Срок службы дымовой трубы металлической
Обновлено: 05.05.2024
Для достижения высокой экономичности котельных установок требуется снижать температуру уходящих газов. Однако уровень ее снижения лимитируется условиями обеспечения надежной работы дымовых труб.
Широкое распространение в котельных получили дымовые трубы с несущим стволом и футеровкой из кирпича. Для таких труб факторами, определяющими их надежность и долговечность, является температурное состояние поверхности футеровки и ствола, а также состав отводимых газов. Перевод котлов на непроектные виды топлива или отклонение их режимов работы от проектных значений должны сопровождаться соответствующими расчетами для создания условий, обеспечивающих надежную эксплуатацию дымовых труб.
Причины повреждений
В начальный период массового возведения кирпичных дымовых труб котельные, как правило, работали на твердых и жидких видах топлива с температурой отводимых газов от котлов 200-250 ОС. Это не приводило к повреждениям элементов трубы, выполненных из обыкновенного глиняного кирпича М-100. Зазор между футеровкой и стволом с заполнением теплоизоляционным материалом, а при соответствующих значениях температуры уходящих газов и климатических условиях и без заполнения, позволял поддерживать требуемые температурные перепады по элементам дымовых труб и обеспечивать достаточно длительную их работу.
Опыт эксплуатации дымовых труб различных конструкций на тепловых электростанциях и котельных показывает, что с переводом котлов с твердого и жидкого топлива на сжигание природного газа, повреждения элементов дымовых труб стали отмечаться чаще. Срок службы футеровки в зависимости от климатических условий и температуры отводимых газов на ряде объектов не превышает 3-4 года. В южных районах бывшего СССР при температуре отводимых продуктов сгорания природного газа (зимой) 80-130 ОС образования конденсата на поверхности элементов дымовых труб не отмечалось и их повреждений не было.
В то же время кирпичные дымовые трубы, размещенные в центральных районах бывшего СССР, при работе котлов на газе с частичными нагрузками и температурой уходящих газов зимой до 100 ОС подвергаются повреждениям. Последние усиливаются при пониженных скоростях дымовых газов в устье трубы (до 2 м/с) и при подземном расположении боровов. При этом грунтовые воды, попадая в газовый тракт, ускоряют процесс разрушения трубы. В работе [1] приводятся сведения о неудовлетворительном состоянии дымовых труб котельных при работе котлов на газе с температурой отводимых продуктов сгорания зимой 70-100 ОС и их скоростью на выходе 1,5-6,5 м/с. В результате обследования состояния этой трубы установлено намокание кладки, локальное отслаивание кирпича и т.п. Аналогичная ситуация отмечается для кирпичной дымовой трубы при работе котлов на газе и отводе их с температурой 40-60 ОС внутри ствола и скоростью 1 -2 м/с. Верхняя часть трубы (до 12 м) покрывалась наледями, кирпич отслаивался и разваливался. При переходе к температуре дымовых газов 150 ОС эти недостатки были полностью устранены.
Основной причиной разрушений футеровки и несущего ствола дымовой трубы при работе котлов на природном газе является отклонение от проектных значений температурно-влажностного и аэродинамического режимов трубы. Как известно, температура точки росы продуктов сгорания природного газа составляет 55-60 ОС. При снижении скорости дымовых газов в трубе и понижении температуры газов до 100 ОС температура внутренней поверхности футеровки трубы снижается до точки росы продуктов сгорания и ниже. Коэффициент теплоотдачи со стороны газов снижается до 2-6 Вт/(м2.К) вместо 35 Вт/(м2.К) для проектных условий при номинальных параметрах котлов, подсоединенных к трубе. Конденсат из дымовых газов попадает на поверхность футеровки, а затем фильтруется в кирпич через швы в ней и кладке ствола, а при отрицательной температуре наружного воздуха происходит замерзание этого конденсата, и вследствие этого кирпич и швы в кладке разрушаются.
При понижении скорости дымовых газов до соответствующего уровня появляются условия попадания холодного воздуха в трубу, что приводит к охлаждению кладки в верхней ее части. Рекомендуется принимать скорость на выходе из трубы порядка 6 м/с, т.е. в 1,3-1,5 раза выше скорости ветра, чтобы избежать попадания холодного воздуха.
При больших скоростях дымовых газов в трубе может создаваться избыточное статическое давление [2]. При этом дымовые газы через швы футеровки проникают в зону с температурой материала ниже температуры точки росы, где и происходит образование конденсата, что приводит к разрушению кладки. Величина статического давления зависит от скорости дымовых газов, формы и высоты трубы, температуры дымовых газов и наружного воздуха. Оптимальной для кирпичных дымовых труб считается скорость на выходе из трубы 6-18 м/с, которая должна подтверждаться расчетом.
Аналогичные повреждения дымовых труб происходят и при работе котлов на сернистых мазутах. При этом положение усугубляется наличием в дымовых газах сернистых соединений (сернистого газа и серного ангидрида) и повышением за счет этого температур их точки росы до 120-150 ОС. Дополнительно возникают процессы сульфатизации силикатных материалов и коррозионного разрушения. Повреждения материалов труб происходят также за счет неравномерной усадки фундамента и других причин, не связанных с температурно-влажностным и аэродинамическим режимами.
При работе дымовых труб в условиях конденсации на поверхность футеровки газоотводящего ствола коррозионных компонентов, а также при отклонении температурно-влажностного режима от проектных значений требуется ее защита от низкотемпературной коррозии и разрушений. За рубежом в последние годы в качестве газоотводящих стволов дымовых труб применяют металлические трубы, а также трубы из керамики, стекла, синтетических материалов. Последние, в зависимости от их состава, могут предназначаться для разных температур отводимых газов: до 80, 120, 160 ОС и выше.
Среди важнейших причин, вызывающих повреждения дымовых труб ТЭС, можно отметить следующие:
- перегрузка по газам, связанная с подключением к ним дополнительных источников;
- самоокутывание оголовка трубы, происходящее при определенных соотношениях скоростей дымовых газов и воздуха;
- переменные нагрузочные и температурные режимы;
- повышение содержания коррозионных агентов в отводимых газах против расчетных значений.
