第一篇：中间储仓式制粉系统爆炸成因分析及预防措施
中间储仓式制粉系统爆炸成因分析及预防措施
一:制粉系统爆炸原因分析及应采取相应措施
1、引起制粉系统爆炸原因分析
一般情况下,制粉系统爆炸必须满足以下几个必要条件,即氧浓度、煤粉浓度、煤粉细度、燃料挥发分含量、煤粉所含水分、风粉混合物温度及明火源。
从氧浓度和煤粉浓度(即风粉混合物浓度)方面来讲,当煤粉浓度达到爆炸标准而氧浓度未能达到爆炸标准或者氧浓度能达到爆炸标准而煤粉浓度未达到爆炸标准时, 制粉系统没有发生爆炸的危险.对于烟煤,当燃料挥发分<10%时,无自燃和爆炸的危险.当燃料挥发分>20%时,由于此时的煤属于反应能力较强的煤, 燃料挥发分的析出和着火温度都较低,很容易发生煤粉自燃和爆炸事故;我公司燃用的是烟煤,煤质变化较大,燃料挥发分在18%～30%之间变化,大多数属于易自燃和爆炸的煤种;当风粉混合物浓度在0.32～4Kg/m3 范围内时则会发生爆炸,在1.2～2.0Kg/M3 范围内时, 则最容易发生爆炸.所以在制粉系统运行时,要控制排粉机入口含氧量不大16%;若风粉混合物浓度恰好在此范围内时,遇到足够的点火源就会发生爆炸事故。
煤粉细度：:即使容易发生爆炸的种,如果煤粉颗粒直径较大不会发生爆炸,即R90越大, 发生爆炸的可能性越小.R90越小, 发生爆炸的危险性越大。(d当量＞100um时,无爆炸的可能)煤粉所含水分：煤粉中的水分也是煤粉发生自燃和爆炸的重要因素之一,磨制煤粉的最终水分Mmad的确定.既要考虑到制粉系统的安全可*性,又要照顾制粉系统的经济性, Mmad高,可避免煤粉发生爆炸的危险性,但过高又使磨煤机的出了降低,输粉和燃烧困难,并可能使煤粉在粉仓壁板结成块或压实,而且还可能造成下粉管堵塞,引起给粉机来粉不均匀或断粉.Mmad过低,对于烟煤又容易引起煤粉的自燃和爆炸.对于烟煤Mmad的标准0.5Mad＜Mmad＜Mad；
点火源即明火：其来源大多数发生在煤粉最容易沉积的地方.只要有煤粉沉积的地方,就能够成为风粉混合物发生爆炸的发源地.在制粉系统爆炸中,一旦发生煤粉沉积,随着时间推移,煤粉开始氧化并且释放热量, 释放的热量使得沉积煤粉温度升高,则又加速了煤粉的氧化、放热、升温,经过一定的时间之后,温度就能够达到煤粉着火时的温度,煤粉就开始自燃,很有可能引起制粉系统爆炸。所以说煤粉堆积自燃是制粉系统发生爆炸事故的主要原因之一。风粉混合物温度也是能够引起制粉系统发生爆炸事故的主要原因之一, 温度较高,一方面使燃料挥发分较高的煤粉容易析出可燃性气体,使其浓度容易达到爆炸范围；另一方面又会使制粉系统内部堆积的煤粉自燃。
2、制粉系统煤粉容易堆积自燃的部位主要有以下方面；(主要针对某电厂E-420-13.7-560KT型锅炉所配中间储仓式制粉系统而言,)(1)在粗粉分离器内锥体锁气器篱片上：a、因有部分杂物存在使内锥体锁气器篱片堵塞或者锁气器篱片动作不灵活,使得锥体内部回粉不畅，导致锥体内部大量积粉；b、点炉过程中,热风温度较低,制粉系统启动前,暖管时间较短,制粉系统投入运行后,引起煤粉结块或者制粉系统干燥出力未达到规定要求，引起煤粉结块；c、制粉系统消防蒸汽来汽门不严密,造成蒸汽进入粗粉分离器内,引起煤粉结块；d、煤的内部水分和外部水分较大。
以上原因导致粗粉分离器内锥体锁气器篱片堵塞，使内锥体内回粉不畅通,引起内锥体内煤粉慢慢堆积起来,长时间堆积会导致煤粉自燃而发生爆炸,也是某电厂E-420-13.7-560KT型锅炉所配中间储仓式制粉系统发生爆炸事故的主要原因。
(2)个别折向叶片调整失灵，角度无法调整且处于较小角度范围内（与水平方向夹角）,折向叶片开度外部指示值与内部实际开度不一致,或者叶片上有杂物,使得叶片上部积粉有煤粉。
(3)在粗粉分离器内，因锥帽与水平方向的夹α角比较小，这样就造成锥帽顶部在制粉系统运行时，有少部分煤粉积存于此部位。虽然煤粉具有流动性，但因α角度较小，使得积存于锥帽顶部的煤粉不能全部被气流携带走或流入锥体内，部分煤粉仍然积存于锥帽顶部，故此处成为死区。积存的煤粉因处于干燥介质中，加速了煤粉氧化,可能会导致煤粉自燃。当气粉混合物浓度达到一定程度时，引起爆炸事故。
(4)细粉分离器入口的水平管道上由于其通流面积增大,同时因细粉分离器上各防爆门铁皮破裂, 导致进入细粉分离器的风粉混合物流速有所降低,使得相对颗粒较大的煤粉沉积在水平管道上。
3、某电厂E-420-13.7-560KT型锅炉所配中间储仓式制粉系统，自投产以来, 发生过几次制粉系统爆炸事故，从其所有发生过制粉系统爆炸事故分析表明，制粉系统发生爆炸后,粗粉分离器上的六个防爆门全部被打开, 细粉分离器上大部分防爆门被打开并且锥体内部有大量煤粉在燃烧,而磨煤机出入口的防爆门完好无损, 磨煤机出口风粉混合物温度在正常范围内,这也充分证明爆炸部位在粗粉分离器锥体内和细粉分离器入口的水平管道上,与上述分析相符,所以运行中不能单纯以磨煤机出口风粉混合物温度的高低作为被监控的对象,还应参照排粉机入口温度。
4、防止制粉系统爆炸措施;针对以上分析,根据“运行规程”、“安规”及“二十五条反事故措施”的重点要求,结合该电厂E-420-13.7-560KT型锅炉所配中间储仓式制粉系统存在的问题,应该从以下几方面防止：
a、按照运行规程要求,严格执行定期降粉工作。b、制粉系统运行中,根据煤质变化情况, 投抽炉烟风应按比例投入,以控制排粉机入口含氧量在16%以内(同时也应该满足炉内燃烧工况的需要),同时煤粉细度不要保持太小,特别是燃用挥发分较高的煤种时
(煤粉细度保持太小,相对增加了风粉混合物浓度)尤为重视.根据煤质情况可适当调整,一般R90保持在17±2%左右；(制粉系统设计选用的干燥介质为：热风－烟气混合物，主要是为了降低氧浓度和炉膛内NOx浓度,要求排粉机入口含氧量小于16％，防止挥了份较高煤粉发生爆炸事故。
c、制粉系统在停止运行之前,一定要将系统内部的积粉抽干净,系统启动前,要进行充分暖管,(防止抽粉不彻底或暖管不充分遇到结露的水蒸汽或因蒸汽消防门不严,使凝结水滴入制粉系统内部造成煤粉结块)；
制粉系统停止运行后,要进行倒风,并检查热风门的严密性,发现风门有缺陷及时联系处理。d、根据煤质变化情况, 在正常范围内适当调整磨煤机出口风粉混合物温度,最高不应超过72℃;(煤质可以从煤的颜泽、挥发分的大小并辅以低位发热量为依据或根据磨煤机出口风粉混合物温度、磨煤机出入口压差来粗略判断)。
e、保持制粉系统的稳定运行,防止煤量忽大忽小或断煤,大小修时应定期清理原煤斗,及时消除制粉系统各部漏风,保持制粉系统严密性,发现断煤时应及时采取相应措施处理。f、加强对制粉系统各防爆门的不定期检查和管理(不定期对防爆门进行检查,发现有破损, 及时联系处理),应保持防爆门完整严密,且其上不应有异物妨碍其动作。
