Цель и виды теплотехнических испытаний

Теплотехнические испытания котла проводят с тем, чтобы установить соответствие его характеристик техническим условиям на поставку (требованиям заказчика), то есть определить пригодность испытуемого котла для энергетической установки судна. Испытания производят на полной, максимальной, мини­мальной и частичных нагрузках при ручном и автоматическом управлении.

При испытаниях определяют:

– спецификационные характеристики котла – расход топ­лива, паропроизводительность, параметры выдаваемого котлом пара, влажность насыщенного пара, коэффициент полезного дей­ствия, величину газовоздушных сопротивлений, коэффициент из­бытка воздуха, а также теплохимические характеристики котла (солесодержание котловой воды, перегретого пара, режим про­дувки и т. д.);

– надежность работы котла в целом и всех его элементов, о которой судят по температурному режиму элементов, проч­ности конструкции котла, плотности арматуры и обшивки, каче­ства кирпичной кладки и изоляции, устойчивости процесса го­рения и поддержания уровня воды в пароводяном коллекторе и т. д.;

– маневренные характеристики котла – продолжительность разводки, подъема и сброса нагрузки, устойчивость параметров пара;

– эксплуатационные особенности котла – удобство, доступ­ность и продолжительность разборки и сборки отдельных ча­стей котла (горловин, лазовых затворов, внутренних частей па­роводяного коллектора, коллектора ПП и др.) доступность чистки и осмотров, ремонтопригодность (удобство глушения вы­шедших из строя трубок, ремонта частей котла, ПП, ВЭ, ВП), эффективность сажеобдувочных устройств, удобство контроля за работой котла.

Теплотехнические испытания осуществляют в два этапа:

1) наладочные – на стенде завода-изготовителя, во время которых отрабатывают все системы управления и защиты, про­изводят отладку процесса горения и водного режима, прове­ряют соответствие полученных характеристик проектным, гото­вят котел к сдаточным испытаниям;

2) гарантийно-сдаточные – в условиях, когда всесторонне учитывают особенности работы судовой энергетической уста­новки (СЭУ), для которой предназначен испытуемый котел; эти испытания выполняют при номинальной и максимальной нагруз­ках, а также на долевых режимах, соответствующих 25-, 50-, 75-и 100%-ной нагрузкам по расходу топлива. Теплотехнические испытания утилизационных котлов проводят во время испыта­ний СЭУ.

Наладочным испытаниям предшествуют детальные осмотры котла и обслуживающих его систем, а также паровая проба. Ее цель – проверка плотности и прочности котла и отдельных его частей, а также деформации элементов котла при постепенном прогревании. По результатам паровой пробы настраивают пре­дохранительные клапаны.

До начала сдаточных испытаний котел должен проработать без чистки не менее 50 ч. На основе результатов сдаточных испытаний окончательно устанавливают все характеристики котла и корректируют документацию; технические условия на поставку, технический формуляр, описание и инструкции по эксплуатации.

Схема стендовой установки для проведения теплотехнических и теплохимических испытаний показана на рис. 8.1.

Пар из пароводяного коллектора котла 1 поступает через дроссельно-увлажнительное устройство 2 в конденсатор 6, от­куда конденсатный насос 7 направляет конденсат в мерные баки 9. Обычно один бак наполняют, а из другого насосом 10 осуществляется питание котла. Стрелкой 5 отмечена подпитка котла добавочной водой. Для возможности изменения химиче­ского состава котловой воды имеются мерные баки 5, которые заполнены растворами различных химических реагентов. Подача реагентов может осуществляться и непосредственно в котел специальными дозаторами-вытеснителями.

Для обеспечения котла топливом и замера его расхода имеются мерные топливные баки 13, один из которых заполнен топливом, а из другого топливо подается через фильтры 15 на­сосом 14 к форсунке. При работе котла на мазутах и мотор­ных топливах используется топливоподогреватель и система ре­циркуляции для предварительного подогрева топлива до тем­пературы 65–75°С. Воздух в котел поступает от вентилятора 18.

