Паровые и водогрейные котлы, находящиеся в эксплуатации, подлежат обязательному техническому надзору со стороны Регистра и других специальных органов. Цель надзора - поддержание парового котла в исправном техническом состоянии в течение всего установленного срока службы, обеспечение безопасной эксплуатации и соблюдение правил охраны труда.
\r\nДля проверки прочности конструкции в качестве ее изготовления все элементы котла, а затем и котла в сборе подвергаются гидравлическим испытаниям пробным давлением. Гидравлические испытания проводят по окончании всех сварочных работ, когда изоляция и защитные покрытия еще отсутствуют. Прочность и плотность сварных и вальцовочных соединений элементов проверяют пробным давлением - 1,5 рабочих давлений в котле.
Размеры элементов, испытываемых пробным давлением должны подвергаться проверочному расчету на это давление. При этом напряжения не должны превышать 0,9 предела текучести материала.
Для управления работой ПК и защиты применяется следующая арматура: стопорный (разобщительный), питательный и предохранительный клапаны; клапаны верхнего и нижнего продувания, отбора проб котловой воды, удаления воздуха и др. Контроль за уровнем воды в корпусе или пароводяном коллекторе осуществляется с помощью водоуказательных приборов, имеющих свою арматуру.
\r\nПрименение забортной морской воды в качестве питательной для вспомогательных и утилизационных котлов сможет уменьшить большие расходы топлива на получение пресной воды.
На испарение забортной морской воды для выработки пресной воды расходуется пар котлов. Если осуществить питание котлов забортной морской водой, а потребности в дистилляте удовлетворить за счет конденсата пара, возвращаемого от судовых потребителей, то отпадает необходимость в использовании испарительных установок. Благодаря этому можно будет сэкономить значительное количество дефицитного жидкого топлива и получить большой экономический эффект.
Качество питательной и котловой воды предопределяет развитие физико-химических процессов накипе- и шламообразования, коррозии и загрязнения пара. Поэтому для наиболее экономичной организации водного режима ПК необходимо такое качество питательной и котловой воды, которое позволит предотвратить опасную коррозию, образование отложений на пароводяной стороне и с учетом принятой сепарационной схемы получить пар требуемой чистоты.
\r\nВ паровых котлах низкого давления загрязнение пара солями и другими примесями, содержащимися в котловой воде, происходит вследствие механического уноса паром капелек воды. О качестве пара можно судить по количеству этих примесей, измеряемому в настоящее время с достаточно высокой степенью точности. Очень часто качество пара связывают с его влажностью при выходе из пароводяного коллектора или сепаратора, хотя сама по себе эта величина без указания количества содержащихся в ней примесей не может характеризовать степень загрязнения пара.
\r\nКоррозия - это разрушение металла в результате действия химических или электрохимических процессов на поверхности раздела металл-пароводяная среда. Коррозию можно классифицировать по различным признакам. По механизму протекания коррозионных процессов и характеру разрушения коррозия подразделяется на электрохимическую и химическую, межкристаллитную и транскристаллитную, язвенную (местную) и равномерную (общую).
\r\nВ котловой воде растворены различные химические соединения, причем некоторые из них (все соли натрия, хлориды кальция и магния, сульфат магния) являются хорошо растворимыми, и концентрация этих солей при нормальной эксплуатации ПК весьма далека от насыщения. Однако с большинством встречающихся в котловой воде анионов кальций и магний образуют слаборастворимые соединения:сульфат кальция, карбонаты, силикаты, гидрокиси и др. Поэтому при значительном повышении концентрации ионов, образующих эти соединения, происходит выпадение их из раствора либо в виде твердых кристаллических отложений на поверхности нагрева (накипь), либо в виде мелкокристаллических подвижных частичек внутри объема парогенераторной воды (шлам).
\r\nСодержание в воде взвешенных веществ косвенно оценивают по прозрачности, которую выражают в сантиметрах высоты столба воды, налитой в специальный стеклянный цилиндр, сквозь который можно видеть печатный шрифт или крестообразно расположенные черные палочки толщиной 1 мм.
Точное количество взвешенных веществ определяют взвешиванием высушенного при 105-110 градусов Цельсия остатка после отстоя и фильтрования пробы. Значительным содержанием взвеси характеризуются воды рек, озер и водохранилищ в паводковый период.
