Катастрофический взрыв котла

Введение

Катастрофический отказ котла

Взрыв котла – это катастрофический отказ котла. Существует два типа взрывов котлов. Один тип – это разрушение напорных элементов паровой и водяной сторон. Причины могут быть различными, такими как отказ предохранительного клапана, коррозия критических частей котла или низкий уровень воды. Коррозия по краям нахлёстных соединений была частой причиной ранних взрывов котлов. В паровозных котлах, поскольку знания приобретались методом проб и ошибок на заре развития, взрывоопасные ситуации и последующие повреждения от взрывов были неизбежны. Однако улучшение конструкции и обслуживания значительно снизило количество взрывов котлов к концу XIX века. Дальнейшие улучшения продолжались в XX веке. В стационарных котлах наземного базирования взрывы напорных систем регулярно происходили в викторианскую эпоху, но в настоящее время они крайне редки благодаря различным средствам защиты и обязательным регулярным проверкам, предписанным государственными и отраслевыми нормами. Второй тип – это взрыв топливно-воздушной смеси в топке, который точнее было бы назвать взрывом топки. Взрывы топок в котлах, работающих на твердом топливе, редки, но взрывы топок в котлах, работающих на газе или нефти, по-прежнему представляют собой потенциальную опасность.

Взрывы паров котлов

Многие котлы кожухотрубного типа содержат большой объем жидкой воды, которая нагревается до более высокой температуры и давления (энтальпии), чем вода при кипении при атмосферном давлении. Во время нормальной работы жидкая вода остается в нижней части котла под действием силы тяжести, пузырьки пара поднимаются сквозь жидкость и собираются в верхней части для использования до достижения давления насыщения, после чего кипение прекращается. Если давление немного снижается, кипение возобновляется и так далее. При нормальном выпуске пара, например, при открытии регулирующего клапана, процесс образования пузырьков остается умеренным, и из верхней части сосуда можно отбирать относительно сухой пар. Если пар выпускается быстрее, более интенсивное кипение может вызывать выброс мелкого тумана капель в виде "влажного пара", который может повредить трубопроводы, двигатели, турбины и другое оборудование, расположенное ниже по потоку. Если в корпусе котла образуется большая трещина или другое отверстие, позволяющее внутреннему давлению резко упасть, тепловая энергия, содержащаяся в воде, приведет к еще большему превращению жидкости в паровые пузырьки, которые быстро вытеснят оставшуюся жидкость. Потенциальная энергия выходящего пара и воды преобразуется в работу, как в двигателе, с достаточной силой, чтобы отрывать материал вокруг места разрыва, сильно деформируя форму листов, которые ранее удерживались распорками или поддерживались собственной цилиндрической формой. Быстрое высвобождение пара и воды может создать мощный взрыв и нанести значительный ущерб имуществу или людям. Такой отказ квалифицируется как взрыв расширяющихся паров кипящей жидкости (BLEVE). Быстро расширяющиеся пузырьки пара также могут совершать работу, выбрасывая большие "заторы" воды внутри котла в направлении отверстия с поразительной скоростью. Быстро движущаяся масса воды обладает большой кинетической энергией, и при столкновении с корпусом котла возникает сильное разрушительное воздействие. Это может значительно увеличить первоначальный разрыв или разорвать корпус на две части. Многие сантехники, пожарные и котельщики знакомы с этим явлением, которое называется "гидравлическим ударом". Несколько унций воды, проходящих через паровую линию на высокой скорости и ударяющихся в колено под углом 90 градусов, могут мгновенно разрушить фитинг, который в противном случае выдерживал бы в несколько раз большее нормальное статическое давление. Следовательно, можно понять, что несколько сотен или даже несколько тысяч фунтов воды, движущихся с той же скоростью внутри корпуса котла, могут легко выбить трубную решетку, разрушить топку или даже отбросить весь котел на значительное расстояние из-за реакции при выходе воды, подобно отдаче тяжелой пушки. Несколько описаний аварии на экспериментальном реакторе SL-1 ярко иллюстрируют невероятно мощное воздействие гидравлического удара на сосуд под давлением: "Расширение, вызванное этим процессом нагрева, вызвало гидравлический удар, поскольку вода ускорялась вверх к головке сосуда реактора, создавая давление около 10 000 фунтов на квадратный дюйм (69 000 кПа) на головку сосуда реактора, когда вода ударила в головку со скоростью 160 футов в секунду (50 м/с). Последующее расследование показало, что сосуд весом 12 000 кг подпрыгнул на 2,77 м, а верхние механизмы привода управляющих стержней ударились о потолок здания реактора, прежде чем вернуться в исходное положение". Паровоз, работающий при температуре около , имел бы температуру около , а удельная энтальпия около . Разница между двумя удельными энтальпиями, , представляет собой общую энергию, высвобождаемую при взрыве. Таким образом, в случае большого локомотива, который может содержать до воды при высоком давлении и температуре, теоретический выброс энергии при взрыве будет равен примерно ТНТ.

