快開(kāi)門式壓力容器的定期檢驗(yàn)思考范文
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摘要：快開(kāi)門式壓力容器作為特種設(shè)備的一種，由于其開(kāi)關(guān)時(shí)間較短、裝卸方便，在頻繁間隙式生產(chǎn)行業(yè)被廣泛應(yīng)用。但由于其工況復(fù)雜，頻繁開(kāi)啟，導(dǎo)致安全事故發(fā)生的可能性也明顯增加。本文將結(jié)合實(shí)際的檢驗(yàn)案例，分析設(shè)備的失效模式和產(chǎn)生原因，為設(shè)備的定期檢驗(yàn)和使用維護(hù)提出合理化的建議。
關(guān)鍵詞：快開(kāi)門壓力容器;腐蝕裂紋;安全附件
1前言
快開(kāi)門壓力容器由于其開(kāi)關(guān)時(shí)間短、裝卸方便等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用，但據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，快開(kāi)門式壓力容器發(fā)生爆炸事故約占?jí)毫θ萜魇鹿实娜种蛔笥遥m然快開(kāi)門壓力容器工作壓力不大，但由于部分容器體積較大，PV值較大，一旦發(fā)生事故，造成的危害是不可估量的[1]。為了杜絕該類事故的發(fā)生，保障設(shè)備的安全運(yùn)行，本文將結(jié)合快開(kāi)門壓力容器檢驗(yàn)的實(shí)際情況，介紹設(shè)備的檢驗(yàn)要點(diǎn)，分析主要的失效模式和產(chǎn)生原因，結(jié)合實(shí)際的檢驗(yàn)案例，為設(shè)備的安全運(yùn)行和維護(hù)提出合理化的建議。
2定期檢驗(yàn)要點(diǎn)
依據(jù)《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》，考慮到快開(kāi)門壓力容器一般工況比較惡劣，頻繁的升溫升壓、降溫降壓易產(chǎn)生疲勞損傷，加之頻繁開(kāi)關(guān)門容易導(dǎo)致安全聯(lián)鎖裝置失靈，快開(kāi)門壓力容器的定期檢驗(yàn)以宏觀檢驗(yàn)、壁厚測(cè)定、表面無(wú)損檢測(cè)、安全附件檢查為主，必要時(shí)增加埋藏缺陷檢測(cè)。
2.1宏觀檢驗(yàn)
快開(kāi)門壓力容器的宏觀檢驗(yàn)主以目視檢查為主，主要檢查設(shè)備內(nèi)外表面是否存在機(jī)械損傷及明顯的腐蝕現(xiàn)象，對(duì)接焊縫、接管角焊縫、支撐支座以及釜門釜齒根部等應(yīng)力集中部位是否存在裂紋，設(shè)備本體及支座是否存在變形，對(duì)于有保溫層的設(shè)備查看保溫層是否有破損，是否存在保溫層下腐蝕及裂紋。設(shè)備的排放裝置是否存在阻塞。由于快開(kāi)門壓力容器日常使用過(guò)程中承受較大的疲勞載荷，宏觀檢驗(yàn)過(guò)程中還應(yīng)對(duì)設(shè)備的幾何尺寸進(jìn)行檢驗(yàn)，大型快開(kāi)門壓力容器還應(yīng)檢查基礎(chǔ)是否存在下沉、傾斜、開(kāi)裂等安全隱患。
2.2壁厚測(cè)定
依據(jù)固容規(guī)及設(shè)備的實(shí)際使用狀況，壁厚測(cè)定重點(diǎn)選擇易受磨損、腐蝕、沖蝕的部位（如液位波動(dòng)部位、腐蝕介質(zhì)浸沒(méi)部位、物料進(jìn)出口及截面突變部位）、制造成型時(shí)薄部位、接管部位以及檢驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的保溫層破損等可疑部位，一旦不厚小于設(shè)計(jì)的允許最小壁厚應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度校核，確定是否允許繼續(xù)使用及最高允許工作壓力。
2.3表面無(wú)損檢測(cè)
對(duì)于快開(kāi)門壓力容器，考慮到其工況其結(jié)構(gòu)的特殊性，表面無(wú)損檢測(cè)應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注承受交變載荷、易產(chǎn)生疲勞裂紋的嚙齒根部、滑軌角焊縫，安全閥等接管角焊縫，釜體內(nèi)表面縱環(huán)焊縫丁字口等應(yīng)力集中部位，尤其是筒體下部60°范圍內(nèi)溫差應(yīng)力和交變載荷較大部位。同時(shí)，還要對(duì)制造和使用過(guò)程中的補(bǔ)焊部位、工卡具焊跡等部位進(jìn)行重點(diǎn)檢測(cè)。
2.4安全附件檢查
