周濤

化工設(shè)計

快開門式壓力容器典型缺陷及檢驗重點

周濤

（浙江建業(yè)化工股份有限公司，浙江建德311604）

快開門式壓力容器在長期循環(huán)工況下會產(chǎn)生內(nèi)部損傷，通過工況分析及無損檢測可判定檢驗的重點部位及典型的缺陷類型，只有把握檢驗重點,才能有效地控制安全質(zhì)量,防止事故的發(fā)生,確保壓力容器的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

快開門；壓力容器；循環(huán)載荷

0 前言

快開門式壓力容器由于開關(guān)時間短、裝卸方便等特點在建材，制鞋行業(yè)等領(lǐng)域廣泛使用。鑒于長時間的高溫升壓，降溫降壓的循環(huán)載荷，設(shè)備不斷的熱脹冷縮，易在薄弱環(huán)節(jié)發(fā)生失效損失。開關(guān)次數(shù)頻繁容易導(dǎo)致事故，據(jù)文獻(xiàn)[1]介紹,快開壓力容器事故約占我國壓力容器爆炸事故的1/3，且后果相當(dāng)嚴(yán)重。《中華人民共和國特種設(shè)備安全法》、《壓力容器使用管理規(guī)則》[2]中明確了使用單位對壓力容器的安全性能負(fù)主要責(zé)任及開展每年一次安全檢查的必要性。但是很多技術(shù)人員缺少相關(guān)專業(yè)知識，對快開門式壓力容器的重點檢驗部位、檢驗方法及失效機(jī)理很難弄清，本文希望通過工程案例給出正確的檢驗方法及檢驗重點，達(dá)到事半功倍的效果。

1 典型缺陷案例及成因分析

1.1 嚙合齒根部疲勞裂紋

嚙合齒（如圖1所示）是在蓋法蘭和端部法蘭的圓周方向加工出均勻分布的齒塊，也是快開門式壓力容器的重要承壓部件，通過將門蓋法蘭旋轉(zhuǎn)某一角度，可實現(xiàn)門蓋頂蓋法蘭齒和端部法蘭齒之間的嚙合和錯開，從而達(dá)到齒嚙式結(jié)構(gòu)快速開關(guān)門蓋的目的。

圖1 筒體嚙合齒示意圖

嚙合齒作為重點檢查部位，由于污物等覆蓋很難通過宏觀檢測發(fā)現(xiàn)，必須打磨表面至金屬光澤，借助磁粉檢測手段才能夠發(fā)現(xiàn)微觀裂紋，圖2為典型的根部貫穿裂紋，借助磁粉檢測可很清晰地看到裂紋走向及擴(kuò)展方向，經(jīng)現(xiàn)場打磨1.5 mm后裂紋消除，屬于淺表面疲勞裂紋。

圖2 嚙合齒根部裂紋分布圖

杭州地區(qū)100多臺快開門式壓力容器的嚙合齒塊均出現(xiàn)過淺表面疲勞裂紋，該類型疲勞裂紋主要因為嚙合齒呈間斷性對稱分布四周，其剪切應(yīng)力為環(huán)焊縫應(yīng)力的2倍。并且嚙合齒不僅承受軸向的剪切力，而且其根部還存在彎矩作用，所以嚙合齒根部受力載荷最大，為快開門式壓力容器的薄弱環(huán)節(jié)。產(chǎn)生裂紋容器一般服役10年以上，且經(jīng)常處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。所以在高頻循環(huán)載荷作用下，嚙合齒根部不可避免地最先產(chǎn)生疲勞，裂紋沿剪切力方向擴(kuò)展延伸，最終整個齒根部表面呈開裂狀（如圖2所示）。若不及時發(fā)現(xiàn)裂紋會向深度方向擴(kuò)展，最終貫穿整個嚙合齒，從而導(dǎo)致嚙合齒強(qiáng)度降低、脫落，最終導(dǎo)致門蓋彈開，容器內(nèi)高能量氣體迅速釋放，導(dǎo)致人員傷亡[3]。

1.2 支座根部撕裂

支座是用來支撐容器重量和固定容器位置。鑒于快開門式壓力容器經(jīng)常升溫降溫，容器會不斷地?zé)崦浝淇s，所以會設(shè)置若干滑動支座來釋放膨脹量。可是由于安裝錯誤或者支座卡住等原因，滑動支座很難與地面發(fā)生相對滑動，這會導(dǎo)致滑動支座根部存在巨大的軸向推力，形成巨大的彎矩和撕裂力。在這種循環(huán)加載工況下，容器要不斷地?zé)崦浝淇s，在滑動支架處不間斷地產(chǎn)生推力、拉力，從而導(dǎo)致支座根部逐漸撕裂。裂紋從最初的萌生狀態(tài)逐漸發(fā)展到整體撕裂斷開，如圖3所示。整個支撐根部周圍全部被撕裂開，與筒體分離，嚴(yán)重時撕裂裂紋會擴(kuò)展延伸到筒體母材，大大降低了整個容器的承壓能力。根部裂紋在萌生期很難通過肉眼檢查到，必須借助磁粉、超聲波等無損檢測手段來及時發(fā)現(xiàn)。

2 小結(jié)

（1）嚙合齒是快開門式壓力容器的薄弱部位，承受循環(huán)載荷的齒根部容易出現(xiàn)疲勞裂紋，屬于典型的疲勞失效模式。嚴(yán)重時裂紋會貫穿整個齒塊，導(dǎo)致齒塊脫落，是安全檢查的重點部位。

（2）滑動支座易被地面卡死，容器的熱脹冷縮會對支座產(chǎn)生巨大的拉扯及彎矩，在根部易出現(xiàn)撕裂裂紋，嚴(yán)重時裂紋會導(dǎo)致支座脫落，裂紋繼續(xù)擴(kuò)展到容器本體上，這大大降低了容器的強(qiáng)度，是安全檢查的重點部位。

（3）宏觀檢測無法發(fā)現(xiàn)初期的疲勞裂紋及撕裂裂紋，必須借助磁粉、超聲波檢測技術(shù)及時發(fā)現(xiàn)并消除，只有把握重點才能真正消除事故隱患,確保壓力容器的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

[1]胡晶忠，快開門式壓力容器使用管理與定期檢驗[J].價值工程，2014,33（30）:35-36.

[2]TSG R5002-2013，壓力容器使用管理規(guī)則[S].2014.

[3]韓樹新，快開門式壓力容器余壓開門爆炸危害研究[J].壓力容器，2010，27（2）：50-53.

Key Testing Position and Typical Defect Types of Quick Actuating Pressure Vessel

ZHOU Tao
(Zhejiang Jianye Chemical Co.,Ltd.,Jiande,Zhejiang 311604,China)

s:Internal damage is easy to occur for quick actuating pressure vessel under long cycle load，key positionsandtypical defect types could been confirmed throughperformance analysis and non-destructive testing.It is only through grasping the key points that safety and quality could been effective controlled and preventing accidents,which could ensure the safety and economic operation of pressure vessel.

quick open-die processes;pressure vessel;cycle load

1006-4184（2015）5-0052-03

2015-01-09

周濤（1973-），湖北天門市人，本科，從事化工設(shè)計工作。E-mail：596902958@qq.com。