Из-за снижения нагрузок котлов, подключенных к дымовым трубам, последние подвергаются ускоренному износу. В таких условиях при недостаточной газоплотности футеровки в теплоизоляции и бетоне несущего ствола неизбежно образуется и накапливается конденсат, что приводит к снижению несущей способности трубы вследствие выщелачивания и размораживания бетона. Футеровка, выполненная из кислотостойкого кирпича, и бетон подвергаются сульфатной коррозии, которая менее чем за 10 лет может вывести из строя железобетонную дымовую трубу, которая рассчитана на более длительный срок эксплуатации (не менее 50 лет).
Η многих котельных дымовые трубы эксплуатируются с отступлениями от проектных условий и без надлежащего контроля текущего состояния. Это приводит к тому, что ремонт их усложняется, а эксплуатация дымовых труб продолжается с частично разрушенной футеровкой.
Особое место занимают вопросы соблюдения требований проектов при возведении дымовых труб. Качество строительства таких ответственных сооружений зачастую не отвечает их назначению. Наиболее частыми отступлениями от проектов являются: неплотность мест примыкания газоходов к дымовой трубе, занижение марки бетона, наличие раковин и пустот и т.п.
В эксплуатационных условиях имеет место отклонение внутреннего ствола трубы (футеровки) от вертикали. Основной причиной таких отклонений является неравномерность температур поверхности футеровки по окружности. Температурное воздействие дымовых газов с неравномерным распределением температур вызывает различные напряжения, расширения и сжатия при смене температур, обусловленной пусками, остановами и другими изменениями режимов работы котлов. При пониженной нагрузке подключенных к дымовой трубе котлов возможно дополнительное увлажнение дымовых газов, что вызывает появление гидратов в материале футеровки дымовой трубы, имеющих свойство необратимо расширяться и приводить к набуханию этих материалов. Такие условия являются предпосылкой и одной из причин отклонений газоотводящего ствола от вертикали и его разрушений.
Мероприятия для обеспечения длительной эксплуатации
Комитетом РФ по металлургии в 1993 г. выпущено «Руководство по эксплуатации промышленных дымовых и вентиляционных труб», разработанное Московским инженерно-строительным институтом при участии института ВНИПИТеплопроект и других организаций. Данное руководство по своей сущности и содержанию может быть использовано в различных отраслях промышленности. В нем приведены сведения об условиях нормальной эксплуатации промышленных дымовых и вентиляционных труб, включая трубы с газоотводящими стволами или с футеровкой из пластмасс (для отвода газов с температурой около 90 ОС). В 2004 г. было выпущено справочное издание [3], в котором освещены различные аспекты комплекса вопросов, связанных с обеспечением условий безопасной эксплуатации дымовых труб и определены направления дальнейших исследований.
В соответствии с нормативными документами кирпичные и армокирпичные дымовые трубы должны иметь срок службы 70-100 лет, железобетонные - не менее 50 лет, металлические -20-30 лет, трубы с газоотводящими стволами и футеровкой из пластмасс - 15-20 лет.
В перечне условий, обеспечивающих длительную эксплуатацию дымовых труб, приведены требования соблюдения проектного температурно-влажностного режима и состава отводимых дымовых газов. Одним из важнейших условий является проведение систематического технического надзора, обследований и соответствующих ремонтов. Обращается внимание на условия предотвращения неравномерных осадок оснований под фундаменты дымовых труб.
В последнее время получили распространение современные методы обследования дымовых труб с применением новейших средств контроля, в частности термографирование тепловизионным методом, не требующим остановки трубы. Кроме того, в состав работ по обследованию технического состояния дымовых труб входит:
- изучение процессов тепло- и массопереноса;
- расчет аэродинамических характеристик;
- измерение концентраций вредных выбросов;
- определение прочности бетона ультразвуковым и склерометрическим методами.
Необходимо отметить, что выполнение обследования технического состояния дымовых труб является ответственным мероприятием и к его выполнению должны привлекаться специализированные организации, имеющие достаточный опыт в этом направлении и располагающие соответствующими приборами.
Результаты обследований
В результате обследований технического состояния дымовых труб для всех них установлены наиболее характерные виды дефектов, а также общие недостатки в организации эксплуатации:
■ приборы КИП и средства сигнализации по контролю температурно-влажностных параметров газового потока на соответствующих отметках трубы отсутствуют;
■ в местах примыкания газоходов от котлов к общим газоходам и в местах подключения их к дымовым трубам нередко имеются неплотности, щели по всему периметру, что приводит к дополнительному охлаждению и увлажнению отводимых дымовых газов и последующему отрицательному влиянию на состояние элементов дымовых труб;
■ происходит отслоение бетона от продольной и поперечной арматуры, которая по всей высоте подвергается коррозии;
■ разрушаются плиты покрытия в отдельных местах газоходов;
■ в местах сопряжений звеньев футеровки трубы разрушаются слезниковые кирпичи, кладка закругленных участков газоходов имеет места коррозии кладочного раствора;
■ в балках перекрытия проема дымовой трубы разрушается защитный слой бетона, в результате этого оголяется арматура;
■ отмечаются многочисленные вспучивания кладки футеровки трубы;
■ происходят перемещения элементов чугунного колпака за счет вспучивания футеровки верхнего барабана.
Ηа большинстве дымовых труб разрушения основного материала футеровок (кислотоупорного кирпича) за счет низкотемпературной коррозии происходят редко, отмечается преимущественно разрушение материала швов и антикоррозионных покрытий футеровки. В отдельных случаях имели место локальные вспучивания швов кирпича за счет воздействия на них дымовых газов, содержащих сернистые соединения.
Η основании результатов выполненных различными организациями обследований можно считать, что основной причиной большинства разрушений футеровок труб, появления трещин в них и бетоне несущего ствола (при соблюдении технологических норм строительства труб) является отступление от проектных параметров температурно-влажностного режима эксплуатации и возникновение за счет этого допустимых термических напряжений в отдельных элементах труб.
