Изготовление котлов и сосудов

ПРОИЗВОДСТВО БЛОЧНО МОДУЛЬНЫХ КОТЕЛЬНЫХ

Производство блочно-модульных котельных позволило сделать строительство и другие временные работы более простыми и удобными. Основным отличием такой котельной от других является высокая мобильность, её можно доставить по железнодорожным путям практически в любую точку страны.

Проектирование котельных модульного типа выполняется по тем же принципам, что и других. Они должны соответствовать правилам пожарной безопасности, охраны труда и всем государственным нормам, предъявляемым к объектам данного вида.

ПРЕИМУЩЕСТВА БЛОЧНО-МОДУЛЬНЫХ КОТЕЛЬНЫХ

Такое исполнение котельной имеет несколько важных преимуществ, которых нет у моделей с другим типом размещения. Среди них:

• полная готовность и предоставление сразу под ключ. Это избавляет от необходимости строить специальное помещение и оборудовать его;
• один модуль легко транспортировать грузовым автомобилем или ж/д транспортом;
• автоматизированная система, значительно упрощающая работу в котельной;
• высокий уровень пожарной безопасности и надежности в работе;
• экономичность — такую котельную можно использовать там, где в ней есть необходимости без повторной постройки здания под оборудование;
• затраты на теплоснабжение снижаются на 50% благодаря высокому КПД;
• возможность обновления котельной и наращивания её мощности простой заменой оборудования, которое заранее предназначено для перемещения и демонтажа.

Эти особенности делают котельную удобной и выгодной для использования в самых разных сферах. При проектировании такой конструкции закладывается много мобильности и возможностей переоборудования системы, что дает возможность гибкой эксплуатации в различных целях.

ПРОЦЕСС ПРОИЗВОДСТВА БЛОЧНО-МОДУЛЬНЫХ КОТЕЛЬНЫХ

Во время проектирования составляется план будущей конструкции, в котором учтены все потребности заказчика. С началом строительства все они используются для покупки соответствующего оборудования. В процессе производства котельной можно отметить следующие этапы:

• сооружение каркаса-блока конструкции;
• настройка автоматической погодозависимой регулировки;
• комплексная диспетчеризация и автоматизация всех процессов;
• установка резервного и аварийного электропитания;
• установка систем пожарной и охранной сигнализации;
• монтаж приборов для коммерческого учета использовавшегося тепла, газа, воды и электроэнергии;
• проверка котельной на соответствие требованиям экологической безопасности.

Часто производителями закладывается максимум технических возможностей, которые позволяет каркас. Это обеспечивает актуальность котельной в течение длительного периода времени.

СТАНДАРТНЫЙ КОМПЛЕКТ ОБОРУДОВАНИЯ

Блочно-модульные котельные часто оснащаются типовым набором оборудования, делающим их максимально функциональными. В него входит:

• один или более котлоагрегатов — чаще всего устанавливается две машины. Это позволяет исключить остановку системы в случае поломки или обслуживания одного из котлов;
• блочные или атмосферные горелки — дутьевые модели имеют более высокий КПД;
• насосную группу, состоящую из главного и резервных насосов. Это могут быть подпиточные, котловые, сетевые варианты;
• система автоматического контроля газа — в случае утечки газ автоматически выключается, предотвращая возгорание;
• система водоподготовки — для смягчения воды в котельной и удаления из неё всех вредных взвесей, которые могут испортить оборудование;
• электрооборудование и система его контроля — часто имеет встроенный GSM для удаленного контроля работы системы;
• охранная и пожарная сигнализации;
• система дымоотведения — фермовые, самонесущие и другие трубы, предназначенные для отведения дыма, вырабатывающегося во время сгорания газа.

В некоторых котельных может устанавливаться также дополнительный набор оборудования, но он не обязателен. В такой набор чаще всего входят теплообменные аппараты, узлы учета, погодозависимая автоматика, расширительные баки и системы для управления котельной на расстоянии.

Толстостенные сосуды (толщина стенки больше 40 мм) обычно изготавливают из вальцованных или штампованных листовых заготовок, свариваемых продольными и кольцевыми стыковыми швами. При изготовлении толстостенных сосудов широко используют электрошлаковую сварку, обеспечивающую надежное проплавление всего сечения за один проход.

Угловые швы использованы только для крепления основания к нижнему днищу. Для котельных сосудов характерно большое число штуцеров, к которым стыковыми швами приваривают трубы. Как правило, днища делают выпуклыми с отбортовкой, обеспечивающей вывод сварных соединений из зоны действия значительных напряжений изгиба. Сосуды с внутренним диаметром менее 500 мм (например, камеры котлов) допускается изготавливать с плоскими днищами.