與其他壓力容器明顯不同的是，快開(kāi)開(kāi)門壓力容器除了確定安全閥、壓力表等是否進(jìn)行定期校驗(yàn)、檢定，是否符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求外，還需要對(duì)快開(kāi)門聯(lián)鎖裝置進(jìn)行檢查，確定其快開(kāi)門聯(lián)鎖裝置是否滿足設(shè)計(jì)文件規(guī)定的使用技術(shù)要求。尤其是早期制造的設(shè)備，要確定其能否實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聯(lián)鎖，滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及使用安全要求。
3檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及處理措施
結(jié)合快開(kāi)門壓力容器的實(shí)際檢驗(yàn)狀況，通過(guò)分析總結(jié)發(fā)現(xiàn)其主要失效模式表現(xiàn)為腐蝕、裂紋及安全附件失效。本文將結(jié)合實(shí)際的檢驗(yàn)案例，對(duì)設(shè)備的失效模式進(jìn)行分析，提出合理化的防護(hù)措施。
3.1腐蝕
對(duì)于常用的快開(kāi)門壓力容器，一般工作溫度比較高、整體工況比較惡劣，受到設(shè)備內(nèi)冷凝水、污泥、酸性或堿性腐蝕介質(zhì)的聯(lián)合作用，特別容易腐蝕減薄而削弱設(shè)備的整體強(qiáng)度。
3.1.1保溫層下腐蝕
圖1為某化工廠硫化罐檢驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的保溫層下腐蝕，設(shè)備外表面均勻腐蝕減薄，腐蝕減薄厚度1.5mm。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，該設(shè)備正常工作溫度高達(dá)150℃，2005年投入使用，使用年限高達(dá)15年，且保溫層破損嚴(yán)重，雖然使用過(guò)程中使用單位對(duì)其保溫層進(jìn)行修復(fù)，但修復(fù)效果并不理想，加之設(shè)備頻繁的升溫升壓、降溫降壓，導(dǎo)致保溫層下積聚大量蒸汽冷凝水，由于巖棉對(duì)水較高的吸附性導(dǎo)致設(shè)備外表面長(zhǎng)期保持濕潤(rùn)的狀態(tài)。當(dāng)車間內(nèi)揮發(fā)性比較強(qiáng)的酸性介質(zhì)溶于保溫層下水膜之后就產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕：所以，針對(duì)有保溫層的快開(kāi)門壓力容器，定期檢驗(yàn)過(guò)程中必須檢查保溫、隔熱層是否完好，對(duì)于有破損、腐蝕的部位必須進(jìn)行壁厚測(cè)定確保其不超過(guò)設(shè)備的腐蝕裕量。對(duì)于保溫完好的設(shè)備，必要時(shí)也應(yīng)對(duì)存在腐蝕和外表面開(kāi)裂傾向的部位進(jìn)行局部拆保溫檢測(cè)。
3.1.2堿腐蝕
除了保溫層下腐蝕之外，對(duì)于建材行業(yè)常用的蒸壓釜還常常發(fā)生堿腐蝕。圖2為某建材有限公司蒸壓釜檢測(cè)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的凹坑腐蝕圖片，腐蝕部位主要集中在釜體內(nèi)部?jī)蓚?cè)進(jìn)蒸汽管附近，最大凹坑深度達(dá)5mm左右。設(shè)備2018年投入使用，工作溫度198.3℃，設(shè)計(jì)壓力1.3MPa，工作介質(zhì)飽和蒸汽及冷凝水。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，發(fā)生凹坑腐蝕的主要原因是由于其工作溫度比較高，設(shè)備頻繁的進(jìn)行開(kāi)關(guān)，且在設(shè)備停車期間兩側(cè)釜門處于開(kāi)啟狀態(tài)，造成在釜體內(nèi)部?jī)蓚?cè)蒸汽管表面積聚大量的冷凝水，加之車間環(huán)境比較差，蒸汽管上表面沉積大量的Ca（OH）2等物質(zhì)，這樣在被覆蓋與未被覆蓋區(qū)域形成氧濃度差，為腐蝕創(chuàng)造了條件。同時(shí)，蒸壓釜加工的磚坯主要是有Ca（OH）2等堿性物質(zhì)加壓成型，由蒸汽進(jìn)行加熱，在加熱過(guò)程中磚坯吸收熱量而產(chǎn)生一定量的冷凝水同樣會(huì)積聚在蒸汽管表面，在高溫高壓作用下冷凝水會(huì)溶解大量的Ca（OH）2等堿性物質(zhì)，從而造成蒸汽管表面電化學(xué)腐蝕-堿腐蝕。加之堿腐蝕的主要特點(diǎn)是點(diǎn)蝕，形成的腐蝕凹坑在高溫作用下會(huì)將堿濃縮，加快腐蝕速率，這就導(dǎo)致即使該設(shè)備僅僅投用3年，蒸汽管附近腐蝕也特別嚴(yán)重，需要對(duì)整個(gè)管子進(jìn)行更換。