g、加强原煤管理工作,及时清除煤中爆炸物(如雷管等)及大块杂物,严防外来火源.燃运应加强上煤及对异物的清理工作,防止断煤及异物卡主给煤机链条;加强配煤工作, 及时通报上值和当值上煤情况,煤种发生变化及时告诉运行当班负责人。
h、定期巡回检查系统设备运行状况,发现制粉系统内部有火星飞溅或明火时,应立即采取措施,消除火源；且不宜立即停止给煤机运行，防止在停止给煤机过程中，引起制粉系统爆炸。
i、系统运行中,应加强对制粉系统各参数的监视及运行工况的分析,判断制粉系统运行是否正常,分析异常现象,应查找原因,及时排除。
j、对制粉系统运行中, 磨煤机再循环风门应适当投入,防止该风门挡板长时间处于关闭位置造成挡板处积粉。
k、当制粉系统故障紧急停止运行后,应立即将风倒入排粉机,并加强各参数的监视,当各部温度上升时, 应立即采取措施,再次启动时前应进行抽粉(最好投入抽炉烟风)。
l、当制粉系统运行时,严禁有明火作业,若必须进行明火作业时, 应停止制粉系统运行, 将风倒入排粉机,办理工作票包括动火工作票,并且做好安全防范措施及危险点预控措施。m、保证制粉系统的消防蒸汽系统的可*备用及各阀门严密。n、制粉系统的启停严格按照运行规程执行。
o、定期检查清理粗粉分离器内锥体内部的积粉,保证篱片动作灵活;(至少每月清理一次)p、运行工情不稳定时，如启停制粉系统或系统断煤时易造成煤粉自燃和爆炸，应加强监视，防止断煤事故发生。
q、加强制粉系统的保温，防止煤粉因结露产生结块、沉积。在运行过程中，严格控制磨煤机出口温度，保持煤粉细度和水分在规定范围内。
5、制粉系统发生自燃和爆炸事故时的现象；
(1)煤粉仓温度有可能异常升高,若爆炸发生在粗粉分离器及以后部位,排粉机入口温度异常升高；
(2)自燃部位管壁温度异常升高；(3)制粉系统负压突然变正；
(4)爆炸时,有巨大响声,从系统不严密处向外冒烟,防爆门破裂或鼓起,外部可看见火球或黑烟；
(5)爆炸后,若磨煤机入口到排粉机入口之间的防爆门破裂, 则防爆门破裂处之前,系统负压降低或系统变成正压，排粉机出口总风压及对应各一次风压增大, 排粉机电流突然增大，随后变小，几秒至十几秒后又突然增大，若排粉机出口防爆门破裂, 排粉机出口总风压及一次风压降低,排粉机电流增大, 系统负压降低增大；(6)炉膛负压突然变正,燃烧火焰发暗,严重时燃烧不稳,甚至引起锅炉灭火；
(7)粉仓煤粉自燃时，粉仓温度升高、粉仓上部盖板烧热并有瓦斯其气味；从不严密处向外冒烟；给粉机来粉不正常，燃烧不稳定，严重时将一次风管烧红或烧坏燃烧器；
6、制粉系统内部煤粉发生自燃或着火时的现象及处理方法 现象：
a、磨煤机出口温度不正常升高；
b、周围有灼热感，磨煤机入口铁皮烧红或从检查孔向外冒 c、磨煤机入口能看到火星； 原因：
a、磨煤机出口温度保持过高； b、原煤斗自燃的煤进入磨煤机内；
c、前一次停磨煤机时，机内残留的煤粉未抽干净且间隔时间太长，引起残留煤粉自燃； d、检修时因焊接等原因点燃了磨煤机内煤粉； 处理：
a、磨煤机入口发现有火星时,应加大给煤量,(同时压住回粉管的锁气器)必要时用水浇灭火星或投入蒸气消防；
b、发现粗粉分离器内部着火时应加大抽炉烟风量,关闭热风门及压力冷风门,缓慢减小给煤量后,停止给煤机,磨煤机运行,并且将风倒至排粉机内, 投入蒸气消防系统进行灭火；
c、在制粉系统重新启动之前,打开各部位防爆门进行全面检查,确认系统内已无火星时,并且将内部积粉清除干净后,再进行制粉系统的启动；
7、制粉系统发生爆炸事故时的处理方法；
(1)立即停止制粉系统的运行,同时要防止锅炉发生灭火,燃烧不稳定投入油枪稳燃；(2)控制好排粉机出口总风压及一次风压,切断进入制粉系统的热风和压力冷风, 将风倒至排粉机;若排粉机出口总风压及一次风压无法维持时,应迅速开启排粉机入口冷风门,保持一次风压正常;立即全面检查爆炸侧制粉系统防爆门的破损情况，积粉着火部位及着火情况；
(3)投入蒸气消防系统进行灭火, 火势无法控制时,可采用消防水进行灭火,以免烧损设备；(4)清除各部位着火源,确认其内部着火源全部消失,且积粉全部清理干净后,联系检修修复破损的防爆门；
(5)在制粉系统恢复运行前,应对系统各设备内部和管道进行全面检查修复,然后按照制粉系统正常启动的要求投入运行；
(6)分析事故的原因,做好防范措施,做好记录；
二:分析煤粉仓温度高的原因及防止煤粉仓中煤粉自燃与爆炸的措施
1、引起粉仓温度高的原因？
a、粉仓和输粉机（邻炉相互送粉），上的吸潮气管上的手动阀门未按操作规程规定进行操作.制粉系统运行时吸潮气管上的手动阀门必须全开,反之,必须全部关闭.而目前实际情况是:操作中, 制粉系统运行时,粉仓吸潮气管上的有些手动阀门没有开启,有些甚至无手轮(操作手柄).制粉系统停止运行时,粉仓和链式输粉机上的吸潮气管有些手动阀门没有关闭或关严(输粉机至粉仓的插板也未关)。因为制粉系统运行时,吸潮气管上的手动阀门没有开启,使得粉仓内部的潮气不能被抽出, 粉仓内的负压也很难建立和保证； 制粉系统停止运行时, 吸潮气管上的手动阀门未关闭或关严,则增加了粉仓的漏风,为粉仓内可燃气体和风粉混合物爆炸提供了必要条件,特别是制粉系统启停频繁时,各吸潮气管上的手动阀门不能按规定及时开启和关闭,就会加剧粉仓温度的上升；
b、细粉分离器锁气器失去作用(其作用一是防止漏风,二是制粉系统发生爆炸时,防止火源进入粉仓内.);由于有些锁气器关闭不严密或有一道锁气器因故障失去作用时,只有另外一道锁气器在工作,因而容易引起粉仓温度高；
c、换向(导向)挡板(其作用是把细粉分离器分离出来的煤粉送入粉仓或链式输粉机供邻炉)制粉系统运行且输粉机不工作时,应将导向挡板切至链式输粉机一侧,而制粉系统停止运行时, 应将导向挡板切至粉仓一侧,并且要进行系统倒风。而在实际操作中,有时并未按上述原则操作；
d、输粉机至粉仓的插板门未按规程规定进行关闭,(此插板门只有在链式输粉机运行,进行相互送粉时,才允许受粉炉的链式输粉机至粉仓的插板门开启,送完粉, 链式输粉机停止运行后,关闭此插板门;)但有时各炉链式输粉机至粉仓的插板门未关严或未关,使制粉系统停止运行后,粉仓和链式输粉机内部形成负压,同时增加了链式输粉机内的漏风；
e、制粉系统运行时,磨煤机出口风粉混合物温度保持过高；
f、粉仓顶部检查孔(人孔门)未关严或防爆门铁皮因锈蚀破损等,使外界空气进入粉仓内部；
g、环境温度低,而粉仓保温不良或保温层脱落时,引起粉仓内壁结露造成煤粉结块堆积；
2、防止煤粉仓中煤粉自燃与爆炸的措施
