28 сентября 2022 года компанией ООО «Веллонс.РУ» завершен проект по замене огнеупорной футеровки плоского свода котла в рамках проекта модернизации топки парового котла №1 на мини-ТЭЦ. Данные работы выполнены на условиях EPC-контракта, включая инжиниринг, подбор и поставку материалов, а также работы по выломке, существующей (старой) футеровки и футеровочных работ по устройству новой огнеупорной футеровки плоского свода котла.
ИНЖИНИРИНГ.
Основной целью проекта замены плоского свода котла является поиск технического решения, основанный на анализе существующей ситуации постоянного выхода из строя различных карт монолитной огнеупорной футеровке на различных участках плоского свода котла. Ситуация, по выходу из строя карт огнеупорной футеровки происходит с определенной периодичностью и присуща обеим топкам котлов мини-ТЭЦ. Таким образом, целью инжиниринга и проекта в целом, является поиск конструктивного решения, которое должно решать имеющиеся проблемы и обеспечить безаварийную эксплуатацию котельной установки на длительное время (до 5 лет и более нормальной эксплуатации футеровки свода котла). Предлагаемое решение также должно учитывать нагрузки от футеровки на металлоконструкции перекрытия и стен котла – они не должны превышать существующие суммарные нагрузки от футеровки свода котла.
Для изучения текущей ситуации с выпадением карт свода котла специалистами ООО «Веллонс.РУ» была проведена техническая инспекция котла по визуальному осмотру технического состояния огнеупорной футеровки свода котла, а также футеровки стен и арочного свода. Результаты инспекции предоставлены отдельно и являются частью пояснительной записки проекта.
По результатам инспекции, а также на основании чертежа общего вида футеровки от завода- изготовителя, специалистами компании ООО «Веллонс.РУ» был выполнен рабочий проект замены футеровки плоского свода котла, который включает в себя: пояснительную записку к проекту, графическую часть проекта (рабочие чертежи); проект организации работ (ПОР),
Подбор огнеупорных и теплоизоляционных материалов основывается на нормальных условиях эксплуатации топки котла, работающего на древесных отходах, с температурой в топке котла не выше 1050–1100°С, с учетом технологических особенностей процесса горения древесного топлива, его влажности, воздействия золошлаковых частиц, а также согласно техническим характеристикам рекомендованных к применению огнеупоров заводом- изготовителем. Конструкция футеровки учитывает показатели теплопроводности применяемых материалов с целью достижения минимальной температуры наружной обечайки котла.
Проектом предусматривается конструкция футеровки из многослойной футеровки, рабочий слой которой выполнен из огнеупорного монолитного бетона (алюмосиликатного) толщиной 185–200 мм. А также теплоизоляционного слоя из теплоизоляционных плит (на основе каолиновых волокон). Толщина теплоизоляционного слоя – 200 мм. Для крепления огнеупора к металлоконструкциям перекрытия котла (двутавровая балка) используется система керамических и металлических анкеров. Футеровка состоит из независимых карт бетона со сформированным тепловым швом/швами из рулонного теплоизоляционного материала. Формирование температурного шва делается с целью снижения внутренних тепловых напряжений между картами бетона за счет компенсации теплового расширения бетона, и недопущению образования раскрытых трещин и сколов. Для снижения радиальных нагрузок от наклонных сводов на переходной участок «Bullnose» предусмотрена установка суппортов. Максимально подробно конструкция свода показана в «Графической части» проекта.
Конструкция футеровки предусматривает сохранение общих толщин стенки свода и других геометрических размеров, сохранение геометрии топки, для обеспечения неизменности внутреннего объема топки и обеспечения параметров работы, предусмотренных заводом-изготовителем.
В процессе проведения ремонтных работ по замене футеровки плоского свода котла обнаружены конструктивные изменения, допущенные заводом-изготовителем, не отображенных в чертеже общего вида футеровки, решения по которым подробно описаны в соответствующих разделах данного отчета.
ВЫЛОМКА ОГНЕУПОРА.
