Crack de chaleira

2 de fevereiro de 1850 na York, Newcastle and Berwick Railway , Darlington : 3 mortos

Actæon em 7 de fevereiro de 1855 após a explosão

1862 Westbourne Park, Great Western Railway

Um estouro de caldeira (também chamado de explosão de caldeira ) descreve o estouro de uma caldeira a vapor e é uma forma de explosão física . As causas mais comuns da explosão da caldeira são o sobreaquecimento devido à falta de água, pressão excessiva do vapor e inadequação ou falta de manutenção.

Para evitar tais acidentes, associações regionais de monitoramento de caldeiras a vapor (DÜV) foram fundadas na Alemanha; os precursores do TÜV .

Noções básicas de física

Uma caldeira a vapor é usada para gerar vapor acima da temperatura atmosférica de ebulição da água, que é 100 ° C. Na seção de vapor saturado da caldeira, há sempre uma temperatura de vapor saturado atribuída a uma determinada pressão de vapor, que pode ser obtida nas tabelas de vapor. A uma pressão de 15,5 bar (absoluta), a temperatura de vapor saturado associada é de 200 ° C. A energia é armazenada na caldeira a vapor; por um lado, sob a forma de vapor de água e, por outro, sob a forma de aquecimento da água até à ebulição. A energia liberada quando a chaleira quebra da água aquecida até o ponto de ebulição é consideravelmente maior do que seria com vapor de água (gasoso) do mesmo volume, mesma pressão e mesma temperatura. Esse fato é essencial para a quantidade de danos causados ​​pelo estrondo.

Quando um corpo da caldeira é aberto, o vapor escapa e isso leva a uma redução da pressão na caldeira danificada. Como a água da caldeira aquecida à temperatura do vapor saturado tem uma temperatura superior a 100 ° C, parte da fase líquida evapora imediatamente devido à queda de pressão. Este processo conduz ao escape de quantidades adicionais consideráveis ​​de vapor da caldeira de rebentamento. Até o ponto de relaxamento à pressão atmosférica, 20% da água evapora quando a pressão original era de 15,5 bar (absoluta). Este efeito é denominado pós-evaporação.

Se a parede da caldeira for danificada em uma grande área como resultado de superaquecimento ou corrosão , as microfissuras podem induzir o crescimento de rachaduras que reduzem localmente a resistência do material da caldeira. Favorecida por cargas de pressão alternadas, a propagação de trinca estável muda para propagação de trinca instável . A velocidade com que a rachadura se propaga é exponencial e, quando a rachadura penetra na parede, o componente afetado rasga-se em frações de segundo. A reevaporação da água no corpo da caldeira tem como consequência que a redução da pressão ocorre mais lentamente e os danos aos componentes são enormes. Freqüentemente, quando os tambores da caldeira são abertos, as placas da camisa foram completamente desenroladas novamente.

causas

Falta de água

Locomotiva 44 da WEG na Estação Schleusingen (2 de novembro de 1890)

Móveis motores a vapor ( locomotiva a vapor , vagões vapor , locomobile , carro a vapor , navio do vapor , barco a vapor ) têm um refrigerado a água caixa de fogo , que é conectado ao longo da caldeira. A transferência de calor é maior na caixa de fogo, porque aqui a transferência de calor ocorre principalmente por meio da radiação. Da caixa de incêndio, os gases de combustão entram nos tubos de combustão e o calor é transferido para a água por convecção.

O superaquecimento das superfícies de aquecimento é evitado se houver um nível de água suficiente na caldeira, que cobre a caixa de incêndio e os tubos de fumaça do veículo, mesmo em declives acentuados . A água evaporada deve ser reabastecida em quantidade suficiente com a bomba de alimentação ou o injetor. Em caso de reposição insuficiente de água, as superfícies de aquecimento deixam de ser cobertas com água. O calor só pode ser transferido para o vapor nessas áreas. O coeficiente de transferência de calor para a transferência de calor para o vapor em comparação com a evaporação é muitas ordens de magnitude menor. As superfícies de aquecimento, que em operação normal são no máximo 50 ° C mais quentes do que a temperatura do vapor saturado , assumem temperaturas significativamente mais altas e podem brilhar. A resistência do aço diminui drasticamente com o aumento da temperatura, de modo que as superfícies de aquecimento secas, e. B. a caixa de fogo, são deformados plasticamente (pressionados) e finalmente se abrem.

