蒸壓釜檢驗過程中常見問題分析

孫瓊瓊，陳 健

（泰安市特種設(shè)備檢驗研究院，山東泰安 271000）

0 引言

《特種設(shè)備安全法》界定了特種設(shè)備主要包括鍋爐、壓力容器、壓力管道、電梯、起重機械、客運索道、大型游樂設(shè)施、場（廠）內(nèi)專用機動車輛共8 項[1]。其中，電梯、起重機械、客運索道、大型游樂設(shè)施、場（廠）內(nèi)專用機動車輛屬于機電類特種設(shè)備，鍋爐、壓力容器、壓力管道屬于承壓類特種設(shè)備。

壓力容器作為重要的承壓類特種設(shè)備，在各工業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。其中，蒸壓釜作為快開門壓力容器的一種，具有門蓋開啟靈活、迅速的特點，被廣泛應(yīng)用于硅酸鹽建筑、玻璃、醫(yī)藥、紡織等領(lǐng)域用品的蒸養(yǎng)[2-3]。近年來，隨著我國新型建筑材料的興起，蒸汽加壓混凝土磚被廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)，同時蒸壓釜作為基礎(chǔ)生產(chǎn)設(shè)備被大量投入生產(chǎn)使用。蒸壓釜又稱蒸養(yǎng)釜、壓蒸釜，由于體積龐大，重量較重，容積與壓力乘積較大，一旦蒸壓釜發(fā)生事故，會瞬間釋放大量能量，對周圍環(huán)境及人身安全造成重大傷害，甚至造成國民經(jīng)濟的重大損失。因此定期對蒸壓釜進行監(jiān)測、檢驗，分析失效模式，能對可能發(fā)生的缺陷、故障進行預(yù)報，對保障蒸壓釜安全運行具有重要意義。本文通過分析蒸壓釜結(jié)構(gòu)特點，并結(jié)合實際分析常見的失效模式，從而提出定期檢驗方法，對蒸壓釜的事故預(yù)防具有重要意義。

1 蒸壓釜結(jié)構(gòu)及工作參數(shù)

1.1 蒸壓釜結(jié)構(gòu)

蒸壓釜為臥式筒形結(jié)構(gòu)，其主體部分主要由釜體裝置、釜蓋裝置、擺動裝置、手搖減速器、安全聯(lián)鎖裝置、支座、保溫層、密封裝置、排水裝置、閥門儀表等組成[4-5]。其主要結(jié)構(gòu)介紹如下。

（1）釜體裝置由釜體法蘭和筒體焊接組成。釜內(nèi)鋪設(shè)導(dǎo)軌，可行走蒸壓車，且釜內(nèi)設(shè)置蒸汽分配管，使蒸汽沿釜體縱向均勻分配，同時避免加熱介質(zhì)沖刷物料。釜體外側(cè)布置各類管座和接管，供進、排蒸汽，排放冷凝水和安裝各種儀表、閥門。

（2）安全聯(lián)鎖裝置分為直接作用式安全聯(lián)鎖裝置、間接作用式安全聯(lián)鎖裝置和組合式安全聯(lián)鎖裝置3 種類型。直接作用式安全聯(lián)鎖裝置是依靠容器內(nèi)的壓力實現(xiàn)連鎖動作，由安全手柄、球閥、接桿、限位板等組成；間接作用式安全聯(lián)鎖裝置利用外來能量實現(xiàn)連鎖動作的，常采用自動控制儀表來控制；組合式安全聯(lián)鎖裝置是以機械控制為主、電器控制為輔的安全聯(lián)鎖裝置。

（3）支座及保溫層。支座用于支承釜體用作支承釜體，一般有中間支座、活動支座和端部支座3 種形式。除中間支座固定外，其余支座借助滾柱，均可沿釜體軸向移動，適應(yīng)釜體熱脹冷縮的需要；保溫層主要由保溫材料和骨架、護板等組成，防止蒸壓釜使用時熱量散失。

（4）排水裝置起排放冷凝水作用，由排水管道聯(lián)接器、疏水器、排污閥等組成。與釜體底部相連，冷凝水在聯(lián)接器內(nèi)沉凝后經(jīng)疏水器連續(xù)排出，排污閥可排放大量冷凝水及雜志。

1.2 蒸壓釜工作參數(shù)

蒸壓釜的工作方式為間歇循環(huán)操作，每個過程都包括升溫升壓、保溫保壓、降溫減壓等階段[6]。工作流程為：清理蒸壓釜、裝載物料、固定釜蓋、轉(zhuǎn)放蒸汽、放入新鮮蒸汽、加工物料、放氣取下釜蓋、卸出制品。蒸壓釜的工作參數(shù)如表1所示，屬于中、低壓力容器。

