壓力容器蒸球檢驗中遇到的問題

【摘 要】 本文針對某造紙廠一臺造紙蒸球發現裂紋的檢查與原因分析，提出了修復裂紋的方案。

【關鍵詞】 蒸球 裂紋 修復

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2014.14.010

壓力容器蒸球是一種危險性較大的特種設備，當這種設備發生破壞或爆炸時，設備內的介質發生迅速膨脹，短暫瞬間釋放出巨大的能量，這種巨大的能量不僅使設備本身遭到破壞，還將產生沖擊波，使周圍的其它設施和建筑物遭到破壞，危及人員的生命和財產安全。因此，應及時發現并消除特種設備安全隱患，保證人員生命安全；同時，彌補缺陷，延長壓力容器使用壽命，減少損失；實現設備安全運轉，保證生產的正常安全進行；堵塞可能出現的漏洞，實現節能減排。

下面就蒸球蒸汽輸氣管焊縫裂紋檢驗與修復作一下簡單的闡述。

2007年5月某市圣輝紙業造紙廠，管理人員到本所報知該廠使用的一臺造紙蒸球發現裂紋，廠方請我所進行技術鑒定。

1 蒸球概況

該蒸球是2002年從外地購買的一臺舊蒸球，制造廠家為河南沁陽，出廠日期為1992年7月，該廠2003年投入使用，公稱容積為25m3，壁厚為16mm，工作壓力≤0.78MPa，蒸煮藥Na2SO3，物料稻草，溫度為175度，轉速為0.5轉/分。

2 檢查結果

首先，清除球內污物，拆除內壁蒸汽輸氣管與軸頭內口的連接部位，露出球殼與軸頭對接焊縫，然后用5～10倍放大鏡進行檢查，發現蒸球球殼與軸頭之間內壁對接焊縫裂紋長260mm，深4mm～6mm，繼而做磁粉探傷，發現裂紋后作好記錄，再用角磨機從裂紋一端沿延伸方向打磨挖除，邊挖邊做磁粉探傷與觀察裂紋的變化，并形成U型破口，再用放大鏡檢查焊縫根部情況，發現蒸球球殼與軸頭對接焊縫根部均存在嚴重的未焊透缺陷，裂紋長度在主動端球殼與軸頭連接焊縫內壁裂紋長260mm，深4mm～6mm。

3 裂紋的形成分析

（1）制造因素。蒸球的球殼與軸頭之間連接的環焊縫，沿焊縫方向表面開裂，在清除時發現裂紋底部未焊透、夾渣等嚴重超標缺陷，可以認定，蒸球在球殼與軸頭組焊時，焊縫型式、尺寸不符合規定要求，單面焊坡口開的太淺，唇邊太厚，間隙過小，焊接工藝控制不嚴，以致焊縫根部出現嚴重未焊透和夾渣等超標缺陷。

（2）應力因素。由于球殼與軸頭的對接焊縫質量較差，存在嚴重未焊透等缺陷，有一定的焊接殘余應力存在，在使用過程中，由于工藝上的要求，需要旋轉運行。這樣除受內壓外，還要承受殼體及重達20噸物料的重力，尤其是啟動時扭轉力矩是相當大的，這對于有嚴重未焊透缺陷與軸頭對接焊縫來說要承受焊接殘余應力，重力和啟動時的附加應力等的疊加，裂紋容易萌生和擴展。

（3）蒸球運行時一種間接性操作，每天要蒸煮4～5球物料，壓力、溫度以一定的頻率循環，重力因球體旋轉對軸頭焊縫缺陷施加的應力拉壓交替日達數百次，這就構成了低固交變復合應力運行工況，若以日蒸煮4球計算，每球4小時，以0.5轉/分轉速轉動即達120次，每日轉480次，每月以20個工作日計算，一個月即轉動9600次，每年以運行11個月計算即105600次。這條由嚴重缺陷的焊縫長期在應力的作用下，無疑將會發生疲勞擴展。

4 修復方案

（1）在裂紋兩端鉆止裂孔，探除裂紋、未焊透、夾渣等缺陷，消除了裂紋源，形成U型坡口并做磁粉探傷，再將修復部位旋轉至立焊位置進行焊補作業，以減小熱態的彎曲應力。

（2）球殼和軸頭焊接，嚴格按工藝規程操作，補焊后進行焊后熱處理，其關鍵是掌握“緩慢”冷卻，熱處理是用石棉布覆蓋修復的焊縫，稍開蒸汽閥門向球內通入蒸汽，以提高球體溫度，減緩冷卻速度，經過一定的時間關閉蒸汽閥，讓其自然緩冷。

（3）補焊后修復工作完成后，間隔24小時以上做磁粉探傷，在探傷前用鐵錘振動焊縫周圍，以減少延遲裂紋的漏檢。