Для повышения надежности эксплуатирующихся дымовых труб и газоходов в качестве первоочередных мероприятий необходимо выполнить следующие из них:
- при частичном или полном разрушении футеровки кирпичных дымовых труб восстанавливать ее из кислотостойкого кирпича, либо предусматривать установку газоотводящего ствола из стеклопластика или металла. Оголовок трубы рекомендуется выполнять из чугунных звеньев или из кислотостойкого раствора;
- при восстановлении кирпичных и железобетонных стен газоходов применять внутреннюю облицовку торкретсиликатполимерным или кислотоупорным кирпичом на андезитовой замазке; плиты перекрытия и покрытия газоходов при их замене применять из силикатополимербетона, исключив использование пустотных плит;
- для восстановления несущей способности железобетонных стволов применять железобетонные обоймы;
- не допускать подсоса наружного воздуха в газоходы и дымовые трубы;
- ввести в практику технического освидетельствования состояния дымовых труб применение тепловизионного метода, не требующего остановки трубы и позволяющего оперативно определять места повреждений.
Следует отметить, что в дымовой трубе с футеровкой газоотводящего ствола из стеклопластика несущий железобетонный или кирпичный ствол надежно защищен от воздействия дымовых газов и конденсата, а вследствие этого и коррозии их материалов. Газоотводящие стволы дымовых труб из стеклопластика в 10-20 раз легче, чем кирпичная футеровка, они обладают повышенной пропускной способностью и высокой коррозионной стойкостью против воздействия агрессивных дымовых газов, а соответственно более высоким эксплуатационным ресурсом. Газоотводящие стволы из стеклопластика могут изготавливаться в заводских условиях в виде отдельных царг или сегментов, готовых для сборки.
Снижение надежности дымовых труб в значительной степени происходит из-за несоблюдения правил эксплуатации, выражающегося в отступлении эксплуатационных значений температурно-влажностных и аэродинамических параметров от рекомендуемых проектом. Не-плотности в наружных газоходах, а также разрушения их теплоизоляции приводят к охлаждению дымовых газов и разбавлению их воздухом. Вследствие этого усиливается конденсация коррозионных агентов на поверхности футеровки, что вызывает коррозию ее материала и швов. Кроме того, разрушение футеровки, в особенности материалов швов кладки, происходит за счет термических деформаций, вызываемых недопустимыми температурными напряжениями из-за превышения нормативных значений перепадов температур по толщине материала.
Для обеспечения длительной и надежной работы дымовых труб необходимо осуществлять соответствующие мероприятия. Важнейшие из них приведены ниже.
1. Обеспечить ведение производственно-технической документации по дымовым трубам [4].
В состав такой документации в первую очередь, должны входить:
- паспорт установленного образца;
- журналы наблюдений за режимом работы (температурой, давлением и т.п.);
- инструкция по эксплуатации с отражением контролируемых параметров и их предельных значений, очередности освидетельствований и т.п.;
- комплект документации по осуществлению технического надзора за проведением ремонтов дымовых труб и газоходов (журналы производства работ, в том числе антикоррозионных, теплоизоляционных, футеровочных и т.п.; сертификаты и результаты испытаний образцов применяемых материалов; акты приемки выполненных работ).
2. Не допускать без согласования с проектной организацией изменений показателей, предусмотренных проектом температурно-влажно-стного и аэродинамического режимов трубы.
3. Установить контроль за появлением конденсата в трубе и организовать его отвод за пределы фундамента дымовой трубы.
При падении температуры отводимых газов ниже минимально допустимого уровня (особенно при работе котлов на природном газе) необходимо принимать меры по ее повышению, в первую очередь путем усиления теплоизоляции примыкающих газоходов и дымососов, исключения подсосов воздуха и, при необходимости, путем устройства дополнительной гидроизоляции футеровки.
4. При изменении условий эксплуатации дымовых труб необходимо выполнять поверочные расчеты для определения оптимальных значений показателей теплового состояния и аэродинамических показателей газоотводящего ствола при отсутствии самоокутывания оголовка трубы.
5. Периодически, при проведении каждого из обследований технического состояния дымовой трубы (не реже 1 раза в 5 лет) осуществлять отбор проб футеровки, а при необходимости и несущего ствола, для определения степени их сульфатизации и разрушений, а также для установления изменения их прочностных характеристик и расчета остаточного рабочего ресурса или обоснований изменения условий эксплуатации.
6. При выполнении ремонтных работ по частичной замене футеровки дымовых труб и газоходов следует применять только те материалы, которые рекомендованы проектом и имеют соответствующие сертификаты, или материалы, прошедшие предварительные испытания в соответствующих коррозионных средах, отвечающих условиям температурно-влажностного режима эксплуатации дымовых труб.
7. Организовать систематическое инструментальное наблюдение за равномерностью осадки оснований под фундаменты и вертикального несущего ствола дымовой трубы и периодически производить проверку их устойчивости.
Приведенный выше перечень мероприятий по обеспечению надежной эксплуатации дымовых труб не является исчерпывающим. Применительно к конкретным условиям эксплуатации этот перечень может быть расширен и дополнен другими мероприятиями.
1. Шишков И.А., Лебедев В.Г., Беляев Д.С. Дымовые трубы энергетических установок. М.: Энергия, 1976. 176 с.
2. Рихтер Л.А. Тепловые электрические станции и защита атмосферы. М.: Энергия, 1975. 312 с.
3. Промышленные дымовые и вентиляционные трубы: Справочное издание / Ф. П. Дужих, В.П. Осоловский, М.Г. Лады-гичев; Под общей ред. Ф.П. Дужих. М.: Теплотехник, 2004. 464 с.
4. СП 13-101-99. Правила надзора, обследования, проведения технического обслуживания и ремонта промышленных дымовых и вентиляционных труб.
