Deformacja i zniszczenie ślimaka stalowego pracującego w kotle retortowym. Ukręcony ślimak

W niefortunnej sytuacji już podczas pierwszego dnia palenia w nowym kotle retortowym ze ślimakiem stalowym może dojść do uszkodzenia elementu podającego. Panuje wówczas duże niedowierzanie, co rzeczywiście spowodowało awarię. Niektórzy obwiniają o to producenta pieców, twierdząc, że otrzymali produkt z używanym czy nawet zniszczonym ślimakiem. Jak jest naprawdę?

Okazuje się, że poprawnie dobrane parametry pracy podajnika retortowego mają zasadnicze znaczenie w przypadku spalania paliwa, a także w istotny sposób zapobiegają przedwczesnemu zużyciu elementu podającego – ślimaka.

Umiejętność regulacji i dostosowania poszczególnych parametrów do panujących warunków na zewnątrz budynku, a tym samym wpływ na temperaturę wewnątrz jest ważną kwestią w każdym kotle. Zdarza się czasem, że nawet w prostych regulatorach (obsługujących tylko 2 pompy, podajnik i wentylator) występuje problem z ustawieniem poprawnych parametrów pracy. Rozbudowane i skomplikowane sterowniki kotłów podajnikowych (posiadające np. funkcję automatycznego doboru mocy kotła) niejednokrotnie (w przypadku braku doświadczenia) mogą spowodować problemy z nastawieniem właściwych parametrów pracy. Nie pomagają także sami użytkownicy, którzy nie znając podstawowych zasad ani obsługi urządzenia, próbują na własną rękę regulować sterownik. Takie postępowanie może negatywnie wpłynąć na pozostałe elementy.

Praca układu

Istotną kwestią przy spalaniu paliwa w palniku retortowym jest wymóg, aby proces przebiegał ponad otworem palnika, tworząc delikatną górkę, tzw. kopczyk. Spalanie jest podtrzymywane dzięki dostarczaniu w miejsce spalania powietrza. Przedostaje się ono za pomocą specjalnych otworów o różnych kształtach; najczęściej okrągłych lub podłużnych szczelin, uzyskanych w wyniku nacięcia kołnierza (w zależności od konstrukcji). Warto wspomnieć, że warstwa żaru ma grubość od kilkudziesięciu do ponad 100 mm, a nawet 150 mm (w zależności od mocy).

Poziom żaru

Co może być powodem obniżenia się poziomu żaru w gardzieli (leju) palnika? Jedną z najczęstszych przyczyn jest niewłaściwe wyregulowanie pracy podajnika. Zbyt krótkie czasy podawania lub zbyt długie odstępy pomiędzy poszczególnymi momentami pracy podajnika powodują stopniowe obniżanie się żaru, aż do wysokości ślimaka lub nawet poniżej. Efektem tego jest praca danego elementu w żarze. Wówczas na początku ślimaka może kształtować się spiek, który w jakimś stopniu przyczyni się do powstania dużych oporów na ślimaku. Dodatkowo wysoka temperatura żaru (700÷1200°C), nagrzewając ślimak, powoduje jego uplastycznienie, a po uruchomieniu podawania – jego gwałtowne skręcenie (fot. 2) lub nawet ukręcenie (ukazane na fot. 1).

Fot. 1. Zniszczony ślimak. Po lewej: widoczne znaczne odkształcenie; po prawej: widok na czoło ukręconego wałka, a także pęknięcia zgorzeliny.

Fot. 2. Zdeformowany ślimak – widoczne spęczenie wałka i zmniejszenie odległości pomiędzy zwojami.

Można zauważyć, iż doszło do znacznego skręcenia wałków, przy jednoczesnym spęczeniu i zmniejszeniu odległości pomiędzy zwojami z 85 do 45 mm, co spowodowało tym samym ich skrócenie.

Do takiej sytuacji może dojść również, kiedy zabraknie paliwa w zbiorniku. W pewnym momencie opał znajdujący się w rurze podajnikowej zostanie wypchnięty do gardzieli palnika. Żar stopniowo będzie obniżał swój poziom, ponieważ nie ma żadnej siły, która wypchnęłaby go do góry, bowiem tak jak wspomniano, paliwo nie jest podawane.

W niekorzystnych przypadkach może dojść do obniżenia się poziomu żaru i jego przedostanie się w głąb układu, tzn. do rury podajnikowej – efekt ukazano na fot. 3. Takie zdarzenie zostało spowodowane np. bardzo słabym ciągiem kominowym połączonym z tym, że klapa zbiornika była otwarta i nastąpiła gwałtowna różnica kierunku spalania. Jak widać, zwoje ślimaka zostały nagrzane do temperatury plastyczności, dodatkowo żar znajdował się w tym miejscu przez dłuższy czas. Doszło wówczas do bardzo silnego utleniania materiału (zwojów i wałka). W momencie uruchomienia silnika uplastyczniony materiał uległ gwałtownemu pocienieniu przekroju – zarówno zwojów, jak i wałka – w konsekwencji czego nastąpiło przerwanie ślimaka (skręcenie i zerwanie materiału).

Fot. 3. Uszkodzony ślimak. Okręgami zaznaczono miejsca pracy elementu w żarze.

Podobny problem może pojawić się w momencie długotrwałego braku lub przerwy w dostawie energii elektrycznej, szczególnie przy równoczesnym bardzo silnym ciągu kominowym.

Utlenianie ślimaka

Dlaczego ślimaki ulegają utlenianiu i na czym ono polega?