针对上述原因分析,根据《二十五条反事故措施》要求,结合运行实际情况,可以从以下几个方面来预防和处理；
a、制粉系统运行时,磨煤机出口风粉混合物温度保持在正常范围内,最高不超过72℃;(煤质较好时,温度可以保持稍低些,煤质较差时,可以保持较高些)；
b、粉仓、链式输粉机上的吸潮气管上的手动阀门应按规定开关,保持吸潮气管畅通,无堵塞现象;潮气管上手动门的手轮齐全,阀门开关刻度指示清晰, 手动门开关指示与实际相符,门芯无脱落现象;制粉系统运行时, 粉仓吸潮气管上的手动阀门应开启,以保持粉仓内适当负压;制粉系统停止运行时,一定要将该吸潮气管上的手动阀门关严；
c、严格执行定期降粉制度和停炉前粉仓空仓制度;锅炉停止运行超过三天时,应将粉仓内部的煤粉全部烧干净,同时应严密密封粉仓；
d、若锅炉属于紧急停炉,暂时无法恢复时,除密封粉仓保持其严密外,还应该加强粉仓温度的监视和实际巡回检查,必要时,投入氮气； e、粉仓温度有上升趋势时,应查找原因处理, 当粉仓温度上升至72℃时,立即停止制粉系统运行,进行降粉,同时投入氮气;若粉仓温度继续上升(极限值为110℃)或粉仓顶部冒烟及火星时,除立即停止制粉系统运行,关闭粉仓吸潮气管上的手动阀门, 进行降粉,投入氮气外, 应增加本炉热负荷,加快降粉,同时投入蒸汽消防.当粉仓温度下降时,应增大至制粉系统出力,迅速补充煤粉,用温度较低的新煤粉覆盖自燃的煤粉,同时应加强监视给粉机来粉情况,不稳定时,投入油枪稳燃；
f、检修在粉仓附近进行明火作业时,应做好相应的危险点预控措施及安全防范措施;g、经常检查煤粉分离器下部锁气器的严密性,保证其动作灵活,防止制粉系统发生爆炸时,火星从锁气器处进入粉仓内部,引发粉仓中的煤粉自燃,发生爆炸事故,使事故进一步扩大;h、发现粉仓漏粉严重时,联系检修消除,粉仓顶部的人孔门及防爆门应经常保持严密； i、消除制粉系统和输粉系统上的粉尘泄漏点,降低煤粉浓度,大量放粉或清理煤粉时,应杜绝明火,防止煤粉爆炸。
第二篇：制粉系统爆炸与粉仓温度高的防范对策
制粉系统爆炸与粉仓温度高的防范对策
山东邹县发电厂Ⅰ、Ⅱ期工程共4台300mw机组。锅炉均为东方锅炉厂生产的dg1000/170-1型亚临界压力中间再热自然循环燃煤汽包炉。每台锅炉配置4套仓储式制粉系统，乏气送粉，均采用dtm350/700低速滚筒式球磨机。每台锅炉设有2个煤粉仓，每个粉仓的容积为440m3。煤粉仓上部设一台型号为gx-500的螺旋可逆式输粉机(绞龙)，可保证4套制粉系统相互输送煤粉，在绞龙和煤粉仓上装有4根吸潮管。
自锅炉投产以来，制粉系统多次发生爆炸和粉仓温度高等情况，既造成设备严重损坏，又严重威胁人身及电厂生产的安全，还对生产环境造成严重污染。至今，因制粉系统爆炸构成的考核事故就有3次，障碍达几十次之多。
1制粉系统爆炸及煤粉仓粉温高的危害 1.1制粉系统爆炸的危害
制粉系统爆炸会引起设备损坏、少发电、降低经济效益，甚至造成人身伤亡事故。
如1992年5月26日，1号炉丁制粉系统爆炸，引燃给水电动门电缆、制粉系统控制电缆，被迫停炉，少发电399万kwh。
再如1993年5月10日，1号炉乙粉仓内煤粉烧结，影响给粉机出粉。在给粉间处理13号给粉机时，煤粉突然喷出爆燃，烧坏部分热控电缆，导致紧急停炉保护动作停炉。迫使电网对外拉路限电672万kwh，系统周波由49.95hz降至49.45hz，少发电1440万kwh。3号炉试运过程中发生2次煤粉仓爆炸，后1次将煤粉仓的顶棚掀起、11号皮带烧坏，一名现场施工人员烧伤致死。
1.2煤粉仓粉温高的危害
4台锅炉煤粉仓普遍存在粉温高的现象，造成以下后果：为了防止因粉仓顶棚温度太高而烤坏输煤皮带，只好使皮带连续运行不停车；有时粉仓冒正压向外喷火，烧坏上部皮带等设备；3号炉投产初期因粉温高影响正常运行，只好加装一套氮气灭火系统，靠经常充氮维持运行；由于粉仓温度有时超过400℃，使粉仓顶棚预制件烧坏，大面积脱皮，局部塌陷，顶部4架钢筋砼梁均有烧坏现象。
2制粉系统爆炸原因及防范措施 2.1制粉系统爆炸原因分析
从多次爆炸后的现场情况看，引爆点主要在容易长期积煤或积粉的位置。引爆的热源主要是磨煤机与排粉机入口热风门不严形成的。根据制粉系统的运行工况和爆炸情况分析，制粉系统爆炸的主要原因如下。
2.1.1与煤粉细度、风粉浓度及燃煤成份有关
煤粉爆炸的前期往往是自燃。一定浓度的风粉气流吹向自燃点时，不仅加剧自燃，还会引起燃烧，而接触到明火的风粉气流随时会产生爆炸。造成流动煤粉爆炸的主要因素是风粉气流中的含氧量、煤粉细度、风粉混合物的浓度和温度。
煤粉愈细，爆炸的危险性就愈大。粗煤粉爆炸的可能性就小些，当煤粉粒度大于0.1mm时几乎不会爆炸。当煤粉浓度大于3～4kg(煤粉)/m3(空气)或小于0.32～0.47kg(煤粉)/m3(空气)时不易引起爆炸。
因为煤粉浓度太高，氧浓度小；煤粉浓度太低，缺少可燃物。只有煤粉浓度为1.2～2kg/m3时最易产生爆炸。而邹县电厂制粉系统煤粉浓度在0.3～0.6kg/m3范围内变动，因此存在爆炸的危险。
一般挥发份vdaf大于25%，发热量高的煤，爆炸的可能性就大，邹县电厂设计燃用煤发热量qy23525kj/kg，挥发份vdaf42.07%，也是容易产生爆炸的原因之一。
2.1.2磨煤机入口积煤自燃
磨煤机处积煤主要发生在入口上部6.5m的管道上。在此处开有4个孔洞，分别与回粉管、再循环管，和2个防爆门连接。从一侧过来的热风与对应过来的风粉形成涡流，从给煤机落下来的湿煤就被冲击粘在开孔上方管道的内壁上。在运行中人工无法清除此处的积煤，同时从预热器来的一次风温达300℃以上。在制粉系统停运后，由于磨煤机入口风门不严，漏过的热风使磨煤机入口处温度达100℃以上，容易将入口处积煤引燃，燃烧的煤进入磨煤机就会引起爆炸。
2.1.3细粉分离器处积粉自燃
细粉分离器处积粉自燃主要发生在细粉分离器入口方形管道下部的较平缓段上。因为此水平段正上方开有一个方形防爆门，因而使该处的通流面积增大，风粉气流的流速下降，增加了积粉的可能性。
2.1.4热风门内漏
通过分析可知，1995年4号炉丙制粉系统发生爆炸的主要原因就是丙排粉机近路热风门不严。特别是丙排粉机热风调门只能关至70%，以致大量的热风内漏造成该制粉系统半年内9次爆炸。
2.1.5再循环风门处积粉自燃
乏气中较细的煤粉，容易积存在排粉机出口的再循环风门处。由于此系统不常使用，在制粉系统停运时，从磨煤机热风门漏过的热风，在系统负压下经再循环流向排粉机，会引起该处积粉自燃。燃烧的焦块掉入排粉机或磨煤机内，就会引起爆炸。磨煤机入口6.5m处积