Срок службы дымовой трубы металлической
ТРУБЫ ПРОМЫШЛЕННЫЕ ДЫМОВЫЕ
Industrial chimneys. Design rules
Предисловие
Сведения о своде правил
1 ИСПОЛНИТЕЛЬ - Ассоциация пече-трубостроителей и пече-трубопроизводителей России ("РосТеплостройМонтаж")
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 "Строительство"
3 ПОДГОТОВЛЕН к утверждению Департаментом градостроительной деятельности и архитектуры Министерства строительства и жилищно-коммунального хозяйства Российской Федерации (Минстрой России)
6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего свода правил соответствующее уведомление будет опубликовано в установленном порядке. Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте разработчика (Минстрой России) в сети Интернет
Введение
Работа выполнена некоммерческой организацией - Ассоциация пече-трубостроителей и пече-трубопроизводителей России "РосТеплостройМонтаж" (Ассоциация "РосТеплостройМонтаж").
Авторский коллектив: АО "Союзтеплострой" (Г.М.Мартыненко - руководитель разработки), Ассоциация "РосТеплостройМонтаж" (Ю.П.Сторожков), СРО НП "МонтажТеплоСпецстрой" (А.Ф.Федин), ООО АС "Теплострой" (В.А.Сырых, Т.В.Цепилов), ООО "Спецвысотстройпроект" (канд. техн. наук С.Б.Шматков), АО НИЦ "Строительство - НИИЖБ им.А.А.Гвоздева (докт. техн. наук Т.А.Мухамедиев), ООО "ПСФ Энерго" (канд. техн. наук А.З.Корсунский), АО "ЦНИИПромзданий" (д-р техн. наук В.В.Гранев, канд. архитектуры Д.К.Лейкина, К.В.Авдеев), ЗАО ЦНИИПСК им.Мельникова (инженеры Е.А.Понурова, Г.Р.Шеляпина, Р.М.Шилькрот, канд. хим. наук Г.В.Оносов), ОАО "Теплопроект" (инж. А.А.Ходько), ФГБОУ ВПО "Южно-Уральский государственный университет" (докт. техн. наук, проф. В.И.Соломин, докт. техн. наук, проф. В.М.Асташкин, докт. техн. наук А.Н.Потапов), при участии объединения "Союзкомпозит" (С.Ю.Ветохин), АНО "Центр нормирования, стандартизации и классификации композитов (инж. А.В.Гералтовский).
1 Область применения
1.1 Настоящий свод правил устанавливает требования к проектированию промышленных дымовых труб, включая фундаменты, с несущими стволами из кирпича, железобетона, стали, полимерных композитов, а также на промышленные дымовые трубы, поддерживаемые несущими металлическими башнями (каркасами).
1.2 Настоящий свод правил не распространяется на проектирование промышленных дымовых труб высотой от отметки установки 15 м и менее.
1.3 Настоящий свод правил не распространяется на проектирование фундаментов промышленных дымовых труб, предназначенных для строительства в особых условиях: на вечномерзлых, просадочных, насыпных и намывных грунтах, подрабатываемых и закарстованных территориях.
2 Нормативные ссылки
В настоящем своде правил использованы нормативные ссылки на следующие документы:
ГОСТ 530-2012 Кирпич и камень керамические. Общие технические условия
ГОСТ 12071-2014 Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов
ГОСТ 19281-2014 Прокат повышенной прочности. Общие технические условия
ГОСТ 19912-2012 Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием
ГОСТ 20276-2012 Грунты. Методы полевого определения характеристик прочности и деформируемости
СП 14.13330.2014 "СНиП II-7-81* Строительство в сейсмических районах" (с изменением N 1)
СП 15.13330.2012 "СНиП II-22-81* Каменные и армокаменные конструкции" (с изменениями N 1, N 2)
СП 16.13330.2017 "СНиП II-23-81* Стальные конструкции"
СП 20.13330.2016 "СНиП 2.01.07-85* Нагрузки и воздействия"
СП 22.13330.2016 "СНиП 2.02.01-83* Основания зданий и сооружений"
СП 27.13330.2011 "СНиП 2.03.04-84 Бетонные и железобетонные конструкции, предназначенные для работы в условиях воздействия повышенных и высоких температур"
СП 28.13330.2012 "СНиП 2.03.11-85 Защита строительных конструкций от коррозии" (с изменениями N 1, N 2)
СП 43.13330.2012 "СНиП 2.09.03-85 Сооружение промышленных предприятий" (с измененением N 1)
СП 47.13330.2016 "СНиП 11-02-96 Инженерные изыскания для строительства. Основные положения"
СП 63.13330.2012 "СНиП 52-01-2003 Бетонные и железобетонные конструкции. Основные положения" (с изменениями N 1, N 2, N 3)
Примечание - При пользовании настоящим сводом правил целесообразно проверить действие ссылочных документов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте федерального органа исполнительной власти в сфере стандартизации в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный документ, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого документа с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого документа с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего свода правил в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку. Сведения о действии сводов правил целесообразно проверить в Федеральном информационном фонде стандартов.
3 Термины и определения
В настоящем своде правил применены следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 агрессивная среда: Среда эксплуатации сооружения, вызывающая уменьшение сечений и деградацию свойств материалов отдельных конструкций сооружения во времени.
3.2 воздействие: Явление, вызывающее изменение напряженно-деформированного состояния строительной конструкции.
3.3 газоотводящий ствол: Вертикальная часть газоотводящего тракта, обеспечивающая отвод в атмосферу и рассеивание отводимых газов.
3.4 газоход: Часть газоотводящего тракта по которому отводимые газы перемещаются от обслуживаемого оборудования (теплового или промышленного агрегата) до дымовой трубы (газоотводящего ствола).
3.5 дивертор: Устройство на газоотводящем стволе, обеспечивающее, при необходимости, переключение направления потока отводимых газов.
3.6 диффузор: Расширяющийся по ходу движения газа участок газоотводящего тракта.
3.7 защитная система: Система защиты несущего ствола дымовой трубы от агрессивного или температурного воздействия отводимых газов, состоящая из защитной футеровки (газоотводящего ствола), тепловой изоляции, опорных конструкций.
