Gerse Károly

Kazánok

2., javított kiadás


8.4. Üzemzavarok

A kazánoknál nagyon sokféle meghibásodás fordulhat elő. Rendszerezésükre több kezdeményezés történt (például [8.43]), azonban egységesen elfogadott csoportosításról, minősítésről még nem lehet beszélni. Szerző − szakértőként − nagyon sok meghibásodással találkozott, a szakmai közvélemény érdeklődésére számot tartó, nagyobb eseményekről a szakirodalom is beszámol (például [8.32], [8.44]). Ennek ellenére jelen ismertetés nem egyes, tényleges meghibásodások ismertetésére, elemzésére törekszik, hanem az üzemeltetők számára hasznosítható összefoglalásra. Az események a kiváltó okokat tekintve alapvetően két nagy csoportra oszthatók: a normál üzemi körülményektől eltérő, rendszerint váratlan események hatására bekövetkező meghibásodásokra, illetve az üzemvitel eredményeként bekövetkező elváltozásokra, meghibásodásokra. Utóbbiak a választott felügyeleti filozófiának megfelelően végzett külső, belső felülvizsgálatokkal (7.4. fejezet) általában kellő időben felfedezhetők, így a nagyobb kárral, veszélyeztetéssel járó állapotok megelőzhetők. Erre tekintettel, az alábbiakban elsősorban a normál üzemi körülményektől eltérő, váratlan eseményeket vázoljuk:
  • Tüzelésoldali meghibásodások:
    1. Tűztéri robbanás: A tűztérbe nem szándékoltan bejutó vagy az ott lejátszódó folyamatok eredményeként nem tervezetten keletkező éghető gáz, gőz begyulladásából kiinduló robbanás1 következtében az égők leszakadhatnak, a tűztér határolófelületei deformálódhatnak; a folyamat gyorsasága, kiterjedése következtében csaknem minden esetben súlyos, gyakran halálos személyi sérüléseket okoz. Leggyakoribb oka a tüzelőanyag-ellátó rendszer tömörtelensége. A rendszeres ellenőrzés elmulasztása következtében még a mai kettős elzárás, közbenső tehermentesítés (szabadra vezetés) alkalmazása esetén is bekövetkezhet. Megelőzése a biztonsági szerelvények gondos megválasztásával (a felhasznált tüzelőanyagnak megfelelő tömítések, záróelem-anyagok), a tömörség rendszeres ellenőrzésével, a berendezés begyújtást megelőző megfelelő időtartamú szellőztetésével lehetséges. A tűztéri robbanás különleges esete a vízoldali szivárgás következtében − nagyobb karbontartalmú szilárd tüzelőanyagokból keletkező, egy adott térrészben felhalmozódó vízgáz (CO + H2) − berobbanása [8.44]. Ez ellen csak a vízgáz keletkezésének, felhalmozódásának megelőzésével – a vízoldali szivárgás kizárásával, mielőbbi észlelésével, a reakcióképes karbon szabályozott elégetésével, bedúsulásának megakadályozásával – lehet védekezni. A tűztéri robbanások következményei kellő nagyságú robbanónyílások, -fedelek (1.2. fejezet, [8]) beépítésével csökkenthetők.
    2. A lángalak megváltozása: Rossz fúvókák alkalmazása, az égők rossz beállítása következtében bekövetkezhet a szénhidrogén-lángok megnyúlása, az így kialakuló szúróláng − rövid időn belül − a szemközti falon több csőre, lángcső-fenékre, fordulókamra-falra kiterjedő túlhevülést, deformációt idézhet elő. Az égők közelében keletkező lerakódások a lángok elhajlását okozhatják. A jelenség gyakran csak súlyos meghibásodást követően fedezhető fel. Estenként a kazán teljes tönkremenetelét is előidézheti, és a környezetre, személyzetre is súlyos veszélyt jelenthet (2.36. ábra). Megelőzése az égő javításokat, beállításokat követő ellenőrzésével, az esetleges lerakódások kialakulásának folyamatos figyelésével, a lerakódások eltávolításával lehetséges.
    3. A salaklerakódások lehullása: Szénportüzelésű berendezéseknél a besugárzott túlhevítő felületen, határolófalakon nagy magasságban képződött, nagyobb méretű salaklerakódások terhelésváltozás hatására vagy más okból bekövetkező lezuhanása a tűztérben nyomáshullámot, a salaktölcsérben, utóégető rostélyon szerkezeti meghibásodást idézhet elő. A környezetre a legnagyobb veszélyt a nyomáshullám következtében a berendezésből kiáramló forró füstgázok jelenthetik, különösen, ha a nyomáshullám átmeneti (akár részleges) tűzkialvást is előidézett. A visszagyulladáskor kialakuló nyomáshullám még az esetleg javítás alatt álló malmok visszaszívó aknáiban lévő elzáró tolólapokat is deformálhatja, felnyithatja. Megelőzése a salakosodás csökkentésével, rendszeres salakeltávolítással, a vízlándzsák megfelelő időközönként végzett működtetésével lehetséges.