煤，主要是湿煤在气流冲击下粘上去的。不论制粉系统在运行中还是在停运时，都有可能将积煤引燃。如果将回粉管向上移到落煤管入口，将粉与煤的预混阶段提前，就减少了积煤的可能性。如果在磨煤机入口上方的管道内加一个混合器，可使粉、煤、风得到良好的混合，既可防止在6.5m处积煤，又能缓解下部料斗斜坡积煤，还解决了添加钢球时钢球掉入热风门卡涩风门的问题。
2.2.2对细粉分离器进行改造
对细粉分离器入口切向处积粉，可通过在风道内加装导流板，增加局部扰动，提高该处的流速，增强气流对下部积粉的冲刷，予以解决。同时，在加装导流板后，因风粉气流均匀，还可提高分离效率。
2.2.3改进粗粉分离器
原粗粉分离器内锥体下方回粉档板(百叶窗)，经常堆积杂物或煤粉，不但造成风粉气流短路，影响回粉，也经常自燃引起爆炸。把3、4号炉粗粉分离器的内锥体由倒锥形改为阶梯(撞击)式之后，消除了隐患，取得了经验。
将1、2号炉的粗粉分离器，更换为新型的sd-cb轴向Ⅲ型撞击式粗粉分离器。阻力由原来的240×9.8pa降至80×9.8pa，出力可提高14%，总电耗可下降21%。
通过对4台锅炉粗粉分离器的改造，不但解决了内部积粉问题，还提高了锅炉的效率。
2.2.4消除热风门内漏
制粉系统设计有启、停程序，热风总门操作采用电动执行机构。但自投产以来从未使用过该程序，且此电动风门不严，造成漏风。可以将磨煤机入口热风总门改装成(或增加)一只手动总门以减少漏风。
还可将自然冷风门位置从热风调门前改至热风调门后，使其处于负压区，这不但可以解决漏入热风造成磨煤机入口温度高的问题，还可以解决运行中热风从自然冷风门外漏污染环境问题。
2.2.5加强运行管理
锅炉正常运行中，应对制粉系统的近路风风门，特别是容易积粉的磨煤机再循环风门等，坚持定期吹扫工作制度。随着自动化程度的提高和全能值班制度的实行，应进一步加强对新值班人员的培训，以达到系统熟，操作到位。
3煤粉仓温度高的原因及防范措施 3.1煤粉仓温度高的原因 3.1.1煤粉仓结构存在问题
(1)由于原粉仓内壁面角度和内锥体角度太小(粉仓横向仓壁设计倾角为71.6°，底部内锥体角度为65°)，使仓壁及内锥体易积粉，造成粉仓温度高。
(2)粉仓顶部四周因安装时留下一段高约600mm，深约540mm，约45°的死角，当煤粉落入粉仓内，比较细的煤粉会到处飞扬，慢慢落在该处，长时间堆积。遇上仓内温度高时，积粉便会自燃。
(3)在粉仓顶部横向装有2个人孔门，其中北侧人孔门封闭不严，空气漏进粉仓引起煤粉自燃，高温气体聚积将粉仓顶棚烤裂。
(4)用16mn钢板焊接而成的煤粉仓下部内锥体，将粉仓分成2部分，每1部分又分割成6个小的仓格，每1仓格同样采用厚度为10mm的钢板焊接成内锥体。由于粉仓下部所有内锥体的表面积达100m2以上，而锥体外表面又没有采取保温措施，再加上给粉间封闭不严，冬季环境温度低，造成粉仓内锥体内表面结露积粉。
3.1.2人为因素影响
(1)吸潮阀不按规定操作。在煤粉仓上部装有吸潮管。按规程要求，制粉系统运行时煤粉仓吸潮阀必须开启，制粉系统停运时吸潮阀应关闭。但在实行运行中，制粉系统到粉仓的吸潮阀，应开启而没有开启，备用制粉系统到粉仓(绞龙)的吸潮阀应关闭而未关闭，按规定在绞龙停止运行时吸潮阀应关闭，但在实际运行中，也经常在开启位置。
该开的吸潮阀不开，不但潮气不能吸出，粉仓内的负压也很难建立和保证。该关的吸潮阀不关，增加了粉仓的漏风，为粉仓内可燃气体和煤粉混合物爆燃提供了必要条件。特别是当制粉系统频繁启停时，各吸潮阀不能按规定及时开启和关闭，就会加剧粉温的升高。
规程规定在排粉机由制粉乏气倒向近路风后，应及时关闭制粉系统各吸潮阀，但在运行中也常常没有按要求进行操作。
(2)锁气器失去作用。细粉分离器下部有2道锁气器，它的作用一是防止漏风，二是在制粉系统爆炸后防止火源进入粉仓。由于有的炉只剩1道锁气器起作用，因而易引起粉仓起火。
如在1992年大修中将1号炉细粉分离器下部 送粉时，需要授粉的下粉口插板才打开。但在实际运行中，各炉绞龙的下粉插板经常处于开启或半开启状态，特别是绞龙两端(甲、丁制粉系统)的下粉插板经常在全开位置。因此也就使粉仓形不成负压，绞龙内应封闭也无法封闭。(4)换向档板问题。在每台制粉系统的木屑分离器下方，设有一只手动换向档板。其作用是把细粉分离器下来的煤粉分别切换到粉仓或绞龙。当制粉系统停止运行时应使档板关闭粉仓一侧，以防止空气进入粉仓。但在实际运行中，当制粉系统停运时，此换向档板很少切向粉仓侧进行封闭。
(5)管理制度方面。在投产初期，电梯都由运行人员自己管理，不论白天晚上，运行人员到锅炉上部操作吸潮阀及换向档板都很方便，也能及时到位。但在1991年以后电梯划归实业公司电梯班管理，白天，运行人员使用电梯需找电梯班来人操作，晚上则需步行到标高32m处操作，所以就造成制粉系统启停后，不能及时按规定进行就地操作。直到1997年这一制度才改变，到位情况有了明显好转。
1989年修改颁发的运行规程中，只规定了磨煤机启动后开启粉仓吸潮阀，但没有规定在制粉系统停运后关闭吸潮阀；只规定了在制粉系统启动时将换向档板切向粉仓，但未规定在制粉系统停运后将换向档板切向绞龙，封闭粉仓。
(6)技改后遗留的问题。为了节省锅炉点火用油，加装了煤粉预燃室点火装置，增加4台新给粉机，将给粉机与粉仓连接的短节长度，由200mm改为900mm，但给粉机加长的短节未进行保温；在将粉仓上部不适合的板式锁气器改为锥式锁气器后，锁气器的外部也未进行保温，所以会增加粉仓内壁结露。
3.2煤粉仓温度高的防范措施
3.2.1改进煤粉仓结构和保温
(1)因为3、4号炉粉仓采用钢板结构，外部保温效果差，造成粉仓内壁结露积粉，粉仓温度经常升高。虽于1989年把粉仓外部的保温全部进行了更换，但因粉仓内壁为钢板结构，结露问题仍没有彻底解决，后来就在粉仓内壁浇灌一层砼。
由于顶棚烧裂漏风，在1993年大修中将3号炉甲粉仓梁及顶棚全部更换。在1997年5月份大修中又将3号炉乙粉仓4架梁及顶棚全部进行了更换。为了防止在高温下石子钙化后体积膨胀，将外部砼胀掉。采用耐火水泥配比，并将骨料由石子改为焦宝石。
(2)由于原粉仓内壁面角度和内锥体角度太小。1997年利用1号炉大修时间，对甲、乙煤粉仓进行了改造。在粉仓内壁打出麻坑，浇上一层耐火砼，使两壁角度由原71.6°变为77°。又在原内锥体上加焊一层钢板，使底部内锥体角度由原65°改为70°，以消除积粉。
(3)粉仓顶部四周安装时留下的死角，已用砼浇灌，使其与壁面平齐，根除了此积粉点。
(4)原细粉分离器至粉仓下粉管之间设计为换向式档板，不严密，易漏风、粉。已将4台炉的下粉换向档板全部更换成插板式闸板门，解决了漏风问题。
