Об этом надо помнить

Для того, чтобы предотвратить аварию с обору­дованием, работающим под давлением выше атмос­ферного, необходимо иметь четкое представление о потенциальной опасности этого оборудования и знать причины аварий, происходивших ранее.

За последнее время значительно изменился со­став работников котлонадзора, инженерно-техничес­ких служащих и руководителей предприятий. На смену старым кадрам пришли молодые, которые не всегда знакомы с причинами аварий, ранее про­исходивших на объектах котлонадзора. Среди них, к сожалению, встречаются и такие, которые не хо­тят учиться на ошибках других, наивно полагая, что аналогичные аварии не повторятся. Подобное мне­ние ошибочно, меры по предотвращению аварий необходимо предпринимать заранее, используя пре­дыдущий опыт надзорной деятельности, а не ждать новых аварий, после чего начинать профилактичес­кую работу с чистого листа.

В январе 1970 г. в цехе древесно-волокнистых плит деревообрабатывающего комбината произошел взрыв пароводяного аккумулятора вместимостью 50 м3, работавшего при избыточном давлении 2,0 МПа и температуре подогрева воды до 210 °С. Оборудование цеха, включая пароводяной аккуму­лятор, было закуплено в Швеции в 1958 г. и введено в эксплуатацию в 1960 г. Аккумулятор представлял собой вертикальный цилиндрический сварной сосуд из низколегированной стали высотой 10,7 м, диа­метром 2,5 м с толщиной стенки цилиндрической части 25 мм, а днища — 21 мм. После изготовления сосуда сварные швы проверили просвечиванием по пятибалльной системе, принятой в Швеции, и оцени­ли на «4» и «5».

После установки (1960 г.) аккумулятор был под­вергнут гидравлическому испытанию. Последнее ос­видетельствование (внутренний осмотр и гидравли­ческое испытание) аккумулятора проводил инспек­тор котлонадзора в 1966 г., в рабочем состоянии аккумулятор осматривали в 1969 г.

Аккумулятор служил для подогрева воды, посту­пающей в пресс и камеру термической обработки древесно-волокнистых плит. Вода температурой 210 °С из верхней части аккумулятора с помощью центробежных насосов подавалась в пресс и каме­ру термической обработки. В нижнюю часть акку­мулятора возвращалась вода температурой 195 °С. Можно было также забирать воду насосами из ниж­ней части по обводной линии.

Для подогрева воды в верхнюю часть аккумуля­тора поступал насыщенный пар избыточным давле­нием 2,1 МПа из котлов типа ДКВР, установленных в котельной комбината. Вода контактировала с па­ром на тарельчатом устройстве в паровом простран­стве аккумулятора, куда она подавалась циркуляци­онными насосами из нижней его части.

Кроме пружинного предохранительного клапана, манометра и водоуказательного стекла, аккумуля­тор был оснащен автоматическими регуляторами уровня воды, давления, температуры и контрольно-измерительными приборами для определения тем­пературы воды в различных по высоте точках акку­мулятора и ее среднего значения. Предусматрива­лось также измерение температуры воды, которая подается в пресс и камеру и возвращается в акку­мулятор. В нижней части корпуса имелась линия для заполнения и опорожнения аккумулятора, в верх­ней части — воздушник для удаления неконденсиру­ющихся паров.

Согласно проекту аккумулятор должен был за­полняться конденсатом температурой 70 °С, посту­пающим из сушильных камер в два конденсацион­ных бака вместимостью 42 м3 каждый. В инструк­ции завода-изготовителя указывалось, что величина рН воды должна быть 9-10. Для этого насосом-до­затором можно было вводить в аккумулятор раствор едкого натра или тринатрийфосфата.

В результате экспертизы оборудования было установлено, что непосредственная причина аварии — образование глубоких продольных и поперечных трещин в ниж­нем кольцевом сварном шве, соединяющем днище с цилиндрической частью аккумулятора. Трещины настолько распространились по всей длине шва, что в процессе расследования оказалось невозможным вырезать образцы для механического испытания сварного соединения. Удалось получить лишь три образца для испытания на растяжение, которые были вырезаны из наплавленного металла наружного шва.

При осмотре места разрыва выяснилось, что тре­щина образовалась давно. Металл в местах разры­ва имел сильно окисленную поверхность темного цвета, составлявшую более 60 % сечения шва. Отчетливо виднелись старая трещина с почерневшей поверхностью и свежий излом серебристого цвета. В некоторых местах ширина свежего излома была всего 2-3 мм. Именно в этом, наиболее ослаблен­ном, месте, по-видимому, произошло первоначаль­ное раскрытие по шву, затем из-за перераспреде­ления отрывного усилия (около 10,8 МН) разрыв мгновенно увеличился и произошел резкий выброс пароводяной смеси. Расчет показал, что объем смеси возрос до 20 тыс. м3, а общая работа расширения составила примерно 2,3 тыс. МДж. Если считать, что истечение длилось около 10 с, то мощность струи составила около 250 тыс. кВт. Ориентировочный расчет наглядно показал, насколько велика опасность разрыва сосудов большой вместимости, заполнен­ных перегретой водой.

