淺析不銹鋼烘筒定期檢驗(yàn)

胡松　毛健　李梅靜　唐祥

摘 要 本文對(duì)不銹鋼烘筒在設(shè)計(jì)、制造、使用過程中產(chǎn)生缺陷進(jìn)行分析。分析得出：焊縫應(yīng)100%滲透檢測;射線檢測抽查焊縫;測厚重點(diǎn)位置為封頭直邊段及焊縫區(qū);水壓試驗(yàn)應(yīng)為必做項(xiàng)目，試驗(yàn)壓力根據(jù)工作壓力得出。本文還就內(nèi)窺鏡尋找焊縫過程作了具體介紹，以及對(duì)不銹鋼烘筒制造、安裝、使用單位提出安全技術(shù)建議。

關(guān)鍵詞 不銹烘筒;定期檢驗(yàn);檢驗(yàn)方法

中圖分類號(hào)： TS103文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.02.020

不銹鋼烘筒被大量用在燙平機(jī)上，隨著洗滌行業(yè)的發(fā)展，不銹鋼烘筒成為特種設(shè)備事故高發(fā)地帶[1-2]。不銹鋼烘筒為I類壓力容器[3]，定期檢驗(yàn)依據(jù)《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（以下稱《固容規(guī)》）執(zhí)行[4]，但對(duì)定期檢驗(yàn)具體操作至今鮮有相關(guān)文獻(xiàn)介紹，本文就檢驗(yàn)過程需考慮因素、檢驗(yàn)方法選取、檢驗(yàn)結(jié)論判斷進(jìn)行分析和討論，同時(shí)對(duì)采用內(nèi)窺鏡定位縱焊縫的操作過程作了詳細(xì)介紹，以期為同行提供有益參考。

1 檢驗(yàn)中考慮因素

1.1 設(shè)計(jì)缺陷

不銹鋼烘筒封頭形式有三種：蝶形（圖1）、平蓋形（圖2）、S形（圖3）。蝶形封頭依據(jù)GB150.3—2011第5.4條設(shè)計(jì)，此種封頭形式有設(shè)計(jì)依據(jù)，但在傳熱過程中存在死角如圖1中A、B、C、D位置，并且支承軸距較長。平蓋封頭依據(jù)GB150.3—2011第5.9條設(shè)計(jì)[5]，但封頭與筒體連接需采用全焊透形式，全焊透過程中填充金屬量較大，會(huì)導(dǎo)致筒體變形甚至受損，因此在實(shí)際制造過程中全焊透形式不被采用，而是設(shè)計(jì)成部分焊透的連接形式[2]。S形封頭能有效的解決上述兩種封頭形式的問題，能避免傳熱死角和全焊透損壞筒體，但此種封頭形式無相關(guān)設(shè)計(jì)依據(jù)，設(shè)計(jì)中只能依靠設(shè)計(jì)單位進(jìn)行應(yīng)力分析和評(píng)定來解決。在定期檢驗(yàn)過程中常遇到蝶形和S形封頭，平蓋形封頭很少涉及。本文也就重點(diǎn)討論蝶形和S形封頭，在連接過程中，蝶形和S形封頭與筒體連接形式為搭接，《固容規(guī)》第8.5.3條明確封頭與筒體采用搭接結(jié)構(gòu)為不合理結(jié)構(gòu)。

不銹鋼烘筒筒體是通過封頭上凸緣法蘭與支承軸相連接，支承軸支承烘筒，在支承點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生支座反力和附加外彎矩，根據(jù)受力平衡在軸頭法蘭相應(yīng)產(chǎn)生附加外彎矩，軸頭法蘭受外載荷狀況如圖4所示。設(shè)計(jì)單位對(duì)其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)來確定，而未有相應(yīng)設(shè)計(jì)（或校核）計(jì)算書[2]。由支承軸與筒體連接的受力狀況，在進(jìn)行定期檢驗(yàn)中此部位應(yīng)作為重點(diǎn)檢驗(yàn)位置。