表1 蒸壓釜工作參數(shù)表

2 常見損傷模式分析

2.1 機械損傷

由于蒸壓釜一般體積較大，物料進出蒸壓釜都需要用鋼繩或鐵鏈牽引物料車，物料車底部與蒸壓釜筒體內(nèi)壁產(chǎn)生相對摩擦運動，周期循環(huán)的機械摩擦，會使得筒體內(nèi)表面損傷成為凹槽，從而筒體厚度減薄，造成局部應(yīng)力腐蝕。

2.2 腐蝕

蒸壓釜多用于硅酸鹽制品的蒸養(yǎng)，這類物料含有二氧化硅、氫氧化鈣等物質(zhì)，并在高溫蒸汽的作用下，極易溶于冷凝水（冷凝水pH 值為11～13，呈堿性），并沿著筒體內(nèi)壁在蒸壓釜底部局部聚集，且由于蒸壓釜安裝處于水平位置，冷凝水不能實時排放，導(dǎo)致在高溫下水分蒸發(fā)后，底部形成局部高濃度的氫氧化鈣，形成局部堿腐蝕。

2.3 裂紋

蒸壓釜在以下部位極易發(fā)生裂紋：

（1）蒸壓釜釜體與釜體法蘭、釜蓋與釜蓋法蘭的焊接焊縫，由于此處為異種鋼焊接連接極易產(chǎn)生裂紋，且釜體法蘭與釜蓋法蘭的嚙齒呈不連續(xù)分布容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，蒸壓釜頻繁的開關(guān)操作使得齒嚙根部極易產(chǎn)生裂紋；

（2）現(xiàn)場組焊筒體環(huán)焊縫，由于蒸壓釜體積較大，現(xiàn)場采用組焊方式安裝，焊接施工受現(xiàn)場環(huán)境影響極易產(chǎn)生焊接缺陷；

（3）支座與釜體連接處產(chǎn)生裂紋，此處裂紋主要位于固定支座與釜體連接處、活動支座與釜體連接處，釜內(nèi)進行升溫升壓操作時，蒸壓釜在溫差應(yīng)力作用下會向一側(cè)拱曲，支座護板與釜體連接處極易產(chǎn)生裂紋，且蒸壓釜在工作中，釜體在高溫高壓下膨脹向兩側(cè)伸長，在降壓過程中會向中間收縮，此時活動支座沿釜體軸線方向移動，但在實際現(xiàn)場，由于清潔度不夠，使得滾杠不能自由移動，從而造成護板、釜體與支座連接處產(chǎn)生裂紋甚至拉裂。

2.4 安全聯(lián)鎖裝置失效

安全聯(lián)鎖裝置是確保釜蓋關(guān)閉到位后安全升壓的關(guān)鍵裝置，但由于長期使用，線路老化、電器元件損壞、電動銷失效等，且操作人員安全操作不當(dāng)導(dǎo)致安全連桿與球閥不同步、半月板與擋板錯位，失去阻擋釜門周向轉(zhuǎn)動作用，致使安全聯(lián)鎖裝置失效。部分安全聯(lián)鎖失效模式如圖1～2所示。

圖1 連桿未與球閥相連

圖2 線路老化、電器元件損壞

3 蒸壓釜定期檢驗

3.1 檢驗前的準(zhǔn)備

蒸壓釜檢驗前應(yīng)先切斷蒸汽進汽管路，關(guān)閉進汽閥門、加裝盲板等，確保釜內(nèi)溫度低至室溫后，清除釜內(nèi)雜質(zhì)及異物；釜內(nèi)布置好照明裝置；外部保溫根據(jù)檢驗需要拆除；重點檢查的焊縫及其兩側(cè)100 mm范圍內(nèi)進行打磨并露出金屬光澤。

3.2 資料審查

審查內(nèi)容包括：設(shè)計、制造文件，安裝組焊、運行記錄、檢驗記錄、定期檢驗情況等資料。重點審查蒸壓釜的結(jié)構(gòu)特點，釜蓋、釜端法蘭與主體材質(zhì)、設(shè)計技術(shù)條件，現(xiàn)場組焊焊縫位置等。

3.3 宏觀檢驗

宏觀檢驗主要利用目視方法，必要時采用內(nèi)窺鏡、放大鏡或其他測量工具檢驗蒸壓釜的本體結(jié)構(gòu)、幾何尺寸、表面情況（裂紋、腐蝕、泄露和變形）。