Many shell type boilers carry a large bath of liquid water which is heated to a higher temperature and pressure (enthalpy) than boiling water would be at atmospheric pressure. During normal operation, the liquid water remains in the bottom of the boiler due to gravity, steam bubbles rise through the liquid water and collect at the top for use until saturation pressure is reached, then the boiling stops. If some pressure is released, boiling begins again, and so on. If steam is released normally, say by opening a throttle valve, the bubbling action of the water remains moderate and relatively dry steam can be drawn from the highest point in the vessel. If steam is released more quickly, the more vigorous boiling action that results can throw a fine spray of droplets up as "wet steam" which can cause damage to piping, engines, turbines and other equipment downstream. If a large crack or other opening in the boiler vessel allows the internal pressure to drop very suddenly, the heat energy remaining in the water will cause even more of the liquid to flash into steam bubbles, which then rapidly displace the remaining liquid. The potential energy of the escaping steam and water are now transformed into work, just as they would have done in an engine; with enough force to peel back the material around the break, severely distorting the shape of the plate which was formerly held in place by stays, or self supported by its original cylindrical shape. The rapid release of steam and water can provide a very potent blast, and cause great damage to surrounding property or personnel. A failure of this type qualifies as a boiling liquid expanding vapor explosion (BLEVE). The rapidly expanding steam bubbles can also perform work by throwing large "slugs" of water inside the boiler in the direction of the opening, and at astonishing velocities. A fast moving mass of water carries a great deal of kinetic energy, and in collision with the shell of the boiler results in a violent destructive effect. This can greatly enlarge the original rupture, or tear the shell in two. Many plumbers, firefighters, and steamfitters are aware of this phenomenon, which is called "water hammer". A several ounce "slug" of water passing through a steam line at high velocity and striking a 90 degree elbow can instantly fracture a fitting that is otherwise capable of handling several times the normal static pressure. It can then be understood that a few hundred, or even a few thousand pounds of water moving at the same velocity inside a boiler shell can easily blow out a tube sheet, collapse a firebox, even toss the entire boiler a surprising distance through reaction as the water exits the boiler, like the recoil of a heavy cannon firing a ball. Several accounts of the SL 1 experimental reactor accident vividly describe the incredibly powerful effect of water hammer on a pressure vessel: "The expansion caused by this heating process caused water hammer as water was accelerated upwards toward the reactor vessel head, producing approximately 10,000 pounds per square inch (69,000 kPa) of pressure on the head of the reactor vessel when water struck the head at 160 feet per second (50 m/s) This extreme form of water hammer propelled control rods, shield plugs, and the entire reactor vessel upward. A later investigation concluded that the 26,000 pound (12,000 kg) vessel had jumped 9 feet 1 inch (2.77 m) and the upper control rod drive mechanisms had struck the ceiling of the reactor building prior to settling back into its original location"

A steam locomotive operating at would have a temperature of about , and a specific enthalpy of Since standard pressure saturated water has a specific enthalpy of just , the difference between the two specific enthalpies, , is the total energy expended in the explosion. So in the case of a large locomotive which can hold as much as of water at a high pressure and temperature state, this explosion would have a theoretical energy release equal to about of TNT.