Ślimaki nie są wykonane ze stali żaroodpornych. Nie posiadają zatem w swoim składzie chemicznym odpowiednich wartości pierwiastków, takich jak krzem, aluminium czy chrom (którymi charakteryzują się właśnie takie stale).

Proces utleniania polega na tworzeniu się zgorzeliny (warstwy tlenków). Nie ustaje on, a w połączeniu z czasem oraz wysoką temperaturą, jej grubość na bieżąco się powiększa. Warto zwrócić uwagę na fakt, że im grubsza warstwa zgorzeliny, tym przyczepność do podłoża spada, powodując odrywanie się widocznych „płatów” warstwy tlenkowej (fot. 4). Istotne jest, że podczas procesu utleniania pojawiają się bardzo silne naprężenia w warstwie tlenków. Mają one duży wpływ na deformacje zgorzeliny. Mogą powodować pęknięcia, a także odrywanie się jej od reszty materiału.

Fot. 4. Utworzona warstwa zgorzeliny na ślimaku.

Objawy, które mogą świadczyć o tym, że ślimak podający został zdeformowany:

  • częste, w miarę regularne zrywanie zawleczek przenoszących napęd z motoreduktora na wałek ślimaka,
  • niewłaściwe (nieproporcjonalne) usypywanie „kopczyka” ponad otworem gardzieli palnika,
  • zablokowanie ślimaka wewnątrz rury podajnika, bardzo często połączone również z zerwaniem zawleczki,
  • charakterystyczny odgłos tarcia, któremu towarzyszyć może pisk (wysokie dźwięki), pojawiający się w jednym miejscu na obwodzie ślimaka (hałas co obrót przez krótką chwilę),
  • problemy z podawaniem paliwa (znaczne zużycie zwojów ślimaka spowodowane utlenianiem stali),
  • mielenie (rozkruszanie) paliwa (np. ekogroszku).

Czy ślimak po awarii może być poddany regeneracji?

Oczywiście, jeśli tylko będzie to opłacalne – czyli koszty naprawy nie będą zbyt duże. Nie ma sensu naprawiać popękanych, w znacznym stopniu utlenionych miejsc zwojów czy wałka.

Mówiąc o naprawie, myślimy raczej o wymianie uszkodzonego (zdeformowanego) odcinka. Najlepiej jest, jeśli regeneracji wymaga tylko końcówka ślimaka, ponieważ zarówno prace przygotowawcze, jak i spawalnicze będą dużo szybsze niż w przypadku wymiany odcinka znajdującego się wewnątrz elementu (z racji jednego miejsca łączenia). Należy pamiętać o tym, aby materiał został odpowiednio przygotowany do spawania, zgodnie ze sztuką spawalniczą, ze zwróceniem uwagi na zukosowanie zwojów ślimaka, oczyszczenie, a także  sfasowanie wałka (tylko na kształt klina – nietechnologiczne jest szlifowanie na tzw. ołówek). Bardzo istotną kwestią przy tego typu regeneracji jest odpowiednie połączenie, aby wał ślimaka tworzył jedną oś. Podczas spawania pojawiające się naprężenia mogą spowodować jego wygięcie, należy pamiętać o wyprostowaniu go. W przeciwnym razie zwoje będą miały możliwość tarcia o rurę podajnikową. Z jednej strony może to spowodować nadmierne zużycie elementów, a z drugiej – pojawienie się dodatkowego hałasu.

Podsumowując, właściwe zaprogramowanie regulatora kotła c.o. sterującego pracą palnika w połączeniu z innymi aspektami ma bardzo istotne znaczenie odnośnie prawidłowego spalania paliwa, a także żywotności poszczególnych podzespołów retorty. Instalatorzy, jako profesjonaliści obdarzeni zaufaniem swoich klientów, powinni wykazywać się faktyczną, należytą starannością oraz kompleksowym braniem odpowiedzialności za całą wykonaną pracę „zgodnie ze sztuką”. Po fizycznej modernizacji kotłowni (systemu grzewczego) zobowiązani są uruchomić urządzenie grzewcze, przeprowadzić jego wstępną regulację połączoną także z instruktażem obsługi użytkownika. Prawdziwi zawodowcy po odpowiednim czasie (dzień lub kilka dni) wykonują  dodatkową tzw. wtórną regulację kotła i systemu grzewczego, gwarantującą jego długą i bezawaryjną pracę.

Użytkownicy powinni natomiast zwracać uwagę na to, w jaki sposób zmieniają ustawienia sterownika, ponieważ z braku doświadczenia i czasem błędnych wniosków mogą narazić się na koszty (nowy ślimak to wydatek ok. 300 PLN).

Paweł Wilk, Jarosław Urzynicok

Literatura:

  • M. Blicharski M., „Inżynieria materiałowa. Stal”, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa 2004.
  • S. Mrowiec, T. Werber, „Korozja gazowa metali”, Wydawnictwo „Śląsk”, Katowice 1975.
  • J. Baszkiewicz, M. Kamiński, „Korozja materiałów”, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2006.

Prenumerata Magazynu Instalatora

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

Ta strona korzysta z ciasteczek (cookies) Więcej informacji

Ustawienia plików cookie na tej stronie są włączone na "zezwalaj na pliki cookie", aby umożliwić najlepszy z możliwych sposób przeglądania. Jeśli w dalszym ciągu chcesz korzystać z tej strony, bez zmiany ustawienia plików cookie lub kliknięciu przycisku "Akceptuję", a następnie użytkownik wyraża zgodę na to.

Zamknij