矩形快开门式单缸灭菌器腐蚀分析

阮星翔* 汪 磊 卓哲明

（宁波市特种设备检验研究院）

0 引言

杏鲍菇质地脆嫩，适合保鲜、加工和烹调，深受人们欢迎，近年来，杏鲍菇的产量增长迅速。快开门式压力容器由于开启灵活，便于机电一体的自动化操作，装卸方便，可以频繁打开和关闭，被广泛应用；而杏鲍菇食用菌生产过程中则需采用快开门式单缸灭菌器进行蒸汽灭菌。矩形快开门式单缸灭菌器是杏鲍菇食用菌生产过程中的核心设备，使用频率较高，在使用过程中需要经常开关门，承受压力和温度的循环交替变化作用，极易出现损坏甚至发生严重事故，进而危及操作人员的生命安全，也受到了政府以及各级主管部门的高度重视。过往的快开门设备失效案例主要集中在快开门门齿齿合部位机械疲劳损伤或出现裂纹等，安全联锁装置功能失效及操作工开关门操作不当等方面，本文主要分析了快开门设备含碱性无机盐溶液导致的碱腐蚀问题，且在同类设备中具有普遍性。

1 设备运行工况

1.1 设备参数信息

某农产品加工厂有3 台64 m3矩形单缸快开门式单缸灭菌器，用于杏鲍菇半成品的蒸汽灭菌，设备参数如下，筒体、封头材质均为 Q345R，厚度均为10 mm，腐蚀裕量为1.0 mm，内径为2 640 mm ，长为13 900 mm，设计压力为0.18 MPa，工作压力为0.17 MPa，设计温度为131 ℃，工作温度为131 ℃，介质为蒸汽、杏鲍菇。上述3 台设备使用3 年后，首次对其进行定期检验。

1.2 设备使用工艺要求

该设备为快开门式压力容器，使用过程中需要经常开关门，其使用流程如下：（1）使用前检查温度传感器、压力传感器等电器元件及安全附件的功能；（2）同时重点检查门啮合齿部位：结构是否合理，是否存在内外表面腐蚀、变形、机械损伤等缺陷，同时检查手动打开和关闭快开门时，啮合齿是否有卡塞现象，当快开门完全啮合到位时，齿块间隙是否适当等问题；（3）进料推车时注意避免对内壁产生机械划伤；（4）关闭快开门，保证门盖和门齿完全齿合，随后进气（若门未完全关闭则不能进气）；（5）待灭菌结束需要开门时，先进行排气，待设备内压力降到零时方可开门；（6）出料时应避免叉车压重筒体及划伤内壁。

由于快开门式压力容器需要经常操作开关，因此也是唯一需要操作员持有压力容器操作证上岗的容器设备。在使用单缸灭菌器前，应对操作人员进行专业培训，确认其熟练掌握灭菌器使用方法及流程后，方可允许独立操作。

2 检验缺陷

依据TSG 21—2016《固定式压力容器安全技术监察规程》标准要求，对这3 台设备进行定期检验，检验内容如下：停机冷却后打开快开门进罐宏观检验、壁厚测定、内壁对接焊缝和接管分别抽查打磨至露出金属光泽后进行表面磁粉检测和渗透检测、快开门联锁装置联锁功能符合性验证。

其中，在宏观目视检验时，发现3 台设备均存在内壁腐蚀凹坑缺陷，缺陷位置及形态特征如下：3 台设备缺陷位置均在靠近快开门一侧筒体下部纵向对接焊缝及其两侧各200 mm 区域范围（包括接管处），腐蚀从快开门门齿开始沿纵焊缝方向断断续续长度为2.5 m；且远离快开门侧未发现同样腐蚀缺陷，其中最严重处腐蚀凹坑深度约为3 mm。单缸灭菌器腐蚀部位如图1 所示。

图1 单缸灭菌器腐蚀部位

将最严重处腐蚀部位放大，如图2 所示，可以观察到腐蚀形态以局部凹坑为主，且多呈竖状（垂直于纵缝）方向延展，接管角焊缝处也出现了腐蚀。

图2 最严重处腐蚀放大图

3 缺陷分析

根据上述腐蚀缺陷，提出3 个问题：（1）介质本身不具备腐蚀性，腐蚀形成的原因是什么？（2）为什么腐蚀只出现在靠近快开门一侧？（3）为什么腐蚀呈现竖状（垂直于纵焊缝方向）？

