染色機定期檢驗中有關問題的分析與討論

蔡 杰

（江蘇省特種設備安全監(jiān)督檢驗研究院鹽城分院 鹽城 224052）

染色機是通過配置專用紗架，對各種類型紗線、純棉、尼龍、羊毛、毛滌（以下簡稱“物料”）等進行漂染處理的承壓設備。該設備主要由熱交換器和染缸通過中間管道連接組成，漂染用的染液經(jīng)過熱交換器加熱后，進入染缸對物料進行染色，按照染缸的形狀，染色機可分為立式、臥式及L型三種，見圖1。

染色機的操作參數(shù)一般為：工作壓力在0.3～0.6MPa之間，工作溫度在130～230℃之間。熱交換器和染缸通常采用奧氏體不銹鋼（304、316L等）制造，其物料進出口采用橢圓形回轉蓋快開人孔結構；在操作工藝上，物料通過回轉蓋進出染缸時具有溫度控制精度要求高、執(zhí)行元件多、動作頻繁等特點，造成染色機經(jīng)常處于頻繁開啟的交變載荷狀態(tài)；再者，為配制合適的染液，在染液中往往要加入亞氯酸鈉、氯化鈉等多種化工配料，使得染液的成分十分復雜，染色機完全處在酸、堿、水蒸氣惡劣環(huán)境中，從而會導致一系列的缺陷產(chǎn)生，增加了事故隱患。本文就筆者在檢驗過程中的工作實踐，通過分析染色機特殊結構及惡劣的工藝環(huán)境對其安全運行的影響，結合定期檢驗中缺陷案例統(tǒng)計分析，對該類設備定期檢驗時有關問題進行討論，并提出針對性措施，為業(yè)內(nèi)同仁對該類設備檢驗提供借鑒和參考。

圖1 立式、臥式、L型染色機

1 結構的特殊性及惡劣的工藝環(huán)境對設備安全運行的影響

1.1 門蓋屬于橢圓形回轉快開結構

物料進出采用橢圓形回轉快開人孔結構，該結構通過在人孔門蓋四周布置的活節(jié)螺栓與螺母連接，達到打開和鎖緊的目的，雖然不屬于TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》[1]所定義的快開門式壓力容器，但為了保證操作運行的安全，仍然需要在壓力完全釋放的情況下方可開門，在門蓋關閉到位時才能升壓的快開操作系統(tǒng)。為了實現(xiàn)這一功能，在設計時采用了安全聯(lián)鎖、開關量控制、模擬量控制等多措施的快開操作系統(tǒng)，開門時操作人員通過在控制柜上裝設的介質溫度顯示儀進行判斷，當顯示溫度降至某一溫度以下(如80℃)時打開泄放閥并進行快開操作系統(tǒng)的操作，而關門時則完全依賴于螺栓與螺母是否緊固到位以及法蘭密封面的密封性能。在實際操作中，由于快開操作系統(tǒng)的失靈、密封面的泄漏常常會對操作者造成傷害。

1.2 設備承受循環(huán)交變載荷

染色機在一個開閉過程中都要經(jīng)歷一次升壓（升溫）→保壓（保溫）→降壓（降溫）的循環(huán)，一般每天有十幾次到數(shù)十次，由于沒有保溫層，溫度的變化會引起溫差熱應力，從承受載荷角度，壓力的變化使設備承受著循環(huán)交變載荷，這類的載荷往往會引起疲勞失效[2]。

1.3 處于應力腐蝕環(huán)境

染液由染料、勻染劑和促染劑組成，許多企業(yè)直接用自來水加入亞氯酸鈉、氯化鈉等配制染液，所以染液中都含有一定量的氯離子，而且含量大多超過25mg/L；由于容器焊接時引起的焊接殘余應力沒有完全消除，焊縫區(qū)域存在較大的拉應力，加之染色機運行過程中的循環(huán)交變載荷引起內(nèi)應力，因此設備完全處在應力環(huán)境下運行，奧氏體不銹鋼在應力環(huán)境下對含氯離子的介質特別敏感，染液中的氯離子由于半徑小，穿透能力極強，滲透到鈍化膜內(nèi)極小的孔隙，發(fā)生電離、溶解反應，從而使某些局部區(qū)域的腐蝕加深，最后形成蝕孔，蝕穿金屬斷面，導致染色機表面產(chǎn)生裂紋，也就是應力腐蝕開裂[3]。

1.4 物料對容器及管道內(nèi)壁沖刷

由于工藝的特殊性，在熱交換器及染缸上需開設蒸汽進口管、染液進出管、冷凝水進出管等，這些連接管道在頻繁的物料進出、流動轉向時極易遭受腐蝕、沖刷；另外由于物料的頻繁進出以及設備在工作過程時在染液循環(huán)泵的作用下處于強烈的高頻振動狀態(tài)，染液的波動也會造成對容器內(nèi)壁的沖刷。