С питательной водой в пароводяной тракт котла вносятся различные примеси: соединения кальция, магния, окислы железа и других металлов, минеральные и органические взвешенные вещества, растворенные газы и др. Растворенные соли могут откладываться на поверхностях нагрева в виде накипи, а газы, особенно кислород, вызывать коррозионное разрушение металла. Отложение солей и других примесей на обогреваемых поверхностях приводит к увеличению термического сопротивления стенки и, следовательно, к снижению экономичности ПК. Кроме того, накипь может стать причиной перегрева металла труб и тем самым вызвать аварию.
\r\nЦиркуляция является надежной, если отсутствуют: застой и опрокидывание циркуляции в подъемных трубах; расслоение пароводяной смеси в горизонтальных или слабонаклоненных трубах; местные отложения содержащихся в воде солей, вызванные кратностью циркуляции; вскипание воды на входе в опускные трубы (кавитация); вскипание воды в опускных трубах, вызванное падением давления из-за резкого увеличения отбора пара из парогенератора.
\r\nЕстественная циркуляция осуществляется в водотрубных и газотрубных паровых котлах.
Последние относятся к котлам с неорганизованной циркуляцией, то есть циркуляция в них происходит за счет восходящих потоков в местах, наиболее обогреваемых, нисходящих потоков в местах со слабым обогревом или в местах, где обогрев совсем отсутствует.
\r\nНадежная работа поверхностей нагрева определяется температурным режимом металла труб. Для каждой марки стали установлена предельно допустимая температура, превышение которой может быть причиной серьезных повреждений парового котла. Для отвода теплоты от стенки и поддержания температуры металла на заданном уровне поверхности нагрева омываются однофазным (водой, паром) или двухфазным (пароводяной смесью) потоком.
\r\nВ современных вспомогательных паровых котлах подача воздуха (дутье) и удаление продуктов сгорания осуществляются с помощью центробежного вентилятора. Вентилятор приводится в действие электродвигателем. Воздух от вентилятора поступает в воздухоподогреватель, а при его отсутствии - непосредственно в топочное устройство. Давление, создаваемое вентилятором, должно быть достаточным для преодоления сопротивлений воздушно-газового тракта, при этом должен быть еще небольшой запас давления для возможных кратковременных перегрузок. Поэтому уравнение аэродинамики котла запишется в виде
Hв = Δhп = Δhв + Δhг - ∑hc,
то есть давление равно сумме сопротивлений воздушного и газового трактов за вычетом естественной тяги.
На всех участках воздушно-газового тракта парового котла из-за различия плотностей атмосферного воздуха и горячего газа (воздуха) образуется самотяга. Рассчитать величину самотяги на определенном участке газохода можно по формуле hc = H(ρв - ρг)g, где H - высота участка; ρв - плотность наружного атмосферного воздуха; ρг - плотность газов или горячего воздуха, средняя по высоте участка.
\r\nСопротивление трения. В общем случае движения потока вдоль поверхности нагрева сопротивление трения определяется по формуле
Δhтр = λ(l/dэ)(ω2/2)ρ,
где λ - коэффициент сопротивления трения, зависящий от относительной шероховатости стенок и числа Рейнольдса; l - длина канала; dэ - эквивалентный диаметр канала; ω - средняя скорость потока; ρ - средняя плотность потока.
На пути движения воздуха и газов, могут возникнуть сопротивления трения, местные сопротивления и сопротивление поперечно омываемых пучков труб, которое включает в себя местные сопротивления и сопротивление трения, оно выделяется в особый вид и рассчитывается по соответствующим формулам. Складывая указанные сопротивления последовательно расположенных участков тракта, получим суммарное сопротивление всего воздушно-газового тракта.
\r\nНормальная работа парового котла возможна при непрерывном подводе в топку определенного количества воздуха и непрерывном отводе в атмосферу образующихся продуктов сгорания. Подача воздуха и удаление продуктов сгорания обеспечиваюся либо принудительными средствами, либо за счет естественных условий. В последнем случае возникает естественная тяга, или самотяга, из-за разности плотностей атмосферного воздуха и горячих продуктов сгорания.
\r\nК расчету теплообмена в топке можно приступить после того, как найдены размеры топки и произведена компоновка лучевоспринимающей поверхности, то есть выбраны размеры труб и трубы размещены на эскизе топки. Расчет теплообмена в топке заключается в определении температуры газов за топкой и количества теплоты, переданной лучевоспринимающей поверхности нагрева.
\r\nТепловой расчет паровых и водогрейных котлов включает расчет теплообмена между продуктами сгорания с одной стороны поверхности нагрева котлов и расчет теплообмена между водой, паром и воздухом с другой стороны поверхности нагрева котла. Судовой котел представляет собой сложный теплообменник, где имеют место все способы передачи теплоты: излучение, конвекция, теплопроводность.