Благодарим руководящий инженерный состав мини- ТЭЦ комбината, который, зная техническое состояние футеровки плоского свода, настоятельно рекомендовал производить выломку монолитного огнеупора свода снаружи, по причине неоднократного непредсказуемого обрушения карт бетона массой 350 кг, в среднем, из-за обрыва анкерных болтов крепления карт. Действительно, при дальнейшей работе, мы обнаружили значительное количество оборванных винтовых металлических анкерных креплений по верхней границе керамического анкера. Данные карты фактически держались в распор, расклинивая друг друга. При незначительном усилии, в период демонтажных работ, часть карт обрушивалась под собственным весом. На представленной фотографии видно, что два анкера оборваны еще до момента проведения работ по выломке огнеупора. И это не единичный случай. Более того, было обнаружен ряд оборванных металлических креплений керамических анкеров не в зоне первичного обрушения двух карт горизонтального участка, которые привели к остановке парового котла (17 мая 2022 г.). Можно сделать предположение, что весь ряд карт огнеупорного бетона на горизонтальном участке свода котла мог обрушиться в любой момент при его эксплуатации, нанеся значительный ущерб колосниковой решетке и футеровке арочного свода топки парового котла. Обрыв двух креплений с одной стороны карты (всего четыре анкера на одну карту) кратно увеличивает нагрузку на два оставшихся анкера карты и, соответственно, увеличивает нагрузку на соседние анкера за счет зацепления карты за другой ряд через Z-образный температурный шов, тем самым увеличивая риск обрыва винтового крепления керамических анкеров соседних карт. Дальнейший процесс разрушения карт мог только прогрессировать. Количество оборванных винтовых металлических креплений керамических анкеров составило не менее 30–35% на горизонтальном участке плоского свода топки котла.
Также обращаем ваше внимание (помимо небольшого количества анкеров - 4 шт. на одну плиту имеющегося размера и массы) на структуру металла литого винтового крепления керамического анкера в месте его разрушения – наличие микропор, крупная зернистая структура жаропрочного литья (смотри соответствующую фотографию).
В процессе демонтажных работ наклонного участка №1 две карты в районе переходного участка «зуба» (bullnose), которые имели «отслоение» до 100 мм, без прямого воздействия пневматических отбойных молотков, а только от вибрации при демонтаже соседних карт, обрушились без прямого на них воздействия. Все это подтверждает правильность принятия решения по замене огнеупорной футеровки плоского свода топики котла в целом.
Перед началом демонтажных работ на наклонных участках плоского свода арочный свод топки котла был защищен деревянным настилом, для предотвращения его возможного разрушения.
Максимально подробно выломка огнеупора плоского свода котла показана в видеоролике «ФУТЕРОВКА ПЛОСКОГО СВОДА КОТЛА. ДЕМОНТАЖНЫЕ РАБОТЫ».
ФУТЕРОВОЧНЫЕ РАБОТЫ.
Реализация данного проекта была выполнена на условиях ЕРС-контракта. Для этого, специалистами компании ООО «Веллонс.РУ» был разработан собственный проект по укладке огнеупорной футеровки (комплект рабочей документации) на основе чертежа общего вида футеровки от завода изготовителя, подобраны теплоизоляционный и огнеупорный материалы; разработана и изготовлена анкерная продукция; проведение всех работ, в рамках данного проекта, находилось в границе ответственности ООО «Веллонс.РУ». Основные особенности проведения работ показаны в соответствующих разделах данного отчета ниже.
1. ФУТЕРОВКА ГОРИЗОНТАЛЬНОГО УЧАСТКА ПЛОСКОГО СВОДА ТОПКИ КОТЛА:
Подготовка керамических анкеров: до начала проведения работ по устройству футеровки карт свода топки котла, необходимо подготовить керамические анкера к установке, путем нанесения битумной мастики в один слой (толщина слоя мастики до 1 мм). Слой мастики наносится на рабочую поверхность анкера, т.е. на высоту погружения анкера в рабочий слой огнеупора с небольшим запасом. В нашем случае ~ на 250 мм. Данную работу необходимо выполнить заранее, для обеспечения твердения данного слоя, до момента установки анкеров по месту.