В зависимости от размеров сосуда листовую заготовку гнут в нагретом состоянии вдоль длинной (первый вариант) или короткой (второй вариант) кромок листа. В первом случае обечайка получается длинной и требуется меньшее число кольцевых швов в сосуде. Однако для сосудов большого диаметра длина короткой кромки листа может оказаться недостаточной; в этом случае обечайку составляют из двух корыт с двумя продольными швами.

Во втором случае обечайка получается более короткой, но с одним продольным швом. Второй прием представляется менее целесообразным, так как кольцевые швы более трудоемки по сравнению с продольными.

Обечайку с одним продольным швом можно получить вальцовкой. Лист после обрезки нагревают до 1000… 1050 °С и вальцуют до замыкания стыка, оставляя недовальцованными участки шириной 100… 150 мм (рис. 8.10). После остывания обечайки стык закрепляют приваркой скоб и термической резкой вырезают зазор под электрошлаковую сварку.

Методом вальцовки трудно получить обечайки длиной более 3500 мм и толщиной стенок более 100 мм. Гибка на мощном прессе таких ограничений не имеет, особенно если обечайка образуется из двух корыт. Сборку обечайки под электрошлаковую сварку в

Рис. 8.10. Свальцованная обечайка с одним продольным стыком: / — скоба; 2 — зазор в стыке этом случае выполняют с помощью скоб, а постоянства зазора в стыке достигают установкой прокладок, удаляемых перед сваркой (рис. 8.11). После приварки выходных планок и кармана для наведения шлаковой ванны собранную под сварку обечайку устанавливают вертикально. Если обечайка имеет два продольных шва, их целесообразно выполнять одновременно двумя сварочными аппаратами.

Рис. 8.11. Сборка обечайки с двумя продольными стыками

При сварке гнутых под прессом корыт обечайка получается достаточно правильной цилиндрической формы и последующая калибровка необязательна. Напротив, обечайки, получаемые вальцовкой, требуют, как правило, правки. Калибровку производят при температуре 1000… 1050 °С, и при охлаждении обечайки на воздухе она одновременно проходит процесс нормализации.

Кольцевые швы выполняют многослойной сваркой под флюсом или электрошлаковой сваркой в один проход. Полное проплавление при многослойной сварке обеспечивают укладкой в разделку нескольких подварочных слоев 1 с внешней стороны (рис. 8.12), зачисткой корня шва с помощью пневматического зубила или резака и наложением внутреннего подварочного шва 2.

Рис. 8.12. Форма разделки кольцевого стыка под многослойную сварку

После этого производят многослойное заполнение внешней разделки 3.

Сборка кольцевого шва под электрошлаковую сварку должна быть достаточно точной, так как местная депланация криволинейных кромок свыше 3 мм может привести к нарушению уплотнения и вытеканию шлаковой ванны. Поэтому перед сборкой обычно внешнюю и внутреннюю поверхности каждой из обечаек протачивают на ширину 70… 100 мм от торца (рис. 8.13). Так же осуществляют подготовку стыка обечайки с днищем. Собирают стык с помощью планок, которые устанавливают «на ребро» поперек кольцевого шва и приваривают к поверхности обечаек. Если в качестве внутреннего формирующего устройства используют медные охлаждаемые подкладки, изогнутые по радиусу свариваемого изделия, то внутри обечайки дополнительно устанавливают скобы временного крепления. Подкладки 1 (рис. 8.14) заводят в отверстия скоб 2 и закрепляют клиньями 3 или винтовыми прижимами. Электрошлаковую сварку кольцевого шва начинают на вспомогательной пластинке, вваренной в зазоре стыка (рис. 8.15, а). После заварки примерно половины окружности стыка (рис. 8.15, б) сварщик резаком удаляет из зазора начало шва до полного устранения непровара и придает торцу шва наклонный срез, облегчающий выполнение замыкания шва (замка) (рис. 8.15, в). Усадочную раковину либо выводят в специальный прилив в наружном ползуне или в медный кокиль, либо выплавляют и заваривают вручную.

Перспективной является однопроходная сварка толстостенных сосудов электронным лучом в вакууме. Экспериментально

Рис. 8.13. Обработка торцов обечайки

Рис. 8.14. Кольцевой стык, собранный под электрошлаковую сварку

Рис. 8.15. Схема электрошлаковой сварки кольцевых швов

показано, что при использовании сварки горизонтальным лучом можно выполнить продольные и кольцевые швы металла толщиной 250 мм и более при скорости сварки 2,5…5 м/ч. Однако для производственного применения этого перспективного метода еще требуется отработка ряда технологических вопросов, а также создание вакуумных камер больших размеров.