Взрывы каминных ящиков

В случае взрыва топки, это обычно происходит после погасания горелки. Пары масла, природного газа, пропана, угля или любого другого топлива могут накапливаться внутри камеры сгорания. Это особенно опасно, когда топка нагрета; топливо быстро испаряется из-за высокой температуры. Как только достигается нижний предел взрывоопасности (LEL), любой источник воспламенения вызовет взрыв паров. Взрыв топлива внутри топки может повредить трубы котла, работающие под давлением, и внутреннюю оболочку, что потенциально приведет к разрушению конструкции, утечке пара или воды и/или вторичному разрушению оболочки котла и паровому взрыву. Распространенная форма незначительного "взрыва" топки известна как "гул" (drumming) и может возникать при использовании любого типа топлива. Вместо обычного "рева" огня, ритмическая серия "стуков" и вспышек пламени под колосником и через дверцу топки указывает на то, что сгорание топлива происходит посредством серии быстрых детонаций, вызванных несоответствующим соотношением воздуха и топлива по отношению к доступной тяге. Обычно это не вызывает повреждений в котлах локомотивного типа, но может привести к образованию трещин в каменной кладке котельной установки, если это продолжается.

Станция

Плиты ранних локомотивных котлов соединялись простыми перекрывающимися соединениями. Эта практика была удовлетворительной для кольцевых соединений, идущих по окружности котла, но в продольных соединениях, вдоль длины котла, перекрытие пластин искажало поперечное сечение котла от его идеальной круглой формы. Под давлением котел стремился принять максимально близкую к круглой форму поперечного сечения. Поскольку перекрытие вдвое большей толщины было прочнее окружающего металла, повторяющиеся изгибы и распрямления, вызванные колебаниями давления в котле, приводили к образованию внутренних трещин или глубоких выемок (сильной коррозии) вдоль длины соединения. Трещины становились отправной точкой для внутренней коррозии, которая могла ускорить выход котла из строя. В конечном итоге было установлено, что эту внутреннюю коррозию можно уменьшить, используя плиты достаточного размера, чтобы соединения не располагались ниже уровня воды. В конечном итоге простой нахлёстный шов был заменен на одинарный или двойной стыковой шов с накладкой, который не имеет этого недостатка. Из-за постоянного расширения и сжатия топки аналогичная форма "коррозионного растрескивания" может возникать на концах растопочных болтов в местах их входа в плиты топки, и ускоряется плохим качеством воды. Этот тип коррозии, часто называемый "сужением", может снизить прочность растопочных болтов до такой степени, что они не смогут выдерживать нагрузку от топки при нормальном давлении. Также наблюдается образование глубоких локализованных выемок вблизи уровня воды, особенно в котлах, питаемых водой, которая не была деаэрирована или обработана веществами, связывающими кислород. Все "естественные" источники воды содержат растворенный воздух, который выделяется в виде газа при нагревании воды. Воздух (содержащий кислород) собирается в слое у поверхности воды и значительно ускоряет коррозию плит котла в этой области.

Огневая коробка

Сложная форма топки локомотива, будь то из мягкой меди или стали, может выдерживать давление пара на внутренние стенки только при условии, что они поддерживаются распорками, прикрепленными к внутренним балкам и внешним стенкам. Распорки подвержены разрушению от усталости (поскольку внутренние и внешние стенки расширяются с разной скоростью под воздействием жара), коррозии или выгоранию головок распорок, находящихся в зоне огня. При разрушении распорок топка может взорваться внутрь. Регулярный визуальный осмотр, как внутренний, так и внешний, используется для предотвращения этого. Даже хорошо обслуживаемая топка может взорваться, если уровень воды в котле упадет настолько, что верхняя пластина топки (коронный лист) останется непокрытой. Это может произойти при движении через вершину холма, когда вода стекает в переднюю часть котла и обнажает коронный лист. Большинство взрывов локомотивов – это взрывы топок, вызванные таким обнажением коронного листа.

