鑄鐵烘缸檢驗策略的制定

郭方文黃彥標(biāo)楊海堂

（1. 廣西特種設(shè)備監(jiān)督檢驗院 南寧 530219）

（2. 廣西南寧鳳凰紙業(yè)有限公司 南寧 530031）

鑄鐵烘缸檢驗策略的制定

郭方文1黃彥標(biāo)2楊海堂1

（1. 廣西特種設(shè)備監(jiān)督檢驗院 南寧 530219）

（2. 廣西南寧鳳凰紙業(yè)有限公司 南寧 530031）

文章首先介紹了一起鑄鐵烘缸爆炸事故的分析結(jié)果，對鑄鐵烘缸的損傷模式進(jìn)行了識別，依據(jù)損傷模式制定了鑄鐵烘缸定期檢驗的策略，以宏觀檢驗、壁厚測定、水壓試驗為主。實踐證明該檢驗策略實現(xiàn)了檢驗有效性和經(jīng)濟(jì)性的統(tǒng)一。

爆炸事故 鑄鐵烘缸 定期檢驗 檢驗策略

1 鑄鐵

廣西區(qū)內(nèi)有多家造紙企業(yè)，擁有2000多臺鑄鐵烘缸，由于鑄鐵烘缸的耐磨損性良好、制造工藝簡單，造價低廉，被廣泛地應(yīng)用于造紙工業(yè)的紙張烘干、定型。多年來未出現(xiàn)大的特種設(shè)備安全事故，但隨著烘缸朝大型化，高參數(shù)化發(fā)展，其使用安全形勢發(fā)生了較大的變化，對使用安全管理和定期檢驗均提出了更高的要求。

2011年12月南寧某大型造紙廠一臺日本制造的BF烘缸在運行時發(fā)生爆炸，該烘缸2008年投入運行，到爆炸時運行未滿3年，期間沒有出現(xiàn)嚴(yán)重異常，爆炸當(dāng)天下午發(fā)生紙干的不好的現(xiàn)象，外排了一部分冷凝水，未造成人員傷亡，直接經(jīng)濟(jì)損失1000多萬元。根據(jù)事故調(diào)查報告結(jié)論，直接原因為烘缸操作端螺栓通孔處爆炸前存在陳舊性軸向裂紋，該源裂紋經(jīng)過長時間腐蝕，在交變應(yīng)力的作用下，形成裂紋面疲勞擴(kuò)展至表面，在內(nèi)壓、烘缸轉(zhuǎn)動離心力和托輥壓力的共同作用下最終發(fā)生爆炸事故。

圖1所示為裂紋源。典型斷口宏觀特征如圖2所示，在轉(zhuǎn)動前方縱向斷面的兩端螺栓孔附近觀察到有顏色異域正常區(qū)斷口的暗灰色斷口，懷疑此區(qū)域在爆炸前已經(jīng)存在裂紋。依據(jù)掃描電鏡檢測結(jié)果，觀察到暗灰色區(qū)域斷口表面均覆蓋一層結(jié)晶狀的或較密實的鐵的氧化物，如圖3所示，這是在高于常溫下形成的氧化物特征。還觀察到有受到規(guī)律性擠壓的輪胎狀痕跡，如圖4、圖5所示。這些痕跡顯示，該區(qū)域受到過運行過程的溫度、應(yīng)力等環(huán)境因素的影響，從而確定該區(qū)是在烘缸爆炸前已經(jīng)存在的裂紋區(qū)域。

圖2 縱斷面操作端螺栓孔斷口

圖3 結(jié)晶狀鐵的氧化物

圖4 斷口表面擠壓和銹蝕痕跡

圖5 石墨片和珠光體片層形貌

由于該設(shè)備投用未滿三年，未進(jìn)行首次定期檢驗，但分析事故的原因?qū)﹁T鐵烘缸的定期檢驗策略的制定具有重要的參考價值。

2 鑄鐵烘缸損傷模式識別

鑄鐵烘缸主要介質(zhì)為水和水蒸汽，設(shè)計溫度一般為143℃。介質(zhì)本身對設(shè)備腐蝕比較小，不會造成大的減薄。其損傷模式通常為機(jī)械接觸損傷、磨損、低應(yīng)變脆性斷裂。