На главном паропроводе установлено пароотборное устрой­ство, из которого проба пара направляется в конденсатор 3. Полученный конденсат поступает непосредственно в солемер, либо в колбу 4 и далее – в лабораторию для химического ана­лиза. Результаты анализа позволяет определить влажность пара. Отбор проб котловой воды осуществляется через холодильник 17, из которого охлажденная вода сливается в сосуд 16 для дальнейшего химического анализа. Состав продуктов сгорания определяют с помощью газоанализатора. Эти данные используют для расчета коэффициента избытка воздуха. Вода, уда­ленная из котла при верхнем и нижнем продувании, через хо­лодильник 12 поступает в мерную емкость 11. Параметры пара, питательной воды, воздуха, продуктов

Условные обозначения приборов

<жиннь/й монометр для замера (г) давлений пара р_} топлива р?л

TJ~ образный нанометр Зля замера ^2 статических давлений ВВоздуш-ном коробе Ъ._в,ВтопкеЪ._Г)Вдымна-

®иеЬ,_А Термометры (термопары) для is мера температур воздуха tr_Bj7ion/lu-ва t₇fi,уходящих газов й^_х.

Рис. 8.1. Принципиальная схема стенда для проведения тепло­технических и теплохимических испытаний котлов

сгорания измеряют с по­мощью приборов, часть которых имеют устройства для автома­тической записи показаний. Для того чтобы определить тепло­технические и эксплуатационные характеристики котла в широ­ком диапазоне нагрузок, проводят его балансовые испытания при стационарном режиме работы.

Паропроизводительность котла определяют по расходу пи­тательной воды при неизменном уровне воды в пароводяном коллекторе и плотно закрытых клапанах верхнего и нижнего продувания, в этих условиях .

Расходы питательной воды и топлива измеряют с помощью заранее тарированных мерных баков. Для этого необходимо замерить изменение уровня воды (топлива) в баке за время .

Тогда расход питательной воды (топлива) можно рассчитать по формуле

,

где		–	тарировочный коэффициент, численно равный объему, соответствующему единице шкалы указателя уровня;
		–	плот­ность воды (топлива).

Расход пара определяют также с помощью расходомерных диафрагм, установленных на главном паропроводе. Температуру воды, топлива, воздуха измеряют техническими ртутными тер­мометрами, а температуру уходящих газов – термопарами; дав­ление пара, питательной воды и топлива – пружинными мано­метрами, а давление в газовоздушном тракте – U-образными водяными манометрами. Показания всех приборов стенда фикси­руют по общему сигналу через 10–15 мин. Продолжительность выхода на стационарный режим – 2 ч. Режим считают стацио­нарным (установившимся), если показания приборов, измеряю­щих основные параметры, не выходят за пределы допускаемых отклонений от среднего значения. При измерениях допускаются отклонения: давление пара ±0,02 МПа, давления газов и воз­духа ±20 Па; температура питательной воды и уходящих га­зов ±5°С. Средние значения показаний приборов во времени находят как среднеарифметические за время испытаний. В рас­чет не принимают значения, отличающиеся от среднего, более допустимого. Если число таких показаний превышает 17% об­щего числа произведенных замеров, то опыт повторяют.

К. п. д. котла определяют по формулам (3.13) и (3.14), теп­ловые потери с уходящими газами и от химического недо­жога формулам (3.3), (3.24), (3.26) и (3.27), а потери в окружающую среду , рассчитывают по уравнению теплового баланса

Для расчета коэффициента избытка воздуха а используют дан­ные газового анализа и расчетные зависимости (2.35)–(2.41). По результатам испытаний строят графики (Рис. 8.2), представ­ляющие собой зависимости от расхода топлива В. Такой полный объем испытаний предназначен для вновь разработанных котлов. Для серийных образцов объем испытаний может быть сокращен, что предусматривается спе­циальными программами.

Высокоэкономичная и безопасная эксплуатация котла на судне может быть обеспечена при условии выполнения всех тре­бований Регистра СССР, который осуществляет надзор за их реализацией. Этот надзор начинается с рассмотрения техниче­ской документации, чертежей, расчетов, технологических карт и т. д. Надзору подлежат все главные, вспомогательные и утилизационные котлы, их перегреватели, экономайзеры с рабо­чим давлением 0,07 МПа и более.

