印染行业压力容器定期检验分析

2023-09-08秦敬芳应家仪胡炜炜

中国特种设备安全 2023年8期

邵斌秦敬芳应家仪胡炜炜

（宁波市特种设备检验研究院宁波 315700）

浙江省宁波地区印染行业发达，印染用压力容器数量众多，常见的印染用压力容器包括高温高压染色机、换热器、过滤器等。此类容器一般工作压力不高，内部介质危害性也不大，但一旦发生开裂、泄漏、安全附件失效，往往会造成财产损失和人员伤亡，因此非常有必要对该类容器进行深入研究分析。郭演星[1]对高温高速染色机的常见缺陷及各类缺陷产生的原因进行分析；李向前[2]对高温染色机的裂纹进行分析，探讨了氯离子应力腐蚀开裂机理；陈涛等人[3]运用无损检测、理化分析结合数值模拟，对染色机存在的典型缺陷进行总结和分析。本文借鉴相关文献并结合相关检验项目发现的常见缺陷及问题，对常见缺陷及问题进行分析，并提出使用、检验检测的要点，为及时消除安全隐患防止事故发生提供参考。

1 宏观检验

在印染用压力容器定期检验中，宏观检验主要采用目视方法检验压力容器本体结构、壳体几何尺寸及焊缝尺寸、表面外观检验及保温层等[4]。宏观检验发现的缺陷主要有气孔、筒体变形、筒体内表面根部未焊透、泄漏、私自补焊等。相关缺陷见图1 ～图5。

图1 气孔

图2 筒体变形

图3 筒体内表面根部未焊透

图4 泄漏

图5 私自补焊

2 壁厚测定

壁厚测定一般采用超声测厚法。测厚位置要选取有一定代表性的位置，要保证一定的测厚点数。印染行业压力容器的筒体材质主要以奥氏体不锈钢为主，奥氏体不锈钢具有良好的耐蚀性，但通常硬度较低，耐磨性能较差。某些过滤器及换热过滤一体式换热器由于过滤网无法完全固定，过滤网和筒体内壁存在长时间的撞击碰撞磨损，时常会出现壁厚减薄的情况。通过超声测厚法，可以检测出壁厚减薄的情况，再通过进一步分析壁厚减薄的原因，可以找出某些过滤器设计制造存在的问题。日常有问题的换热过滤一体式换热器和过滤器见图6 ～图7。

图6 换热过滤一体式换热器

图7 过滤器

3 无损检测

常用的无损检测方法包括磁粉检测、渗透检测、超声检测、射线检测等。日常无损检测主要包括对压力容器的表面缺陷及内部埋藏缺陷进行无损检测。印染用压力容器的筒体材质主要以奥氏体不锈钢为主，奥氏体不锈钢由于不具有铁磁性且其晶粒度较大，因此印染用压力容器表面缺陷无损检测选用不依赖材料铁磁性的渗透检测，埋藏缺陷无损检测选择对晶粒度要求不高的射线检测。印染用压力容器定期检验发现的表面缺陷主要包括表面裂纹、表面气孔、表面腐蚀坑等，埋藏缺陷主要包括裂纹、条形缺陷、圆形缺陷、未熔合、未焊透[5]。相关表面缺陷及埋藏缺陷见图8 ～图11。

图8 表面裂纹

图9 表面气孔及腐蚀坑

图10 圆形缺陷

图11 裂纹

4 安全附件

印染用压力容器的安全附件检查主要针对安全阀及快开门安全联锁装置。在日常的定期检验中可以发现安全阀主要存在锈死、超期未检、结构参数不符、铅封掉落等问题。安全阀是通过向系统外排放介质来释放容器内部压力的特殊阀门，一旦安全阀出现上述问题，就会埋下事故隐患，对设备及人身财产安全造成影响。快开门安全联锁装置主要存在行程开关损坏、电控柜指示失效及失灵、插销部件损坏及缺失、进气阀损坏等问题。安全联锁装置在快开门的结构中起着重要的保护作用，有一套完整的为了防止门盖在启闭过程中意外伤人而设置的同步保护系统，一旦快开门安全联锁装置出现上述问题，就会埋下事故隐患，对人身生命安全造成影响。因此在日常检验及使用过程中要重视对安全附件的检查，发现问题及时进行维修处理。图12 和图13 分别是存在安全隐患的安全阀和安全联锁装置。