Данный битумный слой выполняет функцию теплового шва между телом керамического анкера и слоем огнеупорного бетона. Данный слой необходим для компенсации различных тепловых расширений анкера и бетона, т.к. имеют различный химический состав и, соответственно, различные коэффициенты теплового расширения.
Установка анкерной продукции: разметка и установка анкеров (керамических и металлических) производится в соответствии с чертежом проекта №VB39.01-02-01.
На этапе установки анкерной продукции необходимо обратить внимание на крепление керамических анкеров. После подвески керамических анкеров в проектное положение они должны быть раскреплены клиньями, которые после укладки огнеупора рабочего слоя, снятия опалубки, удаляются в обязательном порядке. Данные клинья рекомендуется закрепить вязальной проволокой для предотвращения ослабления конструкции при работе с вибратором в момент укладки бетона рабочего слоя. Элементы подвески должны быть перевязаны стальной проволокой для гарантийного удержания данных элементов в нужном положении. Проволока (на подвесных элементах) остается и не демонтируется при дальнейших работах.
В связи с наличием продольных несущих балок потолочного перекрытия топки котла, часть креплений керамических анкеров боковых карт (первый ряд от центральной оси топки) установлены при помощи сварки (одна сторона подвесных элементов), во избежание резки несущих конструкций и, соответственно, возможного снижения несущей способности данных балок перекрытия. Данные вынужденные не оказывают отрицательного воздействия на конструкцию футеровки плоского свода в целом.
Металлические подвесные анкера устанавливаются на металлические подвесы Ø25 мм, согласно проектной документации. В связи с наличием продольных несущих балок потолочного перекрытия топки котла в процессе установки анкеров принято решение добавить по одному металлическому анкеру (4х30х350 мм) на боковых картах горизонтального участка. Установка дополнительного анкера позволяет повысить надежность крепления карты бетона и увеличить количество точек крепления до 9 шт (против 4 шт., предусмотренных оригинальной конструкцией), снизив удельную нагрузку на анкера карт.
Перед установкой опалубки на торцевую часть керамических анкеров наклеивается прокладка из теплоизоляционного рулонного материала толщиной 5–10 мм, для предотвращения попадания бетона между анкером и опалубкой. Торцевая часть керамического анкера должна остаться чистой, без слоя бетона. Данное мероприятие необходимо для предотвращения возможных сколов при возможных тепловых расширениях керамического анкера.
После устройства опалубки, предварительно подготовленную бетонную массу BORTCAST-55W, заливают в опалубку. Для уплотнения бетонной массы используют погружной вибратор. Для формирования температурных швов боковые поверхности карт обклеиваются рулонным теплоизоляционным материалом.
Процесс устройства футеровки продолжается по всему горизонтальному участку плоского свода котла согласно процедуре, описанной выше.
После окончания заливки огнеупорного бетона рабочего слоя приступают к укладке теплоизоляционных плит – материала теплоизоляционного слоя. Плиты раскраиваются в размер и укладываются максимально плотно, швы забиваются рулонным теплоизоляционным материалом. Последующий слой укладывается со смещением, с перекрытием швов.
2. ФУТЕРОВКА ПЕРЕХОДНОГО УЧАСТКА BULLNOSE.
Параллельно с работами по устройству футеровки горизонтального участка плоского свода, ведутся работы на переходном участке для обеспечения фронта работ по устройству футеровки наклонных участков плоского свода (для оптимизации рабочего времени и сокращения времени проведения ремонта).
Установка тавровой балки крепления анкеров: В процессе производства работ, а именно работ по устройству футеровки переходного участка «зуба» (Bullnose) котла было обнаружено отклонение в металлоконструкции данного участка от проектной документации. По факту внутренняя металлическая обшивка наклонных участков свода образует острый угол, и футеровка, в том числе выполнена с отступлением от проекта, опираясь на чертеж общего вида футеровки котла от завода изготовителя. С целью минимизации финансовых и, самое главное, временных затрат для комбината, связанных с демонтажом / монтажом металлоконструкций обшивки наклонных участков свода котла, специалистами компании ООО «Веллонс.РУ» принято решение об установке тавровой балки переходного участка «зуба» котла (“Bullnose”) по месту, с приваркой балки к существующим металлоконструкциям свода. Подробное описание и решение текущей ситуации показано в «пояснительной записке по устройству «зуба» и наклонного участка свода топки парового котла №1» за номером «№Веллонс.РУ-01/22-09- 2022 г.»
