Izvor: Wikipedia, the free encyclopedia
Adaptacija i prevod: Grejanje.Com

Eksplozija kotla je otkaz sa potencijalno katastrofalnim posledicama. Prema današnjim kriterijumima ekplozije kotlova se dele u dve grupe. Prva grupa eksplozija uzrokovana je prekoračenjem kritičnog pritiska na elementima dela sistema sa vodom ili vodenom parom. Druga vrsta je ekplozija uzrokovana nekontrolisanim procesom sagorevanja. Eksplozije usled prekoračenja pritiska dovode se najčešće u vezu sa parnim lokomotivama. Kotlovski sistem na parnoj lokomotivi, na primer,  sastoji se od ložišta sa gorivom koje sagoreva, rezervoarom pod pritiskom koji sadrži ključalu vodu i sistem cevi koje sadrže vrele gasove koji su produkti sagorevanja.

Brojni su potencijalni uzroci havarije - najčešće je to otkaz sigurnosnog ventila ili korozija kritičnih delova kotla. Korozija na ivicama spojeva često može biti uzrok eksplozije.

Prema načinu razaranja postoje dva osnovna tipa eksplozije kotla. Prvi tip je razaranje samog rezervoara kotla zbog smanjene čvrstoće, lokalnih oštećenja ili prekoračenje pritiska i rezultuje impulsnim pražnjenjem u velikoj zapremini. Prskotine usled korozije na zavarenim spojevima su čest uzrok havarija obično krtim lomom. Voda u kotlovima se ne kontroliše često, pa ako je kiselost prevelika to može dovesti do ubrzane korozije čeličnih limova.Ovaj tip eksplozija je gotovo eliminisan modernim sigurnosnim rešenjima i redovnim održavanjem.

Drugi tip je razaranje ložišta usled pritiska pare izbijanje vrelih gasova i plamena iz kotla i on je izuzetno redak.

 

Teorijske osnove

Ekplozija kotla je vrsta ekplozije nastale dejstvom širenja vodene pare prilikom isparavanja.

Eksplozije kotlova su posebno razorne zbog velike količine toplote koja se nalazi "zarobljena" u tečnoj vreloj vodi. Osnovni tip parnog kotla cevastim izmenjivačem  radi na temperaturi do 150 °C i pritisku 3,5 bar. Prema dijagramu za vodenu paru, voda će osloboditi 2,74 MJ/kg pri prelasku u gasovito stanje, a zatim će se ponovo kondenzovati. Ovo je 66% energije po kilogramu koju oslobodi TNT prilikom detonacije. Dimenzije rezervoara kotlovskih postojenja variraju saglasno veličini postrojenja - na primer, tipčan kotao za lokomotivu sadrži do 10000 litara vode. Ako pažljivije pogledamo, ekplozija ovog tipa kotla ima 1,6 puta veću energiju nego najveća konvencionalna bomba korišćena u drugom svetkom ratu (RAF Blockbuster)
 
U slučajevima eksplozija u gorioniku/ložištu katastrofe najčešće nastaju usled nekontrolisanog prodora prodora tečnog goriva, gasa, uglja ili bilo kog goriva u komoru za sagorevanje. Ovaj scenario je naročito opasan kada je sistem u radnom režimu, zato što se gorivo rapidno širi kroz sistem zbog povišene temperature. Kada se dostigne donja granica paljenja, bilo koja varnica kao izvor paljenja može inicirati ekspoziju.

Eksplozija u delu za sagorevanje goriva može oštetiti rezervoar i cevi  pod pritiskom i pokrenuti strukturna razaranja, curenje vode ili pare, i/ili razaranje sekundarnog lima rezervoara i eksploziju pare.

Zbog velikog iskustva i brojnim analiziranim havarijama, najpodesniji za slikoviti prikaz problema su kotlovi za lokomotive.

Kotlovi za lokomotive

Kotlovi za lokomotive su cevastog tipa i za pogonsko gorivo koriste koks, drvo, ugalj ili naftu. Voda se dovodi pritiskom pare preko brizgaljki ili posebne pumpe. Sigurnosni ventil je integrisan na strani vodene pare i postoje jedan ili više pokazivača niskog novoa vode. Otkaz bilo kog od ovih sigurnosnih elemenata može dovesti do eksplozije elemenata pod pritiskom, povređivanja osoblja ili uzrokovanja materijalne štete. Štete su još veće zbog uskog radnog prostora i konstantnog kretanja lokomotive.