3.8 интерцепторы: Спиралевидные ребра, устанавливаемые в верхней части трубы (обычно металлической), для предотвращения или уменьшения ее резонансных колебаний в ветровом потоке.
3.9 конфузор: Сужающийся по ходу движения газов участок газоотводящего тракта.
3.10 коэффициент сочетаний нагрузок: Коэффициент, учитывающий уменьшение вероятности одновременного достижения несколькими нагрузками их расчетных значений.
3.11 коэффициенты надежности: Коэффициенты, учитывающие возможные неблагоприятные отклонения значений нагрузок, характеристик материалов и расчетной схемы строительного объекта от реальных условий его эксплуатации, а также уровень ответственности строительных объектов.
3.12 лучковая арка: Арка, отношение стрелы подъема которой к пролету менее 1/2.
Примечание - Отношение стрелы подъема лучковой арки и лучкового свода к пролету, как правило, составляет 1/8, 1/12, 1/16 или 1/32, а центральный угол - от 120° до 180° соответственно.
3.13 маркировочная окраска: Окраска высотного сооружения горизонтальными полосами белого и красного (оранжевого) цветов для выделения его на фоне местности с целью обеспечения безопасности полетов воздушных судов.
3.14 молниезащита: Устройство для защиты дымовой трубы и ее отдельных элементов от прямого удара молнии.
3.15 надежность: Способность строительного объекта выполнять требуемые функции в течение расчетного срока эксплуатации.
3.16 несущая конструкция: Конструкция, воспринимающая основные нагрузки и обеспечивающая прочность, жесткость и устойчивость сооружения.
3.17 несущая способность: Максимальный эффект воздействия, при котором в конструкциях, а также грунтах основания, не происходит разрушение любого характера (пластического, хрупкого, усталостного) и потеря местной или общей устойчивости.
3.18 полуциркульная арка: Арка, отношение стрелы подъема которой к пролету равно 1/2 и центральный угол равен 180°.
3.19 предельное состояние: Состояние строительного объекта, при превышении характерных параметров которого эксплуатация строительного объекта недопустима, затруднена или нецелесообразна.
3.20 промышленная труба: Высотное сооружение, предназначенное для создания тяги, отвода и рассеивания в атмосфере продуктов сгорания топлива или воздуха, содержащего вредные примеси.
Примечание - Промышленные трубы, отводящие преимущественно продукты сгорания топлива, называются дымовыми, а промышленные трубы, отводящие преимущественно воздух, содержащий вредные примеси, называются вентиляционными.
3.21 разделительная стенка: Конструкция в нижней части ствола трубы или газоотводящего ствола, разделяющая встречные потоки подводимых газов при двух и более вводах газоходов.
3.22 расчетная модель трубы: Модель взаимосвязанной системы "ствол трубы - фундамент - основание", используемая при проведении расчетов и включающая в себя: расчетные схемы, идеализирующие геометрию рассчитываемого объекта; расчетные модели нагрузок и воздействий; расчетные модели напряженно-деформированного состояния; расчетные модели материалов.
3.23 расчетный срок службы: Установленный в нормах проектирования, задании на проектирование или в проектной документации временной период (срок) использования строительного объекта по назначению до его капитального ремонта либо реконструкции при нормальной эксплуатации с предусмотренным техническим обслуживанием.
Примечание - Расчетный срок службы отсчитывается от начала эксплуатации или возобновления эксплуатации после капитального ремонта, реконструкции, или расконсервации.
3.24 световое ограждение: Обозначение местоположения высотного сооружения в темное время суток и при плохой видимости с помощью заградительных огней, устанавливаемых на сооружении для обеспечения безопасности полетов воздушных судов.
3.25 светофорные площадки: Площадки, предназначенные для размещения на них и обслуживания заградительных огней светового ограждения трубы, используемые также при осмотрах, обследованиях, техническом обслуживании и ремонтах трубы.
3.26 секция газоотводящего ствола: Укрупненная составная часть газоотводящего ствола, ограниченная температурно-компенсационными стыками, свободным или опорным краями и собранная из нескольких царг с помощью жестких (чаще всего неразъемных) соединений.
3.27 царга: Отдельный конструктивный элемент дымовой трубы или газоотводящего ствола, как правило, цилиндрической формы, имеющий необходимые детали для соединения с аналогичными элементами или смежными частями дымовой трубы или газоотводящего тракта
4 Общие требования
4.1 Проектирование промышленных дымовых труб (далее - труб) следует выполнять с учетом требований СП 43.13330.2012 (пункты 9.3 и 9.4), при этом должна быть обеспечена эвакуация в атмосферу и эффективное рассеивание отводимых газов до допустимых гигиеническими нормами пределов концентрации вредных веществ и твердых частиц на уровне земли в зоне расположения трубы.
При проектировании труб следует учитывать их уровень ответственности.
4.2 Трубы по конструктивным особенностям делятся:
- на свободностоящие (самонесущие) - кирпичные, армокирпичные, монолитные железобетонные, сборные железобетонные, стальные, из полимерных композитов;
- трубы с оттяжками - стальные, из полимерных композитов;
- трубы в поддерживающем каркасе (башне) - стальные, из полимерных композитов.
Несколько труб допускается объединять соединительными конструкциями, не препятствующими независимым перемещениям каждой из труб относительно остальных, объединенных в одно сооружение.
Основные проблемы в эксплуатации дымовых труб
Дымовые трубы большой высоты, как и другие высотные сооружения, находятся под непрерывным действием высокотемпературных агрессивных газовых потоков и внешних природных факторов, снижающих расчётный срок службы дымовых труб. Среди причин, вызывающих накопление дефектов и снижение несущей способности конструкций, кроме естественного старения качества строительного материала, наиболее важными являются много- и малоцикловая усталость, хрупкое разрушение и ползучесть.
Надёжность работы любой производственной системы определяется совокупностью надёжностей составляющих звеньев технологического процесса. Для увеличения надёжности сложных и опасных производств применяют хорошо известные методы, такие как дублирование, резервирование наиболее ответственных звеньев производственного процесса, плановые, предупредительные и капитальные ремонты.
