煤粉噴吹罐的定期檢驗(yàn)

沈曉東 佟飛虎 馮 正 高 珊 劉 瑾

(鞍山鋼鐵集團(tuán)公司工程質(zhì)量生產(chǎn)監(jiān)測管理中心 鞍山 114003)

煤粉噴吹罐的定期檢驗(yàn)

沈曉東 佟飛虎 馮 正 高 珊 劉 瑾

(鞍山鋼鐵集團(tuán)公司工程質(zhì)量生產(chǎn)監(jiān)測管理中心 鞍山 114003)

《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定壓力容器的介質(zhì)是液體或氣體，但在實(shí)際生產(chǎn)中偶爾會(huì)遇到介質(zhì)中含有固體物料的情況，因此本文通過對(duì)一臺(tái)煤粉噴吹罐的檢驗(yàn)，總結(jié)該壓力容器特點(diǎn)和主要失效模式，并針對(duì)該類壓力容器如何檢驗(yàn)及檢驗(yàn)重點(diǎn)和注意事項(xiàng)進(jìn)行了闡述，以保證煤粉噴吹罐在使用過程中的安全性，并針對(duì)主要失效模式提出預(yù)防措施。

煤粉噴吹罐 定期檢驗(yàn) 固體物料

介質(zhì)對(duì)壓力容器的安全使用影響是相當(dāng)巨大的，按照《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》第九十九條第二款規(guī)定：壓力容器是指盛裝氣體或者液體，承載一定壓力的密閉設(shè)備[1]。但在冶金行業(yè)中，壓力容器主要安裝在動(dòng)力系統(tǒng)，承擔(dān)著儲(chǔ)存、分離、緩沖等作用。這些壓力容器工作介質(zhì)中含有固體物料，比如煤粉噴吹罐中含有煤粉。通過以煤粉噴吹罐定期檢驗(yàn)為舉例，闡述此類壓力容器的檢驗(yàn)除按常規(guī)檢驗(yàn)外還應(yīng)考慮煤粉對(duì)容器在使用過程中的影響，總結(jié)該壓力容器特點(diǎn)和主要失效模式，并據(jù)此編制檢驗(yàn)方案進(jìn)行檢驗(yàn)。

1 檢驗(yàn)案例

筆者對(duì)鞍鋼股份某廠一臺(tái)煤粉噴吹罐進(jìn)行定期檢驗(yàn)，該容器基本情況為：按GB 150—1998設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)壓力1.94MPa，設(shè)計(jì)溫度80℃，厚度30mm,內(nèi)徑3200mm，高度9156mm，容積50m3，材質(zhì)16MnR，介質(zhì)為氮?dú)夂兔悍?。煤粉噴吹罐的結(jié)構(gòu)示意圖（如圖1所示）。

圖1 煤粉噴吹罐結(jié)構(gòu)簡圖

煤粉噴吹罐的工作原理是承壓的容器通過氮?dú)鈱⒚悍蹏姶得撾x罐體。在這個(gè)過程中氮?dú)鈱?duì)容器的腐蝕很小，而煤粉在壓力的作用下與容器內(nèi)壁摩擦，致使容器產(chǎn)生磨損。其磨損的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它容器的正常腐蝕速度，且當(dāng)氣體進(jìn)入容器后噴吹物料與容器的摩擦是無規(guī)律可循的。對(duì)筒體外部宏觀檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)使用單位擅自更換整個(gè)下錐封頭(圖2為封頭和筒體連接擅自焊接與原廠焊縫對(duì)比)。