1.2 制造缺陷

不銹鋼烘筒制造采用GTAW單面焊雙面成型工藝焊接筒體縱縫，在制造過程中會(huì)存在焊工能力不足，導(dǎo)致該工藝穩(wěn)定性得不到保證，縱焊縫背面成型不理想，甚至未焊透、根部未熔合現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生[2]。

不銹鋼烘筒縱縫焊接完成后需進(jìn)行轆圓，通過擠壓裝置對(duì)不銹鋼烘筒筒體內(nèi)壁擠壓達(dá)到校圓的目的，這樣會(huì)在筒體縱縫徑向形成壓應(yīng)力，環(huán)向形成拉壓力，易使焊縫由于外加應(yīng)力的作用產(chǎn)生新生缺陷。

圖5為定期檢驗(yàn)過程中借助內(nèi)窺鏡發(fā)現(xiàn)的縱縫在制造過程中產(chǎn)生的缺陷。

制造不銹鋼烘筒筒體的板材為卷板開平，對(duì)于大部分烘筒制造廠不具備卷板開平設(shè)備和能力，多數(shù)是委托鋼材經(jīng)銷商根據(jù)本廠所需要的長度尺寸開平，由于卷板開平后的頭部和尾部不符合烘筒制造要求，制造廠一般不會(huì)采購，但材料原始標(biāo)志均標(biāo)注在卷板頭部，開平后每張鋼板上沒有材料原始標(biāo)志，這就增加了材質(zhì)用錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)，在首次定期檢驗(yàn)中應(yīng)對(duì)材質(zhì)進(jìn)行復(fù)驗(yàn)。

1.3 使用過程產(chǎn)生的缺陷

不銹鋼烘筒焊縫區(qū)域存在拉應(yīng)力，溫度、壓力循環(huán)交變引起內(nèi)應(yīng)力，旋轉(zhuǎn)中軸不同步筒體易引起扭矩，不銹鋼處于應(yīng)力環(huán)境下對(duì)含氯離子的介質(zhì)特別敏感，氯離子滲透到不銹鋼鈍化膜孔隙，發(fā)生電離、溶解反應(yīng)，使烘筒筒體發(fā)生局部腐蝕[6]。

燙平機(jī)在工作中是烘筒帶動(dòng)牽引皮帶進(jìn)行周向運(yùn)動(dòng)，皮帶和烘筒相對(duì)運(yùn)動(dòng)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦面上，容易磨損使壁厚減薄[7]。

2 檢驗(yàn)檢測

2.1 無損檢測

2.1.1 縱焊縫的定位

不銹鋼筒體在制造過程中經(jīng)過轆圓及表面拋光處理后，外表面光滑，加之筒體上不開孔，筒體縱焊縫難以定位，在定期檢驗(yàn)中通過借助內(nèi)窺鏡來定位縱焊縫。具體方法是：將內(nèi)窺鏡鏡頭用鐵絲固定從虹吸管安裝口進(jìn)入，鏡頭調(diào)整靠近不銹鋼烘筒內(nèi)表面附近如圖6所示，固定內(nèi)窺鏡鏡頭的鐵絲另一端形狀制作成如A所示。慢速運(yùn)行燙平機(jī)，通過內(nèi)窺鏡顯示屏觀察烘筒內(nèi)部，當(dāng)看到烘筒焊縫位置時(shí)立即停止運(yùn)行燙平機(jī)，移動(dòng)鏡頭尋找焊縫，看到焊縫后固定鐵絲，通過外部鐵絲端指向在烘筒上標(biāo)記出焊縫所在區(qū)域。圖7為現(xiàn)場照片。

2.1.2 滲透檢測

不銹鋼烘筒受交變應(yīng)力作用，表面長期處于摩擦工況。應(yīng)當(dāng)對(duì)縱焊縫、封頭與筒體連接的環(huán)焊縫進(jìn)行100%的滲透檢測。

