蔡 杰

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院鹽城分院 鹽城 224052）

染色機(jī)是通過(guò)配置專用紗架，對(duì)各種類型紗線、純棉、尼龍、羊毛、毛滌（以下簡(jiǎn)稱“物料”）等進(jìn)行漂染處理的承壓設(shè)備。該設(shè)備主要由熱交換器和染缸通過(guò)中間管道連接組成，漂染用的染液經(jīng)過(guò)熱交換器加熱后，進(jìn)入染缸對(duì)物料進(jìn)行染色，按照染缸的形狀，染色機(jī)可分為立式、臥式及L型三種，見(jiàn)圖1。

染色機(jī)的操作參數(shù)一般為：工作壓力在0.3～0.6MPa之間，工作溫度在130～230℃之間。熱交換器和染缸通常采用奧氏體不銹鋼（304、316L等）制造，其物料進(jìn)出口采用橢圓形回轉(zhuǎn)蓋快開(kāi)人孔結(jié)構(gòu)；在操作工藝上，物料通過(guò)回轉(zhuǎn)蓋進(jìn)出染缸時(shí)具有溫度控制精度要求高、執(zhí)行元件多、動(dòng)作頻繁等特點(diǎn)，造成染色機(jī)經(jīng)常處于頻繁開(kāi)啟的交變載荷狀態(tài)；再者，為配制合適的染液，在染液中往往要加入亞氯酸鈉、氯化鈉等多種化工配料，使得染液的成分十分復(fù)雜，染色機(jī)完全處在酸、堿、水蒸氣惡劣環(huán)境中，從而會(huì)導(dǎo)致一系列的缺陷產(chǎn)生，增加了事故隱患。本文就筆者在檢驗(yàn)過(guò)程中的工作實(shí)踐，通過(guò)分析染色機(jī)特殊結(jié)構(gòu)及惡劣的工藝環(huán)境對(duì)其安全運(yùn)行的影響，結(jié)合定期檢驗(yàn)中缺陷案例統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)該類設(shè)備定期檢驗(yàn)時(shí)有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行討論，并提出針對(duì)性措施，為業(yè)內(nèi)同仁對(duì)該類設(shè)備檢驗(yàn)提供借鑒和參考。

圖1 立式、臥式、L型染色機(jī)

1 結(jié)構(gòu)的特殊性及惡劣的工藝環(huán)境對(duì)設(shè)備安全運(yùn)行的影響

1.1 門(mén)蓋屬于橢圓形回轉(zhuǎn)快開(kāi)結(jié)構(gòu)

物料進(jìn)出采用橢圓形回轉(zhuǎn)快開(kāi)人孔結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)通過(guò)在人孔門(mén)蓋四周布置的活節(jié)螺栓與螺母連接，達(dá)到打開(kāi)和鎖緊的目的，雖然不屬于TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》[1]所定義的快開(kāi)門(mén)式壓力容器，但為了保證操作運(yùn)行的安全，仍然需要在壓力完全釋放的情況下方可開(kāi)門(mén)，在門(mén)蓋關(guān)閉到位時(shí)才能升壓的快開(kāi)操作系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)這一功能，在設(shè)計(jì)時(shí)采用了安全聯(lián)鎖、開(kāi)關(guān)量控制、模擬量控制等多措施的快開(kāi)操作系統(tǒng)，開(kāi)門(mén)時(shí)操作人員通過(guò)在控制柜上裝設(shè)的介質(zhì)溫度顯示儀進(jìn)行判斷，當(dāng)顯示溫度降至某一溫度以下(如80℃)時(shí)打開(kāi)泄放閥并進(jìn)行快開(kāi)操作系統(tǒng)的操作，而關(guān)門(mén)時(shí)則完全依賴于螺栓與螺母是否緊固到位以及法蘭密封面的密封性能。在實(shí)際操作中，由于快開(kāi)操作系統(tǒng)的失靈、密封面的泄漏常常會(huì)對(duì)操作者造成傷害。

