3.1.5. Эксплуатационные повреждения элементов автоклава, работающих под давлением

По результатам технического диагностирования, проводимого один раз в четыре года специализированными организациями, большая часть проверенных автоклавов не могла быть пущена в работу без восстановительного ремонта с применением сварки. Необходимость ремонтов определялась в значительной степени дефектами коррозионного и коррозионно-усталостного характера.

Коррозионные язвы сами по себе не столь опасны, если их величина сопоставима с расчетными допусками на коррозионный износ. Однако в ряде случаев они инициируют и маскируют развитие трещин, являющихся как бы продолжением этих язв и проникающих на значительную глубину (рис. 3.8). Такого рода трещины образуются в результате воздействия механических нагружений на предварительно ослабленный коррозией металл. Об этом говорит ускоренный процесс развития трещин на более поздних этапах (рис. 3.9), а разветвленный рисунок, характер трещин и наличие оксидных отложений свидетельствуют о преобладании коррозионного механизма разрушения в начальный период.

Рис. 3.8. Примеры (а и б) коррозионных повреждений металла корпуса автоклава

Рис. 3.9. Переход коррозионного повреждения в трещину (показан на поперечном металлографическом шлифе)

Массовое обследование автоклавов на предприятиях показало, что поверхностному сетчатому растрескиванию в нижней части кольцевых швов и их околошовных зон подвержены более 60% проверенного оборудования. Ширина зоны растрескивания доходила до 200 мм в обе стороны от сварных швов в осевом направлении, а в поперечном соответствовала полосе воздействия конденсата на металл автоклава.

Сетчатое растрескивание часто обнаруживалось в зоне приварки рельсовых опор к корпусу (рис. 3.10). Подобные повреждения характерны для автоклавов с жестким креплением опор угловой конструкции и образуются в результате совместного влияния коррозионных и механических нагрузок (остаточные сварочные напряжения, тепловые и от веса груза), усиленных циклическим характером воздействия веса тележек с грузом и другими эксплуатационными факторами.

Рис. 3.10. Сетчатое растрескивание под рельсовой опорой (выявлено после удаления опоры)

Околошовная зона сварных швов является зоной химической и структурной неоднородности и концентрации напряжений, что определенным образом сказывается на скорости коррозии. Так, если после 6000 циклов нагружения глубина коррозионных повреждений основного металла (толщина стенки 14 мм) вне зоны сварных соединений доходит до 3 мм, то в околошовной зоне того же автоклава она составляет 4-5 мм. Зарождение трещин начинается преимущественно в технологических концентраторах напряжений, наиболее часто в резких переходах от шва к основному металлу, в местах подрезов, непроваров, смещения кромок и других дефектов, возникающих при изготовлении и монтаже или образовавшихся при эксплуатации (каверны, истирания, задиры).

Многочисленные механические испытания образцов, вырезанных из нижней части корпуса автоклава, показали, что в результате длительной эксплуатации в коррозионно-активной среде пластические свойства металла (относительное удлинение, относительное сужение, угол изгиба) имеют тенденцию к снижению, которое проявляется больше при испытании осевых образцов (когда растяжение осуществляется перпендикулярно направлению проката листа), чем тангенциальных. И хотя временное сопротивление металла соответствует уровню в состоянии поставки, наличие микротрещин, выполняющих при испытании роль надрезов, в сочетании с одновременным значительным снижением относительного удлинения приводит к хрупкому разрушению металла нижней части корпуса, которое проявляется до истечения нормативного срока службы автоклава.

Другими широко распространенными эксплуатационными дефектами являются механические задиры на внутренних поверхностях автоклавов, истирание сварных швов и кромок фланцев. Так, на Белгородском заводе строительных материалов уже после наработки 1800 циклов на 12 автоклавах были выявлены задиры и истирания швов, причем на 4 автоклавах суммарная длина задиров в каждом составила до 16 м. На Воронежском заводе силикатного кирпича задиры были выявлены на 21 из 26 обследованных автоклавов; в некоторых из них суммарная длина задиров достигала 20 м, а глубина их - до 3 мм. Причиной образования указанных дефектов является неудовлетворительное состояние рельсового пути, вагонеток и приспособлений для загрузки вагонеток в автоклав и выгрузки их из него.

На автоклавах с гидравлическим приводом открывания-закрывания крышек произошел ряд аварий, связанных с отрывом крышек от траверсы (рычага) и падением их во время загрузки вследствие разрушения оси. Линия разрушения показана на рис. 3.11 пунктиром; она проходит по подошве детали от кромки цилиндрической части диаметром 90 мм к кромке выточки высотой 6 мм с внутренней стороны подошвы. Излом хрупкий, бездеформационный, крупнозернистый. В изломе различаются две зоны: первая - старой трещины с полностью и частично окисленной поверхностью, составляющей 1/3 площади излома, вторая - долома со свежей неокисленной поверхностью. Зона старой трещины имеет началом наиболее напряженный участок подошвы - нижнюю ее часть, растягиваемую при подъеме крышки. Одновременно с разрушением оси имел место отрыв проушины, служащей направляющей при повороте крышки вокруг оси. Отрыв проушины происходил по всему сечению (длине и толщине) сварного соединения ее с траверсой (рычагом). В изломе сварного шва были видны непровары и шлаковые включения, достигавшие 50% сечения. Одновременно были оторваны по сварному шву и ребра жесткости, относящиеся к проушине.

Рис. 3.11. Повреждение узла подвески крышки: 1 - крышка; 2 - сварной шов приварки крышки; 3 - подошва оси; 4 - ось подвески крышки; 5 - линия разрушения узла

Причиной падения крышек следует считать недостаток конструкции узла крепления крышки к траверсе (рычагу).

Характерным повреждением в автоклавах является также образование трещин в стенках канала подвода пара на уплотнение прокладки. Причиной их возникновения следует считать наличие на кромке отверстия во фланце концентрации напряжений, а также подачу пара на уплотнение прокладки (ранее поджим прокладки осуществлялся подачей воды, которая нагревалась одновременно с прогревом автоклава). Подача пара в холодный канал вызывает большие термические напряжения во фланце, которые на кромке отверстия со временем приводят к образованию трещин. Для предупреждения таких трещин после ремонта целесообразно по согласованию с заводом-изготовителем осуществить подачу воды на уплотнение прокладки.