(5)因原绞龙改为链式输粉机后一直无法使用，为了减少粉仓漏风，现已将绞龙所有下粉口用砼浇灌封堵。原入孔门盖子为平板式，容易变形漏风，已将入孔门盖板改为翻盖式，采用不锈钢板外加硅酸铝毡保温。改变入孔门位置，由横向轴线布置改为纵向，在防爆门轴线两侧的粉仓内壁布置。
3.2.2改进吸潮管通路及防爆门
(1)原煤粉仓吸潮管出口与粗粉分离器入口的煤粉管道相接，因系统负压小，易被沉积的煤粉堵塞。为了提高其负压，现已将吸潮管出口从粗粉分离器入口管道改接到排粉机入口管道上，出口负压由3.0kpa提高到7.0kpa。但是煤粉仓内负压过大，漏风反而会增加，从1号炉改后的情况看，因负压大，
第三篇：防止制粉系统及粉仓爆破的事故预案
防止锅炉制粉系统及粉仓爆破的事故预案
批 准：邹铁军 审 核：王 志 编 制：刘明德
国电吉林热电厂发电部
运行一分场
2008年09月23日
防止锅炉制粉系统及粉仓爆破的事故预案
在火力发电厂的生产过程中，制粉系统爆破、粉仓爆破是直接损坏设备、发生火灾，甚至造成人身伤害的恶性事故，给国家、企业、个人都会造成非常严重的损失。为此我们要从思想上高度重视，行动上认真负责。为保证制粉系统安全运行。防止制粉系统及粉仓爆破，尤其是在雨季最易发生制粉系统爆破事故，为此，特制定此预案。
一、加强设备缺陷的管理，发现制粉系统管路中有重皮、死角，应及时进行缺陷登记和联系检修人员进行处理、消缺；
二、加强原煤管理，防止易燃、易爆物混入原煤内进入制粉系统（雷管等）；
三、发现堵、断煤及磨煤机入口以及磨煤机入口椭圆管上部积煤时，应及时进行处理；
四、制粉系统正常运行时应严格控制磨煤机出口温度不超过65℃，并保持煤粉水份、细度合格；
五、启动制粉系统前，要认真检查磨煤机入口及磨煤机入口椭圆管上部，发现有积煤时，应及时进行清理，特别在雨季原煤湿度大时，更应认真加强进行检查；
六、清理磨煤机入口以及磨煤机入口椭圆管上部积煤时，应按以下程序进行：
1、戴好劳动保护，手套及手电筒，使用专用工具；
2、检查磨煤机入口或磨煤机入口椭圆管上部积煤时，应首先开启制粉系统2号门、关闭1、8、9号门，待磨煤机入口温度降至200℃以下时，停止原煤给煤机。待磨煤机入口温度降至100℃以下，磨煤机出入口压差与启动前相同时，停止磨煤机，切换风挡板后，司炉应在停止的给煤机、磨煤机操作把手上挂上“有人工作、禁止合闸”的警告牌，应侧身缓慢开启磨煤机入口检查孔门，进行磨煤机入口的检查；
3、如有积煤，清理磨煤机入口或磨煤机入口椭圆管上部积煤前，应做好安全措施，在确认无积煤着火的前提下，在监护人监护下进行积煤的清理；
4、在磨煤机空心轴或入口椭圆管上部积煤严重，需要运行人员进入磨煤机大罐内进行清理积煤时应：
① 开启2号门，关闭1号门，停止原煤给煤机进行抽粉，同时 活动回粉管锁风器，将回粉管内存粉放净，保证回粉管畅通，不得有积粉；
② 停止磨煤机，填写捅煤操作卡，联系值长通知电气值班员对磨 煤机、给煤机拉电，待电气值班员通知磨煤机、给煤机拉电，然后进行合闸试验，证实磨煤机、给煤机已经拉电，无误后方可进行下一步工作，司炉在操作把手上挂“有人工作、禁止合闸”的警告牌；
③ 制粉系统经彻底通风消除瓦斯后，待磨煤机入口温度降至40℃ 以下时，关闭制粉系统1、3、4、8、9、10号门，开启制粉系统各检查孔门进行通风，并在给煤机、磨煤机的操作把手上挂“有人工作，不许合闸”的警告牌，在制粉系统1、3、4、8、9、10号门上挂“有人工作，不许开启”的警告牌。
④ 进入磨煤机内清理磨煤机空心轴积煤时，应填写捅煤操作卡； ⑤ 以上各项具体安全措施落实后，必须有监护人，并认真做好监 护工作，方可进行磨煤机空心轴或入口椭圆管上部积煤的清理工作，严防烫伤。
5、清理磨煤机入口及椭圆管上部积煤时，要严格执行《电业安全规程》，不得将捅煤杆子顶在胸前，应放在身体侧面进行清理工作。在未做好安全措施前严禁工作人员将头部探入磨煤机入口检查孔内进行检查；
6、若发现磨煤机入口着火应按规程进行处理，严禁着火时清理入口积煤，处理过程应通知有关人员，尽量避免靠近制粉系统各防爆门、检查孔门，以免发生爆破伤人；
7、使用的捅煤工具要合适、长短适宜，防止将捅煤杆子的另一端误入牙轮罩内或将捅煤杆子别入磨煤机入口端壁上，造成人身伤害，捅煤工具使用完毕后放在指定的安全地点；
8、在清理磨煤机入口积煤时，要严格规范执行劳动保护使用规定，确保人身不受伤害。
七、启动制粉系统前暖管时，禁止采用高温风进行暖管；
八、保证断煤信号应好用，发现缺陷及时联系热检进行处理；
九、在处理堵、断、棚煤或磨煤机煤大抽粉时，杜绝采用不开2号门，不关1、8、9号门的方法进行；
十、若发现制粉系统内有积煤、积粉着火现象时，应立即加大给煤量使其压住火源，同时压住回粉管锁风器，开启制粉系统2号门，关闭1.8.9号门，缓慢进行切换风挡板后，关闭3号门，断开副盘总联锁，先停止磨煤机，后停给煤机；缓慢打开磨煤机入口检查孔，清除火源，十一、在处理制粉系统内积煤着火时，各项操作应沉着、冷静、稳定进行，决不可慌乱、盲目操作，严防制粉系统爆破。经处理积煤着火熄灭后，应进行全面、仔细检查，确认无火源后，方可重新启动制粉系统；
十二、回粉管锁风器应保证灵活好用，在处理积煤着火时，应设法将回粉管锁风器压住，防止未被抽净的煤粉冲到火源上，造成煤粉爆炸；
十三、正常停止制粉系统，导风时要冲洗再循环管路，对停止制粉系统检修进行消缺或暂时不投入运行的制粉系统要将制粉系统内的煤粉进行彻底抽净；
十四、若磨煤机出口温度表损坏，不能用排粉机入口温度表代替，没有磨煤机出口温度表，应停止制粉系统的运行；
十五、在停止制粉系统检修或在制粉系统管路上动电火焊时，待检修完毕，工作票收回后，应进行验收和检查，确认无火源后，方可启动制粉系统；
十六、清理磨煤机入口或磨煤机入口椭圆管上部积煤时，应设专人进行监护，司炉并做好记录；
十七、在雨季除按规定时间检查磨煤机入口外，应根据原煤的表面水份适当增加检查次数，检查时要认真彻底，尤其是接班对磨煤机入口的检查更要认真、详细、彻底；
十八、在雨季班长应合理安排好人员，对重点、危险点要加强控制；
十九、进行清理积煤时必须戴好劳动保护用品和有足够亮度的手电筒，保证工作地点照明充足，并做好事故预想；
二十、加强对粉仓温度的监视，发现粉仓温度超过70度，要立即进行事故降粉，同时对粉仓进行密闭；
鉴于现在所燃煤种挥发份高，事故降粉时应按下列措施执行：
1、将粉仓上部密闭，将导向挡板导向绞龙，关闭绞龙下插板；
2、关闭粉仓、绞龙的吸潮管；
3、停止磨煤机必须倒风；
4、事故降粉后，暂时不制粉，要从其它炉送粉，多导两台炉，保证煤粉量；