По завершении сварки корпуса сосуда вырезку отверстий для вварных штуцеров производят или механическим путем, или тепловой резкой. Особенно большой объем таких работ выполняется при изготовлении барабанов котлов и коллекторов. Чтобы сократить подгоночные работы на монтаже при сборке коллекторов и барабанов с блоками экранных труб, к точности установки штуцеров предъявляют жесткие требования. Приварку большого числа штуцеров необходимо автоматизировать. Применяемые для этой цели специализированные автоматы и полуавтоматы обычно центрируются по верхней части ввариваемого штуцера.

Варианты конструктивного оформления соединений штуцеров с оболочками большой толщины разнообразны. Наиболее целесообразны те, которые позволяют получить надежное проплавление всей стенки штуцера, исключая возможность образования и роста трещины от непровара. Для этой цели можно использовать формующую подкладку, удаляемую после сварки (рис. 8.16). Другой вариант соединения показан на рис. 8.17. В оболочке 2 в центре установки трубчатого переходника сверлят центровочное отверстие d, в которое вставляют заготовку 1 переходника с раздел

Рис. 8.16. Конструкция штуцерного соединения: а — до сварки; б — после сварки

Рис. 8.17. Соединение штуцера с оболочкой с последующим удалением корня шва

высверловкой

кой кромок под сварку. После сварки просверливают отверстия диаметром D (рис. 8.17, а). Окончательно соединение имеет вид, показанный на рис. 8.17, б. В нем присутствует концентрация напряжений вследствие резких изменений сечения на внешней поверхности трубы и оболочки, но качество поверхности металла во внутренней полости хорошее.

При изготовлении барабанов котлов, сосудов высокого давления и реакторов большое значение имеет термообработка. Полностью сваренный сосуд обычно подвергают высокому отпуску, однако иногда требуется нормализация для улучшения структуры зоны шва. В этом случае возникает опасность, что при нагреве до высоких температур (900… 1000 °С) могут возникнуть деформации от собственного веса, искажающие форму сосуда. Предотвратить эти деформации можно предварительной герметизацией готового сосуда и созданием в нем избыточного внутреннего давления углекислого газа 0,2…0,3 МПа. Это не только сохраняет форму сосуда, но и предотвращает образование окалины на его внутренней поверхности. Для термообработки обычно используют печи большого размера. Если сосуд не может быть подвергнут термообработке целиком из-за отсутствия печи требуемого размера или из-за необходимости выполнения монтажных стыков, то применяют местную или общую термообработку с использованием индукционных или иных нагревателей.

С ростом размеров сосудов и внутреннего давления требуемая толщина стенки достигает 200…400 мм. Наряду с технологическими трудностями изготовления столь толстостенных монолитных обечаек возрастает опасность их хрупкого разрушения. Поэтому такие сосуды изготовляют многослойными. Имеется три основных метода получения обечаек многослойных сосудов. По первому из них предварительно собирают и сваривают продольными швами обечайки разного диаметра с толщиной стенки 20…50 мм. После зачистки усиления швов и калибровки обечайки последовательно надевают одну на другую до получения требуемой суммарной толщины. Для осуществления натяга между слоями насаживаемая обечайка перед посадкой нагревается до 600 °С, что обес-

Рис. 8.18. Конструкция многослойного сосуда высокого давления:

• 1,3 — наплавка на кромку; 2 — многослойный кольцевой шов; 4 — клиновидные вставки; 5 — облицовочная обечайка; 6 — спиральные слои; 7— центральная обечайка печивает соприкосновение до 95 % сопрягаемой поверхности. Второй способ состоит в том, что на внутреннюю обечайку — трубу толщиной 10…40 мм — последовательно накладывают полуобе- чайки толщиной 5…8 мм, обтягивают с помощью гидравлических устройств и сваривают двумя продольными швами между собой, после зачистки швов последовательно накладывают следующие полуобечайки до нужной толщины. В технологическом отношении наиболее целесообразным является изготовление многослойных обечаек по третьему способу намоткой на основную обечайку толщиной 20…40 мм нескольких слоев рулонной стали толщиной
• 4…8 мм, как показано на рис. 8.18. В зависимости от рабочей среды центральная обечайка может быть двухслойной или из коррозионно-стойкой стали, а слои наружной части корпуса — из низколегированной стали.

Торцы многослойной обечайки протачивают и на них наплавляют слой металла толщиной не менее 10 мм, который механически обрабатывают для получения требуемой формы разделки кромок (см. рис. 8.18). Кольцевые швы между обечайками, а также между обечайкой и днищем или фланцем выполняют многослойными. Кромки монолитных днищ и фланцев из сталей 22ХЗМ или 20Х2МА также подвергают предварительной наплавке с целью исключения необходимости термической обработки после сварки кольцевых швов. Сварочные напряжения в этих швах в значительной степени снимаются при обязательном приемочном испытании готового сосуда в результате нагружения внутренним давлением, превышающим рабочее.