淺析蒸壓釜損傷模式及定期檢驗方法

李順德，李莉

（1.黔西南州特種設(shè)備檢驗所；2.黔西南州環(huán)境監(jiān)測站，貴州 興義 562400）

1 蒸壓釜主要結(jié)構(gòu)和使用特點

蒸壓釜是快開門式壓力容器，生產(chǎn)過程屬間歇操作，常在蒸壓釜兩端設(shè)置快開門讓物料快捷進出。釜內(nèi)工作介質(zhì)主要為飽和蒸汽，工作壓力雖然不高，但由于容積大，一旦發(fā)生事故，釋放的能量較大。因蒸壓釜快開門結(jié)構(gòu)具有特殊性，該結(jié)構(gòu)的壓力容器我國至今無統(tǒng)一的設(shè)計規(guī)范標準，目前均是套用國外結(jié)構(gòu)，且型式多、亂，所以問題較多.隨著操作過程中升溫升壓、降溫降壓的周期性循環(huán)，承受著交變載荷的作用。另外，由于釜體頂部和底部之間存在一定的溫度差，特別是升壓升溫階段釜體頂部和底部溫差有時可達100℃，因此，產(chǎn)生溫差應(yīng)力。

2 蒸壓釜常見損傷模式和易發(fā)生部位

2.1 裂紋

蒸壓釜在操作上具有頻繁加壓、加熱、物料出入的特點，在結(jié)構(gòu)上釜體法蘭和快開門端蓋法蘭的嚙齒呈幾何不連續(xù)性，嚙齒部位易產(chǎn)生應(yīng)力集中；端蓋的啟、閉伴隨著釜內(nèi)經(jīng)常升降壓，嚙齒和釜體焊縫承受交變應(yīng)力；釜內(nèi)升、降溫頻繁造成筒體環(huán)向上下部溫度差較大，存在交變的熱應(yīng)力；蒸壓釜特殊的使用方式造成其承受低周期疲勞載荷，在應(yīng)力集中部位容易產(chǎn)生疲勞裂紋。主要有以下三個部位的焊縫容易發(fā)生裂紋：第一是異種鋼連接處焊縫，該類型焊縫主要在蒸壓釜釜體、釜蓋與法蘭的焊接焊縫。因為法蘭處承受周期性疲勞載荷或高應(yīng)力集中導(dǎo)致焊縫內(nèi)部焊接缺陷處呈現(xiàn)裂紋并擴展至外表面；其次是角焊縫，該類型焊縫主要在蒸壓釜釜體和支座的連接焊縫，該處易產(chǎn)生裂紋是因蒸壓釜的支承由固定和活動兩種支座構(gòu)成，活動支座的滾桿活動距離如果不能有效地消除釜體在升溫降溫過程中產(chǎn)生的熱脹冷縮位移量，就會在支座和筒體角焊縫處形成應(yīng)力集中，輕則產(chǎn)生裂紋、重則使釜體向上拱曲造成支座護板與釜體連接部位撕裂；再次是筒體現(xiàn)場施工焊接的環(huán)焊縫，現(xiàn)場施焊焊縫的因受施工環(huán)境、施工條件、焊工操作條件等限制難以保證焊接質(zhì)量，容易產(chǎn)生焊接缺陷。檢驗中該種焊縫通過審查蒸壓釜的安裝資料，找出在蒸壓釜現(xiàn)場施焊的環(huán)焊縫，此類焊縫通常在釜體中部，在檢驗中應(yīng)給與高度的重視。

