В топочной камере происходит частичное сгорание топлива и частичное охлаждение продуктов сгорания, за счёт нагрева труб, покрывающих стены топочной камеры (топочные экраны), по которым циркулирует вода или пар. На выходе из топки газы имеют температуру ~ 1000 0С и на пути их движения устанавливаются пароперегреватели (трубчатые змеевики). После пароперегревателей температура газов составляет 700…600 оС и далее тепло от них отбирается в водяном экономайзере и воздухоподогревателе. Температура газов, после рассмотренных устройств снижается до 170…130 оС. Дальнейшее снижение температуры отходящих газов путём полезного использования их тепла препятствует конденсация паров воды и серной кислоты на рабочих поверхностях, приводящих к осаждению на них золы и коррозии.
Охлаждённые газы через систему золоулавливания и сероочистки выбрасываются из дымовой трубы в атмосферу. Твёрдые продукты сгорания топлива периодически или непрерывно удаляются из котлоагрегата и направляются в золошламонакопители.
Котлоагрегат, например, для энергоблока мощностью 300 МВт представляет собой постройка высотой > 50 м и в плане занимает площадь ~ 1000 м2. На сооружение такого агрегата, расходуется ~ 4500 т металла, из которых ~ 33 % приходится на трубные системы, работающие под давлением > 2,5 МПа.
В качестве топлива в котлоагрегатах используются:
природный газ;
мазут;
каменный уголь;
горючие сланцы;
торф.
11.2 Основные опасности, возникающие при эксплуатации котельных установок
Котельные установки относятся к опасным производственным объектам т.к. при их эксплуатации возможна реализация следующих потенциальных опасностей (основных):
неконтролируемые взрывы газовоздушных и аэрозольных горючих систем;
– физические взрывы систем, работающих под давлением;
– разрушение трубопроводов с паром и горячей водой за счёт температурных градиентов, обусловленных отложением солей жёсткости (накипи) из нагреваемой воды на нагретых поверхностях;
– генерирование вибрации и шума за счёт работы дробильных, размольных и транспортных агрегатов, а также тягодутьевых устройств;
– опасность термических ожогов при контакте работающих с нагретыми поверхностями и паром;
– загрязнение атмосферы, гидросферы и литосферы газообразными, аэрозольными, жидкими и твердыми отходами;
– загрязнение окружающей природной среды неиспользованной теплотой отходящих газов, охлаждающей воды и твердофазных отходов.
11.3 Основные способы обеспечения безопасной эксплуатации котельных установок
С целью безопасной эксплуатации котельных установок применяется следующая арматура безопасности:
манометры, для контроля давления среды (воды, пара и др.);
предохранительные устройства для сброса избыточного давления рабочей среды (разрывные мембраны, предохранительные клапаны, и др.);
парозапорные вентили для отключения КУ от паровой магистрали;
водозапорные вентили (задвижки) для впуска воды в КУ и регулирование её количества;
обратный питательный клапан, предотвращающий пропуск воды из КУ обратно в питательную магистраль при аварии на питательном трубопроводе;
воздушные клапаны для удаления из КУ воздуха и др. газов.
Вся арматура должна иметь сертификаты (паспорта), где отражаются параметры эксплуатации, схемы включения в технологическую систему и др. сведения.
Соединения трубопроводов котельных установок выполняются фланцевыми или сварными.
Котельные установки оборудуются также необходимой гарнитурой безопасности:
заслонки и шиберы для регулирования тяги и дутья;
лазы в обмуровке для осмотра топочной камеры, газоходов и др. поверхностей нагрева и футеровки;
предохранительные взрывные клапаны для защиты обмуровки и каркаса КУ от разрушений при взрывах горючей смеси в топке и газоходах;
затворы на шлаковых и золовых бункерах для удаления шлака и золы из топки, газоходов и др. мест.
В целях предупреждения взрывов автоматически контролируется температура топочных газов, пара и воды, причём системы контроля блокируются с питательными системами (по топливу и воде), которые отключаются при превышении критических величин температур.
Для обеспечения безопасности процесса розжига КУ предусматриваются автоматические системы контроля и регулирования подачи горючего на запальник и в топку.
Особое значение для безопасной эксплуатации КУ являются, умягчение питательной воды с целью предупреждения образования накипи на нагретых поверхностях. При умягчении (обессоливании) воды из неё удаляют соли жесткости ( Ca(HCO3)2; Mg(HCO3)2; CaSO4; MgSO4; MgCI2) обеспечивающие карбонатную и некарбонатную жёсткость воды.