图12 安全阀

图13 安全联锁装置

5 缺陷及问题原因分析

宏观检验发现的缺陷主要由制造及后期使用过程中的人为因素造成。

壁厚测定中发现的壁厚减薄问题主要是容器设计有缺陷导致容器内部部件和筒体发生机械接触，引起磨损最终导致壁厚减薄。

无损检测发现的缺陷包括表面缺陷及埋藏缺陷。表面缺陷主要包括表面裂纹、表面气孔、表面腐蚀坑；埋藏缺陷主要包括裂纹、未熔合、未焊透、条形缺陷、圆形缺陷。埋藏缺陷主要是压力容器制造过程中留下的缺陷。表面缺陷与设备后期的运行及使用有比较大的关系，表面裂纹主要以表面应力腐蚀性裂纹为主，表面蚀坑主要以点状腐蚀坑为主。

应力腐蚀是金属材料在腐蚀介质和应力等因素共同作用下产生的一种腐蚀破坏形式。印染设备的应力腐蚀开裂主要是腐蚀介质、应力、温度3 个因素相互关联作用的结果：

1）应力分析：裂纹出现在焊缝及其焊缝热影响区附近，压力容器在焊接完成后存在焊接残余应力，焊缝附近区域存在较大的拉应力。此外，印染设备在工作过程中，由于加工工艺的要求，加热和冷却交替引起的循环热应力，使容器内表面不断受到拉应力以及内压引起的膜应力作用。高温高压染色机带有快开门，频繁的开启关闭，使得容器内表面受到周期应力的影响。上述几种应力的共同作用，是引起容器应力腐蚀开裂的原因之一。

2）腐蚀介质分析：奥氏体不锈钢在氯离子环境下，易发生氯离子应力腐蚀开裂。企业使用的染液中可能含有亚氯酸钠、食盐等成分；企业用水中含有漂白粉，漂白粉的主要成分是次氯酸钙。

3）温度分析：设备使用过程中，筒体截面上存在温度梯度，在温度梯度最大处可能造成应力集中，应力最大处可能发生局部开裂；在不稳定流体流动等动态载荷或机械载荷的作用下，可能产生疲劳开裂。氯化物应力腐蚀开裂敏感性随温度的升高而升高，开裂时金属温度通常不低于60 ℃，印染设备的工作温度一般在140 ℃左右，所以对氯化物应力腐蚀开裂敏感性较强。

在上述几种主要因素的共同作用下，印染压力容器内表面易发生氯离子应力腐蚀开裂。

奥氏体系列不锈钢在发生腐蚀时可表现为点状腐蚀，形成直径为毫米级的腐蚀坑，日常检验中发现的腐蚀坑为典型的氯离子腐蚀坑，由于氯离子半径小，穿透能力强，最容易穿透钝化膜内的缝隙，吸附在钝化膜上，把氧原子排掉，然后和钝化膜中的阳离子结合形成可溶氯化物，使钝化膜受到破坏，在应力作用下钝化膜破坏区域产生裂纹。在外加阳极极化情况下，钝化膜破裂处的金属直接暴露在腐蚀介质中，成为腐蚀电池的阳极区，发生阳极溶解，从而使某些局部区域的腐蚀加深，最后形成孔蚀。只要介质中存在一定的氯离子，孔腐蚀就可能发展成腐蚀孔。

安全附件的失效主要和压力容器使用单位的不重视及特种设备安全附件方面知识的缺乏有关。