2.2 腐蝕

釜體環(huán)向底部60°范圍內(nèi)受到冷凝水、污泥、從混凝土制品中逸出的有害氣體混合物、以及通蒸汽前釜內(nèi)殘存的空氣中氧氣的聯(lián)合作用，使釜底部60°范圍內(nèi)表面有許多呈零星分布的點狀腐蝕，蝕孔口大小約為30～80mm，腐蝕產(chǎn)物顏色發(fā)黑且硬而脆，形似錐狀。腐蝕機理為多為垢下腐蝕。對于生產(chǎn)工藝配方中含堿性物質(zhì)的會發(fā)生堿腐蝕，垢下腐蝕和堿腐蝕兩種作用下對于釜內(nèi)無防腐措施的釜體的腐蝕坑較生產(chǎn)工藝配方無堿性物質(zhì)的腐蝕坑要深3～5mm。

釜體縱向兩端排水孔處2.0m范圍內(nèi)腐蝕現(xiàn)象較釜體中部嚴重，釜體中部腐蝕輕微甚至無腐蝕。這是因為釜內(nèi)蒸汽冷凝水的排放通過釜底端部位置靠近端蓋處的排水孔匯集后統(tǒng)一排放，冷凝水中混合堿性物質(zhì)在釜體兩端匯集、停留濃縮造成該部位腐蝕加劇強度削弱。其余表面腐蝕輕微或無腐蝕現(xiàn)象。

2.3 變形

變形也是蒸壓釜常見的損傷模式，是由工作過程中產(chǎn)生的溫差應(yīng)力造成的。蒸壓釜的變形主要包括釜體法蘭失圓和釜體法蘭密封面變形兩種。

2.4 安全聯(lián)鎖裝置失效

蒸壓釜的安全聯(lián)鎖裝置主要作用是防止操作人員帶壓開門，造成蒸汽泄露傷人事故。目前常用安全聯(lián)鎖裝置有機械部分和電器部分組成，機械部分有安全手柄、安全圓盤、接桿、球閥四個配件組成。電氣部分主要有行程控制器、聲光報警系統(tǒng)、驅(qū)動馬達等組成。電器系統(tǒng)是對機械系統(tǒng)執(zhí)行情況的確認和信息的反饋。使用中，由于操作不當?shù)仍蛟斐砂踩珗A盤和釜蓋上限位塊的變形、損壞使安全連桿和球閥不能同步運行，造成安全聯(lián)鎖裝置機械部分失效。此外，有的操作工安全意識淡薄，私自破壞安全聯(lián)鎖裝置的控制線或不使用安全插銷等，或因工作環(huán)境造成控制線路及部件損壞、老化失效，從而導(dǎo)致其安全聯(lián)鎖功能無法實現(xiàn)。

3 定期檢驗主要方法

3.1 宏觀檢驗

宏觀檢驗對于保障蒸壓釜的安全運行非常重要，重點檢查以下內(nèi)容：（1）結(jié)構(gòu)檢查，重點檢查釜齒的結(jié)構(gòu)是否存在鋼板拼焊；檢查釜蓋法蘭與封頭，釜體法蘭與筒體的連接形式。逐個檢查釜齒是否存在擠傷與根部裂紋，必要時進行表面探傷。（2）釜體內(nèi)表面宏觀檢驗重點檢查縱環(huán)焊縫裂紋、壁面腐蝕、鼓包、內(nèi)構(gòu)件變形等缺陷。檢查重點部位是釜蓋法蘭與封頭、釜體法蘭與筒體連接處焊縫、筒體對接焊縫及角焊縫部位。應(yīng)注意檢查釜內(nèi)下部60°范圍的焊縫，尤其是釜底兩軌間的環(huán)縫，釜底的積液或雜物需要清理干凈。（3）檢查吊裝吊卡是否去除，與釜體母材焊接處有無損傷。檢查釜內(nèi)是否存在因進釜撞擊、釜車彈軌、模板不正而造成的釜體碰傷、刮傷等缺陷。（4）變形檢查，重點檢查釜體法蘭失圓和釜體法蘭密封面變形，可拉線檢查釜體是否有“香蕉變形”。（5）支座部位重點檢查基礎(chǔ)有無下沉、活動支座是否有效支承且活動正常，支座與腹板間隙一般不超過30mm。檢查釜下托輥是否存在斜輥、脹伸受阻、輥架損壞或不承重（懸空）等不正常狀況。（6）檢查釜內(nèi)軌道托座與釜體母材焊接是否出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象。（7）檢查冷凝水排放裝置是否正常，檢查排水花帽及排水管線是否正常。（8）檢查釜外壁保溫層有否脫落，有否蒸氣泄漏痕跡。（9）檢查釜蓋懸掛裝置、手搖減速器是否動作靈活；檢查所有緊固件有無松動等。