圖2蒸壓釜凹坑腐蝕針對(duì)建材行業(yè)此類蒸壓釜設(shè)備，設(shè)備停用期間要對(duì)其進(jìn)行通風(fēng)晾干，確保釜體內(nèi)表面沒(méi)有冷凝水積聚，定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行清理、排污，清除設(shè)備內(nèi)殘?jiān)胺e灰，定期修理疏水閥，保證排污暢通。定期檢驗(yàn)過(guò)程中一旦發(fā)生凹坑腐蝕應(yīng)根據(jù)固容規(guī)8.5.4條要求確定是否在允許范圍內(nèi)，否則應(yīng)由有資質(zhì)單位進(jìn)行補(bǔ)焊，且補(bǔ)焊深度超過(guò)1/2壁厚，還應(yīng)進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。
3.1.3晶間腐蝕
除了硫化罐、蒸壓釜之外，紡織行業(yè)常用的高溫高壓染色機(jī)、醫(yī)院的滅菌器、食品行業(yè)常用的肉制品殺菌蒸煮鍋也屬于快開(kāi)門壓力容器，并且此類設(shè)備常采用奧氏體不銹鋼制成。相比于其他設(shè)備，此類快開(kāi)門壓力容器還有發(fā)生晶間腐蝕的風(fēng)險(xiǎn)。主要是因?yàn)閵W氏體不銹鋼在450~850℃屬于晶間腐蝕的敏化溫度區(qū)間，固溶處理過(guò)的奧氏體不銹鋼若在此溫度區(qū)間重新加熱就會(huì)使過(guò)飽和的碳向晶界擴(kuò)散在晶界形成Cr23C6，造成晶界貧鉻，一旦鉻含量低于12%不銹鋼的耐腐蝕性明顯下降，發(fā)生晶間腐蝕。且晶間腐蝕會(huì)降低不銹鋼晶粒間的結(jié)合力，大大降低金屬的機(jī)械強(qiáng)度，一旦發(fā)生危險(xiǎn)巨大。雖然此類設(shè)備使用過(guò)程中一般達(dá)不到敏化溫度，但奧氏體不銹鋼的焊接必然會(huì)經(jīng)過(guò)此溫度，如果焊接工藝不當(dāng)，發(fā)生晶間腐蝕的可能性很大，所以在此類設(shè)備的定期檢驗(yàn)過(guò)程中，要重點(diǎn)對(duì)法蘭與筒體及封頭連接處、安全閥角焊縫處、支座墊板連接處等可能發(fā)生晶間腐蝕的焊縫位置進(jìn)行重點(diǎn)檢測(cè)。
3.2裂紋
3.2.1疲勞裂紋
對(duì)于快開(kāi)門壓力容器來(lái)說(shuō)要經(jīng)常的啟閉進(jìn)出物料會(huì)產(chǎn)生交變應(yīng)力，頻繁的升溫升壓、降溫降壓過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生交變熱應(yīng)力，設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間承受疲勞載荷，就會(huì)產(chǎn)生疲勞裂紋，尤其是在嚙齒、支座與釜體連接部位、滑軌與釜體連接處、釜體縱環(huán)焊縫的丁字口等應(yīng)力集中部位發(fā)生開(kāi)裂。尤其是早期的快開(kāi)門壓力容器，釜體法蘭與筒體、封頭連接處采用不合理的角接甚至搭接結(jié)構(gòu)，釜齒采用焊接方法制造，釜門未采用整體鍛造存在拼接焊縫，使設(shè)備在焊接部位存在較大的應(yīng)力集中，在交變載荷的作用下，發(fā)生疲勞開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)大大增加[3]。圖3為某高溫高蒸煮鍋檢驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的滑軌與筒體間焊縫開(kāi)裂。檢驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，該單位每天要用此設(shè)備加工3-4次肉制品，且每次加工肉制品的重量都比較大，在頻繁的進(jìn)出物料過(guò)程中產(chǎn)生交變應(yīng)力，造成多條滑軌與筒體間焊縫疲勞開(kāi)裂。通過(guò)對(duì)開(kāi)裂處進(jìn)一步無(wú)損檢測(cè)發(fā)現(xiàn)確認(rèn)此焊縫并未傷及設(shè)備筒體，所以建議使用單位找有資質(zhì)單位進(jìn)行補(bǔ)焊加固，并要求使用過(guò)程中加強(qiáng)維護(hù)，滑軌處焊縫狀態(tài)，確保設(shè)備安全運(yùn)行。對(duì)于快開(kāi)門壓力容器來(lái)說(shuō)安全閥的角焊縫也是容易產(chǎn)生疲勞損傷的位置之一。圖4為某脫蠟釜檢驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的安全閥支座角焊縫裂紋。