  • Ejtőcső-meghibásodások: Nagyobb keresztmetszetű vagy nagyobb számú ejtőcső meghibásodása esetén a kazándobban tárolt telített folyadék rövid időn belül kifolyik, de az expanzió következtében keletkező gőzmennyiség elvezetésére a füstgázelvezető rendszer képtelen, így a nyomás gyorsan meghaladhatja a határolófalak teherbírását, amelyek súlyos környezeti és személyi sérüléseket okozva felszakadhatnak [8.32]. Különösen súlyos következményekkel járhat, ha felszakadásra a falazatban (2.62. ábra (b), 5.31. ábra (b)) vezetett ejtőcsőnél kerül sor, amikor az expanzió következtében keletkező gőz eltávozására csak a falazat befelé vagy kifelé való kinyílását követően van mód. Az ejtőcsövek meghibásodására többek között hegesztési varrathibából, nagy ovalitás (7.49. ábra) miatti repedésből vagy vízkifúvás miatti erózióból [8.32] adódóan kerülhet sor. Megelőzése az ejtőcsővarratok, csőívek teljes körű repedéskereső vizsgálatával, az ejtőcsövek megfelelő vonalvezetésével, az esetleges szivárgások hangemissziós méréssel történő mielőbbi felfedezésével lehetséges.
  • A dobösszekötő csövek meghibásodása: A többdobos (2.95. ábra) kazánok dobjait összekötő csövek csőívekben, csőcsonkok környezetében bekövetkező meghibásodása gátolt hőtágulásból alakul ki, egy vagy több ejtőcső törésével, és az előző bekezdésben vázolt, súlyos következményekkel járhat. A gátolt alakváltozás a dobok „megfogásából”, a fix alátámasztású dobokba bekötött csövek (például 2.44. ábra) másik végének gátolt tágulásából adódik. Mint arra utalás történt, a 2.89. ábrán 10-es jelölésű vízoldali összekötő csöveken is bekövetkezhetnek meghibásodások a csövek periodikus kiszáradása következtében. A megelőzésre egyrészt a szabad mozgási lehetőség első indításnál (akár az elmozdulások mérésével) történő ellenőrzésével, későbbi rendszeres felülvizsgálatával, a vízoldali összekötő vezetékek esetében az áramlás gondos, rendkívüli üzemállapotokra is kiterjedő tervezésével, a csövek falhőmérsékletének ellenőrző mérésével van lehetőség. A repedéskereső vizsgálatoknál elsősorban a legkevésbé rugalmas vezetékekre kell figyelmet fordítani.
  • Dugulás: A vízoldali szennyeződések leiszapolhatatlan mélypontokban való lerakódása (2.37. ábra), az elgőzölögtető, túlhevítő csövek váratlan magnetitréteg-leválás következtében bekövetkező dugulása a fűtőfelületek kellő hűtés hiányában bekövetkező túlhevülését, ezzel rövid időn belüli meghibásodását idézheti elő. A kiáramló folyadék, gőz a környező fűtőfelületekben, egyéb szerkezeti elemekben is nagy károkat, a határolófalak felnyílása esetén személyi sérülést okozhat. Megelőzése az elgőzölögtető rendszernél a gondos tervezéstől, a mélypontok elkerülésétől függ. Amennyiben a berendezésen mégis előfordulnak mélypontok, indokolt ezek rendszeres megbontással vagy száloptikával történő ellenőrzése. A magnetitréteg gyors leválása ellen az ugrásszerű hőmérséklet-változással járó üzemállapotok megelőzésével lehet védekezni. Ilyen üzemállapotot [8.45] követően a súlyosabb meghibásodások megelőzésére célszerű a veszélyeztetett felületek akár csőkivágással történő ellenőrzése. A korszerű vízelőkészítő berendezések ellenére – a személyzet, az üzemvezetés gondatlanságából adódóan – ma is előfordulnak kazánkőkiválásból adódó lerakódások, dugulások. Ilyen esetben elsősorban a szerkezeti anyag károsodásának mértékét kell ellenőrizni: a lerakódások eltávolítását követően alkalmas lehet-e még további üzemeltetésre, vagy ezt a bekövetkezett szövetszerkezeti, szilárdsági elváltozások kizárják. A berendezés mechanikai eszközökkel vagy kémiai kezeléssel történő esetleges tisztítása csak a szerkezeti elemek további üzemeltetésre történő alkalmassága esetén lehet indokolt.
  • Túlhevülés: Túlhevítőknél, régebbi, skin casing kivitelű (2.63. ábra) tűztéri határolófalaknál gyakran előfordul, hogy egy-egy cső a hőtágulás-különbségekből adódó elmozdulások következtében elszabadul. A túlhevítőknél leugrik a tartófülekről, az elgőzölögtetőknél leszakad a fésűslemezről. Ennek következtében mind a cső felé irányuló hőátadás, mind a hőátadó felület megnövekedhet, miközben a hőelvonás a túlhevítőknél (a fajtérfogat növekedése következtében megnövekvő nyomásveszteség miatt) csökken, az elgőzölögtetőknél alig javul, így a cső helyileg túlhevülhet, és rövid időn belül meghibásodhat. Az elgőzölögtetőknél a meghibásodás gyakran nem a belógás környezetében, hanem