浅析蒸压釜损伤模式及定期检验方法

2019-01-19李顺德李莉

中国设备工程 2019年11期

李顺德，李莉

（1.黔西南州特种设备检验所；2.黔西南州环境监测站，贵州兴义 562400）

1 蒸压釜主要结构和使用特点

蒸压釜是快开门式压力容器，生产过程属间歇操作，常在蒸压釜两端设置快开门让物料快捷进出。釜内工作介质主要为饱和蒸汽，工作压力虽然不高，但由于容积大，一旦发生事故，释放的能量较大。因蒸压釜快开门结构具有特殊性，该结构的压力容器我国至今无统一的设计规范标准，目前均是套用国外结构，且型式多、乱，所以问题较多.随着操作过程中升温升压、降温降压的周期性循环，承受着交变载荷的作用。另外，由于釜体顶部和底部之间存在一定的温度差，特别是升压升温阶段釜体顶部和底部温差有时可达100℃，因此，产生温差应力。

2 蒸压釜常见损伤模式和易发生部位

2.1 裂纹

蒸压釜在操作上具有频繁加压、加热、物料出入的特点，在结构上釜体法兰和快开门端盖法兰的啮齿呈几何不连续性，啮齿部位易产生应力集中；端盖的启、闭伴随着釜内经常升降压，啮齿和釜体焊缝承受交变应力；釜内升、降温频繁造成筒体环向上下部温度差较大，存在交变的热应力；蒸压釜特殊的使用方式造成其承受低周期疲劳载荷，在应力集中部位容易产生疲劳裂纹。主要有以下三个部位的焊缝容易发生裂纹：第一是异种钢连接处焊缝，该类型焊缝主要在蒸压釜釜体、釜盖与法兰的焊接焊缝。因为法兰处承受周期性疲劳载荷或高应力集中导致焊缝内部焊接缺陷处呈现裂纹并扩展至外表面；其次是角焊缝，该类型焊缝主要在蒸压釜釜体和支座的连接焊缝，该处易产生裂纹是因蒸压釜的支承由固定和活动两种支座构成，活动支座的滚杆活动距离如果不能有效地消除釜体在升温降温过程中产生的热胀冷缩位移量，就会在支座和筒体角焊缝处形成应力集中，轻则产生裂纹、重则使釜体向上拱曲造成支座护板与釜体连接部位撕裂；再次是筒体现场施工焊接的环焊缝，现场施焊焊缝的因受施工环境、施工条件、焊工操作条件等限制难以保证焊接质量，容易产生焊接缺陷。检验中该种焊缝通过审查蒸压釜的安装资料，找出在蒸压釜现场施焊的环焊缝，此类焊缝通常在釜体中部，在检验中应给与高度的重视。

2.2 腐蚀

釜体环向底部60°范围内受到冷凝水、污泥、从混凝土制品中逸出的有害气体混合物、以及通蒸汽前釜内残存的空气中氧气的联合作用，使釜底部60°范围内表面有许多呈零星分布的点状腐蚀，蚀孔口大小约为30～80mm，腐蚀产物颜色发黑且硬而脆，形似锥状。腐蚀机理为多为垢下腐蚀。对于生产工艺配方中含碱性物质的会发生碱腐蚀，垢下腐蚀和碱腐蚀两种作用下对于釜内无防腐措施的釜体的腐蚀坑较生产工艺配方无碱性物质的腐蚀坑要深3～5mm。

釜体纵向两端排水孔处2.0m范围内腐蚀现象较釜体中部严重，釜体中部腐蚀轻微甚至无腐蚀。这是因为釜内蒸汽冷凝水的排放通过釜底端部位置靠近端盖处的排水孔汇集后统一排放，冷凝水中混合碱性物质在釜体两端汇集、停留浓缩造成该部位腐蚀加剧强度削弱。其余表面腐蚀轻微或无腐蚀现象。

2.3 变形

变形也是蒸压釜常见的损伤模式，是由工作过程中产生的温差应力造成的。蒸压釜的变形主要包括釜体法兰失圆和釜体法兰密封面变形两种。

2.4 安全联锁装置失效

蒸压釜的安全联锁装置主要作用是防止操作人员带压开门，造成蒸汽泄露伤人事故。目前常用安全联锁装置有机械部分和电器部分组成，机械部分有安全手柄、安全圆盘、接杆、球阀四个配件组成。电气部分主要有行程控制器、声光报警系统、驱动马达等组成。电器系统是对机械系统执行情况的确认和信息的反馈。使用中，由于操作不当等原因造成安全圆盘和釜盖上限位块的变形、损坏使安全连杆和球阀不能同步运行，造成安全联锁装置机械部分失效。此外，有的操作工安全意识淡薄，私自破坏安全联锁装置的控制线或不使用安全插销等，或因工作环境造成控制线路及部件损坏、老化失效，从而导致其安全联锁功能无法实现。

