浅谈脱硫罐鼓包变形及罐体穿透性开裂问题

摘要：脱硫罐是用于再生胶生产中使废旧橡胶脱硫软化的压力容器。文章结合一台脱硫罐的全面检验案例，对检验中发现的脱硫罐底部鼓包变形以及垫板角焊缝边缘附近罐体出现穿透性开裂的形成原因进行了分析，并提出了预防建议。

关键词：脱硫罐 鼓包 开裂 预防建议

1 概述

脱硫罐是用于再生胶生产中使废旧橡胶脱硫软化的压力容器。由于橡胶在加工成产品的过程中要加硫蒸煮硬化，那么废旧橡胶回收再生的时候必须经过脱硫软化之后才能便于加工成产品，所以再生胶行业是一个硫化(硬化)-脱硫(软化)-硫化(硬化)的循环过程，脱硫罐则在这个循环过程中起着重要作用。其工作情况是将废旧橡胶粉、水、油和活化剂等物料按比例投入罐内，并保持一定蒸汽压力，罐体外表面电热丝通电加热及搅拌桨进行搅拌的条件下保压蒸煮一定时间，让硫化胶粉充油溶胀并氧化裂解，从而使硫化胶的硫键断裂，弹性网状结构破坏而脱硫再生。其脱硫速度受压力和温度影响，压力和温度越高，脱硫的速度就越快，反之亦然。

2 问题的提出

我市某橡胶厂使用的一台由上海某压力容器制造公司于2006年生产的脱硫罐设备（如图一），其主要技术参数：设计压力2.6MPa，工作压力2.5MPa，设计温度220℃，罐体内径1200mm，罐体长度3720mm，主体材质16MnR，壁厚16mm，沿罐体外表面纵向平均分布七块电热丝加热带。今年5月份进行的首次全面检验中，拆除保温后发现脱硫罐体底部出现两处不同程度的鼓包变形（图二标注①、②处）；罐体外表面垫板角焊缝出现多处开裂（图二黑色环带为回转导轨，导轨与罐体外表面间沿周向均布九块垫板（垫板规格：100×50×40mm）），其中一处有渗漏的痕迹，进一步检验后发现，垫板角焊缝边缘附近罐体出现穿透性开裂，裂纹外表面长约60mm，裂纹走向为纵向。开盖检查后，发现罐体底部两处大小不等的凹陷之处从中心向周边扩展，用尺规量得最大变形量为10-25mm。

3 原因分析及预防建议

3.1 罐体穿透性开裂的原因

通过认真检查罐体和参阅有关资料，并对日常使用情况进行深入了解，经分析，认为垫板角焊缝边缘附近罐体出现穿透性开裂的原因是在罐体内、外表面温差产生的热应力，及进出料时旋转罐体所产生的巨大交变应力的共同作用下，外加罐体底部一定的腐蚀减薄而引起罐体穿透性开裂。具体成因有以下几方面：

3.1.1 低周疲劳破坏是罐体开裂的主因。进出料时共用一个口，当完成脱硫后出料时需旋转罐体90-180°，这样在罐体和垫板间产生很大的应力，特别是在启动的瞬间。可以肯定，脱硫罐焊接完成后对垫板角焊缝做磁粉探伤或渗透探伤检查没有发现裂纹。但是，在投入使用后的不断正旋、反旋过程中，使脱硫罐体与垫板连接处承受交变应力作用，产生低周疲劳破坏，在角焊缝缺陷尖端产生微裂纹，随着使用次数的不断增加，微裂纹会不断地扩展，最后形成可探测到的表面裂纹直至形成穿透性开裂。

3.1.2 较大的温差热应力也是其原因。日常使用时通入罐内的蒸汽温度为130-150℃左右，外表面电热丝加热温度为450-500℃，在脱硫罐内外表面产生较大的温差；且罐体与垫板间的焊接型式为典型的刚性搭接焊，当内外表面受热膨胀后，在搭接处形成较大的温差热应力。

3.1.3 腐蚀减薄加快了罐体的开裂。脱硫罐内的介质和杂物对金属产生腐蚀的机理比较复杂，脱硫过程产生的硫化氢是腐蚀的主要因素，其反应式为：Fe+H2S=FeS+H2↑，腐蚀产生的氢气，因罐底沉积物的阻碍不能扩散，于是便与碳钢中的碳化铁发生反应：Fe3C+2H2=3Fe+CH4↑，致使碳钢脱碳，金相组织遭破坏。罐体底部的腐蚀减薄和强度降低也加快了罐体的穿透性开裂。