a cső felsőbb (nagyobb gőztartalommal jellemezhető, kiszáradáshoz közeli) szakaszán következik be, a felszakadást követően kiáramló gőz-víz keverék a szomszédos csöveket is károsíthatja. Megelőzése a túlhevítőknél a felfüggesztések, kapcsolóelemek megfelelő, a kiugrást megakadályozó kialakításával (2.142. ábra (a), 2.143. ábra), illetve a leállások során történő szemrevételezéssel, visszarendezéssel lehetséges. Utóbbi a skin casing kivitelű határolófalaknál gyakran nem vezet megfelelő eredményre, mivel mind a csövet, mind a fésűslemezt a korábbi varrat helyén kellene hegeszteni, ami a rendszerint bekövetkező elridegedés következtében nem eredményezhet tartós megoldást, rövid időn belül általában újabb leszakadás várható. Emiatt gyakran a cső egy szakaszát, fésűslemez-darabot is cserélni kell.
  • Rideg törés: Előfordul, hogy a kazán vegyszeres tisztításának előkészítése, rosszul végzett ioncserélőtöltet-regenerálás következtében a kazánba savas vagy lúgos folyadék jut, és ezzel a kazánt begyújtják vagy tartósan üzemeltetik (4.7. fejezet, vegyszerbetörés). A következmény a csövek elridegedése. Sósavbetörés esetén vastag magnetitréteg-képződés, hidrogéndiffúzió (hidrogénridegség) is előfordulhat, a forrcsövek belsejében leváló magnetitlemezkék a csövek teljes dugulását is előidézhetik, így rövid időn belül is bekövetkezhet csőfelszakadás. A savas oldat a kazándob ejtőcsőfuratainál a kis ciklusú kifáradás következtében megindult károsodásokat (7.81. ábra) előhívhatja, a furatperemeken repedések jelenhetnek meg. Miután a csövek károsodása az egész elgőzölögtető csőrendszerre kiterjed, a javítás csak teljes csőcserével végezhető el. Enélkül gyakori, rideg töretfelülettel jellemezhető (4.40. ábra (d)) csőmeghibásodásokra lehet számítani. Megelőzés csak gondos üzemvitellel, a kényes üzemviteli műveleteknél kettős személyzettel lehetséges. Utóbbi még az automatizált, elméletileg a tévedést, hibás kapcsolást kizáró vezérlésekkel felszerelt berendezéseknél is indokolt lehet.
  • A csonkvarratok repedése: A 7.32. ábrához kapcsolódóan bemutattuk, hogy a kerület menti hőmérséklet-különbségek hatására szabad alakváltozási lehetőségek esetén a kazándobok, kamrák meggörbülnek. A gyakorlatban azonban a kazándobokhoz, kamrákhoz csatlakozó csövek (például 7.56. ábra) a szabad alakváltozást gátolják. Ilyen esetben gyakori, hogy egyes csonkok varrataiban (miután a hegesztési hőbehatások, a hegesztési, hőkezelési hibák következtében ezek szívóssága kisebb a csövek, hengeres övek tervezett szívósságánál) a kis ciklusú kifáradás következtében − már a tervezett indítási szám töredékénél − repedések jelennek meg. A csonkok általában hőszigetelt, nehezen hozzáférhető térben helyezkednek el, így az esetleges kezdődő meghibásodások is észrevétlenek maradhatnak. Az ejtőcsőcsonknál bekövetkező repedés az előzőekben már említett, nagyon súlyos következményekkel járhat, de a túlhevítőkamra-varratoknál bekövetkező esetleges gőzkifújások is nagy rombolást, személyi sérülést okozhatnak. Megelőzésük a gyártási, szerelési előírások betartásának megkövetelésével, a veszélyeztetett csonkvarratok szerkezeti vizsgálatokhoz kapcsolódó, rendszeres hibakereső ellenőrzésével lehetséges.
  • Füstgázoldali korrózió: Elsősorban hulladék-, biomassza-tüzelésű berendezéseknél, a nem kellően alapos, előzetes tüzelőanyag-vizsgálat, a hulladék összetételének megváltozása, a tervezésitől eltérő biomassza felhasználása, illetve a tűztérfalak, fűtőfelületek védőelemeinek sérülése esetén következhet be gyors meghibásodás. A korrózió nagyobb felületen jelentkezik, érdemi javítása csak nagyobb felületrészletek egyidejű cseréjével lehetséges. Részleges csere esetén folytatódó meghibásodásokkal lehet számolni. Miután a javítás a gyors meghibásodásra vezető folyamat okát nem szünteti meg, a javítással együtt minden esetben meg kell állapítani az oko(ka)t is, és az újabb meghibásodások elkerülésére e tekintetben is intézkedéseket kell hozni. Megelőzése a potenciális szállítók referenciáinak, a már működő, hasonló tüzelőanyagra tervezett berendezések üzemi tapasztalatainak megismerésével a berendezés megrendelése előtt kezdődik. Az üzem megkezdését követően folyamatosan vizsgálni és rögzíteni kell a tüzelőanyag eredetét, összetételét, különösen a hamu korrozív alkotóinak mennyiségét, hogy megfelelnek-e a tervezett tüzelőanyag jellemzőinek. Új beszállítók, biomasszafajták esetén mindig ellenőrizni kell a berendezés alkalmasságát, különös tekintettel az új tüzelőanyagfajták más berendezésekkel szerzett üzemi tapasztalataira. Bármilyen tüzelési kísérlet csak ezek pozitív megítélése esetén kezdhető meg, mivel az alkalmatlan tüzelőanyag esetleges rövid ideig tartó felhasználása is nagy károkat okozhat.