5、当粉位达到4米时，开启粉仓、绞龙的吸潮管，开始进行制粉。
二十一、粉仓、绞龙的吸潮管应保持畅通，锅炉运行时应开启，停炉时应关闭；
二十二、锅炉停运时应尽量将粉烧净，停运时间超过24小时必须将粉烧净，停运时间超过8小时并且粉仓有粉时必须进行粉仓密闭；
二十三、保持合格的煤粉水分，并按规定进行定期降粉；
二十四、当粉仓温度急剧升高且有爆炸危险时，要立即向粉仓打二氧化碳，并密闭粉仓；
二十五、发生制粉系统、粉仓爆破应及时汇报值长，由值长通知有关单位检查及清扫电缆，锅炉班长通知锅炉检修修复防爆门； 二
十六、各班组要对《二十九项反措》、《防止制粉系统爆破安全措施》、《雨季处理堵、断煤安全措施》及运行一分厂锅炉专业的《五十一项反措》认真组织学习、讲课，尤其是有关岗位人员必须学懂、学会，熟练掌握，真正做到防止制粉系统和粉仓爆破以及其它事故的发生，确保安全生产。
运行一分场事故应急岗位职责
班长
1、班长对本班安全生产负责。
2、发生事故，班长到位应侧重查看锅炉运行参数及制粉系统异常情况等变化。
3、指挥和协助处理。
4、及时向上级部门汇报事故情况。
5、负责事故调查的组织工作，负责总结事故的教训和应急经验。副班长
1、副班长对本班安全生产负责。
2、发生事故，副班长到位应彻重查看锅炉参数及制粉系统异常情况等变化。
3、指挥和协助处理。
4、及时向上级部门汇报事故情况。
5、负责事故调查的组织工作。司炉长
1、司炉长对本区段锅炉安全生产负责。
2、发生事故，司炉长到位应彻重查看锅炉参数及制粉系统异常情况变化。
3、指挥和协助处理。
4、制粉系统爆破后，应制粉系统防爆门等设备进行全面检查，并将检查结果汇报班长。
5、及时向上级部门汇报事故情况。
6、负责事故调查工作 司炉
1、司炉是本炉安全生产的第一负责人, 对锅炉安全、稳定运行负主要责任。
2、发生事故，司炉应注意锅炉参数及制粉系统异常情况变化。
3、根据制粉系统异常情况变化，进行事故处理。
4、及时向班长、值长汇报事故情况。
5、协助事故调查工作。副司炉
1、是本炉司炉的有力助手，2、对制粉系统设备安全、稳定运行负主要责任。
3、发现制粉系统异常变化，应及时报告司炉，并及时果断处理。
4、及时向司炉、班长汇报事故情况。
5、协助事故调查工作。
第四篇：[1983]112号《关于煤粉仓及制粉系统防爆措施》
关于煤粉仓及制粉系统防爆措施
水电部生产司[1983]生安监字第112号
一、运行、维护、检修方面
1.认真贯彻执行1979年部颁《火力发电厂钢球磨煤机系统运行规程》。
2.燃用易自燃煤种的锅炉煤粉仓，或有过煤粉自燃历史，且目前用煤种无很大变化的煤粉仓，要核对仓顶设计、施工情况。检查粉仓顶盖、四角拼缝有无抗爆能力薄弱的部位。
3.要加强防爆门的检查和更换工作，防爆门膜板要符合设计要求。
4.煤粉仓必须严密。凡基建投产时未做过严密性试验的要补做漏风试验，如发现有漏风、漏粉现象的要及时消除。一旦粉仓发生爆炸，发现顶盖开裂时，应同时检查粉仓四角接缝有无异常，以便及早发现粉仓结构在煤粉仓爆炸后可能造成的损失。
5.每次大修粉仓应清仓，并检查煤粉仓四壁是否光滑，有无死角。特别要注意仓顶预制板—大梁搁置部位有无积粉死角。必要时仓壁可加钢板内衬。
6.要检查煤粉仓，绞笼吸潮管有无堵塞，吸潮管应加保温。吸潮门的开度应使粉仓负压保持适当的数值。
7.煤粉仓的灭火系统要保持完好，定期试用（试验时灭火剂不进入煤粉仓）。8.煤粉仓外壁受冷风吹袭，使仓内煤粉易于结块影响流动者，其外壁应予保温。
9.粉仓温度表数量不够的，宜适当补充。为及时发现粉仓温度升高，可考虑设温度报警装置，并应定期校验。
10.要检查定期降粉制度的执行情况，在异常工况时，可考虑适当增加降粉次数。制定给粉机定期切换制度，避免在停用的给粉机入口处出现积粉自燃现象。
11.严格执行停炉前煤粉仓烧空制度，停炉后封闭粉仓及放（抽）粉制度。
12.发现煤粉仓煤粉自燃要妥善处理。一般应停止向煤粉仓送粉（严禁漏粉），关闭粉仓吸潮管，进行彻底降粉，如采取迅速提高粉位（包括同时由邻炉来粉）进行压粉的措施时，应事先输入足够数量的惰性气体。
13.制粉系统发生煤粉爆炸，要找到积粉着火点，采取措施消除积粉，必要时可采用改造管路的措施。
14.为防止防爆门爆破时损坏设备，影响人身安全，应适当改变防爆门安装方位或采取其他隔离措施。15.要采取措施防止给煤机断煤，并在控制盘上设置新煤信号。
16.为防止制粉间顶板下的电缆上积粉自燃，应坚持定期清扫，必要时在电缆架附近增加挡尘罩或逐步把电缆改到运转层上面。
17.做好粉仓层的清洁工作，防止煤粉仓煤粉爆炸后热气浪喷出引起的二次爆炸，或粉仓层积粉自燃后火苗进入粉仓引起煤粉仓煤粉爆炸。
二、设计、施工方面
1.降低煤粉仓防爆门动作压力。目前煤粉仓防爆门吕膜板设计动作压力为1000mm水柱。爆破试验表明，有的膜板爆破压力甚至超过2000mm水柱，而粉仓顶盖承压能力估计只能达到200mm～ 500mm水柱，防爆门不能起保护煤粉仓不被损坏的作用。因此需要组织研究试制用于煤粉仓的动作压力为100mm～150mm水柱、密封良好的新型防爆门。
2.煤粉仓防爆门总面积应按煤粉仓单位容积0.0025m2/m3计算，但不小于0.5m2。防爆门的数量应适当增加，宜均匀布置在较易积粉的位置。防爆门应装在靠近粉仓顶板并便于检查的部位；引出管的长度要考虑防爆门动作时能迅速泄压。
3.煤粉仓应做到严密、内壁光滑、无积粉死角，并具有一定的抗爆能力。建议对现有煤粉仓的爆炸承压标准可按500mm～1000mm水柱考虑，新设计粉仓暂采用1000mm水柱。
一些装配式钢筋混凝土煤粉仓存在不同程度的不严密、积粉及承压能力不足的缺点，今后采用这种设计时，结构处理必须考虑周到，并提出详细工艺及质量要求，以便于施工、保证质量。对于爆炸危险性较大的煤，如果采用中间储仓式制粉系统，则最好采用钢板制煤粉仓，这种型式的粉仓施工简单，容易保证严密、光滑、不积粉。
煤粉仓内部应无任何沉积和滞留煤粉的突出部位，粉仓壁倾角应保护壁面交角与水平线夹角大于60°，壁面交角应做成圆弧形。煤粉仓要减少无效空间。
煤粉仓投入生产运行前要做严密性试验，彻底清除漏风处和可能积粉的部位，做好煤粉仓内部检查和测粉装置的验收签证。
4.现已投产的一些锅炉机组的旋风分离器入口管、乏气送粉系统中排粉机入口热风管、排粉机入口管等倾角较小，易于积粉，需要改进。风粉管道（包括与制粉系统无法隔离的热风管道、防爆门引出管）与水平面倾角不应小于45°。旋风分离器入口管水平过长，应促使制造单位改进设计。
5.粗粉分离器回粉管上的锁气器要便于运行中观察其动作情况，并能在断煤时临时关闭以阻止回粉继续进入磨煤机入口，避免给煤中断时引起煤粉爆炸。