2.1.3 射線檢測

內(nèi)窺鏡可對(duì)鏡頭覆蓋范圍不銹鋼烘筒內(nèi)表面腐蝕狀況、焊縫質(zhì)量進(jìn)行宏觀檢驗(yàn)。但鏡頭覆蓋區(qū)域有限，對(duì)鏡頭未能覆蓋區(qū)域的焊縫需使用射線檢測進(jìn)行抽查。

2.2 測厚

封頭與筒體采用搭接結(jié)構(gòu)，直邊段必須與筒體內(nèi)壁緊密貼合，貼合長度大于或等于3倍的封頭計(jì)算厚度[4]。為了保證直邊段與筒體緊密貼合，封頭直邊段需根據(jù)筒體內(nèi)徑的尺寸進(jìn)行車加工，加工會(huì)導(dǎo)致直邊段厚度減薄，對(duì)不銹鋼烘筒封頭直邊段應(yīng)為定期檢驗(yàn)過程中測厚重點(diǎn)。

不銹鋼烘筒制造過程中內(nèi)外表面經(jīng)過打磨、轆圓、拋光處理后，最終焊縫（母材）處厚度減薄，焊縫區(qū)域也為測厚的重點(diǎn)區(qū)域。

2.3 水壓試驗(yàn)

不銹鋼烘筒在設(shè)計(jì)、制造過程中存在固有缺陷，水壓試驗(yàn)應(yīng)是定期檢驗(yàn)中的必做項(xiàng)目。不銹鋼烘筒在使用中往往使用壓力只是設(shè)計(jì)壓力一半，故水壓試驗(yàn)的試驗(yàn)壓力應(yīng)根據(jù)使用單位的工作壓力來選取，不易按設(shè)計(jì)壓力。水壓試驗(yàn)過程中應(yīng)當(dāng)將虹吸管如圖8所示放置，這樣才能有效的將筒體內(nèi)氣體排盡[8]。

3 檢驗(yàn)中常遇問題及建議

3.1 制造方面

不銹鋼烘筒制造過程中內(nèi)外表面經(jīng)過打磨、轆圓、拋光處理后，縱焊縫難以定位。建議制造單位在制造過程中對(duì)縱焊縫位置在封頭上進(jìn)行永久性標(biāo)識(shí)，便于后期的檢查和檢驗(yàn)。

3.2 安裝方面

不銹鋼烘筒安裝涉及兩個(gè)單位，一個(gè)是燙平機(jī)制造單位，一個(gè)是給使用單位安裝燙平機(jī)的單位。對(duì)于不銹鋼烘筒的安裝，上述兩個(gè)單位都涉及，但責(zé)任界線不清，相關(guān)部門應(yīng)盡快完善相關(guān)規(guī)程劃清兩個(gè)單位在安裝過程中責(zé)任界線。

3.3 使用管理方面

使用單位特種設(shè)備使用安全知識(shí)的缺乏，常常帶來巨大災(zāi)難。對(duì)于燙平機(jī)，在開車初期，蒸汽與烘筒內(nèi)低溫水相遇一部分蒸汽將被凝結(jié)，在這一區(qū)域?qū)a(chǎn)生瞬間壓力下降，管道中蒸汽將提高流速來填充，蒸汽凝結(jié)過程的推動(dòng)力是蒸汽壓力與水表面的飽和壓力之差，水溫越低冷凝過程的推動(dòng)力就越大[9-10]，在冬季使用燙平機(jī)此類現(xiàn)象最易引發(fā)爆炸。使用單位應(yīng)加強(qiáng)不銹鋼烘筒操作人員的培訓(xùn)管理，做到經(jīng)常對(duì)管路系統(tǒng)、安全附件及儀表、疏水設(shè)備的檢查和檢修。

4 結(jié)束語

不銹鋼烘筒作為承壓設(shè)備，其自身的特殊結(jié)構(gòu)和工作環(huán)境，在運(yùn)行中往往會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕、疲勞失效和磨損等多種缺陷，因此檢驗(yàn)人員應(yīng)制定有效的檢驗(yàn)措施，確保設(shè)備的安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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