  • Vízütés: A forróvízkazánoknál, a nyomástartás (általában a nyomástartó szivattyú, villamosenergia-kimaradásból adódó) kiesése esetén, a nyomás forróvíz-hőmérsékletnek megfelelő telítési nyomás alá csökkenését követően, megkezdődik a kigőzölgés. A kazán és a csőrendszer magasabban lévő részei megtelnek gőzzel. A védelmek megfelelő működése esetén a tüzelés leáll, megkezdődik a berendezés lehűlése. Üzemzavar a visszaindulásnál következhet be. Ugyanis ha a kiesést megelőző, kigőzölgést kizáró nyomás lassú helyreállítása helyett a nagy teljesítményű keringtetőszivattyúkat indítják be először, és a kigőzölgött gőz kondenzációja pillanatszerűen játszódik le, a csőrendszerekben, különösen a vízcsöves forróvízkazánok hosszabb, egyenes csöveiben vízütés, ennek hatására csőfelszakadás következhet be. A vízütés, a gőzdugók egyik helyen történő összeroppanásából, más helyen történő keletkezéséből kialakuló, nagy nyomásamplitúdójú lengés, a távhővezeték nagyobb törését is előidézheti, amely télen a feltárás, javítás időigényére is tekintettel elfagyásokkal is járhat. Megelőzése a víznyomás fokozatos, a kigőzölgött gőz pillanatszerű kondenzációját kizáró helyreállításával lehetséges.
  • Az állványcső, tágulási tartály, vezetékek elfagyása: A kis nyomású fűtéseknél szokásos tágulási tartályokat általában fűtetlen térben (esetenként szabadon álló kémény oldalán) helyezik el, de biztonsági állványcsövek fűtetlen térben történő elhelyezésére is van példa. Ilyen esetekben nagyobb hidegben (különösen, ha hétvégi üzemszünetet is tartanak) könnyen elfagynak a vezetékek, ami a munkaközeg újrainduláskor bekövetkező hőtágulása következtében a csövek, lemezek deformációjához, a védett rendszer leggyengébb részének, rendszerint a kazán hegesztési varratainak felszakadásához vezet. A rendszerből kifolyó víz környezeti károkat, személyi sérüléseket okozhat. A meghibásodás gyakran olyan helyen van vagy olyan kiterjedésű, hogy a berendezés hosszabb ideig nem helyezhető üzembe, ami további elfagyásokkal is járhat. Megelőzésre a rendszer melegen tartásával van mód. A rendszer üzembe vételét követően, az első télen gondosan ellenőrizni kell a biztonsági rendszerek környezetében uralkodó hőmérsékletet, és szükség esetén temperáló fűtések beépítéséről kell gondoskodni. Nagy hidegben a hétvégeken sem szabad üzemszünetet tartani. Szabadtéri telepítésű kazánoknál a mérő-, vezérlővezetékek elfagyására lehet számítani, melyet alapvetően a kazán tervezésekor a csövek nyomvonalának megfelelő kialakításával, kísérőfűtések rendszeresítésével lehet megelőzni. Az esetleges nagyobb károsodások elkerülésére ilyen berendezéseknél is ajánlott az első télen az állásidőben történő ellenőrzés a „veszélyeztetett” helyek felmérésére. Kedvezőtlen üzemi tapasztalatok esetén a nyomvonal változtatása, a kísérőfűtés utólagos telepítése jelentheti a megoldást.
  • Erózió: Gyakran előfordul, hogy a siettetett javítások végén a füstgázhuzamokban megbontott kopásgátló elemeket (6.3.2. fejezet) nem vagy rosszul szerelik vissza, illetve az eredetileg a gyártó által javasolt megoldások nem hatékonyak. Ilyen esetben gyorsan, nagyobb hamutartalmú szeneknél akár néhány száz órán belül csőmeghibásodások jelentkezhetnek, amelyek több csőre is kiterjedhetnek. A ténylegesen meghibásodott csövek környezetében rendszerint több, nagyon elvékonyodott cső is megtalálható. Így a javítás (különösen a környezetre is kiterjedő rongálás esetén) nagyobb kieséssel, ráfordítással járhat. Ezért szénportüzelésű (elsősorban lignittüzelésű) kazánok esetén mindig ajánlott a helyi védelmek állapotának javításokat követő gondos ellenőrzése. Új kazánoknál, a próbaüzemet követő első bejárásnál, az összes, erózióval fenyegetett szerkezeti elemet gondosan át kell vizsgálni, és a tapasztalatok alapján a védelmeket ki kell egészíteni vagy módosítani kell. A felülvizsgálatra − megfelelő időközönként − a kazán más okból történő leállítása esetén is sort kell keríteni.
 