Ранние исследования причин

Стационарные паровые двигатели, используемые для привода машин, впервые получили широкое распространение во время промышленной революции, и на заре их использования было множество взрывов котлов по различным причинам. Одним из первых исследователей этой проблемы был Уильям Фэрберн, который помог основать первую страховую компанию, занимавшуюся убытками от подобных взрывов. Он также экспериментально установил, что напряжение в обруче цилиндрического сосуда под давлением, такого как котел, в два раза превышает продольное напряжение. Эти исследования помогли ему и другим объяснить важность концентрации напряжений в ослаблении котлов. Хотя износ и неправильная эксплуатация, вероятно, являются наиболее частыми причинами взрывов котлов, фактический механизм катастрофического разрушения котла не был хорошо изучен до проведения масштабных экспериментов инспекторами котлов США в начале 20-го века. Было предпринято несколько попыток вызвать взрыв котла различными способами, но один из самых интересных экспериментов показал, что при определенных обстоятельствах внезапное открытие в котле, позволяющее пару выходить слишком быстро, могло привести к разрушению всего сосуда под давлением: "Цилиндрический котел был испытан и выдержал давление пара в 300 фунтов на квадратный дюйм (300 psi или 2068 кПа) без повреждений". "Когда [выпускной] клапан был внезапно открыт при давлении в 235 фунтов на квадратный дюйм, котел не выдержал, железо было скручено и разорвано на куски, разлетевшиеся во все стороны. Причина заключалась в том, что резкий выброс пара из котла в выпускную трубу очень быстро снизил давление внутри котла. Это снижение давления привело к внезапному образованию большого количества пара в воде, и тяжелая масса воды с огромной силой устремилась к отверстию, из которого выходил пар, ударяя по частям котла вблизи этого отверстия и вызывая его разрушение". Однако высокоразрушительный механизм водяного удара при взрывах котлов был понят задолго до этого, как писал Д. К. Кларк 10 февраля 1860 года в письме редакторам журнала "Mechanics Magazine": "Внезапное рассеивание и выброс воды в котле на внутренние поверхности котла является главной причиной силы взрыва: рассеивание происходит из-за мгновенного образования пара во всей массе воды, и, стремясь вырваться, пар увлекает за собой воду, и объединенный импульс пара и воды несет их, как картечь, сквозь и между внутренними поверхностями, деформируя или разрушая их таким образом, который нельзя объяснить простым избыточным давлением или простым импульсом пара". Взрывы котлов часто происходят на тонущих судах, когда горячий котел соприкасается с холодной морской водой, поскольку внезапное охлаждение горячего металла приводит к его растрескиванию; например, когда корабль был торпедирован подводной лодкой, торпеды и последовавший взрыв котла привели к тому, что корабль затонул за две минуты, оставив Пуна Лима единственным выжившим из экипажа в 53 человека.

The stationary steam engines used to power machinery first came to prominence during the Industrial Revolution, and in the early days there were many boiler explosions from a variety of causes. One of the first investigators of the problem was William Fairbairn, who helped establish the first insurance company dealing with the losses such explosions could cause. He also established experimentally that the hoop stress in a cylindrical pressure vessel like a boiler was twice the longitudinal stress. Such investigations helped him and others explain the importance of stress concentrations in weakening boilers. While deterioration and mishandling are probably the most common causes of boiler explosions, the actual mechanism of a catastrophic boiler failure was not well documented until extensive experimentation was undertaken by U. S. boiler inspectors in the early 20th century. Several different attempts were made to cause a boiler to explode by various means, but one of the most interesting experiments demonstrated that in certain circumstances, if a sudden opening in the boiler allowed steam to escape too rapidly, water hammer could cause destruction of the entire pressure vessel:

"A cylindrical boiler was tested and withstood a steam pressure of 300 pounds (300 psi or 2,068 kPa) without injury." " When the [discharge] valve was suddenly opened at a pressure of 235 pounds [] the boiler gave way, the iron being twisted and torn into fragments and thrown in all directions. The reason for this was that the sudden rush of steam from the boiler into the discharge pipe reduced the pressure in the boiler very rapidly. This reduction of pressure caused the sudden formation of a great quantity of steam within the water, and the heavy mass of water being thrown with great violence toward the opening whence the steam was being withdrawn, struck the portions of the boiler near that opening and caused the fracture." But the highly destructive mechanism of water hammer in boiler explosions was understood long before then, as D. K. Clark wrote on 10 February 1860, in a letter to the editors of "Mechanics Magazine":"The sudden dispersion and projection of the water in the boiler against the bounding surfaces of the boiler is the great cause of the violence of the results: the dispersion, being caused by the momentary generation of steam throughout the mass of the water, and in its efforts to escape, it carries the water before it, and the combined momentum of the steam and the water carries them like shot through and amongst the bounding surfaces, and deforms or shatters them in a manner not to be accounted for by simple overpressure or by simple momentum of steam. "Boiler explosions are common in sinking ships once the hot boiler touches cold sea water, as the sudden cooling of the hot metal causes it to crack; for instance, when the was torpedoed by a U boat, the torpedoes and resulting boiler explosion caused the ship to go down in two minutes, leaving Poon Lim as the only survivor in a complement of 53 crew.