6.当粉仓内煤粉发生自燃时，有些温度测点不能正确反映情况，建议研究煤粉仓煤粉自燃监视装置。粉仓温度测点的数量和安装位置要做好施工设计。温度测点一般可考虑设在四角，距仓顶1m～1.5m处，大型机组煤粉仓宜在不同高度上分别布置测点。
7.煤粉仓应设二氧化碳、氮或其他灭火剂的消防管路，仓内应布置分配管，使惰性气体均匀进入煤粉仓。采用二氧化碳灭火时，应设法采取防止雾状二氧化碳进入煤粉仓的措施。
8.煤粉仓要有放粉设施，用以向邻炉输送剩余煤粉或向安全地点排放已着火的煤粉。9.制粉系统防爆门应避免朝向人行通道或电缆托架，并采取必要的隔离措施。10.要在控制室配备断煤信号。
第五篇：在役压力容器焊接裂纹的成因分析及预防措施
在役压力容器焊接裂纹的成因分析及预防措施
陈冰川，陈伟民，朱伟青
（国核电站运行服务技术有限公司，上海 200233）
摘要：对某在役奥氏体不锈钢压力容器进行现场金相检测时发现其下封头的纵向焊缝处存在微裂纹。分析了裂纹的形成原因，结果表明该裂纹是由焊接引起的横向沿晶液化裂纹和由压制成型引起的纵向裂纹共同构成的混合型裂纹。针对如何预防此类裂纹，提出了相应的工艺改进措施。
关键词：奥氏体不锈钢； 压力容器； 焊缝； 裂纹； 应力分析 中图分类号：
文献标志码：A
文章编号：
The Cause Analysis and Prevention Measures of Welding Cracks on the In-service Pressure Vessel
CHEN Bing-chuan，CHEN Wei-min，ZHU Wei-qing(State Nuclear Power Plant Service Co.Ltd., Shanghai 200233, China)Abstract: In the local metallographic examination process for an austenitic stainless steel in-service pressure vessel, the microscopic cracks had been found in the longitudinal weld of its lower head.Formation mechanism of cracks is analyzed, the result show that those cracks are composed of transverse liquefaction cracks cause by welding and vertical cracks caused by the suppression molding in manufacture.Some measures have proposed to the prevention of this kind of cracks.Keywords: austenitic stainless steel;pressure vessel;weld;cracks;stress analysis
在压力容器、锅炉和管道等设备部件制造中，常常需要依靠焊接工艺实现两部分母材间的结合。由于在焊接过程中母材被瞬间加热熔化形成熔池，随后熔池液态金属快速冷却结晶而形成焊缝。在熔池金属结晶过程中，焊接接头的显微组织会发生变化，产生焊接应力和变形，同时可能产生各种焊接缺陷，从而影响焊接件的力学性能。因此焊接是一种比较容易出现缺陷的热加工工艺。
金山某化工厂的在役压力容器R2204A聚合反应器标称为II类容器，材质为316L超低碳奥氏体不锈钢，容器规格Φ5060×22 mm，运行介质为有机催化剂，设计温度200℃，业主方未提供其他有关的运行参数。该压力容器主要由筒体和上下封头组成，筒体为钢板卷曲为圆筒状后焊接而成，上下封头则为多块钢板拼焊后冷压制成椭圆形，最后筒体与上下封头通过环形焊缝焊接而成，具体的焊接工艺不详。在2009年12月国核电站运行服务技术有限公司按照《在用压力容器检验规程》的有关规定及业主方的委托，对其内部进行了定期无损检测和金相检验，检测部位见图1，包括椭圆形下封头拼接钢板的两条纵向焊缝和一条筒体与封头连接的丁字焊缝，图中所示的1#、2#和3#依次为这三条焊缝上的现场金相检验的取样部位。
图1 压力容器的检测部位示意图
Figure 1 Schematic diagram of pressure vessel inspection part 在对这三条焊缝进行渗透检测时，表面均未出现记录性缺陷显示。渗透检测对表面缺陷的检出灵敏度一般为1mm宽，低于这一尺寸的缺陷一般难以通过渗透检验检出。在渗透检验的焊缝中黑色区域为现场金相检验的取样部位，如图2所示。
a． 纵向焊缝的渗透检测及金相检验的1#取样部位
a.Penetration test and metallographic examination of No.1 sampling part on longitudinal weld
b． 丁字焊缝的渗透检测及金相检验的3#取样部位
b.Penetration test and metallographic examination of No.3 sampling part on T-weld 图2 焊缝的渗透检测及金相检验取样部位
Figure 2 Penetration test and metallographic examination sampling part on weld 现场金相检验结果发现封头上的两条纵缝（1#、2#取样部位）的熔合线靠近母材侧存在微裂纹，裂纹形貌如图3所示。
a.100倍 a.100X
b.400倍 b．400X
图3 纵向焊缝处的裂纹形貌
Figure 3 The cracks morphology of the longitudinal weld
检测结果交给业主方后，按照《在用压力容器检验规程》的安全状况等级评定有关内容，将该压力容器的安全状况等级降为4级。由于无法对在役压力容器进行破坏性试验，《在用压力容器检验规程》中所要求的检测方法主要包括无损检测、硬度测定、金相检验、应力测定和耐压试验等，而作为一种重要的分析手段，现场金相检验对压力容器的完整性影响极小，可以在不破坏其使用的情况下研究材料的微观组织变化，分析和推测这台压力容器产生微裂纹的产生原因，故对其的微裂纹成因分析主要借助于金相分析。裂纹的成因分析 1.1 横向裂纹的成因
1.1.1 各区域金相组织的差异