Представители Регистра СССР подвергают котлы освиде­тельствованию, которые могут совпадать по времени с освиде­тельствованием судна в целом или проводиться самостоятельно. Они бывают первоначальные, очередные и ежегодные.

Первоначальное освидетельствование проводят для того, что­бы установить возможность присвоения класса судну (при этом учитывают техническое состояние и год постройки судна, меха­низмов, в том числе и котлов), очередное,– что­бы возобновить класс суд­ну и проверить соответ­ствие технического со­стояния механического оборудования и котлов требованиям Регистра СССР; ежегодное осви­детельствование необхо­димо для контроля работы механизмов и котлов. Пос­ле ремонта или аварии судно проходит внеочеред­ное освидетельствование. Во время освидетель­ствований представитель Регистра может произво­дить внутренние и наруж­ные осмотры, гидравличе­ские испытания котлов, регулировку и проверку на срабатывание предохранительных клапанов; осмотр средств подготовки и подачи питательной воды, топлива и воздуха, ар­матуры, контрольно-измерительных приборов, систем автома­тики; проверку срабатывания защиты и т. д.

Пробные давления гидравлических испытаний составляют обычно , но не меньше, чем МПа ( рабо­чее давление). Для пароперегревателей и их элементов если они работают при температуре , равной 350°С и выше.

0,1 0,2 0,3 В,кг/с

Рис. 8.2. Характеристики котла

р_ар =

= 1,5/?

Паровой котел и его элементы (ПП, ВЭ и ПО) выдержи­вают при пробном давлении в течение 10 мин, затем давление снижают до рабочего и продолжают осмотр котла и его арма­туры. Гидравлические испытания считаются успешными, если пробное давление в течение 10 мин не снижалось, а при осмот­ре не обнаружены течи, видимые изменения формы и остаточ­ные деформации деталей котла.

Регулировка предохранительных клапанов должна быть вы­полнена на следующие давления открытия: для МПа; для МПа. Максимальное давление при действии предохранительного клапана .

При освидетельствовании производят наружные осмотры котлов вместе с трубопроводами, арматурой, механизмами и си­стемами при рабочем давлении пара.

Результаты освидетельствования заносят в регистровую книгу парового котла и главного паропровода, которая выдается инспектором Регистра СССР при первоначальном освидетель­ствовании каждого котла.

Обслуживание паровых котлов

Эксплуатация парового котла производится в соответствии с Правилами обслуживания и ухода за ним, а также инструк­циями проектанта и службы судового хозяйства (ССХ).

Пуск котла – одна из ответственных операций. Ей пред­шествуют детальный осмотр котла, проверка работоспособности всех элементов и узлов и подготовка его к пуску. Осматривают не только котел, но и все обслуживающие его системы, их арма­туру, контрольно-измерительные приборы, средства автоматиза­ции, защиты и управления.

В пароводяном коллекторе или сепараторе утилизационного котла уровни воды должны соответствовать инструкциям по эксплуатации. В помещениях котельной убирают посторонние предметы, проверяют исправность противопожарного оборудо­вания, инструментов и приспособлений, необходимых для обслу­живания котла. Вентилируют топку и газоходы котла в течение не менее 10 мин, чтобы исключить возможность взрыва смеси горючих газов и воздуха.

Растопку котла производят в такой последовательности. Открывают продувку пароперегревателя для охлаждения его паром, заполняют водой экономайзер, запускают топливный на­сос, с помощью системы рециркуляции подогревают мазут до 65–70°С и зажигают растопочную форсунку электровоспламенителем. Затем запускают электровентилятор на малую производительность и регулируют размер и форму факела для обес­печения бездымной работы котла. С начала растопки контроли­руют уровень воды в пароводяном коллекторе, периодически продувая водоуказательные приборы. Продувку ВУП производят до тех пор, пока давление в пароводяном коллекторе не достиг­нет 0,05–0,1 МПа. После этого продувка ВУП необходима лишь для прогрева стекол по мере повышения давления и перед включением котла в паропровод.

