Безаварийная эксплуатация жидкостных и газовых котельных
2 ноября 2015г. 
Основным генератором тепла на промышленных предприятиях являются котельные на различном виде топлива. Для каждого региона характерен тот вид топлива, который исторически использовался по мере развития его топливно - сырьевой и транспортной инфраструктуры. В первую очередь это твердое топливо (дрова, уголь, торф), вот почему в труднодоступных регионах и для небольших помещений, особенно в частном секторе он используется и сейчас. С каждым годом доля котельных на твердом топливе уменьшается и на сегодняшний момент она не превышает 20 % от общего числа. Основная часть котельных использует жидкое топливо (мазут, дизельное топливо, керосин). Доля таких котельных составляет порядка 50%. Остальная же часть котельных работает на газообразном топливе (природный газ, водород и другие газы) доля которых ежегодно увеличивается по мере газификации регионов. Котельные на жидком и газообразном топливе в зависимости от производительности и запаса топливных емкостей являются опасными производственными объектами и требуют соблюдения определенных мер и правил безопасной эксплуатации. Однако этого не стоит бояться, так как по мере развития современных технологий, процесс горения в котлах полностью автоматизирован и контролируется на всех этапах. Дело лишь за немногим, но с нашей точки зрения важным элементом безопасности – это человеческим фактором. Поэтому человек эксплуатирующий опасный производственный объект должен обладать элементарными знаниями в области горения.
В этой статье мы с вами постараемся рассмотреть элементарные основы ламинарного горения топлива в котлах, которые помогут избежать, нарушений технологического процесса выработки тепла, помогут предотвратить переход контролируемого процесса горения в неконтролируемый взрыв, а также на простых, понятных примерах разобрать сложный физический процесс горения. Во всех вышеперечисленных типах котельных происходит один и тот же процесс ламинарного горения. Этот процесс характеризуется скоростью горения. Для оценки скорости горения топлива (веществ) используют величину – скорость нормального горения (Uн). Для каждого вещества она разная. Например, для природного газа (пламя горелки газовой плиты в квартире) от 0.2 м/c до 0.4 м/с, для водородной смеси (в крупных ТЭЦ) 180 м/с. Знание нормальной скорости горения дает специалисту многое. Например, позволяет оценить и определить площадь горения, а соответственно и площадь поверхности горения с единицы которой, происходит выделение энергии, а значит рост избыточного давления, влияющего на устойчивость ограждающих конструкций, а также оценить скорость его нарастания. Для простоты оценки этих процессов горения принято сравнивать скорость горения со скоростью звука (340 м/с.). Если отношение скорости горения выше скорости звука (число Маха) то происходит детонационный процесс горения (например взрыв тротила), если число Маха меньше 0.5 происходит дефлаграционный процесс (процесс схожий с надуванием футбольного мяча или метательным действием пороховых газов в стволе орудия), если это число не боле 0.001 то процесс горения ламинарный близкий к скорости нормального горения. Зная это, разработчики котлов, создают такие условия, при которых в топке идут процессы равномерного ламинарного горения, не переходящие в дефлагрционное и тем более в детонационное горение. Учитывая, что горение происходит в полузамкнутом объеме, необходимо предусмотреть варианты, предотвращения попадания смеси топлива и воздуха во внешнюю среду котельной, дальнейшее возгорание этой смеси может вызвать разрушение ограждающих конструкций здания котельной.
Процесс горения жидкости и газа в котлах — это химическая реакция топлива с кислородом. Из школьных знаний химии мы помним, что вещество с кислородом должно про взаимодействовать без остатка только при соблюдении определенной пропорции (стехиометрический коэффициент для природного газа равен 4) и внешнего источника энергии. Проверить это достаточно просто, при таком соотношении продукты горения из трубы будут идти бесцветные. Итак, в топку котла горючее через форсунки поступает под давлением, величина которого регулируется в зависимости от производительности как в ручном, так и в автоматическом режиме. К примеру, в газовой плите через горелку выходит газ под давлением 80 мм. вод. столба, чтобы почувствовать эту величину, надо представить себе, что вы находитесь в противогазе, где величина сопротивлению дыханию равна такой же величине, или к примеру, в защитном сооружении гражданской обороны, где создается подпор воздуха такой величины, для того чтоб внутрь сооружения при полной герметизации не проникали посторонние частицы. Попавшее топливо поджигается запальником с определенной начальной величиной.
В случае утечки топлива ситуация может выйти из-под контроля, создается газовоздушное облако (пары), которые могут от источника воспламенения в дальнейшем вызвать дефлагрционное горение с переходом в детонационное. Много ли для этого надо времени и места. Давайте это с вами это оценим на примере обычной газовой котельной небольшой производительности. Такие расчеты (оперативные методики) можно сделать зная конструктивные особенности котельной и прочностные характеристики ограждающих конструкций. Для создания предельных нагрузок, разрушающих стены здания необходимо создать избыточное давление в 3-5кПА (это всего лишь 3% от обычного атмосферного давления), достаточно создать взрывоопасную смесь только лишь в 1/8 части помещения, т.е. непосредственно в пределах самого котла, так как смесь при сгорании по объему увеличивается в 8 раз. Воспламенение взрывоопасной смеси может произойти от любого источника (искра замыкания, электросварка, разбитая лампочка и другое). Время создания избыточного давления в 3-5 кПа может составить от 100 до 200 мили секунд (человек моргает со скоростью 500 мили секунд). В результате такого воздействия происходит движение стен наружу, обрушение плит перекрытий и поражение людей, с последующим разлетом осколков стекол и ограждающих конструкций. Более точно определить степень опасности Вашей котельной могут наши специалисты, путем проведения инженерных расчетов и обследования котельной. Помогут правильно подобрать многочисленные средства защиты, обеспечивающие безопасность персонала и защищенность ограждающих конструкций.