圖2 擅自焊接封頭的焊縫與原廠焊縫的對(duì)比

并且第一排第三進(jìn)氣口（進(jìn)氣口主要作用是通過錐封頭底部吹氣防止煤粉膨料，共設(shè)2排，8個(gè)進(jìn)氣口）補(bǔ)強(qiáng)板撿漏孔被焊死且正下方擅自貼補(bǔ)（見圖3），第一排進(jìn)氣口與第二排進(jìn)氣口之間擅自貼補(bǔ)（見圖4），初步判斷罐內(nèi)壁局部磨損嚴(yán)重，安全附件為爆破片和壓力表，爆破片的爆破壓力大于最高允許使用壓力。壓力表合格。停機(jī)進(jìn)行罐內(nèi)檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)罐內(nèi)壁局部區(qū)域呈磨損特征，特別是外壁貼補(bǔ)處和第三進(jìn)氣口接管角焊縫由于物料磨損嚴(yán)重已泄露，對(duì)磨損嚴(yán)重的區(qū)域選取幾個(gè)測厚點(diǎn)并進(jìn)行強(qiáng)度校核，剩余厚度滿足工作需要。本次定期檢驗(yàn)的結(jié)論：1）使用單位擅自更換下錐封頭并在筒體泄露處擅自進(jìn)行貼補(bǔ)；2）檢漏孔被盲死，其作用是對(duì)補(bǔ)強(qiáng)件、墊板、固定焊縫進(jìn)行密封試驗(yàn)時(shí)檢漏及接管角焊縫殼體被覆蓋的焊縫泄露時(shí)發(fā)出信號(hào)[2]，本次檢驗(yàn)使用單位因不懂泄漏信號(hào)指示孔的作用，簡單的認(rèn)為是泄漏點(diǎn)而擅自將其焊死，造成內(nèi)部接管已泄露未被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，險(xiǎn)些造成事故；3）爆破片的爆破壓力大于最高允許使用壓力。檢驗(yàn)結(jié)束后,向使用單位發(fā)意見通知書,針對(duì)上述缺陷要求立即停止使用該臺(tái)設(shè)備并找有資質(zhì)的單位進(jìn)行修理并檢驗(yàn)合格，按規(guī)定重新選取合適的爆破片后容器方可使用。

圖4

2 根據(jù)特點(diǎn)進(jìn)行檢驗(yàn)

通過上述檢驗(yàn)案例可知由于介質(zhì)中含有煤粉這一特殊性，使得這種壓力容器有以下幾個(gè)特點(diǎn)，檢驗(yàn)人員檢驗(yàn)時(shí)可根據(jù)這些特點(diǎn)制定檢驗(yàn)方案實(shí)施檢驗(yàn)。

2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

含有煤粉的容器，其煤粉噴吹罐結(jié)構(gòu)大致為：上下封頭、圓形筒體、支座。其中下封頭一般采用錐型，這一結(jié)構(gòu)特點(diǎn)就是防止擔(dān)料。由于錐型封頭在制造成型過程中易產(chǎn)生錯(cuò)邊、棱角度等超標(biāo)缺陷，焊縫易產(chǎn)生未焊透等埋藏缺陷，因此在結(jié)構(gòu)檢查和無損檢測中應(yīng)重點(diǎn)注意。另外，這一結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在圓筒體與錐型封頭的連接焊縫以及錐型封頭的焊縫易產(chǎn)生附加彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力，造成使用過程中產(chǎn)生裂紋[3]，外觀檢查時(shí)是重點(diǎn)部位，必要時(shí)可進(jìn)行無損檢測并適當(dāng)提高檢測比例。此外，隨著生產(chǎn)工藝的不斷改進(jìn)容器也向大型化發(fā)展，由于工作介質(zhì)含有煤粉容器承載重量大，在檢查容器支承和基礎(chǔ)時(shí)也是重點(diǎn)檢查項(xiàng)目。

2.2 工作環(huán)境特點(diǎn)

工作環(huán)境包括工作溫度、工作濕度等外部環(huán)境，也包括工作介質(zhì)、工作壓力等內(nèi)部環(huán)境。通常來說這類容器的外部工作環(huán)境較為干燥，使用溫度基本為常溫，因此外表面不易造成腐蝕或呈現(xiàn)為均勻腐蝕。因此容器的外表面腐蝕不作為重點(diǎn)檢驗(yàn)項(xiàng)目。

由于罐內(nèi)介質(zhì)含有煤粉顆粒，因此要特別注意磨損，其特點(diǎn)是流體對(duì)金屬表面同時(shí)產(chǎn)生磨損的破壞形態(tài)。通常呈現(xiàn)局部的溝槽、波紋、圓滑或山谷形，有的有方向性，有的則無方向性，嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致局部泄露，所以容器內(nèi)壁磨損程度是檢驗(yàn)重點(diǎn)。

2.3 安全附件特點(diǎn)

由于容器盛裝煤粉，一般情況下這類容器不選安全閥，而是選用爆破片。主要目的是防止介質(zhì)中的固體顆粒堵死安全閥閥口導(dǎo)致其超壓時(shí)無法起跳而喪失保護(hù)功能。在對(duì)爆破片檢查時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問題：

●2.3.1 爆破片的類型選用是否正確

由于煤粉噴吹罐是脈動(dòng)載荷、壓力大幅度頻繁波動(dòng)的容器，最好選用反拱型或彎曲型爆破片，其它類型處于高應(yīng)力狀態(tài)，易疲勞失效[4]。