Монтаж анкерной продукции: перед процессом установки анкерной продукции и дальнейших действий по устройству огнеупорной футеровки, устанавливаются два ряда суппортов, согласно чертежу №VB39.01-02-01. Данные суппорта обеспечивают снижение нагрузки от футеровки наклонных участков свода котла на переходной участок.
К установленным суппортам первого и второго ряда привариваются анкера 3х30х150 мм. В результате конструкция участка «Bullnose» имеет три ряда анкеров: центральный ряд – керамические анкера с креплением через подвесные элементы к тавровой балке; два боковых ряда – металлические анкера с креплением при помощи сварки к установленным суппортам. Данная систем анкеровки образует максимально оптимальную систему крепления в рамках существующей металлоконструкции свода котла, без ее глобальной реконструкции, и обеспечивает долгий срок службы огнеупора.
Крепление керамических анкеров, аналогично процедуре, описанной выше, за исключением того, что для расклинки анкеров используются пластиковые клинья, которые в процессе нагрева расплавляются и обеспечивают температурное расширение огнеупора и керамического анкера.
Устройство опалубки, укладка огнеупорной бетонной массы, устройство температурных швов, полностью идентичны описанным мероприятиям в разделе «1. ФУТЕРОВКА ГОРИЗОНТАЛЬНОГО УЧАСТКА ПЛОСКОГО СВОДА ТОПКИ КОТЛА».
3. ФУТЕРОВКА НАКЛОННОГО УЧАСТКА №1 ПЛОСКОГО СВОДА ТОПКИ КОТЛА.
Как было сказано ранее в разделе 2 (футеровка переходного участка), в процессе производства работ, было обнаружено отклонение в металлоконструкции наклонных участков плоского свода котла от проектной документации.
Например, наклонные своды имеют внутреннюю стационарную обшивку, приваренную к несущим балкам котла. Т.е. конструкция данных наклонных участков отличается от конструкции горизонтального участка свода котла, которая имеет съемные элементы для обеспечения доступа к футеровке на этапе ее в «пояснительной записке по устройству «зуба» и наклонного участка свода топки парового котла №1» за номером «№Веллонс.РУ-01/22-09-2022 г.». В процессе установки анкерной продукции, для сохранения плавности перехода от участка “Bullnose” к горизонтальному участку свода (на наклонном участок №1), применяются тавровые элементы крепления керамических анкеров переменной высоты на двух рядах карт (от участка переходного «зуба»). Данные изменения не несут негативного воздействия на прочность конструкции огнеупорной футеровки плоского свода котла в целом. Последний ряд (граница перехода к горизонтальному участку) керамических анкеров был установлен в проектное положение, за счет зацепления подвесных элементов керамического анкера за поперечную двутавровую балку котла. Для обеспечения зацепления, в местах установки подвесных элементов, были прорезаны отверстия во внутренней металлической обшивке свода в которые вставлялись подвесные элементы анкера. Для обеспечения прочного крепления керамического анкера подвесные элементы фиксировались сваркой в нужном положении. Анкер расклинивался при помощи пластиковых клиньев. Металлические анкера приваривались к внутренней металлической обшивке толщиной 5 мм.
После этапа монтажа анкерной продукции выполнялся этап устройства теплоизоляционного слоя из теплоизоляционных плит. Плиты раскраиваются в размер и укладываются максимально плотно, швы забиваются рулонным теплоизоляционным материалом. Последующий слой укладывается со смещением, с перекрытием швов.
Устройство опалубки, укладка огнеупорной бетонной массы, устройство температурных швов, полностью идентичны описанным мероприятиям в разделе «1. ФУТЕРОВКА ГОРИЗОНТАЛЬНОГО УЧАСТКА ПЛОСКОГО СВОДА ТОПКИ КОТЛА».
4. ФУТЕРОВКА НАКЛОННОГО УЧАСТКА №2 ПЛОСКОГО СВОДА ТОПКИ КОТЛА.