Se os componentes superaquecidos ficarem cobertos de água novamente como resultado do movimento do veículo ou como resultado de água de reposição, existe o risco de grandes quantidades de vapor serem geradas repentinamente para as quais a válvula de segurança não foi projetada. Este rápido aumento de pressão e os danos às superfícies devido à alta temperatura podem causar a ruptura da caldeira. Quando uma rachadura se forma, o vapor escapa em alta velocidade e a rachadura continua a crescer. À medida que a pressão na caldeira diminui, a água que ainda está presente evapora, o que é conhecido como pós-evaporação. À medida que o tamanho da área aberta rasgada aumenta, a força de recuo aumenta , de modo que a chaleira é geralmente jogada fora.

O último acidente na Alemanha ocorreu em 27 de novembro de 1977 em Bitterfeld .

Pressão da caldeira muito alta

Normalmente, a pressão da caldeira não pode ser muito alta devido às válvulas de segurança, sua manutenção e a exibição de um manômetro. No entanto, diz-se que houve casos em que as válvulas foram adulteradas, e. B. vencer corridas ou quebrar recordes. A fenda caldeira em Meiningen é dito ter ocorrido porque a pressão da caldeira era demasiado elevado devido a um manómetro defeituoso. Presumivelmente, as válvulas de segurança também não estavam em condições corretas.

Manutenção insuficiente

Certos intervalos de manutenção e testes são prescritos para que uma caldeira a vapor possa ser operada com segurança em todos os momentos. Durante a manutenção , a caldeira está sempre totalmente exposta do exterior. Todas as costuras são verificadas. Na área da caixa de incêndio, a área mais crítica de uma caldeira a vapor, todos os parafusos prisioneiros são verificados quanto a rachaduras e , em caso de dúvida, substituídos por novos. Normalmente, um teste de pressão de água fria com 1,5 vez a pressão de operação é realizado após a conclusão do trabalho. Aqui, a caldeira é completamente preenchida com água e lentamente levada à pressão de teste. Não deve haver deformações ou vazamentos na caldeira. Como durante este ensaio só há água na caldeira, que não pode ser comprimida, não há risco de fissuras, pois, por exemplo, o rompimento de uma costura só leva a uma queda imediata da pressão, mas não à geração de vapor que seria fluir incontrolavelmente. Um teste de pressão a quente com 1,2 vezes a pressão de operação é então planejado. Finalmente, as válvulas de segurança, que limitam a pressão de funcionamento da caldeira, são reguladas por um testador de caldeira e vedadas contra reajustes. No caso de testes posteriores, a caldeira também é totalmente exposta por dentro, todos os tubos são removidos para esse fim. As paredes da caldeira são examinadas quanto ao desgaste do material para identificar espessuras de parede muito finas. Os exames finais são os mesmos descritos acima. A não realização desta manutenção pode significar que defeitos na caldeira passam despercebidos. Por exemplo, ele não pode mais suportar a pressão permitida porque suas paredes se tornaram muito finas com o tempo ou os pinos de reforço na área da fornalha racharam.

Em 29 de julho de 2001, a caldeira de um trator a vapor bateu em uma feira em Medina, Ohio (EUA) . Até agora, este é o mais recente caso conhecido de uma queda de caldeira. A causa aqui foi a grave falta de manutenção (escama e material gasto). A válvula de segurança que não abriu durante a investigação do acidente subsequente e um medidor de pressão da caldeira que não exibiu o suficiente, no entanto, não foram a causa da explosão. A investigação do acidente revelou que a caldeira estava em condições tão precárias que provavelmente estourou abaixo da pressão de operação.

