由于安裝不合理而引起的換熱器鼓包事故分析

周志超

摘要：染色機是印染企業(yè)使用的最主要的壓力容器，由于染色機正常工作狀態(tài)是在高溫高壓運行，印染企業(yè)特種設備安全事故往往都發(fā)生在染色機上。因此染色機的定期檢驗至關重要，關系到企業(yè)的安全生產(chǎn)和員工的生命安全。本文就以一起染色機定期檢驗中發(fā)現(xiàn)換熱器鼓包事故為例，分析事故產(chǎn)生的原因和預防措施。

關鍵詞：染色機? 換熱器? 鼓包? 安裝? 鞍式支座? 使用管理

正文：

2020年03月，本市某印染企業(yè)有一套雙缸染色機到期，申請定期檢驗，該染色機的設計壓力為0.80 MPa（殼程）/0.40 MPa（管程），設計溫度為183 ℃（殼程）/155 ℃（管程），使用介質(zhì)為水蒸汽（殼程）/染液（管程）。

上圖為染色機示意圖，染色機的工作原理：染色機主要由染色機缸體、換熱器和后部的過濾器組成，換熱器管程和染色機缸體相連，染液在內(nèi)部循環(huán)，換熱器殼程通蒸汽，用于加熱染液，加熱的染液進入缸體給布料染色，整個染色過程是在高溫高壓下進行。

先對該臺染色機進行資料審查，該臺染色機的制造日期為2014年02月，已使用6年多，缸體材質(zhì)為S30408，厚度為4、5mm;換熱器殼程筒體和膨脹節(jié)材質(zhì)為S30408，厚度為4mm，查看三年前首次定期檢驗報告，上次報告安全狀況等級為1級，換熱器殼程筒體實測最小厚度為3.8mm，膨脹節(jié)實測最小厚度為3.4mm。

然后進行外觀檢查，發(fā)現(xiàn)該染色機的換熱器保溫層有變形脫落現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)異常后拆開保溫層檢查，發(fā)現(xiàn)該換熱器殼程下部鼓包嚴重，最大變形高度約30mm，而上部卻未發(fā)現(xiàn)有明顯變形情況。再往下觀察，發(fā)現(xiàn)該換熱器的鞍式支座未用螺栓固定，而是用焊接方式直接把鞍式支座牢牢地焊接在固定板上。殼程上部安全閥整定壓力為0.80MPa，在有效期內(nèi)?，F(xiàn)場情況如下圖所示。

據(jù)該廠特種設備安全管理人員介紹，當初安裝時為了防止螺栓松動、換熱器移位等后續(xù)問題，就直接采用焊接方法固定該換熱器。該人員還介紹，換熱器殼程原來使用的蒸汽是來自廠里蒸汽鍋爐自產(chǎn)的蒸汽，壓力溫度比較穩(wěn)定，壓力在0.6mpa左右，溫度在170℃左右。去年8月開始，蒸汽鍋爐不再使用，使用的是熱電廠過來的管道蒸汽，壓力溫度波動比較大，下表為該廠巡檢人員根據(jù)蒸汽總管上流量計里的壓力溫度顯示而記錄下來的蒸汽壓力溫度波動情況。在白天時，整個電廠蒸汽管線上各個工廠都在生產(chǎn)，蒸汽用量大，所以到達該廠的蒸汽的壓力溫度比較小。而晚上時，只有一小部分工廠晚上還使用蒸汽，所以到達該廠的蒸汽的壓力溫度比較高，溫度壓力波動幅度較大。

根據(jù)該廠特種設備安全管理人員的介紹和現(xiàn)場的情況分析可得，該染色機的換熱器由于鞍式支座未按圖紙要求作螺栓固定，而是用焊接方式直接把鞍式支座焊接在固定板上，使得換熱器殼程下部缺少了可以位移的緩沖余量，而上部由于有膨脹節(jié)的存在，上部有一定的緩沖余量。原來鍋爐蒸汽比較穩(wěn)定，熱脹冷縮程度比較小，而且有膨脹節(jié)的存在，可以減輕熱脹冷縮的影響，所以殼程變形不明顯。但自從使用了熱電廠的 管道蒸汽后，由于壓力溫度波動較大，整個系統(tǒng)熱脹冷縮程度更加劇烈了，下部由于鞍式支座完全固定，無法位移緩解熱脹冷縮時產(chǎn)生的巨大拘束應力，造成殼程下部支座附近應力集中，該換熱器材料為S30408，屈服強度為205MPa，抗拉強度為520MPa。當應力集中部位的拘束應力超過材料的屈服強度時，就產(chǎn)生了不可逆的塑性變形，下部的鼓包就這樣產(chǎn)生了。而上部雖然熱脹冷縮程度也劇烈，但由于沒有拘束，而且有膨脹節(jié)的緩沖效果，所以變形不明顯。

該換熱器殼程筒體和膨脹節(jié)設計厚度均為4.0mm，計算厚度為2.3mm。用超聲波測厚儀對該換熱器殼程筒體和膨脹節(jié)進行測厚，實測厚度如下表所示。

殼程筒節(jié)和膨脹節(jié)上部實測厚度未發(fā)現(xiàn)明顯減薄，而下部實測厚度明顯減薄，變形較大部位厚度已小于強度計算書中的計算厚度，在正常的運行參數(shù)下該換熱器已不能安全運行。

查明原因后 ，立即向企業(yè)開出意見通知書，要求立即停止使用該換熱器。由于鼓包已很難修復，建議企業(yè)更換該臺換熱器，要求新的換熱器應請有相應安裝資質(zhì)的安裝公司安裝，并嚴格按圖紙施工。

預防措施

1、 要求企業(yè)自查有無其他染色機也有類似焊接固定情況，并仔細檢查每臺換熱器有無類似鼓包情況，發(fā)現(xiàn)后應立即更換，以防發(fā)生特種設備安全事故。

2、 加強設備使用管理，嚴格按照TSG21-2016 《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》 規(guī)定進行月度檢查和年度檢查，檢查設備運行時有無異常振動和響聲，檢查安全閥校驗是否在有效期內(nèi)。

3、 在蒸汽總管上安裝穩(wěn)壓裝置，減輕蒸汽壓力的波動，進而降低系統(tǒng)的熱脹冷縮程度。

總結(jié)

染色機是印染企業(yè)使用的最主要的壓力容器，由于染色機是在高溫高壓運行狀態(tài)下工作，往往容易發(fā)生特種設備安全事故。筆者定期檢驗中常常發(fā)現(xiàn)許多關于染色機的安全隱患，比如安全閥等安全控制裝置不定期校驗;染色機門蓋由于操作工不正常開閉而在門蓋上產(chǎn)生許多裂紋;換熱器的蒸汽進出口接管由于劇烈震動而開裂泄露等等。因此染色機的定期檢驗和企業(yè)的日常檢查相當重要，及時檢查出特種設備安全隱患，以防發(fā)生特種設備安全事故，關系到企業(yè)的安全生產(chǎn)和員工的生命安全。

參考文獻

[1] 蔡杰. 染色機定期檢驗中有關問題的分析與討論. 中國特種設備安全，2018， 34（5）：39-41.

[2]TSG21-2016 《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》

[3]GB/T 150-2011 《壓力容器》