3.2 脱硫罐鼓包变形的原因

通过认真检查罐体和参阅有关资料，并对日常使用情况进行深入了解，经分析，认为鼓包变形的主要原因是由于电加热温控失常，导致罐体局部过热而又得不到有效的降温，超过金属材料的许用温度而发生高温蠕变。

具体的成因有以下几方面：

3.2.1 脱硫罐底部污垢是造成鼓包的主要原因。脱硫罐内的介质主要是废旧橡胶粉和水，这些废旧橡胶粉在放入之前只是在破碎机里被磨成粉状，没有经过其它预处理，因此夹杂着非常多的泥沙等污物。由于使用的企业为私营企业，管理水平极低，在运行过程中，这些泥沙污物等不断脱落并沉积在脱硫罐底部而又得不到及时清理，当积聚的污垢较多时，就在底部金属壁与液体之间形成了一个隔热层，传热受阻，金属壁的热量不能被液体顺利带走，导致底部壁温升高，在高温高压下钢材发生局部高温蠕变。

3.2.2 缺水对鼓包变形起加剧作用。脱硫罐在设计制造时只留有一个安全阀和一个压力表接口，缺少液位计，电加热前加水量多少和运行中的液位全凭操作工的经验控制，由于操作人员水平和责任心问题，有时加水量不足或在运行过程中电加热过旺，超压后又急于排气降压，都是造成缺水的原因。由于水没有及时补充，罐体内的水继续减少，随着蒸发量的降低，罐体底部壁温逐步上升，一般认为300℃以上钢的屈服强度开始下降。

3.2.3 超压超温使用也是发生鼓包的原因。私营企业管理不到位及安全意识不强，对于具有一定危险性的特种设备没有做到规范管理，设备本体和安全附件未能定期检验，日常操作规范形同虚设。操作工为了缩短蒸胶脱硫时间，提高产量，擅自超压超温使用。由于压力的升高，使发生鼓包变形的壁温降低，也就是使鼓包变形提前；由于电加热温控人为控制，操作工为了缩短蒸胶脱硫时间而随意的提高电热丝温度，使金属壁温进一步的提高，罐体钢材的局部高温蠕变提前发生。

3.3 预防建议

3.3.1 根据对检验情况的分析，建议脱硫罐在设计制造方面作如下的改进：在脱硫罐体上与进料口成90-180°处开设一个出料口，便于出料时无需再旋转脱硫罐而导致垫板与罐体在启动瞬间产生较大的应力，致使罐体穿透性开裂。制造时应高度重视对垫板角焊缝的焊接质量控制，避免缺陷的产生；同时应增加垫板与罐体的接触面积和垫板数量，减少应力集中现象。

3.3.2 加强使用管理，防止超压超温、缺水使用。定期经常清理罐底，防止泥沙污物的积聚。对电加热温控装置设置安全连锁保护功能，当罐体外表面金属壁温超过某一限值时，自动切断电源。日常维护保养中，安全阀、压力表要定期校验，并保证灵敏可靠；安全阀要定期做手动排汽试验，防止锈死，压力表要定期清理连通管，防止堵塞，以保持压力表读数准确。

3.3.3 目前大多数在用的脱硫罐是罐内直接通蒸汽，罐体外表面电热丝通电加热使用的，而GBl50《钢制压力容器》标准不适用于直接用火焰加热的压力容器，考虑到此类脱硫罐既属于压力容器，又有蒸汽锅炉的一些特性，其设计制造必须符合《固定式压力容器安全技术监察规程》的规定，并可参照GB9222—88《水管锅炉受压元件强度计算》和《蒸汽锅炉安全技术监察规程》的规定。

4 结语

结合本文对脱硫罐鼓包及罐体穿透性开裂的成因分析，不外乎有设计制造时遗留的小缺陷，但更重要的是企业安全意识薄弱、操作工的违规操作。在今后此类脱硫罐的全面检验中，垫板角焊缝边缘附近罐体表面状况、脱硫罐底部有无鼓包变形等成为重点。

通过对以上具体事故案例的分析，要想确保压力容器的安全运行，必须加强对企业安全意识的培养，认真贯彻执行压力容器的安全管理规定；加强操作人员的安全操作教育，严格执行各项规章制度，不超压超温使用，确保设备安全运行。

参考文献：

[1]压力容器定期检验规则（TSG R7001-2004）.

[2]钢制压力容器（GB150-1998）.

[3]固定式压力容器安全技术监察规程（TSG R0004-2009）.

[4]朱小文.锅炉锅筒鼓包原因及修理.山西机械.2001.12.

[5]蒸汽锅炉安全技术监察规程（劳部发[1996]276号）.

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