Все изменения, связанные с наличием внутренней металлической обшивки металлоконструкций перекрытия котла, присуще и данному участку свода.
Для обеспечения зацепления, в местах установки подвесных элементов, были прорезаны отверстия во внутренней металлической обшивке свода в которые вставлялись подвесные элементы анкера. Для обеспечения прочного крепления керамического анкера подвесные элементы фиксировались сваркой в нужном положении. При попадании крепления анкера на несущую продольную балку подвесные элементы приваливались по месту. Анкер расклинивался при помощи пластиковых клиньев. Металлические анкера приваривались к внутренней металлической обшивке толщиной 5 мм.
В процессе работы, был внесен ряд изменений по отношению к проекту с целью улучшения конструкции футеровки и ее надежной эксплуатации, а именно:
Устройство опалубки, укладка огнеупорной бетонной массы, устройство температурных швов, полностью идентичны описанным мероприятиям в разделе «1. ФУТЕРОВКА ГОРИЗОНТАЛЬНОГО УЧАСТКА ПЛОСКОГО СВОДА ТОПКИ КОТЛА».
5. ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЙ РЕМОНТ АРОЧНОГО СВОДА КОТЛА.
В период эксплуатации, при неоднократном обрушении карт плоского свода, (в результате падения карт массой ~ 350 кг) непосредственно в зоне устройства арочного свода, два крайних ряда прямого участка арочного свода были разрушены
По просьбе специалистов комбината по ремонту данного участка мы изучили возможность его восстановления из остатков огнеупорных материалов, оставшихся в качестве запаса от основной поставки огнеупорной продукции при строительстве котлов. По результатам анализа ассортимента имеющихся огнеупорных изделий можно сделать следующие выводы:
В качестве альтернативы предложен план мероприятий по недопущению дальнейшего возможного разрушения арочного свода котла, а именно устройство армирующего слоя огнеупорного бетона, аналогично устройству защитного слоя бетона поверх ступенчатого наклонного арочного свода. Данное мероприятие позволит обеспечить нормальную эксплуатацию парового котла до момента проведения основных восстановительных работ арочного свода топки. На соответствующих фотографиях показан процесс устройства армирующего слоя арочного свода.
6. ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЙ РЕМОНТ АРОЧНОЙ БАЛКИ ПЕРЕКРЫТИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ЛЮКА.
В процессе эксплуатации топки котла бетонное обрамление технологического люка (первый справой стороны от загрузочного устройства топки котла) имел значительный износ боковых стен и балки перекрытия. Если наличие сколов на вертикальных боковых стенах не являются критическими и не оказывают критического влияния на эксплуатацию котельной установки в целом, верхнюю балку необходимо было менять. Данная балка имела сквозную раскрытую (до 20мм) трещину, крупные сколы. Таким образом, данная балка не обеспечивала несущую функцию, что подтверждается наличием «слабой» кладки, над проемом технологического люка.
Было принято решение о замене существующей балки на имеющуюся из складских запасов. Проведены следующие работы:
7. РЕЗЮМЕ ПРОЕКТА:
На наш взгляд, основная цель проекта замены футеровки плоского свода котла, а также увеличения сро- ка службы огнеупорной футеровки за счет применения соответствующих технических решений достигнут. Основным техническим решением по увеличению срока службы огнеупорной футеровки и предотвраще- ния периодического выпадения карт бетона является:
За счет использования высококвалифицированных специалистов-футеровщиков, а также помощи специа- листов комбината при решении организационных вопросов – все это позволило реализовать проект замены футеровки плоского свода топки котла №1 за 14 дней, включая проведения всех работ в рамках данного проекта (выломка существующего огнеупора и укладка нового, а также монтаж вентилятора и внешней обшивки горизонтального участка свода котла / верхняя площадка обслуживания оборудования). Работы выполнены на шесть суток раньше планируемого срока проведения работ.
8. ПОРТФОЛИО ГОТОВЫХ РАБОТ ПО ЗАМЕНЕ ФУТЕРОВКИ ПЛОСКОГО СВОДА КОТЛА.