При осмотре в нижнем кольцевом сварном шве была обнаружена ремонтная подварка длиной око­ло 700 мм. Этот участок резко отличался от завод­ских швов (чешуйчатая и ноздреватая поверхность, значительная неравномерность по ширине и др.). В ходе расследования выяснилось, что ремонт сосуда был выполнен в 1968 г. после того, как в этом месте обнаружили течь. Однако администрация ком­бината не пригласила специалистов для определения причин появления течи, а после ремонта не предъя­вила аккумулятор для технического освидетельство­вания инспектору котлонадзора, как это предусмот­рено Правилами устройства и безопасной эксплуа­тации сосудов, работающих под давлением.

Подварка шва в месте образования трещины была выполнена с грубыми нарушениями технологичес­кого режима: ранее наплавленный металл полнос­тью не удалили, границы трещины не были опреде­лены и концы ее не засверлены. Гидравлическое испытание после подварки шва не проводили.

В 1969 г. в этом же сварном шве снова появилась течь, и вновь администрация комбината скрыла это от инспектора котлонадзора и допустила подварку шва с грубыми нарушениями правил. Можно с уве­ренностью сказать, что, если бы вызвали инспекто­ра, он прежде всего потребовал бы проверить весь шов радиографическим или ультразвуковым мето­дом контроля. Трещины были бы своевременно выявлены, и авария предупреждена.

Комиссия установила также, что на комбинате допускали грубые нарушения безопасного режима эксплуатации аккумулятора, особенно в периоды его остановки и пуска. Раз в неделю аккумулятор оста­навливали на 8—12 ч для профилактического ремон­та. При пуске установки после такого ремонта воду подогревали форсированно. Скорость изменения температуры воды во много раз превышала ско­рость, предусмотренную инструкцией завода-изго­товителя. На комбинате неоднократно подавали в аккумулятор холодную воду из пожарного водопро­вода.

При нарушениях режимов пуска и останова акку­мулятора в металле возникали дополнительные тер­мические напряжения, особенно в первый момент подачи пара. При этом из-за быстрого прогрева конденсирующимся насыщенным паром разность температур между верхом и низом аккумулятора могла достигать 120-150 °С. Во время эксплуатации не исключались случаи, когда уровень воды был ниже места ее отбора насосом или аккумулятор пере­полнялся, что могло вызвать гидравлический удар. Дополнительные термические напряжения, возникав­шие в металле в течение ряда лет, вызывали появле­ние трещин в нижнем сварном шве аккумулятора, а ремонтная подварка шва, проводившаяся дважды с грубыми нарушениями технологического режима, способствовала их развитию и распространению.

Проверка, проведенная органами Госгортехнадзора СССР, показала, что на некоторых других пред­приятиях, где были установлены аналогичные сосу­ды, также нарушались правила безопасности и инст­рукции завода-изготовителя. Руководители цехов и персонал слабо представляли опасность, с которой связана эксплуатация подобных сосудов.

В июле 1981 г. на ТЭЦ сахарного завода произошла авария парового котла типа Бабкок-Вилькокс (изго­товлен в 1951 г. в ЧССР, введен в эксплуатацию в 1953 г.; давление 2,5 МПа, температура пара 350 °С, паропроизводительность 25 т/ч) с тяжелыми послед­ствиями. При этом разорвался барабан котла по про­дольному заклепочному шву, оторвались оба дни­ща. Под действием взрывной волны левое днище барабана было откинуто на 80, правое — на 50 м. Почти все кипятильные и экранные трубы вырваны из трубных отверстий и деформированы, секцион­ные камеры отброшены на различные расстояния. Значительно повреждены и выведены из строя два расположенных рядом котла. Полностью разруше­ны стены и перекрытия котельной и частично — тур­бинного зала.

Причина аварии — разрыв обечайки барабана по второму ряду продольного заклепочного шва (по всей его длине), вызванный межкристаллитной кор­розией металла. При осмотре места разрыва обна­ружены множественные трещины в перемычках между заклепочными отверстиями и солевые отло­жения на стенках отверстий. В процессе расследо­вания аварии в двух местах на продольном закле­почном шве барабана были сняты наружная и внут­ренняя накладки и там на обечайке (на наружной и внутренней поверхностях) и накладках, в местах со­прикасания с обечайкой, обнаружили (визуально) многочисленные трещины, расположенные радиально от заклепочных отверстий.