В локомотивах

Взрывы котлов представляют особую опасность для котлов с жаровыми трубами (типа локомотива), поскольку верхняя часть топки (коронный лист) должна быть постоянно покрыта некоторым количеством воды; в противном случае тепло огня может ослабить коронный лист или распорные элементы до точки разрушения, даже при нормальном рабочем давлении. Это стало причиной взрыва топки на железной дороге Геттисберг близ Гарднерса, штат Пенсильвания, в 1995 году, когда низкий уровень воды привел к перегреву передней части коронного листа, пока обычные распорные элементы не вырвались из листа, выпустив большое количество пара и воды под полным давлением котла в топку. Конструкция коронного листа включала несколько чередующихся рядов предохранительных распорок с полусферической головкой, что ограничило разрушение коронного листа первыми пятью или шестью рядами обычных распорок, предотвращая обрушение всего коронного листа. Этот тип разрушения не ограничивается железнодорожными двигателями, поскольку котлы типа локомотива использовались для тяговых двигателей, переносных двигателей, свайных двигателей, используемых в горнодобывающей или лесозаготовительной промышленности, стационарных двигателей для лесопилок и фабрик, для отопления, а также в качестве блочных котлов, обеспечивающих пар для других процессов. Во всех областях применения поддержание надлежащего уровня воды имеет важное значение для безопасной эксплуатации. Хьюисон (1983) дает исчерпывающий отчет о взрывах британских котлов, перечисляя 137 случаев в период с 1815 по 1962 год. Стоит отметить, что 122 из них произошли в XIX веке и только 15 – в XX веке. Взрывы котлов обычно подразделялись на две категории. Первая – разрушение корпуса котла из-за слабости/повреждения или избыточного внутреннего давления, приводящее к внезапному выбросу пара на большой площади. Коррозионное растрескивание в нахлестных соединениях было частой причиной ранних взрывов котлов, вероятно, вызванной каустической коррозией. Вода, используемая в котлах, часто не подвергалась тщательному контролю, и, будучи кислой, могла разъедать кованые листы котла. Гальваническая коррозия также была проблемой при контакте меди и железа. Листы котла выбрасывало на расстояние до четверти мили (Хьюисон, Ролт). Второй тип – обрушение топки под давлением пара из прилегающего котла, высвобождающее пламя и горячие газы в кабину. Усовершенствованная конструкция и техническое обслуживание практически полностью устранили первый тип, но второй тип всегда возможен, если машинист и кочегар не поддерживают уровень воды в котле. Корпуса котлов могли взрываться при слишком высоком внутреннем давлении. Для предотвращения этого устанавливались предохранительные клапаны для сброса давления на заданном уровне. Первые образцы были пружинными, но Джон Рамсботтом изобрел клапан, защищенный от несанкционированного вмешательства, который был повсеместно принят. Другой распространенной причиной взрывов была внутренняя коррозия, которая ослабляла корпус котла, не позволяя ему выдерживать нормальное рабочее давление. В частности, могли образовываться канавки вдоль горизонтальных швов (нахлестных соединений) ниже уровня воды. Десятки взрывов произошли в результате этого, но к 1900 году проблема была решена за счет использования стыковых соединений, а также улучшенных графиков технического обслуживания и регулярных гидравлических испытаний. Топки обычно изготавливались из меди, хотя более поздние локомотивы имели стальные топки. Они крепились к внешней части котла распорками (многочисленными небольшими опорами). Части топки, контактирующие с полным давлением пара, должны быть покрыты водой, чтобы предотвратить их перегрев и ослабление. Наиболее распространенной причиной обрушения топки является слишком низкий уровень воды в котле, в результате чего верхняя часть топки (коронный лист) остается открытой и перегревается. Это происходит, если кочегар не поддерживает уровень воды или неисправен указатель уровня (стекло-измеритель). Менее распространенной причиной является разрушение большого количества распорок из-за коррозии или некачественного материала. В течение XX века в Великобритании произошло два разрушения корпусов котлов и тринадцать обрушений топок. Разрушения корпусов котлов произошли в Кардиффе в 1909 году и в Бакстоне в 1921 году; оба были вызваны неправильной сборкой предохранительных клапанов, что привело к превышению котлами их расчетного давления. Из 13 обрушений топок четыре были вызваны поломкой распорок, одно – образованием накипи на топке, а остальные – низким уровнем воды.

