由于安装不合理而引起的换热器鼓包事故分析

周志超

摘要：染色机是印染企业使用的最主要的压力容器，由于染色机正常工作状态是在高温高压运行，印染企业特种设备安全事故往往都发生在染色机上。因此染色机的定期检验至关重要，关系到企业的安全生产和员工的生命安全。本文就以一起染色机定期检验中发现换热器鼓包事故为例，分析事故产生的原因和预防措施。

关键词：染色机  换热器  鼓包  安装  鞍式支座  使用管理

正文：

2020年03月，本市某印染企业有一套双缸染色机到期，申请定期检验，该染色机的设计压力为0.80 MPa（壳程）/0.40 MPa（管程），设计温度为183 ℃（壳程）/155 ℃（管程），使用介质为水蒸汽（壳程）/染液（管程）。

上图为染色机示意图，染色机的工作原理：染色机主要由染色机缸体、换热器和后部的过滤器组成，换热器管程和染色机缸体相连，染液在内部循环，换热器壳程通蒸汽，用于加热染液，加热的染液进入缸体给布料染色，整个染色过程是在高温高压下进行。

先对该台染色机进行资料审查，该台染色机的制造日期为2014年02月，已使用6年多，缸体材质为S30408，厚度为4、5mm;换热器壳程筒体和膨胀节材质为S30408，厚度为4mm，查看三年前首次定期检验报告，上次报告安全状况等级为1级，换热器壳程筒体实测最小厚度为3.8mm，膨胀节实测最小厚度为3.4mm。

然后进行外观检查，发现该染色机的换热器保温层有变形脱落现象，发现异常后拆开保温层检查，发现该换热器壳程下部鼓包严重，最大变形高度约30mm，而上部却未发现有明显变形情况。再往下观察，发现该换热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。壳程上部安全阀整定压力为0.80MPa，在有效期内。现场情况如下图所示。

据该厂特种设备安全管理人员介绍，当初安装时为了防止螺栓松动、换热器移位等后续问题，就直接采用焊接方法固定该换热器。该人员还介绍，换热器壳程原来使用的蒸汽是来自厂里蒸汽锅炉自产的蒸汽，压力温度比较稳定，压力在0.6mpa左右，温度在170℃左右。去年8月开始，蒸汽锅炉不再使用，使用的是热电厂过来的管道蒸汽，压力温度波动比较大，下表为该厂巡检人员根据蒸汽总管上流量计里的压力温度显示而记录下来的蒸汽压力温度波动情况。在白天时，整个电厂蒸汽管线上各个工厂都在生产，蒸汽用量大，所以到达该厂的蒸汽的压力温度比较小。而晚上时，只有一小部分工厂晚上还使用蒸汽，所以到达该厂的蒸汽的压力温度比较高，温度压力波动幅度较大。

根据该厂特种设备安全管理人员的介绍和现场的情况分析可得，该染色机的换热器由于鞍式支座未按图纸要求作螺栓固定，而是用焊接方式直接把鞍式支座焊接在固定板上，使得换热器壳程下部缺少了可以位移的缓冲余量，而上部由于有膨胀节的存在，上部有一定的緩冲余量。原来锅炉蒸汽比较稳定，热胀冷缩程度比较小，而且有膨胀节的存在，可以减轻热胀冷缩的影响，所以壳程变形不明显。但自从使用了热电厂的 管道蒸汽后，由于压力温度波动较大，整个系统热胀冷缩程度更加剧烈了，下部由于鞍式支座完全固定，无法位移缓解热胀冷缩时产生的巨大拘束应力，造成壳程下部支座附近应力集中，该换热器材料为S30408，屈服强度为205MPa，抗拉强度为520MPa。当应力集中部位的拘束应力超过材料的屈服强度时，就产生了不可逆的塑性变形，下部的鼓包就这样产生了。而上部虽然热胀冷缩程度也剧烈，但由于没有拘束，而且有膨胀节的缓冲效果，所以变形不明显。

该换热器壳程筒体和膨胀节设计厚度均为4.0mm，计算厚度为2.3mm。用超声波测厚仪对该换热器壳程筒体和膨胀节进行测厚，实测厚度如下表所示。

壳程筒节和膨胀节上部实测厚度未发现明显减薄，而下部实测厚度明显减薄，变形较大部位厚度已小于强度计算书中的计算厚度，在正常的运行参数下该换热器已不能安全运行。

查明原因后 ，立即向企业开出意见通知书，要求立即停止使用该换热器。由于鼓包已很难修复，建议企业更换该台换热器，要求新的换热器应请有相应安装资质的安装公司安装，并严格按图纸施工。

预防措施

1、 要求企业自查有无其他染色机也有类似焊接固定情况，并仔细检查每台换热器有无类似鼓包情况，发现后应立即更换，以防发生特种设备安全事故。

2、 加强设备使用管理，严格按照TSG21-2016 《固定式压力容器安全技术监察规程》 规定进行月度检查和年度检查，检查设备运行时有无异常振动和响声，检查安全阀校验是否在有效期内。

3、 在蒸汽总管上安装稳压装置，减轻蒸汽压力的波动，进而降低系统的热胀冷缩程度。

总结

染色机是印染企业使用的最主要的压力容器，由于染色机是在高温高压运行状态下工作，往往容易发生特种设备安全事故。笔者定期检验中常常发现许多关于染色机的安全隐患，比如安全阀等安全控制装置不定期校验;染色机门盖由于操作工不正常开闭而在门盖上产生许多裂纹;换热器的蒸汽进出口接管由于剧烈震动而开裂泄露等等。因此染色机的定期检验和企业的日常检查相当重要，及时检查出特种设备安全隐患，以防发生特种设备安全事故，关系到企业的安全生产和员工的生命安全。

参考文献

[1] 蔡杰. 染色机定期检验中有关问题的分析与讨论. 中国特种设备安全，2018， 34（5）：39-41.

[2]TSG21-2016 《固定式压力容器安全技术监察规程》

[3]GB/T 150-2011 《压力容器》