焊接接头包括焊缝、熔合区和母材热影响区三个区域，各区域的组织和力学性能差异较大。从图3可以看出，该焊接接头的焊缝组织为奥氏体柱状晶；在100倍的金相照片上可观察到，其熔合线上方有较宽的黑色条状区域，说明熔合区存在较严重的偏析和杂质聚集，这种化学成分的不均匀性会导致力学性能严重下降，其组织为奥氏体柱状晶+枝晶；熔合线下方为母材热影响区中的过热区，组织为较粗大的奥氏体孪晶。焊接接头上的微裂纹多位于熔合区附近，向母材热影响区沿晶扩展，一定数量的垂直于焊缝的横向裂纹与少量平行焊缝但尚未贯穿的纵向裂纹构成一条混合型裂纹带。
1.1.2 液化裂纹的形成机理
在母材与焊缝交界处，即熔合区或多层焊缝层间的金属由于在焊接过程中快速加热和快速冷却，且往往在晶间还存在低熔点合金和夹杂物，容易发生局部熔化而形成沿晶扩展的裂纹，这种裂纹称为液化裂纹 [1]。
图4 液化裂纹示意图
Figure 4 Schematic diagram of liquid cracks
从纵向焊缝的金相照片中观察到，该焊接接头的熔合区过宽、低熔点共晶体偏析严重说明化学成分控制不佳，这些都对液化裂纹的形成产生了重要影响。结合微裂纹的形貌特征，认为其中的横向裂纹主要是焊接热裂纹中的液化裂纹，呈沿晶开裂方式产生在熔合区附近，向母材热影响区中的过热区发展，如图4所示。
1.2 纵向裂纹的成因
纵向裂纹源于应力集中引起的开裂，该压力容器的封头采用拼板焊接后再压制成型工艺，在焊接完成后，内部容易产生焊接残余应力和焊接变形。当焊接后再进行封头压制成型时，焊接残余应力与冷压成型应力相叠加，造成焊缝局部区域应力过高，使焊缝产生新的塑性变形，故诱发了纵向裂纹。关于焊接残余应力和冷压成型应力的具体分析如下：
1.2.1 焊接残余应力
由于焊接过程是局部加热，焊接件各部分不能同步加热和冷却，也不能自由膨胀和收缩。在加热时，焊缝金属及其附近区域的母材受周围冷金属的拘束，不能自由膨胀而受到塑性压缩；在冷却后不能自由收缩而受拉应力，同时还可能发生焊接变形[2]。这种冷却后的拉应力如果不经过恰当的去应力处理便会成为焊接残余应力，影响焊接构件的承载能力。
但对于奥氏体不锈钢，一般不宜进行去应力处理。因为奥氏体不锈钢如果在500~850℃左右温度下热处理时易发生敏化，析出Cr23C6型碳化物[3]，导致不锈钢的冲击韧性以及耐腐蚀性能大大下降，甚至诱发再热裂纹。显然，焊接后未进行去应力处理的奥氏体不锈钢便会有少量残余应力存在[4]，为垂直于焊缝方向的拉应力。
1.2.2 冷压成型应力
该封头的制造工艺主要为三块奥氏体不锈钢拼板纵向焊接而成，之后在压制力F的作用下，封头拼板受压变形，最终达到所要求的形状。压制过程采用冷压成型工艺，工艺简图见图5。
压制力拼板焊缝
图5 封头压制成型工艺示意图
Figure 5 Schematic diagram of pressure molding process for lower head
在压制过程中，在两条纵向焊缝区域内，外加压制应力会引起内应力，其方向为垂直于焊缝的拉应力，如图6所示。这种拉应力与焊接残余应力相叠加，在力学性能最差的焊缝熔合区附近造成应力集中，导致焊缝熔合区内塑性较差的区域出现大量微裂纹。
a.拼板纵向焊缝剖面示意图
a.Schematic diagram of the section of longitudinal weld in splice plate
b.熔合区任一点应力分析
b.Stress analysis of random point in the fusion zone
图6 焊缝区域应力分析 Figure 6 Stress analysis of weld
按照断裂力学理论[5]，断裂强度因子KI于含穿透裂纹的无限板，YYa，式中：Y表示裂纹形状系数，对
；表示裂纹扩展时受到的外加应力值；a表示裂纹长度。在已形成的微裂纹处，应力集中程度最高，一旦超过了微裂纹能够承受的应力值后就会使裂纹不断向前扩展，最终扩展为大致与焊缝平行的纵向裂纹。裂纹的预防措施
根据此种裂纹的成因分析结果，我们建议业主加强对该台容器的检测频率，重点跟踪微裂纹的扩展情况。同时，还为今后压力容器封头避免出现此类裂纹，提出了以下预防措施：
2.1 严格控制化学成分
严格限制奥氏体不锈钢焊接材料和母材中的硫、磷等低熔点杂质元素的含量；改进冶金技术，有效降低含碳量；适当添加钒、钛、铌等微量元素。
2.2 控制焊接接头质量
业主方虽未能提供实际所采用的焊接工艺，但从焊缝金相照片上的熔合线过宽可推断出焊接工艺存在问题，故建议在焊接方面应当控制焊接工艺参数以适当提高焊缝成形系数，一般不采用大热输入量进行焊接。焊条电弧焊时，宜采用小焊接电流，快速多道焊，对于工艺要求高的焊缝，甚至可以采用浇冷水等措施以加速冷却，防止焊缝晶粒严重长大和焊接热裂纹的形成。采用合理的焊接顺序来减小焊接应力，并控制焊接质量。在焊接后或封头压制完成后可进行低温去应力处理，温度范围控制在300~350℃，不宜超过450℃，以免析出高铬碳化物造成晶界贫铬，引起晶间腐蚀。同时在焊接过程中，应采用气体保护焊，避免其他杂质进入熔池。
2.3 优化封头制造工艺
随着原材料加工工艺的进步以及宽大的钢板制造能力的提高，以上的拼板焊接压制的封头制造工艺已经逐渐淘汰，而采用更先进的独幅板材压制成型技术来制造大型压力容器的封头。这种更先进的封头制造工艺以及合理的结构设计可以有效地避免焊接和冷压成型过程的应力集中问题。结论
综上所述，该容器的封头拼板焊缝由于焊缝熔合区的化学成分控制不佳，存在严重偏析和夹杂物，使力学性能下降，从而增加了横向的液化裂纹倾向；同时受到冷压成型应力和焊接残余应力的联合作用，在熔合区应力集中引发了纵向裂纹，一定数量的横向裂纹与少量尚未贯穿的纵向裂纹构成了一条混合型裂纹带。
参考文献 [1]王荣.焊接件的金相检验[M]// 徐祖耀,黄立本,鄢国强主编, 中国材料工程大典: 第26卷,材料表征与检测技术, 第7篇, 金相分析.北京:化学工业出版社, 2006;740~747.[2]王志海主编.热加工工艺基础[M].武汉:武汉工业大学出版社, 1996;174~179.[3]杨力.不锈钢、耐热钢及高温合金的金相检验[M]// 徐祖耀,黄立本,鄢国强主编, 中国材料工程大典:第26卷, 材料表征与检测技术, 第7篇, 金相分析.北京:化学工业出版社, 2006;719~722.[4]戈兆文主编.承压设备焊接工程师[M].昆明:云南科技出版社, 2004;105.[5]褚武扬编著.断裂力学基础[M].北京:科学出版社, 1978;11.
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