Boiler explosions are of a particular danger in (locomotive type) fire tube boilers because the top of the firebox (crown sheet) must be covered with some amount of water at all times; or the heat of the fire can weaken the crown sheet or crown stays to the point of failure, even at normal working pressure. This was the cause of the Gettysburg Railroad firebox explosion near Gardners, Pennsylvania, in 1995, where low water allowed the front of the crown sheet to overheat until the regular crown stays pulled through the sheet, releasing a great deal of steam and water under full boiler pressure into the firebox. The crown sheet design included several alternating rows of button head safety stays, which limited the failure of the crown sheet to the first five or six rows of conventional stays, preventing a collapse of the entire crown sheet. This type of failure is not limited to railway engines, as locomotive type boilers have been used for traction engines, portable engines, skid engines used for mining or logging, stationary engines for sawmills and factories, for heating, and as package boilers providing steam for other processes. In all applications, maintaining the proper water level is essential for safe operation. Hewison (1983) gives a comprehensive account of British boiler explosions, listing 137 between 1815 and 1962. It is noteworthy that 122 of these were in the 19th century and only 15 in the 20th century. Boiler explosions generally fell into two categories. The first is the breakage of the boiler barrel itself, through weakness/damage or excessive internal pressure, resulting in sudden discharge of steam over a wide area. Stress corrosion cracking at the lap joints was a common cause of early boiler explosions, probably caused by caustic embrittlement. The water used in boilers was not often closely controlled, and if acidic, could corrode the wrought iron boiler plates. Galvanic corrosion was an additional problem where copper and iron were in contact. Boiler plates have been thrown up to a quarter of a mile (Hewison, Rolt). The second type is the collapse of the firebox under steam pressure from the adjoining boiler, releasing flames and hot gases into the cab. Improved design and maintenance almost totally eliminated the first type, but the second type is always possible if the driver and fireman do not maintain the water level in the boiler. Boiler barrels could explode if the internal pressure became too high. To prevent this, safety valves were installed to release the pressure at a set level. Early examples were spring loaded, but John Ramsbottom invented a tamper proof valve which was universally adopted. The other common cause of explosions was internal corrosion which weakened the boiler barrel so that it could not withstand normal operating pressure. In particular, grooves could occur along horizontal seams (lap joints) below water level. Dozens of explosions resulted, but were eliminated by 1900 by the adoption of butt joints, plus improved maintenance schedules and regular hydraulic testing. Fireboxes were generally made of copper, though later locomotives had steel fireboxes. They were held to the outer part of the boiler by stays (numerous small supports). Parts of the firebox in contact with full steam pressure have to be kept covered with water, to stop them overheating and weakening. The usual cause of firebox collapses is that the boiler water level falls too low and the top of the firebox (crown sheet) becomes uncovered and overheats. This occurs if the fireman has failed to maintain water level or the level indicator (gauge glass) is faulty. A less common reason is breakage of large numbers of stays, due to corrosion or unsuitable material. Throughout the 20th century, two boiler barrel failures and thirteen firebox collapses occurred in the UK. The boiler barrel failures occurred at Cardiff in 1909 and Buxton in 1921; both were caused by misassembly of the safety valves causing the boilers to exceed their design pressures. Of the 13 firebox collapses, four were due to broken stays, one to scale buildup on the firebox, and the rest were due to low water level.