Eljárás meghibásodás esetén: Meghibásodások esetén a vonatkozó szabályzatok [8.6] alapján kell eljárni. Különösen érvényes ez az „azonnali beavatkozást igénylő váratlan, a biztonságot kedvezőtlenül befolyásoló, személyek életétének, testi épségének és biztonságának, illetve a háziállatok vagy anyagi javak biztonságának veszélyeztetését magában hordozó”, rendkívüli események esetén, amelynek kezelésére különleges előírások vonatkoznak:
  • A rendkívüli eseményt az üzemeltető köteles a hatóságnak (a könyv összeállításának idején: Magyar Kereskedelmi Engedélyezési Hivatal, illetékes Területi Mérésügyi és Műszaki Biztonsági Hatóság) „haladéktalanul bejelenteni, majd a bejelentést 24 órán belül írásban megerősíteni”.
  • A Hatóságnak rendkívüli ellenőrzést kell végezni. A vonatkozó szabályozás alapján:
„(2) Az üzemeltető köteles gondoskodni arról, hogy a rendkívüli esemény vizsgálatáig a helyszín érintetlen maradjon. Az üzemeltető rendkívüli esemény esetén köteles minden olyan intézkedést megtenni, amely a veszélyeztetést és a kár mértékét a legkisebbre korlátozza. Ezek során az emberi élet vagy testi épség, továbbá jelentős érték megóvása érdekében engedélyt adhat a helyszín megváltoztatására, ez esetben a helyszínről rajzot vagy fényképfelvételt kell készíteni. A tárgyi bizonyítékul szolgáló eszközöket meg kell őriznie.
(3) A Hatóság hivatalból kivizsgálja a berendezéssel folytatott tevékenység során bekövetkezett rendkívüli eseményt. A Hatóság a vizsgálatra bizottságot alakíthat. A bizottsági munkát a Hatóságnak a vizsgálatra kijelölt képviselője irányítja. A hatósági vizsgálat nem érinti az üzemeltetőnek más jogszabályban előírt vizsgálati kötelezettségét.
(4) A rendkívüli esemény kivizsgálását a bejelentés után haladéktalanul meg kell kezdeni.
(5) Ha a rendkívüli eseménnyel kapcsolatban büntetőeljárás is indult, a Hatóságnak a vizsgálatot ettől függetlenül le kell folytatnia, és a két eljárás során szükségessé váló együttműködést biztosítania kell.
(6) A Hatóság az eljárás során, a vizsgálat befejezése előtt is megtilthatja, korlátozhatja, engedélyhez kötheti a berendezés használatát és megszabhatja az újra-üzembevétel feltételeit.
(7) A Hatóság a vizsgálat lezárásakor megállapítja a rendkívüli esemény okát és körülményeit.”
 