Дымовые и вентиляционные трубы промышленных предприятий – электростанций, металлургических, нефтехимических, газоперерабатывающих и других заводов – являются конечным звеном технологических процессов, и выводы их из эксплуатации, как правило приводит к остановке всего технологического процесса.
В настоящее время в промышленности используется большое количество промышленных труб предназначенных как для создания тяги, так и для отвода в верхние слои атмосферы и последующего рассеивания вредных газов и газовоздушных смесей. Промышленные трубы по материалу и конструктивным особенностям делятся, на: кирпичные; монолитные железобетонные; сборные железобетонные; металлические отдельно стоящие трубы и на растяжках; комбинированные (по типу труба в трубе) и вытяжные башни.
Отказ в работе дымовых труб напрямую связан с нарушение режимов при их эксплуатации, практически полным отсутствием технического надзора, недооценкой важности проведения технических диагностических мероприятий. В тоже время выход из строя дымовых труб может привести не только к остановке производства с большими экономическими потерями. Не редко проводится техническое обследование дымовых труб, находящихся в предаварийном состоянии. Причём даже в таких случаях промышленные предприятия с трудом решают психологические и экономические проблемы.
Данная статья освещает проблему контроля состояния дымовых труб после внешнего и внутреннего температурного воздействия, разработке и внедрению в практику комплекса методик и мероприятий оперативной оценке износа труб без остановки технологического процесса
Дымовые трубы промышленных предприятий – сложные дорогостоящие высотные инженерные сооружения, которые подвергаются не только значительным ветровым и температурным воздействиям из вне, но и испытывают воздействие агрессивных высокотемпературных газов, движущихся внутри трубы.
Анализ работоспособности и безопасности эксплуатации дымовых труб показывает, что они в процессе эксплуатации подвергаются жёстким температурно-силовым и коррозионным воздействиям, учёт которых при оценке характеристик безопасности представляет сложную и нерешённую проблему.
Длительность и качество ремонта напрямую зависит от правильно и своевременно проведённой технической диагностики дымовой трубы, обнаружения дефектов, влияющих на её работоспособность, и их устранение.
Проблеме разрушения конструкций и сооружений посвящено большое число работ, и исследования в этой области продолжаются. Однако изучение вопроса в области безопасной эксплуатации и контроля состояния дымовых труб крайне ограничено. Применение в этих целях традиционных методов обследования и мониторинга строительных объектов нуждается в существенной корректировке и обосновании, связанных со спецификой эксплуатационных условий объекта (низкие температуры наружного воздуха, высокотемпературные, химически агрессивные газовые потоки внутри труб, вибрация и т.д.). Официальные методы оценки физического состояния функционирующих дымовых труб без остановки технологического процесса до настоящего времени не разработаны.
Кирпичные дымоходы строят одновременно с котельной, ведь под них необходим фундамент. Монтаж может быть внутренним или наружным. В зависимости от места возведения внутри котельной дымовые трубы делятся на коренные, сооружаемые отдельно от отопительного устройства на своём фундаменте; насадные, устанавливаемые на самой печи; стенные, устроенные в капитальных стенах во время кладки. Коренные дымовые трубы возводят отдельно от отопительных устройств на прочном фундаменте. Они занимают много места в помещении и обходятся дороже, чем насадные или стенные, так как на их сооружение требуется значительное количество кирпича. Используют их лишь в том случае, если нет возможности сделать насадные трубы или стенной дымоход. Для больших котлов непрерывного действия толщина стенок коренной трубы — один кирпич, оптимальный размер газохода — 135 × 260 мм. Коренная труба может объединять несколько котлов, расположенных на одном этаже, при условии, что в общем канале сделана рассечка — перегородка высотой 750-1000 мм. Это нужно для того, чтобы не получилось встречного движения дымовых газов. Размер общего дымового канала должен быть не менее 140 × 270 мм.
Отверстие трубы должно быть защищено от осадков, поэтому оголовок снабжают дымником, выполненным чаще всего из металла. Устройство дефлекторов на дымовых трубах не рекомендуется. Все участки дымохода, непосредственно контактирующие с внешней средой, обязательно утепляют, с этой целью трубы снаружи красят или закрывают железобетонными, шлакобетонными плитами, щитами или специальными огнеупорными матами.
Классика и современность
И всё же, как ни утепляй кирпичный дымоход снаружи, это не спасёт его от конденсата, а следовательно, и от разрушения, особенно если он обслуживает современный котёл с низкой температурой отходящих газов. Чтобы избежать негативных явлений и существенно продлить срок службы дымохода, необходимо изолировать трубу от газовых потоков. Сделать это можно с помощью установленных внутри дымового канала труб из жаростойкой кислотоупорной стали (00×17Н14М2). В таком случае дымоход станет просто «коробом», а в контакте с выхлопом будет находиться лишь стальная труба. Производители предлагают широкий ассортимент труб разного диаметра (от 1 00 до 300 мм), гибких сегментов, колен (от 0 до 90°), тройников, поворотников, муфт-переходников и других деталей для «модернизации» дымоходов. Готовый дымоход собирают на месте из составных элементов. Гладкие стенки стальной трубы почти не создают завихрений при движении отработанных газов, что позволяет усилить тягу (в связи с увеличением гидравлического аэродинамического диаметра канала) при том же сечении дымовой трубы.
Продлить срок службы кирпичного дымохода можно также с помощью технологии Furanflex от KOMPOZITOR KFT (Венгрия). В ней используется трубчатая оболочка из материала Furanflex, который представляет собой композит из искусственных смол, армированный стекловолокнами и твердеющий при высокой температуре. Он более устойчив к коррозии, чем нержавеющая сталь, в дымовых газах длительно переносит температуру до 250°С, обладает хорошими теплоизоляционными свойствами, имеет высокую механическую прочность, обеспечивает лучшую тягу в дымоходе и лучшую работу котлов.
Конденсат — это не просто сырость, это агрессивный раствор, образующийся при смешивании содержащихся в продуктах сгорания топлива кислот и влаги, выпадающей при охлаждении отходящих газов.