Вырезанные участки накладок и обечайки были проверены методами цветной и магнитопорошковой дефектоскопии, которые дополнительно выяви­ли более мелкие трещины. Металлографическое исследование образцов, вырезанных из поврежден­ных мест, показало, что трещины имеют межкристаллитный характер.

Заклепочные соединения барабана в процессе эксплуатации котла периодически проверяли, исполь­зуя метод ультразвуковой дефектоскопии, после­дний раз — в 1979 г. Однако дефекты не обнаруживали.

Данная авария произошла также и из-за грубых нарушений правил безопасности, допускавшихся ад­министрацией завода при эксплуатации котлов. В со­ответствии с должностной инструкцией котел можно растапливать только по письменному распоря­жению начальника ТЭЦ, при этом в журнале де­журный инженер должен был указывать режим ра­стопки. Это не выполнялось. Старшие машинисты и машинисты котлов вообще не вели никакой доку­ментации (ведомости котлов, журнал приема и сда­чи дежурств).

В результате такой бесконтрольности осуществ­ляли форсированные растопки котлов, что вызыва­ло напряжения в металле барабана котла, значитель­но превышающие допустимые. Положение усугуб­лялось еще и тем, что растопку котла на ТЭЦ проводили часто.

Отсутствие защитных рубашек на вводах питатель­ной воды в барабан при питании котла относительно холодной водой (температура 95—104 °С) и неудов­летворительная конструкция этих вводов внутри ба­рабана, выполненных заводом-изготовителем в виде корыт, не обеспечивавших равномерное распреде­ление питательной воды по длине барабана, также способствовали возникновению повышенных напряже­ний в металле барабана. Реперы для контроля за теп­ловыми перемещениями барабана отсутствовали.

Серьезные недостатки существовали в организа­ции и ведении водного режима котлов. В течение всего времени эксплуатации котлов относительная щелочность котловой воды значительно превышала допустимую (20 %) для котлов с барабанами, име­ющими заклепочные соединения, и в отдельные пе­риоды достигала 40-50 %.

Известно, что межкристаллитные трещины (ще­лочная хрупкость) возникают в заклепочных соеди­нениях котлов при сочетании повышенных местных механических напряжений (близких или превышаю­щих предел текучести), неплотностей в сочленениях элементов котла, в которых может происходить глу­бокая концентрация котловой воды (в 50—100 раз выше нормы), и неблагоприятного солевого состава котловой воды. Нарушения, допускавшиеся на ТЭЦ завода, создавали условия для возникновения этих, наиболее опасных, повреждений металла паровых котлов. Характерная особенность указанных повреж­дении — межкристаллитное расположение началь­ных трещин, отсутствие деформации металла в зоне их образования, сохранение металлом механичес­ких свойств даже в непосредственной близости от места разрушения.

В целях предупреждения подобных аварий на предприятиях, эксплуатировавших паровые котлы с клепаными барабанами, по требованию Госгортехнадзора СССР проводилась ультразвуковая, а в слу­чае необходимости магнитопорошковая или цветная, дефектоскопия заклепочных соединений для выяв­ления межкристаллитной коррозии. При этом была запрещена дальнейшая эксплуатация 60 котлов, из 800 проверенных за 8 мес., так как они имели недо­пустимые дефекты.

Учитывая, что в настоящее время на промышлен­ных предприятиях еще эксплуатируют пароводяные аккумуляторы и паровые котлы, имеющие закле­почные соединения элементов, было бы целесооб­разно в возможно короткие сроки разработать и утвердить в качестве нормативных документов Госгортехнадзора России методические указания по тех­ническому диагностированию и продлению срока службы аккумуляторов перегретой воды и методи­ческие указания по техническому диагностированию и продлению срока службы паровых котлов, имею­щих заклепочные соединения.

Рассмотренные в данной статье причины двух ка­тастрофических аварий, повлекших человеческие жертвы и большие разрушения, должны убедить эк­сплуатационный персонал и руководителей предпри­ятий более ответственно относиться к выполнению правил устройства и безопасной эксплуатации объек­тов котлонадзора, а инспекторский состав быть бо­лее требовательным и жестким к нарушителям при осуществлении государственного надзора. Специа­листам экспертно-технических организаций при вы­полнении технического диагностирования объектов котлонадзора необходимо квалифицированно про­водить экспертизу промышленной безопасности объектов, особен­но имеющих заклепочные соединения, а также ем­костного оборудования с перегретыми жидкостями.