2.1 機(jī)械接觸損傷

鑄鐵烘缸的機(jī)械接觸損傷主要是生產(chǎn)過程中的刮

刀造成的，刮刀使用一段時間后局部會發(fā)生變形，容易割傷烘缸表面甚至形成溝槽，降低了烘缸的有效厚度，造成烘缸承載能力下降。

2.2 磨損

烘缸的磨損是生產(chǎn)過程中缸面與產(chǎn)品的相對摩擦運動造成的，主要會造成烘缸的均勻減薄，尤其是運行時間長的烘缸，會造成明顯的減薄。

2.3 低應(yīng)變脆性斷裂

鑄鐵烘缸失效多是在使用過程中產(chǎn)生的裂紋引起的。大多數(shù)烘缸是用灰鑄鐵制成的，由于灰鑄鐵屬于脆性材料，材料性能較脆，鑄鐵在鑄造過程中易發(fā)生鑄造缺陷，且內(nèi)部鑄造組織較鋼材疏松，晶粒較粗，分散著大量的片狀石墨，強(qiáng)度和塑性低，沒有明顯的彈性變形特征，在變形過程中突然斷裂，為低應(yīng)變脆性斷裂[1]，缸面典型性缺陷如圖6所示。

圖6 缸面典型裂紋缺陷

同時由于鑄鐵烘缸兩端軸頭不僅承受著缸體的自重和缸內(nèi)冷凝水重量，還要承受著使烘缸轉(zhuǎn)動的扭矩。烘缸在均速轉(zhuǎn)動下產(chǎn)生較大的離心慣性力。在端蓋與軸頭等連接處承受著相當(dāng)大的動應(yīng)力，容易使該位置出現(xiàn)裂紋。如圖7某企業(yè)一臺烘缸驅(qū)動軸脆性斷裂。

圖7 驅(qū)動軸脆性斷裂

3 定期檢驗策略制定[2]

鑄鐵烘缸的特殊性決定了難以采用普通容器檢驗的儀器，由于其材質(zhì)對超聲波衰減非常大，且每個烘缸單獨鑄造，其衰減差別各異，檢驗檢測機(jī)構(gòu)則由于缺乏成熟的檢驗檢測設(shè)備，同時由于造紙烘缸多是成套或成組布置，間隙空間小，傳統(tǒng)的檢驗方案要么就大而全，包含宏觀檢查、壁厚測定、無損檢測、硬度測定、強(qiáng)度校核等諸多項目；而部分檢驗機(jī)構(gòu)只進(jìn)行常規(guī)的宏觀檢驗和安全附件檢驗。存在檢驗過度或檢驗不足的問題，未能實現(xiàn)一般性和特殊性的統(tǒng)籌兼顧，也無法實現(xiàn)檢驗有效性和經(jīng)濟(jì)性的和諧統(tǒng)一。

本文提出的檢驗策略是在分析和總結(jié)大量烘缸檢驗結(jié)果的基礎(chǔ)上提出的，檢驗策略以宏觀檢驗、壁厚測定抽查、耐壓試驗為主，必要時可針對檢出缺陷增加檢測有效性高的無損檢測方法進(jìn)行定量定性。

3.1 宏觀檢驗

對烘缸進(jìn)行內(nèi)外表面裂紋、腐蝕、劃傷、母材脫落、鑄造縮孔等缺陷檢查，重點檢查內(nèi)壁結(jié)構(gòu)不連續(xù)、形狀突變處，澆鑄冒口區(qū)，厚薄差較大部位缸蓋、缸體圓弧過渡區(qū)等部位等處有無嚴(yán)重的腐蝕、磨損、縮孔、疏松等缺陷，外表面有無裂紋、腐蝕及機(jī)械接觸損傷等缺陷。必要時可借助5～10倍放大鏡重點檢查。必要時增加幾何尺寸檢驗，主要檢查錐頸與缸壁夾角，錐頸長度應(yīng)是否符合相關(guān)規(guī)范要求，錐頸與缸體及法蘭是否光滑過渡等。