上述3 台设备主要用于半成品杏鲍菇的灭菌工作，每天会有多次启停，开关门推车进出半成品杏鲍菇物料；同时结合上述腐蚀缺陷形态，分别分析上述3 个问题。

腐蚀形成原因如下：（1）由于该设备用于杏鲍菇的蒸汽灭菌，灭菌过程中菌菇及盛装器皿中存在的无机盐成分混于蒸汽中，当灭菌完成打开快开门后冷却形成含无机盐溶液（杏鲍菇菌菇的无机盐溶液呈碱性，堆积容易造成低合金钢金属碱腐蚀）吸附于容器内壁；（2）同时由于设备未能冷却即打开快开门，容器内外较大的温差导致在靠近门侧迅速冷凝成水黏附于靠近门侧筒体内表面，设备短时间内频繁开关门导致靠近门侧内壁部位碱性无机盐溶液的堆积浓缩；（3）宏观检验发现设备的焊缝表面较为粗糙，粗糙的焊接工艺加剧了该部位的积液程度，最终导致该区域浓缩的碱性无机盐溶液对设备造成腐蚀。

腐蚀部位靠近门侧原因如下：（1）由于设备未能冷却即打开快开门，快开门内外产生较大的温差，导致靠近门侧蒸汽迅速冷凝成水滴附着于门侧；（2）设备安装时略向前倾斜或者频繁进出料过程中叉车将靠近门侧压低，导致液体容易汇集于门侧。

腐蚀多呈竖状（垂直于纵向纵缝）方向原因如下：黏附于靠近门侧筒体内表面的含无机盐液体在自身重力作用下顺着筒体表面向下流，汇集于下部的纵缝处（或穿过纵缝）以及接管内口处，造成该区域的积液浓缩，浓缩液体的流动轨迹即是腐蚀形状。

腐蚀减薄是压力容器失效的主要形式，也是较为常见的一种缺陷。腐蚀减薄的形式多种多样，根据形貌不同可分为全面腐蚀、局部腐蚀、点腐蚀，根据机理不同可分为化学腐蚀、电化学腐蚀。上述设备的无机盐碱腐蚀即为局部的一种化学腐蚀，碱腐蚀的基本特点如下：（1）多在蒸发浓缩条件下发生，介质浓缩区域会形成局部沟槽；（2）多为局部腐蚀；（3）温度高于79 ℃的高浓度碱液可引起碳钢的均匀腐蚀，温度达到93 ℃时腐蚀速率非常大。

4 结语

（1）由于介质本身不具有腐蚀性，容器在检验过程中往往被忽略了腐蚀的影响，定期检验时应当重视宏观检验，重点考虑设备的损伤机理；

（2）该案例的焊缝表面状况对腐蚀缺陷的形成有一定影响，对于快开门式压力容器，在检验前要查阅设备资料，了解设备制造工艺、介质成分和向使用单位了解设备的使用工况；

（3）该设备从投入使用到检验发现缺陷运行时间仅3a，且该厂的3 台同类设备均出现程度差不多的同类缺陷；检验人员应该分析总结该工况下腐蚀的原因，以便尽早预防。

为了避免同类失效事故发生，企业应按照正确规程操作，同时注意以下几点：

（1）合理组织生产，如设备停机时间较长，用清水冲洗内壁并排水通风干燥后采取有效的封存保养措施；

（2）由于该设备是双向快开门，企业应避免长时间使用同一侧快开门，两侧快开门交替使用，以减缓碱性溶液汇集浓缩速度；

（3）做好年度检查工作（自查或者委托检验机构），做到有问题早发现、早处理；

（4）管理人员应加强管理，在刚开始产生腐蚀时及时发现并采取相应保护措施（如内壁涂刷防腐漆），避免腐蚀程度不断加剧；

（5）采购同类设备时，应要求厂家尽可能消除设备内壁焊缝余高，降低碱溶液汇集的可能性。