1.2 設(shè)備承受循環(huán)交變載荷

染色機(jī)在一個(gè)開(kāi)閉過(guò)程中都要經(jīng)歷一次升壓（升溫）→保壓（保溫）→降壓（降溫）的循環(huán)，一般每天有十幾次到數(shù)十次，由于沒(méi)有保溫層，溫度的變化會(huì)引起溫差熱應(yīng)力，從承受載荷角度，壓力的變化使設(shè)備承受著循環(huán)交變載荷，這類的載荷往往會(huì)引起疲勞失效[2]。

1.3 處于應(yīng)力腐蝕環(huán)境

染液由染料、勻染劑和促染劑組成，許多企業(yè)直接用自來(lái)水加入亞氯酸鈉、氯化鈉等配制染液，所以染液中都含有一定量的氯離子，而且含量大多超過(guò)25mg/L；由于容器焊接時(shí)引起的焊接殘余應(yīng)力沒(méi)有完全消除，焊縫區(qū)域存在較大的拉應(yīng)力，加之染色機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的循環(huán)交變載荷引起內(nèi)應(yīng)力，因此設(shè)備完全處在應(yīng)力環(huán)境下運(yùn)行，奧氏體不銹鋼在應(yīng)力環(huán)境下對(duì)含氯離子的介質(zhì)特別敏感，染液中的氯離子由于半徑小，穿透能力極強(qiáng)，滲透到鈍化膜內(nèi)極小的孔隙，發(fā)生電離、溶解反應(yīng)，從而使某些局部區(qū)域的腐蝕加深，最后形成蝕孔，蝕穿金屬斷面，導(dǎo)致染色機(jī)表面產(chǎn)生裂紋，也就是應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂[3]。

1.4 物料對(duì)容器及管道內(nèi)壁沖刷

由于工藝的特殊性，在熱交換器及染缸上需開(kāi)設(shè)蒸汽進(jìn)口管、染液進(jìn)出管、冷凝水進(jìn)出管等，這些連接管道在頻繁的物料進(jìn)出、流動(dòng)轉(zhuǎn)向時(shí)極易遭受腐蝕、沖刷；另外由于物料的頻繁進(jìn)出以及設(shè)備在工作過(guò)程時(shí)在染液循環(huán)泵的作用下處于強(qiáng)烈的高頻振動(dòng)狀態(tài)，染液的波動(dòng)也會(huì)造成對(duì)容器內(nèi)壁的沖刷。

2 定期檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的缺陷案例統(tǒng)計(jì)分析

通過(guò)對(duì)近年來(lái)定期檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)存在缺陷的16臺(tái)染色機(jī)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)裂紋類缺陷的容器有8臺(tái)，占50%，發(fā)現(xiàn)快開(kāi)操作系統(tǒng)缺陷的有3臺(tái)，占18.75%，發(fā)現(xiàn)染缸及管道內(nèi)壁沖刷、磨損缺陷的有3臺(tái)，占18.75%，其他缺陷的有2臺(tái)。

再對(duì)8臺(tái)染色機(jī)中裂紋類缺陷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)法蘭與筒體及封頭連接處、管道與熱交換器及染缸的角焊縫、搖擺桿連接處及安全附件接管內(nèi)表面等部位均容易產(chǎn)生裂紋。其裂紋分布位置及主要失效機(jī)理詳見(jiàn)表1。

表1 8臺(tái)裂紋類缺陷分布位置統(tǒng)計(jì)

3 定期檢驗(yàn)應(yīng)采取的針對(duì)性措施

從上述結(jié)構(gòu)的特殊性及惡劣的工藝環(huán)境對(duì)設(shè)備安全運(yùn)行的影響及定期檢驗(yàn)中缺陷案例統(tǒng)計(jì)分析可看出，在染色機(jī)的定期檢驗(yàn)過(guò)程中，為準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行中的新生缺陷，及時(shí)排除事故隱患，除按宏觀檢驗(yàn)、壁厚測(cè)定、安全附件檢驗(yàn)等常規(guī)的檢驗(yàn)檢測(cè)方法外，還必須采取以下有針對(duì)性的檢驗(yàn)措施：