Котельные для пароходов

"Пенсильвания" был пароход с боковыми колёсами, который потерпел взрыв котла на реке Миссисипи и затонул на острове Шип-Айленд недалеко от Мемфиса, штат Теннесси, 13 июня 1858 года. Из 450 пассажиров на борту погибло более 250 человек, в том числе Генри Клеменс, младший брат писателя Марка Твена. SS Ada Hancock, небольшой пароход, использовавшийся для перевозки пассажиров и грузов к и от крупных прибрежных пароходов, останавливавшихся в гавани Сан-Педро в начале 1860-х годов, потерпел крушение, когда его котёл взорвался с большой силой в заливе Сан-Педро, порту Лос-Анджелеса, недалеко от Уилмингтона, штат Калифорния, 27 апреля 1863 года, убив двадцать шесть человек и ранив многих других из числа пятидесяти трёх или более пассажиров на борту. Пароход "Султана" был уничтожен взрывом 27 апреля 1865 года, что привело к крупнейшей морской катастрофе в истории Соединённых Штатов. По оценкам, погибло 1549 пассажиров, когда взорвались три из четырёх котлов корабля, и "Султана" сгорела и затонула недалеко от Мемфиса, штат Теннесси. Причина была установлена как некачественный ремонт корпуса одного из котлов; заплатка не выдержала, и обломки из этого котла повредили ещё два. Ещё одним взрывом парохода во время Гражданской войны в США был пароход Eclipse 27 января 1865 года, перевозивший членов 9-й артиллерии Индианы. В одном официальном отчёте сообщается о 10 погибших и 68 раненых; в более позднем отчёте упоминается, что погибли 27 человек и 78 получили ранения. В отчёте о потерях полка Фокса указано 29 погибших. Котел канадского парохода PS Waubuno, возможно, взорвался во время последнего рейса в 1879 году, хотя причина крушения остаётся неизвестной. Взрыв мог произойти из-за недостаточного обслуживания или контакта с холодной водой залива Джорджиан во время затопления в шторм.

Взрывы ядерных реакторов

Взрыв пара может произойти в любом водонагревателе, где подводится достаточное количество энергии, и образующийся пар превышает прочность корпуса. При достаточно быстром подводе тепла может возникнуть локальный перегрев, приводящий к гидравлическому удару, разрушающему корпус. Авария на ядерном реакторе SL1 является примером взрыва, вызванного перегретым паром. Однако в случае SL1 давление было сброшено за счет вынужденного выброса управляющих стержней, что позволило выпустить пар. Реактор не взорвался, и корпус не разрушился.

Современные котлы

Современные котлы оснащаются резервными насосами, клапанами, датчиками уровня воды, отсекателями топлива, автоматизированными системами управления и предохранительными клапанами. Кроме того, конструкция должна соответствовать строгим инженерным требованиям, установленным соответствующими надзорными органами. NBIC, ASME и другие организации стремятся обеспечить безопасность конструкции котлов, публикуя подробные стандарты. В результате получается котельное оборудование, менее склонное к катастрофическим авариям. Также повышает безопасность всё более широкое использование "комплектных котлов". Это котлы, которые изготавливаются на заводе, а затем поставляются на объект в виде готового блока. Как правило, они отличаются более высоким качеством и меньшим количеством проблем, чем котлы, собираемые непосредственно на месте, труба за трубой. Комплектному котлу необходимо лишь подключение к коммуникациям (электропитанию, дымоходу, линиям конденсата и т.д.) для завершения монтажа.