Falha de design

Em 9 de julho de 1892, no Lago Genebra, perto de Lausanne, houve um acidente na caldeira do navio a vapor Mont Blanc , que matou 26 passageiros e tripulantes. Quando a pressão da caldeira foi aumentada em Ouchy para a viagem adiante, a cúpula de vapor horizontal do vaporizador de roda de pás explodiu . O motivo foi um projeto defeituoso e testes insuficientes da cúpula de vapor. Este foi um dos raros casos de explosões de caldeiras em navios a vapor .

Outras causas

Várias causas, como material insuficiente, operação incorreta ou sobrecarga, muitas vezes levaram à quebra de caldeiras em caldeiras a vapor fixas e móveis no século XIX. Esses acidentes costumam afetar pessoas que foram feridas ou mortas por componentes jogados fora e escapamento de vapor. Isso desencadeou o estabelecimento de associações de monitoramento de caldeiras a vapor, que mais tarde se tornaram as associações técnicas de monitoramento , agora conhecidas na Alemanha e na Áustria pela abreviatura TÜV . Na Suíça, a inspeção da caldeira realiza as inspeções comparáveis. Na Alemanha, as ferrovias estaduais eram as principais responsáveis ​​pelo monitoramento da segurança das caldeiras.

Defeito de material

Um exemplo do uso de materiais incorretos é mencionado aqui: No final da década de 1930, o Deutsche Reichsbahn assumiu que o uso de grau de aço St47 K-Mo para construção de caldeiras seria capaz de aumentar a pressão sem aumentar significativamente o peso da caldeira devido para maiores aumentos de espessura de parede. Este material é ligado ao molibdênio e possui um teor de carbono muito alto . Embora isso inicialmente tenha resultado em alta resistência, o aço não era resistente ao envelhecimento . O molibdênio reduz significativamente a condutividade térmica do aço. As tensões surgem em pontos de conexão com outros tipos de aço. O alto teor de carbono fragiliza o aço. Logo se formaram rachaduras finas , de modo que z. B. a caldeira do 50 846 (construída em 1940) foi a primeira a explodir em 1941. Como medida imediata, a pressão operacional permitida dessas caldeiras foi reduzida e um monitoramento mais intensivo foi solicitado. Em casos particularmente urgentes, as primeiras caldeiras de substituição feitas do grau de aço St34, testado e testado e usado anteriormente, foram adquiridas no início da década de 1940.

Violência

A violência externa também pode causar um estouro ou explosão da caldeira. As equipes de resgate devem esperar que haja o risco de uma caldeira colidir após um acidente grave (por exemplo, após uma colisão frontal envolvendo uma locomotiva a vapor).

Lista de explosões da caldeira

A coluna Danos mostra qual componente foi danificado primeiro, o que posteriormente causou a destruição da caldeira.

Locomotivas

Alemanha

Ferrovias regionais

Reichsbahn alemão

Zonas oeste e DB

SBZ e DR

Áustria

Reino Unido

Na Grã-Bretanha , especialmente nos primeiros dias da ferrovia, houve vários casos de furúnculo. A Grã-Bretanha foi pioneira na tecnologia ferroviária e, portanto, também suportou os riscos correspondentes em grande escala.

Estados Unidos

Nos Estados Unidos, havia problemas consideráveis ​​na prevenção de explosões de caldeiras devido às condições de operação, por um lado, porque muitas vezes era necessário usar água de má qualidade, o que assoreava ou calcificava rapidamente a caldeira. A segunda razão era que as equipes de locomotivas com relativa frequência não conseguiam garantir que água suficiente cobrisse as partes aquecidas. Em ambos os casos, a chaleira ficou tão quente que seu material ficou instável e explodiu. A Interstate Commerce Commission descobriu em 1917 que, em média, mais de uma caldeira em uma locomotiva a vapor explodiu por dia nos Estados Unidos, matando 52 pessoas e ferindo outras 469.