Если из воздушных клапанов появился пар, то их закрывают и усиливают горение, затем продувают манометры и следят за подъемом давления. Перед включением котла прогревают па­ропровод до соединения с главной магистралью, которую также заранее прогревают в течение 15–20 мин приоткрытых кранах продувания. Особое внимание при пуске уделяют поддержанию уровня воды в пароводяном коллекторе. Время подъема пара определяется конструктивными характеристиками котла и долж­но соответствовать инструкции по эксплуатации. По достиже­нии требуемого давления необходимо еще раз проверить уро­вень воды, удостовериться в нормальном действии ВУП, ма­нометров и предохранительных клапанов; только после этого котел можно соединить с главным паропроводом.

Во время действия котла для его обслуживания должны быть созданы условия для его безопасной и экономичной ра­боты. С этой целью необходимо: поддерживать заданные темпе­ратуру и уровень воды по ВУП, температуру и давление пара, температуру уходящих газов; обеспечивать бездымное горение при малых коэффициентах избытка воздуха, требуемое качество котловой воды, нормальную работу деаэрационной установки и водоподогревателей; содержать в исправном состоянии фор­сунки, арматуру, изоляцию котла и паропроводов; своевременно очищать поверхности нагрева с помощью сажеобдувочных устройств, используя результаты замера температур уходящих газов и перегретого пара.

В котле во время работы происходят сложные физико-хими­ческие процессы, которые могут вызывать отклонения основ­ных параметров рабочих тел от заданных значений. Например, загрязнение наружной поверхности нагрева влияет на темпера­туру перегретого пара . Если отложения сажи находятся на трубных пучках перед пароперегревателем, то будет повы­шаться, а при загрязнении поверхности ПП – наоборот, пони­жаться. О загрязнении поверхностей нагрева можно судить и по увеличению температуры уходящих газов. Основное средство борьбы с загрязнением – своевременное применение сажеобду­вочных устройств. В нормальных условиях эксплуатации котла сажеобдувку производят один раз в сутки. Снижению спо­собствует и повышенная влажность пара, поступающего в ПП. Увеличение влажности пара может быть связано с ростом солесодержания котловой воды, ее вспениванием в пароводяном коллекторе и повышением уноса влаги в паросборную трубу. О воздействии этого фактора на можно судить по резкому колебанию уровня в ВУП.

Увеличение коэффициента избытка воздуха и приводит к снижению к. п. д. котла. Такое изменение и может быть связано с ухудшением процесса горения, нарушением в системе автома­тического регулирования или подсосами воздуха через неплот­ности внутреннего кожуха.

Наибольшее воздействие на работу котла оказывает измене­ние расхода топлива и качества его сжигания, а для утилиза­ционных котлов – смена режима работы главного двигателя, что требует соответствующего регулирования элементов и устройств котла, обеспечивающих необходимые количества ра­бочих сред и их параметры.

Вывод из действия котла начинают с тщательной про­дувки. Затем постепенно выключают форсунки и закрывают ре­гистры воздухонаправляющих устройств; отключают котел от главной магистрали и открывают продувку пароперегревателя; дополнительно подают питательную воду в котел до уровня, не­много превышающего нормальный, и останавливают питатель­ный насос; закрывают все дымовые и воздушные шиберы для медленного и равномерного остывания. Процесс расхолажива­ния во избежание температурных перекосов может быть весьма длительным. Например, для котла К.ВГ-80 время расхолажива­ния составляет 24–40 ч.

В зависимости от цели остановки воду из котла либо уда­ляют, либо, наоборот, его полностью заполняют деаэрированной водой («мокрое» хранение). При кратковременном бездействии (24 ч – главный котел, до трех суток – вспомогательный или утилизационный) допускается хранить котел в том состоянии, в котором он находился до остановки. При бездействии котла до 30 сут может быть использовано «мокрое» хранение, когда котел заполнен раствором тринатрийфосфата в деаэрированной воде с концентрацией 5 мг на литр. При бездействии котла более 30 сут применяют «сухое» хранение. В этом случае из котла удаляют всю воду, а в коллекторах и камерах устанавливают влагопоглотители из расчета на 1 м³ их объема 4 кг силикагеля. Крышки лазов и горловин смазывают техническим вазелином и плотно закрывают. Наружные поверхности котла покрывают антикоррозийной обмазкой (суриком, техническим вазелином и т. п.). Перед постановкой на длительное хранение котел не­обходимо очистить от накипи и сажи.