此設(shè)備一般工作壓力在0.6MPa左右，安全閥整定壓力0.8MPa，但設(shè)備實(shí)際在工作運(yùn)行過(guò)程中，壓力經(jīng)常超過(guò)0.8MPa，安全閥開(kāi)啟頻率比較高，加之設(shè)備頻繁啟閉，經(jīng)常升溫升壓、降溫降壓，此處承受較大的疲勞載荷，加之設(shè)備投用時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10年，最終造成安全閥處角焊縫整圈開(kāi)裂。因此快開(kāi)門壓力容器定期檢驗(yàn)過(guò)程中一定要對(duì)嚙齒根部、滑軌、接管角焊縫，焊縫丁字口等應(yīng)力集中部位重點(diǎn)進(jìn)行表面無(wú)損檢測(cè)，必要時(shí)增加埋藏缺陷檢測(cè)，確保及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的疲勞裂紋。
3.2.2應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂
圖5為某蒸壓釜檢驗(yàn)過(guò)程中在釜體環(huán)焊縫處發(fā)現(xiàn)的裂紋且經(jīng)打磨后沒(méi)有消除。該設(shè)備工作溫度180℃，工作壓力1.0MPa，工作介質(zhì)為飽和蒸汽及冷凝水，材質(zhì)345R。通過(guò)觀察可以發(fā)現(xiàn)此裂紋細(xì)小且呈蜘蛛網(wǎng)狀，結(jié)合設(shè)備的使用工況分析總結(jié)確定此裂紋為碳酸鹽應(yīng)力腐蝕裂紋。由于設(shè)備的整體運(yùn)行溫度比較高，Q34R在高溫下與水蒸汽產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)：
3Fe+4H2O→Fe3O4+4H2（3）
反應(yīng)生成的Fe3O4覆蓋在釜體內(nèi)表面，形成一層保護(hù)膜，但由于設(shè)備頻繁的升溫升壓、降溫降壓產(chǎn)生交變應(yīng)力，尤其在釜體焊縫部分造成應(yīng)力集中，當(dāng)拉伸應(yīng)力過(guò)高時(shí)就將保護(hù)膜撕裂破壞，形成最初的腐蝕裂紋。在設(shè)備頻繁開(kāi)關(guān)期間，堿液就會(huì)在裂紋處富集，形成電偶腐蝕，裂紋的尖端區(qū)域?yàn)殛?yáng)極，裂紋周圍的保護(hù)層為陰極，形成小陽(yáng)極大陰極的結(jié)構(gòu)，加上拉應(yīng)力的影響最終造成裂紋的迅速擴(kuò)展[4]。除了碳酸鹽應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂之外，不同工況設(shè)備內(nèi)存在的堿性物質(zhì)、酸性物質(zhì)、氯離子等的存在都會(huì)增加應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的可能性，所以定期檢驗(yàn)過(guò)程中一定要結(jié)合實(shí)際使用狀況對(duì)應(yīng)力集中部位開(kāi)展有效的無(wú)損檢測(cè)。
3.3安全附件
對(duì)于快開(kāi)門壓力容器來(lái)說(shuō)，安全附件的檢查是檢驗(yàn)過(guò)程中至關(guān)重要的一項(xiàng)。區(qū)別于其他壓力容器，此類容器除了要檢查安全閥是否定期校驗(yàn)、整定壓力是否符合要求，爆破片是否定期更換之外，還需要確認(rèn)快開(kāi)門安全聯(lián)鎖裝置是否滿足技術(shù)要求，保證釜門未關(guān)閉設(shè)備不能升壓，釜內(nèi)壓力未降為0MPa釜門無(wú)法打開(kāi)，且使用單位要定期對(duì)安全聯(lián)鎖裝置進(jìn)行檢查，確定聯(lián)鎖功能運(yùn)行正常。
4總結(jié)
（1）快開(kāi)門壓力容器由于其頻繁開(kāi)關(guān)，產(chǎn)生較大的交變應(yīng)力，加之工況惡劣，使用過(guò)程中特別容易發(fā)生腐蝕、裂紋、安全聯(lián)鎖裝置失靈等現(xiàn)象，定期檢驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)結(jié)合實(shí)際使用狀況有針對(duì)性的制定檢驗(yàn)方案，重點(diǎn)關(guān)注容易產(chǎn)生缺陷的薄弱部位；（2）快開(kāi)門壓力容器管理人員要做好設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)，定期排污、清除殘?jiān)?，保持設(shè)備內(nèi)無(wú)腐蝕物質(zhì)的積聚，保溫、防腐層完好，定期對(duì)聯(lián)鎖裝置功能進(jìn)行校驗(yàn)，保證安全聯(lián)鎖裝置正常工作。
作者：盧玉秀 劉元?jiǎng)?李振兵 周生存 單位：泰安市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院