Необходимо заранее продумать, какой дымоход подойдет к выбранному теплогенератору и «впишется» в бюджет, отведенный на обустройство системы отопления. Конденсат разъедает стенки дымохода и, если дымоход был подобран неправильно, то придется его менять, а подобная операция порой требует частичной перестройки.
Современный дымоход — сложная конструкция, он может быть изготовлен из самых различных материалов: нержавеющей стали, керамики, пластмассы или даже. стекла. К нему предъявляются совсем не те требования, которые были правомочны в прежние времена. Раньше топили твердым топливом, которое закладывалось в печь, сегодня — дизельным или газовым, на котором работает большинство современных котлов.
При работе теплогенератора должно обеспечиваться полное сгорание топлива и вывод побочных продуктов сгорания из самого дымохода в виде влаги и сажи. Для этого необходимо наличие «тяги», создающей направленный дымовой поток. Тяга возникает за счет разрежения воздуха при разнице в плотности отходящих газов и наружного воздуха. Плотность газа зависит от его температуры, поэтому, чем больше разность температур отходящих газов и воздуха, тем лучше тяга. Если температура отходящих газов в процессе прохождения по дымоходу успевает упасть до точки росы, по трубе потечет конденсат, а недостаточность разницы температур снижает тягу, из-за чего может происходить торможение потока газов и задымление.
При использовании сухого твердого топлива отходящие газы имеют высокую температуру, и проблем с тягой, как правило, не возникает. При использовании газа либо жидкого топлива ситуация совершенно иная: температура отходящих газов намного ниже, к тому же образуется много водяных паров (1,6 л воды на 1 м3 сгорающего газа). Учитывая, что современные котлы, оснащенные автоматикой, работают дискретно, то дымоход (даже в помещении) порой просто не успевает нагреться — налицо идеальное условие для образования конденсата.
К счастью, сегодня существуют дымоходы, материал и конструкция которых предусматривает особенности работы современных теплогенераторов, работающих на различных видах топлива. Определим основные критерии, по которым стоит оценивать преимущества и недостатки различных типов дымоходов. Очевидно, что оптимальными для работы в современных отопительных системах являются стальные нержавеющие дымоходы. Это модульная конструкция из стандартных элементов, соединяемых враструб. Такой дымоход может быть смонтирован внутри кирпичного дымохода либо снаружи, на стене.
По конструктивным особенностям нержавеющие дымоходы могут быть неутепленными и утепленными негорючим базальтовым волокном. Сталь быстро прогревается, а утеплитель предохраняет дымоход от быстрого остывания — идеальное сочетание свойств для того, чтобы дымоход имел хорошую тягу и не истекал конденсатом.
Неутепленные дымоходы (система МОНО), как правило, изготавливаются из кислотостойкой нержавеющей стали марки AISI 316L, толщиной 0,5 мм для труб диаметром 130–450 мм или 0,6 мм для труб диаметром 500–800 мм. Утепленные дымоходы (система ТЕРМО) обычно выполняются из нержавеющей стали двух видов: внутренняя труба — из стали марки AISI 316L, толщиной 0,5 мм — для диаметров 130–450 мм, 0,6 или 0,8 мм — для 500–700 мм, соответственно.
Использование более дешевых марок сталей (AISI 304, 430, 409) для газоотводящего ствола, не соответствующих требованиям по кислотостойкости, чревато плачевными результатами. Дымоход в этом случае может выйти из строя через 1,5–2 месяца — его просто «съест» конденсат. Для изготовления внешней трубы, не соприкасающейся с дымовыми газами, возможно использование нержавеющей стали марки AISI 304L, толщиной 0,5 мм для диаметров 130–450 мм или 0,6 мм для диаметров 500–700 мм. В случаях, когда дымоход предназначен для работы при высоких температурах более 450°С (твердотопливные котлы, печи, газотурбинные и газопоршневые энергетические установки), используют жаропрочную сталь AISI 309S толщиной 0,8 мм (применительно к трубам, соприкасающимся с дымовыми газами).
Не все трубы одинаковые!
О модульных дымоходах из нержавеющей стали.
Каждому котлу и любому отопительному прибору нужен дымоход! От качества работы дымохода зависит эффективность, надежность и экономичность работы отопительного прибора в целом. Дымоход — это важнейшая часть системы отопления, не менее важная, чем сам котёл.
Дымоход должен обеспечивать тягу. Традиционные кирпичные дымоходы способны уменьшить КПД даже отличного отопительного устройства с 80 до 40%. Все дело в форме дымового канала. Идеальная геометрия — круг или овал, которая создает лучшие условия для беспрепятственного прохождения продуктов горения, в виду низкого аэродинамического сопротивления.
Дымоход должен быть долговечен! Материал дымохода должен быть устойчив к высокой температуре, воздействию агрессивных веществ. Он должен быть механически прочен. Одним из самых стойких материалов по отношению к агрессивным воздействиям топочных газов является нержавеющая сталь. Причем, не каждая нержавеющая сталь подходит для таких условий. Нержавеющая сталь для дымоходов — это хромосодержащий сплав.
Именно хром придает нержавеющей стали противокоррозионные свойства и благородный цвет. Сопротивляемость коррозии обеспечивается пленкой из оксидов хрома, образующейся на поверхности металла при взаимодействии его с кислородом воздуха и способной само восстанавливаться после повреждения. Минимальное содержание хрома в нержавеющих сталях составляет 11%. Стали этого класса называют ферритными и используются только в мало агрессивных средах или для изготовления столовой посуды и декора. Для производства деталей дымоходов, непосредственно соприкасающихся с дымовыми газами, эти стали не используются ввиду их слабой сопротивляемости коррозии. Поэтому для производства современных дымоходов используются хромоникелевые стали, которые содержат не менее 8% никеля и не менее 17% хрома. Они называются аустенитными хромоникелевыми сталями и обладают высокой коррозионной стойкостью при повышенной температуре эксплуатации (до 850° С).