3.2 壁厚測定抽查

因為鑄鐵內(nèi)部有大量的片狀石墨，對超聲波有較大的反射作用，通常采用超聲波探傷儀對鑄鐵烘缸進(jìn)行測厚，檢測前先用游標(biāo)卡尺測量邊緣缸面厚度，再用超聲波探傷儀測量，調(diào)節(jié)材料聲速后反復(fù)比對，比對后選擇代表性部位進(jìn)行壁厚測定抽查。

3.3 耐壓試驗

由于烘缸制造時遺留的內(nèi)部缺陷難以用常規(guī)檢驗方法檢出，推薦每兩個檢驗周期進(jìn)行一次水壓試驗。試驗壓力取最高工作壓力的2倍。水壓試驗進(jìn)水、加壓可從進(jìn)汽端管線接入；從另一側(cè)缸蓋預(yù)設(shè)的排氣孔排氣。保壓后重點檢查缸面、缸體與缸蓋的鏈接部位以及螺栓孔，經(jīng)檢查無滲漏、無可見變形、無異常響聲為合格。

4 檢驗實例

按照前文確定的檢驗策略，對廣西某大型造紙企業(yè)的100多臺烘缸進(jìn)行定期檢驗，檢驗完畢后發(fā)現(xiàn)其中兩臺烘缸存在重大缺陷。其中編號為EC-15的烘缸在封頭部位發(fā)現(xiàn)一處300mm長的開口裂紋(如圖8所示)。

圖8 EC-15烘缸缸蓋裂紋

在某小型造紙廠宏觀檢驗合格后進(jìn)行水壓試驗時，缸蓋圓弧法蘭發(fā)現(xiàn)一長約150mm貫穿性裂紋，裂紋從螺栓孔起裂呈放射狀指向傳動軸。耐壓試驗剛開始未見泄露，水壓逐漸增大后才噴射狀泄露。該臺設(shè)備安全狀況等級評定為5級。企業(yè)更換缸蓋法蘭后重新投入使用。檢驗實踐證明該方案科學(xué)合理，兼顧了檢驗經(jīng)濟(jì)性及有效性。

5 結(jié)論

1）鑄鐵烘缸由于自身的優(yōu)良特性，在造紙印染等行業(yè)廣泛應(yīng)用，如管理或使用不善，有可能發(fā)生重大安全事故，研究鑄鐵烘缸損傷模式、制定科學(xué)合理的檢驗策略非常必要。

2）從鑄鐵烘缸的損傷模式看，蒸汽介質(zhì)對烘缸本身腐蝕不大，鑄鐵烘缸失效多是由制造遺留缺陷和使用過程中產(chǎn)生的缺陷引起的，應(yīng)充分認(rèn)識到缺陷的特殊性，通過加強(qiáng)安全檢查和定期檢驗，確保烘缸使用安全。

3）依據(jù)鑄鐵烘缸損傷模式制定的以宏觀檢驗、壁厚測定和耐壓試驗為主的定期檢驗策略具有科學(xué)性和

針對性，能有效檢出使用過程中產(chǎn)生的裂紋等危險性缺陷，同時兼顧了檢驗的經(jīng)濟(jì)性，操作性強(qiáng)。

Inspection Strategy of Cast Iron Dryer from an Explosion Accident

Guo Fangwen1Huang Yanbiao2Yang Haitang1
( 1. Special Equipment and Inspection Institute of Guangxi Nanning 530219)
(2. Nangning Phonix pulp& paper Co .Ltd Nanning 530031 )

This article introduce analyzed result of a cast iron cylinder explosion accident, and find the damage model of cast iron cylinder. On the basis of damage model, the regularly inspection strategy of the cast iron cylinder is formulated, which includes macro inspection, wall thickness determination, the hydraulic pressure test. Practice proves that this inspection strategy could achieve the unity of effectiveness and economy.

Explosion accident Cast iron dryer Eriodical inspection Inspection strategy

B

1673－257X(2014)06－55－03

郭方文，(1978-)，男，工程師，檢驗師，主要從事壓力容器定期檢驗和監(jiān)督檢驗工作。

2013－11－23）