Основные изменения в области безопасности

ГодСобытие/ДействиеТипСтранаОписание1840Генри Р. Уортингтон изобретает насос для подпитки котлаОборудованиеАвтоматическая система подпитки котла, позволяющая добавлять воду в котел при рабочем давлении.1847Институция инженеров-механиковТехническое обществоОснована IMechE, подчеркивающая важность специализированных механических знаний, особенно в отношении паровых машин (см. также Институция инженеров-строителей).1855Ассоциация пользователей параТехническое обществоВ Манчестере создана "Ассоциация по предотвращению взрывов паровых котлов и повышению эффективности использования пара", которая, избегая прямого регулирования, выступает за создание квалифицированных инспекторов. Позднее к названию добавляется приставка "Манчестерская ассоциация пользователей пара".1855Предохранительный клапан РамсботтомаОборудованиеДжон Рамсботтом (инженер) изобрел взломозащищенный предохранительный клапан.1864Закон Бенгалии VI от 1864 годаЗаконодательствоПредусмотрена проверка паровых котлов в Калькутте и ее окрестностях.1866The Hartford Steam Boiler Inspection and Insurance CompanyКоммерческаяПервая компания по страхованию котлов в США основана в Хартфорде, штат Коннектикут.1866Gesellschaft zur Überwachung und Versicherung von DampfkesselnТехническое обществоВ ответ на взрыв пивоварни основано частное общество для проведения инспекций котлов для своих членов. Оно добилось большого успеха и впоследствии стало современной TÜV.1880Американское общество инженеров-механиковТехническое обществоОсновано ASME, во многом в ответ на призывы к повышению безопасности котлов.1882Закон о взрывах котлов 1882 года (45 & 46 Vict. c. 22)ЗаконодательствоТребовалось сообщать о взрыве котла в Совет торговли в течение 24 часов после происшествия и устанавливались полномочия для проведения расследований.1884Кодекс ASME по испытанию котловСтандарт безопасностиВыпущен "Кодекс проведения испытаний паровых котлов" – первый кодекс США по проведению испытаний котлов.1887Книга Роберта Генри Турстона "Взрывы паровых котлов в теории и на практике"Книга1890Закон о взрывах котлов 1890 годаЗаконодательствоРасширил требования 1882 года на морские суда.1911Единые правила для котлов, МассачусетсЗаконодательствоСодружество Массачусетс принимает единые правила для котлов, первый общештатный кодекс для котлов, применяемый в США. Аналогичные правила быстро принимаются другими штатами (например, Огайо).1915Кодекс ASME для котловСтандарт безопасностиКомитет ASME по кодексам для котлов издает "Стандарты для спецификаций и конструкции котлов и других сосудов, содержащих высокое давление".1919Национальный совет инспекторов котлов и сосудов, работающих под давлениемСтандарт безопасностиОснован для "содействия повышению безопасности жизни и имущества посредством унификации конструкции, монтажа, ремонта, обслуживания и инспекции оборудования, работающего под давлением".

YearEvent/ActivityTypeCountryDescription1840Henry R. Worthington invents boiler feed water pumpEquipmentAutomatic boiler feed water system enabling adding water to a boiler while at operating pressure.1847Institution of Mechanical EngineersTechnical societyIMechE formed, emphasizing the importance of specialized mechanical knowledge, particularly with respect to steam power (see also Institution of Civil Engineers).1855Steam Users' AssociationTechnical societyIn Manchester, the "Association for the Prevention of Steam Boiler Explosions, and for effecting Economy in the Raising and Use of Steam" is formed and, eschewing direct regulation, advocates creation of trained inspectors. Later adds the prefix "Manchester Steam Users' " to the name.1855Ramsbottom safety valveEquipmentJohn Ramsbottom (engineer) invented a tamperproof safety valve.1864Bengal Act VI of 1864LegislationProvided for the inspection of steam boilers in and around Kolkata.1866The Hartford Steam Boiler Inspection and Insurance CompanyCommercialThe first boiler insurance company in the U. S. is established in Hartford, Connecticut.1866Gesellschaft zur Überwachung und Versicherung von DampfkesselnTechnical societyIn response to a brewery explosion, a private society is founded to offer boiler inspections to its members. It is highly successful and later becomes the modern TÜV.1880American Society of Mechanical EngineersTechnical societyASME formed, largely in response to calls for improvements in boiler safety1882Boiler Explosions Act 1882 (45 & 46 Vict. c. 22)LegislationRequired notice of a boiler explosion to be sent to the Board of Trade within 24 hours of occurrence and established inquiry authorizations1884ASME Boiler Testing CodeSafety standardThe "Code for the Conduct of Trials of Steam Boilers", the first U. S. code for conducting boiler tests, is issued.1887Robert Henry Thurston's book Steam Boiler Explosions in Theory, and in PracticeBook1890Boiler Explosions Act 1890LegislationExtended 1882 requirements to marine vessels.1911Uniform Boiler Rules, MassachusettsLegislationThe Commonwealth of Massachusetts adopts uniform boiler rules, the first statewide boiler code to apply in the U. S. Equivalent rules are quickly adopted by other states (e. g., Ohio).1915ASME Boiler CodeSafety standardThe ASME Boiler Code Committee issues "Standards for Specifications and Construction of Boilers and Other Containing Vessels in Which High Pressure is Contained".1919The National Board of Boiler and Pressure Vessel InspectorsSafety standardFormed to "promote greater safety to life and property through uniformity in the construction, installation, repair, maintenance, and inspection of pressure equipment."