Коллектор водяного экрана котла

Когда говорят про коллектор водяного экрана котла, многие сразу думают о простой трубе с отводами. На бумаге так и есть, но на практике — это часто узкое место, где накапливаются проблемы, которых в проекте не предусмотрели. Самый частый промах — считать его просто распределительным элементом, забывая про термоциклирование и локальные перегревы в местах присоединения экранных труб. У нас на объектах случалось, что после пары лет работы в зоне сварных швов коллектора появлялись микротрещины, и не из-за коррозии, а из-за неправильно рассчитанных компенсаторов теплового расширения. Вот об этих нюансах, которые в каталогах не пишут, и хочется сказать.

Конструкция и скрытые риски

Если взять типовой коллектор водяного экрана для барабанного котла, то внешне всё просто: горизонтальная труба большого диаметра, к ней по радиусу приварены отводы на экраны. Но тут начинается первое ?но?: распределение потока по отводам редко бывает идеально равномерным. Особенно в нижних точках, где может скапливаться шлам или даже возникать застойная зона. Я видел коллекторы, где разница в скорости воды в крайних и центральных отводах доходила до 15-20%. Это прямой путь к перегреву отдельных труб экрана.

Материал — отдельная тема. Часто используют сталь 20 или 20Г, но для агрессивных сред, например, при сжигании отходов или высокосернистого топлива, этого может не хватить. Была история на одной ТЭЦ, где коллектор, работающий с котлом-утилизатором, начал активно корродировать изнутри в зоне сварных соединений. Причина — конденсация агрессивных паров при частых остановах. Пришлось переходить на сталь с добавкой хрома. Это не всегда прописано в нормативах, но жизненный опыт подсказывает — нужно смотреть шире.

И ещё по конструкции — важно, как организованы дренажные и воздушные каналы. Недостаточный уклон или неудачное расположение штуцера для продувки могут привести к тому, что при остановке котла в коллекторе останется вода. А зимой, при аварийном охлаждении — это гарантированная разморозка. Один раз столкнулся с деформацией коллектора именно по этой причине: вода замерзла в нижнем отводе, лед выдавил ?карман?.

Монтаж и ?подводные камни?

При монтаже коллектора водяного экрана главная ошибка — жёсткая фиксация. Коллектор должен иметь возможность двигаться вместе с трубными пакетами экранов при тепловом расширении. Если его ?заклинить? между конструкциями, нагрузки пойдут на сварные швы. На одном из монтажей видел, как проектировщики предусмотрели скользящие опоры, но монтажники, для надёжности, прихватили их сваркой. Через полгода работы пошли трещины по кольцевым швам отводов. Пришлось резать и переделывать.

Выравнивание — это целая наука. Отводы должны садиться на трубы экрана без перекоса и натяга. Если трубу экрана приходится ?дотягивать? до коллектора, создаётся остаточное напряжение. В режиме пуска-останова оно срабатывает, и соединение ослабевает. Мы всегда используем лазерное нивелирование при установке, особенно для коллекторов большой протяжённости — старые методы с отвесом тут дают слишком большую погрешность.

И конечно, сварка. Сварные швы коллектора — зона высокого риска. Они работают в условиях циклических температурных и механических нагрузок. Недостаточный прогрев, неправильно подобранный присадочный материал — и шов становится хрупким. Особенно критичны корневые проходы в местах присоединения отводов. Тут нужен строгий радиографический контроль, а не только визуальный. Экономия на контроле потом выливается в аварийный простой.

Эксплуатация и диагностика

В эксплуатации состояние коллектора водяного экрана часто оценивают по косвенным признакам: перепадам давления, температуре на выходе из секций. Но этого мало. Важнейший метод — регулярный внутренний осмотр с помощью видеокамеры. Особенно после остановок на ремонт. Искали как-то причину падения расхода в одном контуре экрана — оказалось, в коллекторе отвалился и встал поперёк отвода кусок окалины от самой трубы. Его не сдуло продувкой.

Толщинометрия — обязательна, но не везде. Измерять нужно не в случайных точках, а в зонах максимального износа: по нижней образующей, сразу после отводов по ходу потока, в местах изменения сечения. У нас был случай аварийного утоньшения стенки коллектора на участке после врезки штуцера под датчик температуры. Турбулентный поток за штуцером буквально вымыл металл за два года. Теперь такие зоны в чек-листе.

Химический режим воды — это основа долгой жизни коллектора. Даже небольшие отклонения по pH или повышенное содержание кислорода бьют именно по коллекторам, так как там сложная геометрия потока. Однажды анализы показывали норму, но в самом коллекторе, в ?мёртвой? зоне возле заглушки, шёл процесс щелочной коррозии. Обнаружили только при вскрытии. Вывод — точки отбора проб на водно-химический анализ должны быть максимально приближены к критическому оборудованию.

Ремонт и модернизация

Ремонт коллектора — это почти всегда сварка в труднодоступных условиях. Просто заварить трещину — полумера. Нужно понять причину. Часто это усталость металла от циклов. Тогда лучший выход — не просто наложить заплату, а заменить целый узел, возможно, с изменением конструкции, добавив, например, гибкие компенсаторы. Компания ООО Чэнду Нэнцзе Экологические Технологии (сайт: western-turbo.ru), которая специализируется на поставках для критических систем, включая котлы, как раз подчёркивает важность системного подхода к ремонту, а не просто замены детали. Их экспертиза в области вспомогательного котельного оборудования полезна при подборе решений.

При модернизации старых котлов коллекторы водяных экранов часто становятся ?бутылочным горлышком?. Пытаются повысить паропроизводительность, не меняя диаметр коллектора. В итоге — скорость теплоносителя зашкаливает, эрозия усиливается в разы. Правильный путь — гидравлический расчёт всего контура. Иногда выгоднее заменить коллектор на секционированный или с изменённой схемой подводов, чем потом бороться с последствиями.

Использование современных материалов — например, наплавка внутренней поверхности износостойкими сплавами — даёт эффект. Но это дорого и требует точной технологии. Пробовали на одном объекте наплавку для защиты от эрозии. Сработало, но только после того, как подобрали режим, исключающий термические напряжения в основном металле. Опыт ООО Чэнду Нэнцзе Экологические Технологии в работе с турбинным и котельным металлом мог бы быть здесь кстати, так как вопросы стойкости материалов у них в приоритете.

Взаимосвязь с другими системами

Коллектор водяного экрана — не изолированный узел. Его состояние напрямую зависит от работы питательных насосов, системы ХВО (химводоочистки), которую упоминает в своём описании ООО Чэнду Нэнцзе Экологические Технологии как часть своей экспертизы. Сбои в дозировке реагентов или ухудшение качества питательной воды первой удар принимают на себя именно коллекторы и экраны. Поэтому диагностику нужно вести комплексно.

Связь с системой продувки тоже критична. Неэффективная непрерывная продувка приводит к росту концентрации солей именно в нижнем коллекторе. А периодическая продувка, если её проводят редко и резко, создаёт термический шок для металла. Нужно чётко настраивать график и контролировать его выполнение автоматикой.

И наконец, управление горением. Неравномерный температурный поле по ширине топки ведёт к разной тепловой нагрузке на экраны, а значит, и на их коллекторы. Один может работать в штатном режиме, другой — на грани закипания. Мониторинг температур по отдельным контурам экранов — это, по сути, мониторинг состояния коллекторов. Без этого картина неполная. Всё это звенья одной цепи, и разрыв в любом месте бьёт по надёжности всего узла.