Умягчение питательной воды производится при помощи ионообменных смол (катиониты и аниониты), а также реагентными методами (обработка кислотами с выпадением солей жёсткости в осадок).
Проектирование, эксплуатация, содержание и т.п. котельных установок подведомственны органам Ростехнадзора (котлонадзор).
Безопасная эксплуатация котельных установок регламентируется рядом нормативных документов:
ПБ 10-574–03 «Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных котлов»;
ПБ 10-575–03 «Правила устройства и безопасной эксплуатации электрических котлов и электрокотельных»;
ПБ 10-573–03 «Правила устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды»;
ПБ 03-576–03 «Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением» и др.
12. Безопасность эксплуатации газового хозяйства предприятия
12.1 Назначение и общая характеристика газового хозяйства
Газовое хозяйство предприятия предназначено для обеспечения топливом котельных установок в целях отопления помещений и получения электроэнергии на тепловых электростанциях.
В качестве топлива могут использоваться природные газы газовых и нефтяных месторождений и сжиженные углеводородные газы (СУГ).
Газопроводы систем газоснабжения в зависимости от давления транспортируемого газа подразделяются на:
– газопроводы высокого давления 1-ой категории (0,6…1,2 МПа для природного газа; 0,6…1,6 МПа для СУГ);
– газопроводы высокого давления 2-ой категории (0,3…0,6 МПа);
– газопроводы среднего давления (0,005…0,3 МПа);
– газопроводы низкого давления (≤ 0,005 МПа).
Газопроводы на территории промышленного предприятия прокладываются, как правило, надземно. Подземная прокладка газопроводов должна быть обоснована с учётом коррозионной активности грунта, наличия блуждающих токов и др. факторов. Ввод газопроводов в здание должен производиться непосредственно в помещение, где находятся агрегаты, потребляющие газ, или ли в смежное с ним помещение при условии соединения этих пространств открытым проёмом. Вводы не должны проходить через фундаменты и под ними, через подвалы, вентиляционные камеры, трансформаторные подстанции, складские помещения, помещения, имеющие категории А и Б по пожаровзрывоопасности.
В системах газоснабжения для снижения давления газа устраиваются газорегуляторные пункты (установки) (ГРП, ГРУ). На газопроводах перед вводом в здание и газорегуляторным пунктом (ГРП) устанавливаются отключающие устройства (задвижки, вентили и т.п.). Газорегуляторные пункты оснащаются средствами автоматического контроля и регулирования расхода, температуры, давления и др. параметров, обеспечения бесперебойного газоснабжения производственных объектов.
12.2 Опасности, возникающие при эксплуатации газового хозяйства
Обращающиеся в системе газового хозяйства предприятия вещества являются токсичными и пожаровзрывоопасными. Природный газ представляет собой смесь различных веществ (метан, диоксид углерода, азот, сероводород и др.), сжиженные углеводородные газы чаще всего представлены пропаном. В природном газе всех месторождений России превалирует метан (~ 90 % об.). Функциональное токсическое действие на организм человека основных компонентов природного и сжиженного углеводородного газов заключается в угнетении функций центральной нервной системы.
Особая опасность природного и сжиженного углеводородного газов заключается в их горючих свойствах, т.к. их смеси с воздухом легко взрываются при наличии импульса воспламенения. Взрывы таких смесей в помещениях могут создавать избыточное давление воздуха значительно более 5 кПа, что приводит разрушениям оборудования, зданий, а также человеческим жертвам.
При эксплуатации газового хозяйства возможны также и физические взрывы за счёт повышенного давления транспортируемых по газопроводам веществ.
12.3 Основные способы безопасной эксплуатации газового хозяйства предприятий
Поскольку описанные выше опасные вещества содержатся в трубопроводах, оборудовании, приборах и т. п. газового хозяйства, необходимо обеспечивать их герметизацию. Наиболее предпочтительным способом герметизации в этом случае являются неразъёмные соединения элементов трубопроводов и оборудования путём сварки. При использовании разъёмных соединений предпочтение следует отдавать фланцевым соединениям. Для защиты оборудования газового хозяйства, расположенного на открытом воздухе или под землёй, от коррозии применяются специальные покрытия (краски, мастики и т.п.).
На случай аварийной ситуации в газовом хозяйстве, например, разгерметизация газового отопительного прибора, на питательных газопроводах устанавливаются быстродействующие отсечные клапаны, отключающие поток топлива за время не превышающее 3 с. Отсечные клапаны устанавливаются после запорного устройства (на входе газопровода в систему) перед газораспределительным пунктом и на отводах газопровода к потребителям после ГРП.