A hatóságnak rendkívüli eseménynek nem minősülő, olyan esetekben is rendkívüli ellenőrzést kell tartania, ha az eredeti állapot visszaállításához a nyomástartó berendezés javítása válik szükségessé, de az üzemeltető akkor is kérhet rendkívüli ellenőrzést, ha kétségesnek ítéli meg a berendezés vagy valamely részének biztonsági állapotát, illetve a részleges, soron kívüli ellenőrzést más okból tartja indokoltnak.
A meghibásodásokat követően a 7.4. fejezetben vázoltak alapján el kell végezni a berendezés általános vagy részleges vizsgálatát, és a sérülések mértékétől, a berendezés állapotától függően lehet dönteni a javításról, ehhez a sérült részek esetleges felhasználásáról, a szerkezeti elemek pótlásáról vagy nagyobb meghibásodások esetén a berendezés szanálásáról.
1 Robbanás: a normál lángterjedési sebességgel induló, gyorsuló égés sebessége eléri a hangsebességet.

Kazánok

Tartalomjegyzék


Kiadó: Akadémiai Kiadó

Online megjelenés éve: 2020

ISBN: 978 963 454 492 0

Háztartásokban, ipari üzemekben, erőművekben széleskörűen alkalmaznak tüzelőanyag elégetésével vagy más módon bevezetett hőmennyiség hőhordozó közeggel történő hasznosítására szolgáló berendezéseket: kazánokat. A könyv ezek tervezésének, üzemeltetésének, vizsgálatának szerteágazó konstrukciós, hőtechnikai, áramlástani, szilárdságtani, vegyészeti és más ismereteit foglalja össze, az egyetemi oktatásban és a gyakorlati életben is hasznosítható módon. Az elméletet élő gyakorlattal ötvözve elsősorban erőműi, ipari, távhőszolgáltató kazánokkal foglalkozik, de a folyamatokra, szerkezeti kialakításra, gyakorlati viselkedésre vonatkozó utalások kisebb berendezéseknél is alkalmazhatók.

Hivatkozás: https://mersz.hu/gerse-kazanok//

BibTeXEndNoteMendeleyZotero

Kivonat
fullscreenclose
printsave