Дымоход должен удовлетворять требования пожарной безопасности. Дымоход, например, для котла, работающего на жидком и газообразном топливе может иметь толщину стенки 5 мм. А если же вам необходим дымоход для печки, работающей на дровах или угле, то на начальном участке рекомендуется использовать трубы с толщиной стенки не менее 10 мм. Это позволяет гарантировать безопасную эксплуатацию дымохода в течение нескольких десятков лет. Дымоход должен иметь низкий порог конденсатообразования. При розжиге печи и во время переходных режимов температура дымовых газов опускается ниже так называемой «точки росы» — 65° С, при этом происходит интенсивное выделение конденсата на внутренних стенках дымохода. Конденсат — это жидкость, состоящая из смеси воды, кислот, смол и т.п. Частицы сажи налипают на капли конденсата и задерживаются на стенках дымохода. С течением времени эти вещества могут образовать на внутренних стенках дымохода слой значительной величины. Если такой осадок, накопившийся в трубах, загорится, то происходит «пожар в дымоходе». Температура пламени такого пожара достигает 1200° С и ее боятся трубы любых типов. Чтобы предупредить такой пожар, дымоходы подвергают регулярной чистке. Чем лучше теплоизоляционные свойства дымовых труб, тем меньше в них накапливается загрязнений и, следовательно, реже требуется чистка дымохода и тем менее вероятность возникновения случайного возгорания сажи в дымоходе. При обустройстве дымохода (т.н. гильзы) в кирпичной шахте (канале), например, когда монтируется дымоход камина, рекомендуется использовать одностенные (одноконтурные) элементы. Если же дымовая труба будет стоять снаружи котельной, то без теплоизолированных элементов дымохода здесь не обойтись.
Дымоход должен удовлетворять технико-экономическим факторам. В данном случае, уделяется внимание технологичности соединения деталей дымохода, с минимальным зазором между конструктивными элементами, а также весу дымовой трубы, так как небольшой вес уменьшает транспортные затраты и сокращает время монтажа.
Стараются применять одноконтурные и теплоизолированные трубы из нержавеющей кислотоупорной и огнестойкой стали с содержанием хрома более 17%. Трубы изолируются базальтовой ватой плотностью 35 кг/м 3 . Наружная облицовка выполняется из нержавеющей стали, оцинкованной черной стали, латуни, меди, крашенной черной стали — «полиэстра» различных цветов.
Дымоход представляет собой трубу, соединенную из элементов различной конфигурации последовательно вставленных один в другой и называется модульным. Между собой элементы фиксируются саморезами или заклепками, а стыки внутренней трубы герметизируются специальным высокотемпературным герметиком. В зависимости от типа подключаемого отопительного оборудования для начального участка дымохода используются трубы с увеличенной толщиной внутренней стенки. Сборка внутренней колонны труб производится «по конденсату», а наружной — «по дождю». Такие дымоходы используются для отведения продуктов сгорания от котлов, каминов, печей. Простота и надежность монтажа модульного дымохода, возможность прокладки коммуникаций сложной конфигурации позволяет значительно ускорить работы по установке отопительного оборудования в целом.
Фото до эксплуатации дымовой трубы:
Фото до после эксплуатации дымовой трубы:
Фото дымовых труб котельной:
Основные термины (генерируются автоматически): дымоход, AISI, труба, дымовая труба, сталь, газ, нержавеющая сталь, технологический процесс, высокая температура, кирпичный дымоход.
Экспертиза промышленной безопасности промышленных дымовых металлических труб
Рассматриваются на реальных примерах характерные дефекты, на которые стоит заострить внимание при проведении экспертизы промышленной безопасности промышленных металлических труб. Приводятся рекомендации по устранению описываемых дефектов.
Ключевые слова: промышленная безопасность, обследования, металлические дымовые и вентиляционные трубы.
Ранее в работах [1..3] были рассмотрены методы проведения обследования дымовых кирпичных труб, но в настоящее время, по мнению авторов, следует также обратить внимание на состояние металлических дымовых (и вентиляционных) труб, т. к. именно они составляют основную массу из всех труб, использующихся на промышленных предприятиях. Особенно это касается предприятий в сфере жилищно-коммунального хозяйства в городах и населённых пунктах с населением менее 100 000 человек.
Хотя условия эксплуатации как кирпичных, так и металлических труб примерно одинаковые, стоит отметить, что металл более уязвим к тем агрессивным средам, в которых происходит эксплуатация труб (высокие температуры, высокая влажность и др.). Так наиболее распространены, но в то же время опасный дефект является коррозия. На рисунках 1–2 отражены дефекты выявленные на металлических трубах Пензенской области (в г. Сердобск и г. Кузнецк). С коррозией такой степени- эксплуатация трубы, должна быть прекращена вплоть до устранения (с помощью сварки, к примеру) этих дефектов [4,5]. Проблема кроиться в том, что зачастую нормы законодательства не совпадают реалиями повседневной жизни. К примеру металлическая труба с обширным поражением коррозии как на рис.2 проходит экспертизу промышленной безопасности в зимние время, т. е. в отопительный сезон, что в свою очередь означает, что остановка эксплуатации трубы для ремонта невозможна [6]. В настоящее время данная проблема не как не решается, и единственный выход в будущем, это сделать более «гибким» федеральное законодательство.
Рис.1. Коррозия металлической промышленной дымовой трубы в г. Сердобск Пензенской области
Рис.2 Коррозия металлической промышленной дымовой трубы в г.Кузнецк Пензенская области
Важное значение приобретает мониторинг возможно крена трубы (допустимые значения кренов трубы согласно документы [4] приведены в таблице 1). В случаи значительного превышения предельно допустимого значения отклонения верха трубы стоит немедленно начать мероприятия по выравниванию трубы, либо по демонтажу. Отклонение происходит, как правило, вследствие неравномерных осадок фундаментов труб, поэтому для их устранения предлагаться использовать методы, разработанные в Пензенском государственном университете архитектуры и строительства, с ними можно ознакомиться в работах [7..9].
Читайте также: