом до температуры 100-150 °С (газовой горелкой или резаком). По окончании заварки медленно охладить под слоем теплоизоляционного материала;

— после полной заварки трещины подкладную планку срубить, вырубить корень шва зубилом с полукруглым рабочим концом, не допуская резких углов и подварить корень шва для устранения часто встречающихся газовых пор и непроваров;

— металл в месте заварки зачистить заподлицо с основным металлом барабана.

Полнота удаления дефектов в корне шва контролируется методом магнитопорошковой дефектоскопии (МПД) или травлением 10-15% раствором азотной кислоты.

Наплавка, применяемая для устранения поверхностных трещин и коррозионного разъедания глубиной до 50% толщины стенки барабана, выполняется в следующей последовательности:

— коррозионные разъедания и поверхностные трещины зачистить до «здорового» металла с плавными переходами на неповрежденную поверхность. Радиус закругления кромок должен быть не менее 8 мм, шероховатость не более Rz 80 (П.111, рис. 5);

— исправить зачищенные поврежденные участки поверхности барабана методом ручной дуговой наплавки.

Для уменьшения внутренних напряжений наплавку производить после местного подогрева металла барабана до температуры 100 -150°С. По окончании наплавки металл барабана медленно охладить под слоем теплоизоляционного материала.

Производить сварку и заплавлять не выбранные до конца трещины и надрывы запрещается. В случаях, когда трещины, коррозионные разъедания, отдулины (выпучины) расположены в одном месте (гнездообразно) или ширина разделки трещины по нижнем кромкам более 9 мм, а также при коррозионных разъеданиях глубиной более 50 % толщины стенки, поврежденное место подлежит вырезке с последующей вваркрй заплаты. При этом , для избежания концентрации температурных и усадочных напряжений, наименьшая ширина заплаты допускается 100-150 мм.

Вварку заплат осуществлять в следующей последовательности:

— после очистки поверхности барабана установить границы дефектного участка и наметить контур выреза. Вырезаемый участок должен иметь форму овала или прямоугольника с закруглениями в углах радиусом не менее 50 мм;

— в случае удаления дефектного участка в виде отдулины контур выреза должен проходить на расстоянии 80-100 мм в каждую сторону от деформированного металла. Граница выреза должна проходить по «здоровому» металлу. В котлах рабочим давлением до 2,3 МПа (23 кгс/см 2 ) допускаются отдулины без выправки расположенные вне зоны швов и трубных отверстий, при условии, что высота (прогиб) отдулин не превышает 2% от наименьшего размера их основания или 10 мм (1% диаметра барабана);

— при вырезке дефектного участка резы (швы) располагать на расстоянии не менее 100 мм от сварных швов, имеющихся на барабане и на расстоянии не менее 0,9 диаметра отверстия до его кромки. Вварка заплат допускается только вне зоны трубных отверстий;

— газовой резкой вырезать по намеченному контуру дефектный участок стенки барабана;

— зачистить торец стенки вырезанного участка и снять фаску под сварку;

— снять шаблон с вырезанного участка;

— ремонтный лист, предназначенный для вырезки заплат загнуть по радиусу кривизны обечайки барабана;

— по шаблону, с учетом зазоров на сварку, газовой резкой вырезать из листа заплату;

— зачистить торцы заплаты и снять фаску под сварку;

— установить заплату встык без прихваток с применением сборочных планок, прихваченных только к заплате. Для уменьшения внутренних напряжений, установку заплаты осуществлять эксцентрично по отношению к вырезу с максимальным зазором в месте, с которого начинается заварка шва;

— произвести сварку заплаты со стенкой барабана.

В процессе проведения ремонта необходимо вести пооперационный контроль выполнения работ.

Контроль качества удаления дефектов ведется УЗД и методами магнитопорошковой или цветной дефектоскопии.

Определение толщины стенки барабана после удаления дефектов осуществляется ультразвуковыми толщиномерами или мерительным инструментом, позволяющим производить измерения с погрешностью не более ±0,1 мм.

Если после выборки дефекта оставшаяся толщина металла недостаточна по расчету на прочность, ремонтная организация устанавливает целесообразность ремонта барабана сваркой с целью усиления дефектных мест и величину наплавки.

После ремонта барабана следует составить формуляр с указанием мест заварки трещин, наплавки, вварки заплат и объемов ремонтных работ, с указанием режима сварки и порядка выполнения сварочных операций, а также фамилий сварщиков, выполнявших работы.

Ремонтная организация по составленному формуляру определяет номинальные параметры работы котла.

Перечень обязательной технической документации:

— акт осмотра поверхности барабана перед ремонтом;

— акт на объем и характеристику выполненных работ;

— формуляр развертки барабанов с указанием мест выборки металла, наплавки, сварки заплат с указанием размеров всех поврежденных участков;

— формуляр развертки барабанов с указанием исправленных трубных отверстий, размеров выборки и наплавки на поверхность трубного отверстия;

— технология выполнения ремонта с эскизами на месте сварки и наплавки с указанием режима сварки и порядка наложения швов;

— заключение УЗД и МПД на отсутствие дефектов после ремонта;

— сертификат на используемые электроды;

— копии удостоверений электросварщиков, выполняющих сварочные и наплавочные работы.

4.4. Ремонт изоляции котлов типа ДЕ

При проведении ремонта снятый с котла муллитокремнеземистый войлок и минеральную вату хранить в крытом сухом складе в условиях, не допускающих уплотнения материалов. При отсутствии признаков порчи изоляционный материалов в процессе эксплуатации котла и последующего хранения возможно их повторное использование.

Укладка муллитокремнеземистого войлока ведется следующим образом. Нижняя часть листа обшивки приваривается к каркасу котла. Верхняя часть листа отгибается наружу для возможности наполнения объема между трубной стенкой и обшивкой войлоком.

Укладку войлока вести с коэффициентом уплотнения К =2, представляющим собой отношение объема войлока до укладки к его объему в конструкции котла после укладки. Затем, войлок прижимается листом обшивки, после чего производится приварка листа по контуру примыкания сварным швом Н 1 ГОСТ 5264-80.

До приварки листов обшивки убедится в том, что болтовые соединения опор нижнего барабана ослаблены, а болты стоек правого топочного экрана сняты.

5. Маркировка котлов типа ДЕ

На фронтовом днище верхнего и нижнего барабана, на фронтовом донышке коллекторов, при их ремонте или замене должна присутствовать маркировка:

— заводской номер изделия;

— расчетное давление МПа (кгс/см 2 );

— расчетная температура стенки. °С;

— марка стали (только на коллекторах пароперегревателя).

Источник