\r\nПрименительно к утилизационному паровому котлу уравнение теплового баланса вспомогательного котла преобразуется и примет вид
Iд = Q1 + Iух + Q5, где Iд - энтальпия выпускных газов на входе в утилизационный паровой котел, отнесенная к 1 кг топлива в двигателе. Остальные члены уравнения означают то же, что и в уравнении теплового баланса вспомогательного парового котла.
Основными тепловыми потерями в вспомогательном паровом котле являются потери с уходящими газами, потери от химической и механической неполноты сгорания элементов топлива и от наружного охлаждения котла.
Потеря теплоты с уходящими газами является самой значительной из всех тепловых потерь в котлах. Для судовых котлов она равна 5-23%, для ВПК величина этой потери ближе к верхним пределам. Величина потерь с уходящими газами в основном зависит от энтальпии уходящих газов.
Эффективность рабочего процесса, осуществляемого в вспомогательном паровом котле, характеризуется коэффициентом полезного действия. Рассмотрим тепловой баланс котла, при котором теплота, поступающая в топку, разделяется на полезно используемую и на тепловые потери. Часть этих потерь является неизбежной, другая часть может быть уменьшена до минимума или полностью устранена. При проектировании вспомогательных котлов и их теплотехнических испытаниях очень важным является правильное составление уравнения теплового баланса и анализ его составляющих.
\r\nПроизводительность судовых котлов может изменяться в широком диапазоне. Поэтому топочное устройствосовременных котлов, помимо форсунки и воздухонаправляющего аппарата включает также элементы, необходимые для его управления и регулирования. Топочное устройство может работать или в автоматическом режиме "включено-выключено" - позиционный режимрегулирования, или иметь возможность плавно регулировать расход топлива и соответствующие ему количество воздуха -пропорциональный режим регулирования.
\r\nВ топке происходит сгорание топлива и охлаждение продуктов сгорания до определенной температуры. Горение топлива обеспечивается с помощью топочного устройства, конструкция которого зависит от вида топлива и способа его сжигания.
Способы сжигания топлива делятся на слоевые и камерные. Соответственно топки бывают слоевыми и камерными. В слоевых топках сжигают только твердое топливо, в камерных топках - все виды топлив, в том числе и твердое в виде пыли и мелкораздробленной массы с размерами частиц 2-10 мм.
Горение топлива представляет собой химический процесс быстрого соединения горючих элементов топлива с кислородом воздуха, протекающий при высоких температурах и сопровождающийся интенсивным тепловыделением. Система, состоящая из окислителя и топлива, претерпевает сложный путь химических превращений с образованием промежуточных продуктов, причем реакции могут быть экзотермическими и эндотермическими.
\r\nДля работы парового котла, снабжения потребителей паром необходимо иметь комплекс систем, устройств и приборов, который вместе с ПК образует котельную установку. В нее входят системы подачи и подготовки топлива, питательной воды, подачи воздуха и удаления продуктов сгорания, трубопроводы пара и горячей воды, теплообменные аппараты для подогрева питательной воды и конденсации пара, а также другое оборудование и приборы для управления, регулирования, защиты и сигнализации.
\r\nВ утилизационных котлах получение пара и подогрев воды осуществляются за счет теплоты газов, поступающих от главных двигателей. Поэтому их главная особенность - отсутствие топки. Так как в УПК топливо не сжигается, их КПД следует рассматривать как показатель, характеризующий степень использования теплоты выпускных газов.
\r\nВодотрубные вертикальные вспомогательные паровые котлы с естветсвенной циркуляцией являются самыми распространенными, особенно на морских судах. Некоторые из них выполняются с развитыми поверхностями нагрева, то есть, кроме парообразующих имеются и иные поверхности нагрева, другие ПК имеют только парообразующую поверхность нагрева.
\r\nВсе паровые котлы (ПК) разделяются на две основные группы: водотрубные и газотрубные. В водотрубных ПК газы омывают трубы снаружи, а вода и пар движутся внутри труб, в газотрубных ПК наоборот - газы движутся внутри труб, а вода и пар омывают их снаружи.
\r\nВспомогательная котельная установка служит для получения пара или горячей воды, используемых различными судовыми потребителями. Часть этих потребителей обеспечивает работу главной энергетической установки (подогреватели топлива и масла, обогреватели кингстонов забортной воды и др.), другая часть, включающая отопительные приборы, душевые, камбуз, прачечные, - хозяйственные и бытовые нужды. Перечисленных потребителей обычно объединяют под общим названием системы теплоснабжения судна.
\r\n