Outros estados

Navios

Locomobiles e outros sistemas de vapor em movimento

Veja também

• Motor a vapor

literatura

Winsford 1881

Locomotiva 97 da Rhymney Railway após o rompimento da caldeira em Cardiff

• R. Barkhoff e M. Weisbrod: A locomotiva a vapor. Tecnologia e função. Parte 1: A caldeira e a história da locomotiva a vapor (= Jornal Eisenbahn ). 3ª edição revisada. Hermann Merker Verlag, Fürstenfeldbruck 1989, ISBN 3-922404-03-0 .
• Jürgen U. Ebel, Hansjürgen Wenzel: A série 50. História de um indispensável. Volume 1: Deutsche Reichsbahn and Abroad. Eisenbahn-Kurier Verlag, Freiburg (Breisgau) 1988, ISBN 3-88255-545-9 .
• Jürgen U. Ebel, Hansjürgen Wenzel: The series 74. A história do Prussian T 11 e T 12. Eisenbahn-Kurier Verlag, Freiburg (Breisgau) 1995, ISBN 3-88255-142-9 .
• Volker Lucas, Heinz Schnabel: a série 01.5. O lendário Reko-01 do Deutsche Reichsbahn. Eisenbahn-Kurier Verlag, Freiburg (Breisgau) 2002, ISBN 3-88255-113-5 .
• Hans Müller, Wolfgang Petznick, Manfred Weisbrod: Locomotivas a vapor das ferrovias alemãs. Classe 01–39 (= Arquivo de Veículos Ferroviários 1, 1). 3ª edição revisada e complementada. Alba-Verlag, Düsseldorf 1982, ISBN 3-87094-081-6 .
• Hans Müller, Wolfgang Petznick, Manfred Weisbrod: Locomotivas a vapor das ferrovias alemãs. Classe 41–59 (= arquivo de veículos ferroviários 1, 2). 3ª edição revisada e complementada. Alba-Verlag, Düsseldorf 1982, ISBN 3-87094-082-4 .
• Hans-Joachim Ritzau: desastres ferroviários na Alemanha. Fragmentos da história alemã . Vol. 1: Landsberg-Pürgen 1979.
• Hans-Joachim Ritzau, Jürgen Höstel: As cenas de catástrofe do presente = acidentes ferroviários na Alemanha Bd. 2. Pürgen 1983. ISBN 3-921304-50-4
• Lionel Thomas Caswell Rolt : Vermelho para o Perigo . Edição: Londres, 1978.
• Karl Schäffer: Explosões de caldeiras de locomotivas em operações ferroviárias austríacas . In: Eisenbahn 3/1953 . Editora Ployer & Co, Viena.
• Peter WB Semmens: Desastres nos trilhos. Uma documentação mundial. Transpress, Stuttgart 1996, ISBN 3-344-71030-3 , em particular a seção pág. 234-241: Kesselexplosionen .
• Ian Winship: O declínio nas explosões de caldeiras de locomotivas e os meios de prevenção . In: Transactions of the Newcomen Society 60 (1988/89), pp. 73ss.

Links da web

• Disaster in Ohio ( Memento de 29 de agosto de 2009 no Internet Archive )
• Um capítulo triste na história das ferrovias - acidentes ferroviários após a Segunda Guerra Mundial

Observações

1. ↑ A locomotiva do trem de carga que descarrilou a explosão foi afetada. O maquinista do trem seguinte, D161 Basel - Cologne, freou, mas não conseguiu impedir que seu trem batesse nos escombros do trem de carga. 8 pessoas morreram e 4 outras ficaram feridas.
2. ↑ A locomotiva foi usada como uma locomotiva de empurrar para um trem de abastecimento com destino à Tchecoslováquia . Durante uma longa permanência em uma pista de ultrapassagem, o motorista do motor e o foguista adormeceram e não perceberam que o nível da água na caldeira havia caído abaixo do nível crítico. Ambos e um maquinista que estava no vagão ao lado morreram na explosão. A caldeira foi lançada a 50 metros (Eberhard Schüler: Naquela época em Eschwege West . In: Eisenbahngeschichte 84 (2017). ISSN 1611-6283, p. 43).
3. ↑ A estação Westbourne Park agora perde apenas para o metrô de Londres . Até 1992, havia também uma parada da British Rail aqui .

Evidência individual