●2.3.2 爆破片的裝設(shè)是否合理

爆破片裝置與容器的連接管線應(yīng)為直管。通道面積不得小于膜片的泄放面積；易爆介質(zhì)的壓力容器，應(yīng)當(dāng)在爆破片的排出口裝設(shè)導(dǎo)管，將排放介質(zhì)引至安全地點(diǎn)，并且進(jìn)行妥善處理，不得直接排入大氣；爆破片的安裝方向一定注意是否正確。

●2.3.3 爆破片爆破壓力的選定

爆破片的設(shè)計(jì)爆破壓力不得大于該容器的設(shè)計(jì)壓力，并且最小爆破壓力不得小于該容器的工作壓力，當(dāng)設(shè)計(jì)圖樣或者銘牌上標(biāo)注有最高允許工作壓力時(shí)，爆破壓力不得大于壓力容器的最高允許工作壓力[5]。

●2.3.4 爆破片是否定期更換

壓力容器的使用單位應(yīng)根據(jù)本單位的實(shí)際情況確定爆破片更換年限并定期進(jìn)行更換。

此外由于工作介質(zhì)含有煤粉，在檢驗(yàn)其它安全附件（如壓力表等）應(yīng)重點(diǎn)檢查其接管是否被固體顆粒堵塞造成失效和是否在有效期內(nèi)。

3 結(jié)論

煤粉噴吹罐由于介質(zhì)中含有煤粉顆粒，因此最大的失效模式就是磨損，一旦泄露可能會(huì)造成很嚴(yán)重的后果，泄露的煤粉由于靜電、火星、動(dòng)力等因素可能發(fā)生燃燒爆炸，此外由于噴出罐沖壓、流化、助吹全數(shù)采用了氮?dú)猓坏┑獨(dú)庑孤?，也可造成人員窒息。這就要求壓力容器檢驗(yàn)人員在檢驗(yàn)過程中，一定要根據(jù)磨損這一主要失效模式制定檢驗(yàn)法案。當(dāng)容器的磨損速率較大時(shí)應(yīng)縮短檢驗(yàn)周期，年度檢驗(yàn)時(shí)也應(yīng)重點(diǎn)檢查進(jìn)氣口相對(duì)應(yīng)沖擊和接管補(bǔ)強(qiáng)板的檢漏孔。以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，消除隱患。為了減少腐蝕磨損可以給使用單位提出一些建議和措施如：1）合理選材，選擇時(shí)應(yīng)優(yōu)先選擇耐腐性材料，其次考慮材料的耐磨性；2）在介質(zhì)中添加緩蝕劑，過濾懸浮固體顆粒，降低操作溫度；3）在設(shè)計(jì)時(shí)考慮降低流速，減少湍流，加厚易損部位使其易于拆換修補(bǔ)?？傊?，在實(shí)際工作中，檢驗(yàn)人員一定要不斷的學(xué)習(xí)，知識(shí)面要寬，熟悉掌握相關(guān)的政策法規(guī)，在檢驗(yàn)時(shí)要根據(jù)容器的特點(diǎn)和主要失效模式制定檢驗(yàn)方案并進(jìn)行檢驗(yàn)。

[1] 特種設(shè)備安全監(jiān)察條例[S].

[2] 謝鐵軍，壽比南，王曉雷，等.《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》釋義[M].北京：新華出版社，2009.

[3] 桑如苞.殼體局部彎曲應(yīng)力的分類及其一次結(jié)構(gòu)法[J].壓力容器，2001(02)：23-29+37.

[4] 馬源，丁信偉.爆破片選用指南[J].壓力容器，1994 (05)：70-74+16-3.

[5] TSG R0004—2009 固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].

Periodical Inspection of the Pulverized Coal Injection Tank

Shen Xiaodong Tong Feihu Feng Zheng Gao Shan Liu Jin
(Ansteel Group Corporation engineering quality monitoring management center Anshan 114003)

According to 'Supervision Regulation on Safety Technology for Pressure Vessel’, the medium of pressure vessel should be liquid or gas, but solid material would be the medium sometimes in actual production. Therefore, take a pulverized coal injection tank inspection as an example, this paper summed up the characteristic and major failure mode of such pressure vessels, described how to inspect this type of pressure vessel, and inspection focus and precautions, put forward preventive measure based on the main failure mode to ensure security of such pressure vessel in production.

Pulverized coal injection tank Periodical inspection Solid materials

X933.2

B

1673-257X(2015)09-0047-03

10.3969/j.issn.1673-257X.2015.09.010

沈曉東(1980～),女，碩士，中級(jí)工程師，從事特種設(shè)備檢驗(yàn)工作。

2015-03-31）