2 定期檢驗中發(fā)現(xiàn)的缺陷案例統(tǒng)計分析

通過對近年來定期檢驗中發(fā)現(xiàn)存在缺陷的16臺染色機進行分析，發(fā)現(xiàn)裂紋類缺陷的容器有8臺，占50%，發(fā)現(xiàn)快開操作系統(tǒng)缺陷的有3臺，占18.75%，發(fā)現(xiàn)染缸及管道內(nèi)壁沖刷、磨損缺陷的有3臺，占18.75%，其他缺陷的有2臺。

再對8臺染色機中裂紋類缺陷進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)法蘭與筒體及封頭連接處、管道與熱交換器及染缸的角焊縫、搖擺桿連接處及安全附件接管內(nèi)表面等部位均容易產(chǎn)生裂紋。其裂紋分布位置及主要失效機理詳見表1。

表1 8臺裂紋類缺陷分布位置統(tǒng)計

3 定期檢驗應采取的針對性措施

從上述結構的特殊性及惡劣的工藝環(huán)境對設備安全運行的影響及定期檢驗中缺陷案例統(tǒng)計分析可看出，在染色機的定期檢驗過程中，為準確發(fā)現(xiàn)設備運行中的新生缺陷，及時排除事故隱患，除按宏觀檢驗、壁厚測定、安全附件檢驗等常規(guī)的檢驗檢測方法外，還必須采取以下有針對性的檢驗措施：

3.1 快開門蓋及其快開操作系統(tǒng)

1) 活節(jié)螺栓。

應在對螺栓逐個清洗后，檢驗其損傷和裂紋情況，重點檢驗螺紋及過渡部位有無環(huán)向裂紋，必要時進行PT檢測。

2) 密封面、密封墊片。

法蘭密封面有無泄漏，密封墊片的聚四氟乙烯包覆層是否完好，結構層是否完好和具有良好彈性。

3) 門蓋。

對門蓋進行測厚和宏觀檢查，檢查是否存在減薄和表面裂紋，必要時對門蓋進行PT檢測。

4) 快開操作系統(tǒng)。

應對快開操作系統(tǒng)進行功能檢查，驗證安全聯(lián)鎖、開關量控制、模擬量控制是否靈敏可靠；染色機快開門裝置要求在某一溫度(如80℃)以下才能打開門蓋，測溫儀表的準確性非常重要，因此需要定期對其進行校驗。

3.2 設備承受循環(huán)交變載荷

染色機承受了循環(huán)交變載荷，可能引起疲勞失效，應該對以下焊縫進行宏觀檢查和PT檢測：法蘭與筒體連接處、法蘭與封頭連接處、封頭兩端蓋板連接處、支腳墊板處、接管角焊縫與搖擺桿連接處等。

3.3 應力腐蝕開裂

采取宏觀檢查和PT檢測的方法對容器內(nèi)表面與染液接觸的焊縫區(qū)域以及應力集中部位進行重點檢測，檢驗其是否存在應力腐蝕開裂缺陷。

3.4 容器及管道內(nèi)壁沖刷、磨損

應對以下部位進行重點測厚：蒸汽進口管、染液進出管、冷凝水進出管、熱交換器與染缸的連接管道，尤其是在彎頭、三通等部位；容器內(nèi)壁液面波動部位。

3.5 熱交換器

熱交換器屬于固定管板換熱器，殼程部分內(nèi)部無法檢驗，對于殼程部分可采用內(nèi)窺鏡等手段進行檢查；對管程必要時可拆卸管箱，對管板表面、管箱內(nèi)表面以及與管箱連接管道的內(nèi)表面進行宏觀檢查，必要時作PT檢測，檢查這些表面是否存在腐蝕、沖刷等缺陷。

4 結論

作為承壓設備，染色機由于其自身的特殊結構，加之處于較為惡劣的工藝環(huán)境中，在運行過程中往往會產(chǎn)生應力腐蝕開裂、疲勞失效、沖刷和磨損、快開操作系統(tǒng)失靈等多種缺陷，因此檢驗人員應制定針對性的檢驗措施，準確發(fā)現(xiàn)設備運行中的新生缺陷，及時排除事故隱患，以確保設備的安全運行。

[1]TSG 21—2016 固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程[S].

[2]黎華，王戀，林金梅. 高溫高壓染色機殼體破裂分析[J]. 理化檢驗（物理分冊），2014（07）：512-514.

[3]李向前. 高溫高壓染色機裂紋分析[J]. 科技創(chuàng)新與應用，2014（03）：44-45.