Sigurnosni ventili se postavljaju da bi održavali pritisak u dozvoljenim granicama. Nivostat aktivira alarm koji zahteva korektivnu akciju od strane posade lokomotive. U slučaju otkaza ovog sistema, radni prostor lokomotive se ispunjava gustim dimom što onemogućava korektivne akcije. Iz ovog razloga se obavezno postavlja vizuelna kontrola nivoa u rezervoaru preko debelim staklom zatvorenog otvora. Takođe je česta praksa da se merni instrumenti isporučuju sa ventilima za ispuštanje pare i isporučuju se u paru, kako bi mogli biti na licu mesta zamenjeni u slučaju kvara.

Limovi ranijih verzija lokomotiva su povezani jednostavnim preklopnim zavarenim spojevima. Ova praksa je bila zadovoljavajuća za obimne spojeve koji se prostiru poprečno na osu kotla, ali za podužne spojeve nisu prikladni jer remete geometriju oblika kružnog poprečnog preseka. Na mestu preklapanja debljina lima je veća i lokalna čvrstoća i krutost su veći nego na ostalom delu rezervoara, pa dinamičko optećenje nakon velikog broja naprezanja i opuštanja dovodi do pojave unutrašnjih lokalnih razaranja, deformacije oblika ili pojave pukotina duž šava. Te pukotine su inicijane tačke korozije koje mogu biti uzrok havarije. Praksa je pokazala da ova interna korozija može biti redukovana upotrebom većih ploča lima tako da se spojevi ne nalaze ispod nivoa vode.


Parni kotlovi za parobrode i najveće katastrofe

• "SS Ada Hancock", mali parnobrod ekspoldirao je u San Pedro Bay, luci Los Anđeles 1863 uz 26 žrtava.
• Parobrod "Sultana" je uništen u eksploziji 1865 i najveća je katastrofa u mirnodopskom vodenom saobraćaju SAD sa preko 1.700 žrtava. Jedan od 4 kotla je ekplodirao i brod je potonuo blizu Memfisa, Tenesi SAD.

Istorija ispitivanja kotlova

Stacionarne parne mašine su korišćene za pogon mašina nakon industrijske revolucije i tokom prvih godina bilo je mnogo eksplozija usled raznih uzroka. Jedan od prvih istražitelja ovog problema bio je Vilijam Ferbern (William Fairbairn) koji je osnovao prvu osiguravajuću kompaniju koja se bavila ovim problemima. On je takođe ekperimentalno utvrdio da je radijalno opterećenje cilindričnog suda dva puta veće od podužnog. Njegova ispitivanja su značajno pomogla kasnijem objašnjenju značaja uticaja koncentracije napona i lokalnih strukturnih slabljenja materijala kotla.
 

Eksplozije

Kada su u pitanju kotlovi za lokomotive, treba imati na umu da je njihov razvoj išao putem pokušaja i grešaka i da su havarijske situacije bile neizbežne. Razvoj konstruktivnih rešenja i postupaka u održavanju značajno je snizio broj nesreća u parnim postrojenjima do kraja 19 veka. dalji razvoj je nastavljen i u 20 veku.

Eksplozije stacionarnih kotlova u Britaniji usled prekoračenja pritiska bile su redovne u Viktorijanskom periodu, dok su sada veoma retke zato što su sistemi vrlo usavršeni i što su na snazi veoma stroge regulative za redovne preglede propisane od strane državnih istitucija, a i samih proizvođača. Eksplozije u ložištu se češće dešavaju uglavnom zbog nepridržavanja uputstva za rad sa kotlom.

Moderni kotlovi

Moderni kotlovi su projektovani sa redudantnim pumpama, ventilima, merenjem i nadzorom nivoa vode, prekidača snabdevanja gorivom, automatskih kontrolera procesa i automatskih ventila za smanjanje pritiska. NBIC, ASME i ostale organizacije pokušavaju da obezbede siguran rad kotlova detaljnom standardizacijom konstruktivnih elemenata, sistema i tehnologija. Rezultat je kotlovsko postrojenje sa manjom verovatnoćom havarije.
 