3.2 壁厚測定

壁厚測定是檢驗壓力容器承壓部件減薄情況的常用手段，常用超聲波測厚儀對組成釜體的每個筒節(jié)和封頭的進行不少于2點的檢測，重點檢驗底部介質(zhì)浸沒部分、物料進口、流動轉(zhuǎn)向等易受腐蝕、沖蝕的部位。對發(fā)現(xiàn)腐蝕、磨損等缺陷部位應(yīng)仔細測定，如測量厚度小于設(shè)計允許的最小壁厚時應(yīng)重新進行強度校核，并提出是否能繼續(xù)使用及允許的最高工作壓力。

3.3 無損檢測

無損檢測重點對內(nèi)壁焊縫部位進行，必要時可進行外表面焊縫無損檢測抽查。采用的無損檢測方法主要有磁粉檢測、滲透檢測（一般返修時采用）、超聲波或射線檢測。采用黑磁粉（必要時可采用熒光磁粉）對內(nèi)壁對接焊縫一般進行不少于20%的抽查，對可檢部位接管角焊縫及懷疑部位進行100%檢測。重點檢測部位有：釜蓋法蘭與封頭，釜端法蘭與筒體連接的環(huán)焊縫，支座與釜體連接部位的內(nèi)外表面，釜蓋封頭拼縫，釜端兩頭環(huán)焊縫及與此焊縫相連的縱焊縫（T字區(qū)）；釜底兩軌間以及各外延200mm的環(huán)焊縫；釜內(nèi)角焊縫和釜蓋外角焊縫；經(jīng)修補的缺陷或經(jīng)堆焊的部位；其他抽查部位（如吊裝吊卡去除后，母材可能發(fā)生應(yīng)力腐蝕部位）；硬度抽查偏高部位等。必要時采用超聲波或射線對筒體對接焊縫進行抽查，重點檢測部位有：位于蒸壓釜中部的現(xiàn)場組焊環(huán)焊縫、釜端法蘭與筒體連接的環(huán)焊縫及與此焊縫相連的縱縫（T字區(qū)）、磁粉檢測發(fā)現(xiàn)裂紋的部位以及可疑部位。

3.4 筒壁強度校核

壁厚測定中如發(fā)現(xiàn)筒體有測量厚度小于設(shè)計允許的最小壁厚時，應(yīng)重新進行強度校核。強度校核公式選取有以下兩種：蒸壓釜如出廠隨帶資料齊全的可按原設(shè)計計算公式進行強度校核；對于設(shè)備出廠資料缺少或沒有、材質(zhì)不明的蒸壓釜，按《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（TSG 21-2016）相關(guān)規(guī)定必須查明材質(zhì)，再按《壓力容器》（GB150-2011）進行強度校核。

4 結(jié)語

通過介紹蒸壓釜的結(jié)構(gòu)、使用特點，分析并總結(jié)四種主要的損傷模式為裂紋、變形、腐蝕、安全聯(lián)鎖失效，依據(jù)現(xiàn)有的常規(guī)檢驗技術(shù)和無損檢測方法有針對性地提出檢驗方法并指明重點檢驗部位，為檢驗人員制定檢驗方案提供參考，確保檢驗工作順利、完整實施，降低蒸壓釜的事故率，保證建材裝置安全、穩(wěn)定運行。