由于安裝不合理而引起的換熱器鼓包事故分析

周志超

摘要：染色機(jī)是印染企業(yè)使用的最主要的壓力容器，由于染色機(jī)正常工作狀態(tài)是在高溫高壓運(yùn)行，印染企業(yè)特種設(shè)備安全事故往往都發(fā)生在染色機(jī)上。因此染色機(jī)的定期檢驗(yàn)至關(guān)重要，關(guān)系到企業(yè)的安全生產(chǎn)和員工的生命安全。本文就以一起染色機(jī)定期檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)換熱器鼓包事故為例，分析事故產(chǎn)生的原因和預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：染色機(jī)? 換熱器? 鼓包? 安裝? 鞍式支座? 使用管理

正文：

2020年03月，本市某印染企業(yè)有一套雙缸染色機(jī)到期，申請(qǐng)定期檢驗(yàn)，該染色機(jī)的設(shè)計(jì)壓力為0.80 MPa（殼程）/0.40 MPa（管程），設(shè)計(jì)溫度為183 ℃（殼程）/155 ℃（管程），使用介質(zhì)為水蒸汽（殼程）/染液（管程）。

上圖為染色機(jī)示意圖，染色機(jī)的工作原理：染色機(jī)主要由染色機(jī)缸體、換熱器和后部的過濾器組成，換熱器管程和染色機(jī)缸體相連，染液在內(nèi)部循環(huán)，換熱器殼程通蒸汽，用于加熱染液，加熱的染液進(jìn)入缸體給布料染色，整個(gè)染色過程是在高溫高壓下進(jìn)行。

先對(duì)該臺(tái)染色機(jī)進(jìn)行資料審查，該臺(tái)染色機(jī)的制造日期為2014年02月，已使用6年多，缸體材質(zhì)為S30408，厚度為4、5mm;換熱器殼程筒體和膨脹節(jié)材質(zhì)為S30408，厚度為4mm，查看三年前首次定期檢驗(yàn)報(bào)告，上次報(bào)告安全狀況等級(jí)為1級(jí)，換熱器殼程筒體實(shí)測(cè)最小厚度為3.8mm，膨脹節(jié)實(shí)測(cè)最小厚度為3.4mm。

然后進(jìn)行外觀檢查，發(fā)現(xiàn)該染色機(jī)的換熱器保溫層有變形脫落現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)異常后拆開保溫層檢查，發(fā)現(xiàn)該換熱器殼程下部鼓包嚴(yán)重，最大變形高度約30mm，而上部卻未發(fā)現(xiàn)有明顯變形情況。再往下觀察，發(fā)現(xiàn)該換熱器的鞍式支座未用螺栓固定，而是用焊接方式直接把鞍式支座牢牢地焊接在固定板上。殼程上部安全閥整定壓力為0.80MPa，在有效期內(nèi)?，F(xiàn)場(chǎng)情況如下圖所示。

據(jù)該廠特種設(shè)備安全管理人員介紹，當(dāng)初安裝時(shí)為了防止螺栓松動(dòng)、換熱器移位等后續(xù)問題，就直接采用焊接方法固定該換熱器。該人員還介紹，換熱器殼程原來(lái)使用的蒸汽是來(lái)自廠里蒸汽鍋爐自產(chǎn)的蒸汽，壓力溫度比較穩(wěn)定，壓力在0.6mpa左右，溫度在170℃左右。去年8月開始，蒸汽鍋爐不再使用，使用的是熱電廠過來(lái)的管道蒸汽，壓力溫度波動(dòng)比較大，下表為該廠巡檢人員根據(jù)蒸汽總管上流量計(jì)里的壓力溫度顯示而記錄下來(lái)的蒸汽壓力溫度波動(dòng)情況。在白天時(shí)，整個(gè)電廠蒸汽管線上各個(gè)工廠都在生產(chǎn)，蒸汽用量大，所以到達(dá)該廠的蒸汽的壓力溫度比較小。而晚上時(shí)，只有一小部分工廠晚上還使用蒸汽，所以到達(dá)該廠的蒸汽的壓力溫度比較高，溫度壓力波動(dòng)幅度較大。