3.1 快開(kāi)門(mén)蓋及其快開(kāi)操作系統(tǒng)

1) 活節(jié)螺栓。

應(yīng)在對(duì)螺栓逐個(gè)清洗后，檢驗(yàn)其損傷和裂紋情況，重點(diǎn)檢驗(yàn)螺紋及過(guò)渡部位有無(wú)環(huán)向裂紋，必要時(shí)進(jìn)行PT檢測(cè)。

2) 密封面、密封墊片。

法蘭密封面有無(wú)泄漏，密封墊片的聚四氟乙烯包覆層是否完好，結(jié)構(gòu)層是否完好和具有良好彈性。

3) 門(mén)蓋。

對(duì)門(mén)蓋進(jìn)行測(cè)厚和宏觀檢查，檢查是否存在減薄和表面裂紋，必要時(shí)對(duì)門(mén)蓋進(jìn)行PT檢測(cè)。

4) 快開(kāi)操作系統(tǒng)。

應(yīng)對(duì)快開(kāi)操作系統(tǒng)進(jìn)行功能檢查，驗(yàn)證安全聯(lián)鎖、開(kāi)關(guān)量控制、模擬量控制是否靈敏可靠；染色機(jī)快開(kāi)門(mén)裝置要求在某一溫度(如80℃)以下才能打開(kāi)門(mén)蓋，測(cè)溫儀表的準(zhǔn)確性非常重要，因此需要定期對(duì)其進(jìn)行校驗(yàn)。

3.2 設(shè)備承受循環(huán)交變載荷

染色機(jī)承受了循環(huán)交變載荷，可能引起疲勞失效，應(yīng)該對(duì)以下焊縫進(jìn)行宏觀檢查和PT檢測(cè)：法蘭與筒體連接處、法蘭與封頭連接處、封頭兩端蓋板連接處、支腳墊板處、接管角焊縫與搖擺桿連接處等。

3.3 應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂

采取宏觀檢查和PT檢測(cè)的方法對(duì)容器內(nèi)表面與染液接觸的焊縫區(qū)域以及應(yīng)力集中部位進(jìn)行重點(diǎn)檢測(cè)，檢驗(yàn)其是否存在應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂缺陷。

3.4 容器及管道內(nèi)壁沖刷、磨損

應(yīng)對(duì)以下部位進(jìn)行重點(diǎn)測(cè)厚：蒸汽進(jìn)口管、染液進(jìn)出管、冷凝水進(jìn)出管、熱交換器與染缸的連接管道，尤其是在彎頭、三通等部位；容器內(nèi)壁液面波動(dòng)部位。

3.5 熱交換器

熱交換器屬于固定管板換熱器，殼程部分內(nèi)部無(wú)法檢驗(yàn)，對(duì)于殼程部分可采用內(nèi)窺鏡等手段進(jìn)行檢查；對(duì)管程必要時(shí)可拆卸管箱，對(duì)管板表面、管箱內(nèi)表面以及與管箱連接管道的內(nèi)表面進(jìn)行宏觀檢查，必要時(shí)作PT檢測(cè)，檢查這些表面是否存在腐蝕、沖刷等缺陷。

4 結(jié)論

作為承壓設(shè)備，染色機(jī)由于其自身的特殊結(jié)構(gòu)，加之處于較為惡劣的工藝環(huán)境中，在運(yùn)行過(guò)程中往往會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂、疲勞失效、沖刷和磨損、快開(kāi)操作系統(tǒng)失靈等多種缺陷，因此檢驗(yàn)人員應(yīng)制定針對(duì)性的檢驗(yàn)措施，準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行中的新生缺陷，及時(shí)排除事故隱患，以確保設(shè)備的安全運(yùn)行。

[1]TSG 21—2016 固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].

[2]黎華，王戀，林金梅. 高溫高壓染色機(jī)殼體破裂分析[J]. 理化檢驗(yàn)（物理分冊(cè)），2014（07）：512-514.

[3]李向前. 高溫高壓染色機(jī)裂紋分析[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2014（03）：44-45.