（1）外部檢驗

檢查釜體外壁保溫層是否脫落，是否存在漏汽現(xiàn)象；逐個檢查活動支座是否正?；顒印⒅ёA(chǔ)有無下沉或傾斜；檢查擺動裝置、手搖減速器是否功能靈活；檢查釜體是否存在“香蕉變形”等。

（2）內(nèi)部檢驗

檢查釜體內(nèi)表面是否存在鼓包、變形、裂紋等缺陷；重點檢查縱環(huán)焊縫，如現(xiàn)場組焊環(huán)焊縫、釜體對接焊縫、釜體與釜體法蘭、釜蓋與釜蓋法蘭的焊接焊縫等，對存在表面裂紋的地方要進行表面缺陷檢測；檢查物料車進出釜體內(nèi)是否對釜體內(nèi)壁造成碰傷、刮傷等機械損傷；檢查釜體母材與釜內(nèi)軌道托座焊接是否出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象；檢查釜體底部是否存在堿腐蝕造成的腐蝕凹坑等。

（3）結(jié)構(gòu)檢查

檢查釜齒結(jié)構(gòu)、筒體與釜體法蘭、封頭與釜蓋法蘭的連接形式；重點釜齒根部是否存在裂紋，根據(jù)檢查情況決定是否進行表面探傷；檢查排水裝置是否正常、通暢；固定支座與活動支座與釜體連接形式、是否存在裂紋等。

3.4 壁厚測定

對封頭和筒體進行壁厚測定，數(shù)量應(yīng)盡可能滿足檢驗要求，每板不少于2 點，常用超聲波測厚儀進行壁厚測定。重點檢查部位為：焊縫丁字口等應(yīng)力集中部位，滑軌容易磨損的部位，截面突變等易受腐蝕、沖蝕的部位，釜蓋、封頭制造成型時壁厚減薄的部位，使用中易發(fā)生變形及磨損的部位。

當(dāng)腐蝕深度超過腐蝕裕量時，應(yīng)進行強度校核。當(dāng)蒸壓釜出廠資料齊全可按設(shè)計文件要求的公式進行強度校核；當(dāng)蒸壓釜資料不齊全，可按照GB150-2011《壓力容器》的要求進行強度校核。

3.5 無損檢測

無損檢測主要包括磁粉檢測、滲透檢測、射線檢測和超聲檢測等方法。根據(jù)NB∕T 47013《承壓設(shè)備無損檢測》的規(guī)定，表面缺陷檢測常利用磁粉檢測和滲透檢，埋藏缺陷檢測常利用射線檢測和超聲檢測。

表面缺陷檢測重點檢查部位為釜齒根部、封頭與釜蓋法蘭、筒體與釜端法蘭的連接焊縫、釜體對接焊縫、釜蓋拼接焊縫、蒸壓釜的角焊縫、補焊區(qū)及宏觀檢驗發(fā)現(xiàn)裂紋等部位。

埋藏缺陷檢測重點檢查部位為現(xiàn)場組焊環(huán)焊縫、宏觀檢驗錯邊量和棱角度超過產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的焊縫位置、應(yīng)力集中部分等。

3.6 安全聯(lián)鎖裝置及其它安全附件檢查

（1）根據(jù)TSG21-2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的規(guī)定，安全連鎖裝置應(yīng)滿足：當(dāng)快開門達到預(yù)定關(guān)閉部位，方能升壓運行；當(dāng)壓力容器內(nèi)部壓力完全釋放，方能打開快開門。

（2）檢查壓力表，安全閥的校驗周期、整定壓力、安裝形式是否符合要求。

4 結(jié)束語

對蒸壓釜進行定期檢驗是保障其安全生產(chǎn)和穩(wěn)定運行的必要工作，一旦蒸壓釜發(fā)生爆炸事故，會造成經(jīng)濟損失甚至人員傷亡。通過定檢檢驗可發(fā)現(xiàn)潛在的缺陷，提前把控蒸壓釜運行情況。本文通過分析蒸壓釜的結(jié)構(gòu)和工作參數(shù)，分析出主要的失效模式為機械損傷、腐蝕、裂紋、安全聯(lián)鎖失效，并基于現(xiàn)有的檢驗方法和無損檢測方法提出了定期檢驗流程，為檢驗人員提供檢驗方案參考，有助于檢驗工作順利開展，保障蒸壓釜的安全運行，降低安全事故。