根據(jù)該廠特種設(shè)備安全管理人員的介紹和現(xiàn)場(chǎng)的情況分析可得，該染色機(jī)的換熱器由于鞍式支座未按圖紙要求作螺栓固定，而是用焊接方式直接把鞍式支座焊接在固定板上，使得換熱器殼程下部缺少了可以位移的緩沖余量，而上部由于有膨脹節(jié)的存在，上部有一定的緩沖余量。原來(lái)鍋爐蒸汽比較穩(wěn)定，熱脹冷縮程度比較小，而且有膨脹節(jié)的存在，可以減輕熱脹冷縮的影響，所以殼程變形不明顯。但自從使用了熱電廠的 管道蒸汽后，由于壓力溫度波動(dòng)較大，整個(gè)系統(tǒng)熱脹冷縮程度更加劇烈了，下部由于鞍式支座完全固定，無(wú)法位移緩解熱脹冷縮時(shí)產(chǎn)生的巨大拘束應(yīng)力，造成殼程下部支座附近應(yīng)力集中，該換熱器材料為S30408，屈服強(qiáng)度為205MPa，抗拉強(qiáng)度為520MPa。當(dāng)應(yīng)力集中部位的拘束應(yīng)力超過材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，就產(chǎn)生了不可逆的塑性變形，下部的鼓包就這樣產(chǎn)生了。而上部雖然熱脹冷縮程度也劇烈，但由于沒有拘束，而且有膨脹節(jié)的緩沖效果，所以變形不明顯。

該換熱器殼程筒體和膨脹節(jié)設(shè)計(jì)厚度均為4.0mm，計(jì)算厚度為2.3mm。用超聲波測(cè)厚儀對(duì)該換熱器殼程筒體和膨脹節(jié)進(jìn)行測(cè)厚，實(shí)測(cè)厚度如下表所示。

殼程筒節(jié)和膨脹節(jié)上部實(shí)測(cè)厚度未發(fā)現(xiàn)明顯減薄，而下部實(shí)測(cè)厚度明顯減薄，變形較大部位厚度已小于強(qiáng)度計(jì)算書中的計(jì)算厚度，在正常的運(yùn)行參數(shù)下該換熱器已不能安全運(yùn)行。

查明原因后 ，立即向企業(yè)開出意見通知書，要求立即停止使用該換熱器。由于鼓包已很難修復(fù)，建議企業(yè)更換該臺(tái)換熱器，要求新的換熱器應(yīng)請(qǐng)有相應(yīng)安裝資質(zhì)的安裝公司安裝，并嚴(yán)格按圖紙施工。

預(yù)防措施

1、 要求企業(yè)自查有無(wú)其他染色機(jī)也有類似焊接固定情況，并仔細(xì)檢查每臺(tái)換熱器有無(wú)類似鼓包情況，發(fā)現(xiàn)后應(yīng)立即更換，以防發(fā)生特種設(shè)備安全事故。

2、 加強(qiáng)設(shè)備使用管理，嚴(yán)格按照TSG21-2016 《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》 規(guī)定進(jìn)行月度檢查和年度檢查，檢查設(shè)備運(yùn)行時(shí)有無(wú)異常振動(dòng)和響聲，檢查安全閥校驗(yàn)是否在有效期內(nèi)。

3、 在蒸汽總管上安裝穩(wěn)壓裝置，減輕蒸汽壓力的波動(dòng)，進(jìn)而降低系統(tǒng)的熱脹冷縮程度。

總結(jié)

染色機(jī)是印染企業(yè)使用的最主要的壓力容器，由于染色機(jī)是在高溫高壓運(yùn)行狀態(tài)下工作，往往容易發(fā)生特種設(shè)備安全事故。筆者定期檢驗(yàn)中常常發(fā)現(xiàn)許多關(guān)于染色機(jī)的安全隱患，比如安全閥等安全控制裝置不定期校驗(yàn);染色機(jī)門蓋由于操作工不正常開閉而在門蓋上產(chǎn)生許多裂紋;換熱器的蒸汽進(jìn)出口接管由于劇烈震動(dòng)而開裂泄露等等。因此染色機(jī)的定期檢驗(yàn)和企業(yè)的日常檢查相當(dāng)重要，及時(shí)檢查出特種設(shè)備安全隱患，以防發(fā)生特種設(shè)備安全事故，關(guān)系到企業(yè)的安全生產(chǎn)和員工的生命安全。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔡杰. 染色機(jī)定期檢驗(yàn)中有關(guān)問題的分析與討論. 中國(guó)特種設(shè)備安全，2018， 34（5）：39-41.

[2]TSG21-2016 《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》

[3]GB/T 150-2011 《壓力容器》