 
Bitna sigurnosna mera koja je preporučljiva je povećanje upotrebe "paket kotlova". Ovi se kotlovi fabrički proizvode i isporučuju kao funkcionalna celina na mesto instaliranja. Ovi kotlovi imaju po pravilu veći kvalitet i manji broj problema nego kotlovi izvedeni na licu mesta. Paket kotlove je samo potrebno povezati na licu mesta sa ostatkom sistema (elektroinstalacije, cevovod, odvod kondenzata, dimovod ... ).

Sigurnosne mere

Rezervoari kotla eksplodiraju kada se prekorači kritična vrednost pritiska. Za sprečavanje ovog scenarija ugrađuje se sigurnosni ventil kako bi ograničio pritisak do željenog nivoa. Prvi ventili sigurnosti su bili izvedeni sa oprugama. Kasnije je patentiran ventil sigurnosti koji se ne zaglavljuje i on je u opštoj upotrebi. Drugi čest uzrok eksplozija su lokalna oslabljenja lima kotla kada više ne može izdržati napone usled normalnog radnog opterećenja. Posebno je izražen na podužnim šavovima na mestima koja su u dodiru sa vodom. Ovaj problem je prevaziđen 1900 godine usvajanjem profilisanih čeonih zavarenih šavova i uvođenjem hidrauličnog ispitivanja i periodičnog pregleda i održavanja.

Pošto je sam kotlovski sitem sud pod pritiskom, on zahteva sprovođenje niza sigurnosnih mera kako bi se sprečio mehanički otkaz.

* sigurnosni ventil mora ispuštati paru pre nego se dostigne vrednost previsokog pritiska.

* Topljivi elementi oko ložišta sa nižom tačkom topljenja od materijala ložišta, čime se upozorava operater kotla bukom proizvedenom oslobađanjem pare ako je nivo vode nizak kako bi se blagovremenom reakcijom smanjila temperatura u ložištu.

Cevasti tip kotla "Stanley Steamer" sadrži na primer nekoliko stotina cevi koje imaju manju čvrstoću od spoljašnjeg zida suda pod pritiskom, čime je eksplozija nemoguća jer se cevi razaraju i oslobađaju fluid daleko pre nego što se  dostigne kritičan pritisak eksplozije. Za 100 godina eksploatacije ovog tipa kotlanije došlo ni do jedne eksplozije!

Održavanje

Permanentan kalendar održavanja je neophodan kako bi se kotao održao u ispravnom stanju. Tipičan režim rada obuhvata redove preglede stanja kotla i pregled ložišta, redovna ispiranja sistema (uz internu inspekciju), periodični detaljni pregled i uviđaj opšteg stanja.

Redovni pregled

Potrebno je proveriti stanje limova i proveriti da li postoje curenja u sistemu. Potvrditi ispravnost priključnih elemenata, nivostata vode i mehanizama za cirkulaciju vode. Pritisak pare bi trebalo podići do nivoa kada se aktiviraju ventili sigurnosti i uporediti vrednosti pritiska sa pokazivanjem vrednosti na manometru.


Periodični pregled

Period varira od zemlje do zemlje i varira u opsegu od jedne do pet godina. Proverava se stanje cevi, rad ventila sigurnosti i davača pritiska odnosno manometara. Po zahtevu kontrolora  može se zahtevati ispitivanje na probnom pritisku. Vrši se ispiranje instalacije (po potrebi je poželjno tretiranje specijalnim sredstvima za uklanjanje korozije i kotlovskog kamenca).

Generalni pregled

U Velikoj Britaniji je definisan maksimalni interval od 10 godina između dva ispitivanja. Ložište se detaljno pregleda i po potrebi se zahteva njegova zamena. Svi priključci se odvajaju i pregledaju. Pre vraćanja elemenata ovlašćeno i stručno lice pregleda stanje kotla i na osnovu odobrenja izdaje se stručni nalaz odnosno sertifikat o korišćenju. Novije odredbe uključuju i proveru efikasnosti rada i usklaćenost sa najnovijim odredbama.