3 定期检验主要方法

3.1 宏观检验

宏观检验对于保障蒸压釜的安全运行非常重要，重点检查以下内容：（1）结构检查，重点检查釜齿的结构是否存在钢板拼焊；检查釜盖法兰与封头，釜体法兰与筒体的连接形式。逐个检查釜齿是否存在挤伤与根部裂纹，必要时进行表面探伤。（2）釜体内表面宏观检验重点检查纵环焊缝裂纹、壁面腐蚀、鼓包、内构件变形等缺陷。检查重点部位是釜盖法兰与封头、釜体法兰与筒体连接处焊缝、筒体对接焊缝及角焊缝部位。应注意检查釜内下部60°范围的焊缝，尤其是釜底两轨间的环缝，釜底的积液或杂物需要清理干净。（3）检查吊装吊卡是否去除，与釜体母材焊接处有无损伤。检查釜内是否存在因进釜撞击、釜车弹轨、模板不正而造成的釜体碰伤、刮伤等缺陷。（4）变形检查，重点检查釜体法兰失圆和釜体法兰密封面变形，可拉线检查釜体是否有“香蕉变形”。（5）支座部位重点检查基础有无下沉、活动支座是否有效支承且活动正常，支座与腹板间隙一般不超过30mm。检查釜下托辊是否存在斜辊、胀伸受阻、辊架损坏或不承重（悬空）等不正常状况。（6）检查釜内轨道托座与釜体母材焊接是否出现撕裂现象。（7）检查冷凝水排放装置是否正常，检查排水花帽及排水管线是否正常。（8）检查釜外壁保温层有否脱落，有否蒸气泄漏痕迹。（9）检查釜盖悬挂装置、手摇减速器是否动作灵活；检查所有紧固件有无松动等。

3.2 壁厚测定

壁厚测定是检验压力容器承压部件减薄情况的常用手段，常用超声波测厚仪对组成釜体的每个筒节和封头的进行不少于2点的检测，重点检验底部介质浸没部分、物料进口、流动转向等易受腐蚀、冲蚀的部位。对发现腐蚀、磨损等缺陷部位应仔细测定，如测量厚度小于设计允许的最小壁厚时应重新进行强度校核，并提出是否能继续使用及允许的最高工作压力。

3.3 无损检测

无损检测重点对内壁焊缝部位进行，必要时可进行外表面焊缝无损检测抽查。采用的无损检测方法主要有磁粉检测、渗透检测（一般返修时采用）、超声波或射线检测。采用黑磁粉（必要时可采用荧光磁粉）对内壁对接焊缝一般进行不少于20%的抽查，对可检部位接管角焊缝及怀疑部位进行100%检测。重点检测部位有：釜盖法兰与封头，釜端法兰与筒体连接的环焊缝，支座与釜体连接部位的内外表面，釜盖封头拼缝，釜端两头环焊缝及与此焊缝相连的纵焊缝（T字区）；釜底两轨间以及各外延200mm的环焊缝；釜内角焊缝和釜盖外角焊缝；经修补的缺陷或经堆焊的部位；其他抽查部位（如吊装吊卡去除后，母材可能发生应力腐蚀部位）；硬度抽查偏高部位等。必要时采用超声波或射线对筒体对接焊缝进行抽查，重点检测部位有：位于蒸压釜中部的现场组焊环焊缝、釜端法兰与筒体连接的环焊缝及与此焊缝相连的纵缝（T字区）、磁粉检测发现裂纹的部位以及可疑部位。

3.4 筒壁强度校核

壁厚测定中如发现筒体有测量厚度小于设计允许的最小壁厚时，应重新进行强度校核。强度校核公式选取有以下两种：蒸压釜如出厂随带资料齐全的可按原设计计算公式进行强度校核；对于设备出厂资料缺少或没有、材质不明的蒸压釜，按《固定式压力容器安全技术监察规程》（TSG 21-2016）相关规定必须查明材质，再按《压力容器》（GB150-2011）进行强度校核。