矩形快開門式單缸滅菌器腐蝕分析

阮星翔* 汪 磊 卓哲明

（寧波市特種設備檢驗研究院）

0 引言

杏鮑菇質地脆嫩，適合保鮮、加工和烹調，深受人們歡迎，近年來，杏鮑菇的產量增長迅速。快開門式壓力容器由于開啟靈活，便于機電一體的自動化操作，裝卸方便，可以頻繁打開和關閉，被廣泛應用；而杏鮑菇食用菌生產過程中則需采用快開門式單缸滅菌器進行蒸汽滅菌。矩形快開門式單缸滅菌器是杏鮑菇食用菌生產過程中的核心設備，使用頻率較高，在使用過程中需要經常開關門，承受壓力和溫度的循環交替變化作用，極易出現損壞甚至發生嚴重事故，進而危及操作人員的生命安全，也受到了政府以及各級主管部門的高度重視。過往的快開門設備失效案例主要集中在快開門門齒齒合部位機械疲勞損傷或出現裂紋等，安全聯鎖裝置功能失效及操作工開關門操作不當等方面，本文主要分析了快開門設備含堿性無機鹽溶液導致的堿腐蝕問題，且在同類設備中具有普遍性。

1 設備運行工況

1.1 設備參數信息

某農產品加工廠有3 臺64 m3矩形單缸快開門式單缸滅菌器，用于杏鮑菇半成品的蒸汽滅菌，設備參數如下，筒體、封頭材質均為 Q345R，厚度均為10 mm，腐蝕裕量為1.0 mm，內徑為2 640 mm ，長為13 900 mm，設計壓力為0.18 MPa，工作壓力為0.17 MPa，設計溫度為131 ℃，工作溫度為131 ℃，介質為蒸汽、杏鮑菇。上述3 臺設備使用3 年后，首次對其進行定期檢驗。

1.2 設備使用工藝要求

該設備為快開門式壓力容器，使用過程中需要經常開關門，其使用流程如下：（1）使用前檢查溫度傳感器、壓力傳感器等電器元件及安全附件的功能；（2）同時重點檢查門嚙合齒部位：結構是否合理，是否存在內外表面腐蝕、變形、機械損傷等缺陷，同時檢查手動打開和關閉快開門時，嚙合齒是否有卡塞現象，當快開門完全嚙合到位時，齒塊間隙是否適當等問題；（3）進料推車時注意避免對內壁產生機械劃傷；（4）關閉快開門，保證門蓋和門齒完全齒合，隨后進氣（若門未完全關閉則不能進氣）；（5）待滅菌結束需要開門時，先進行排氣，待設備內壓力降到零時方可開門；（6）出料時應避免叉車壓重筒體及劃傷內壁。

由于快開門式壓力容器需要經常操作開關，因此也是唯一需要操作員持有壓力容器操作證上崗的容器設備。在使用單缸滅菌器前，應對操作人員進行專業培訓，確認其熟練掌握滅菌器使用方法及流程后，方可允許獨立操作。

2 檢驗缺陷

依據TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術監察規程》標準要求，對這3 臺設備進行定期檢驗，檢驗內容如下：停機冷卻后打開快開門進罐宏觀檢驗、壁厚測定、內壁對接焊縫和接管分別抽查打磨至露出金屬光澤后進行表面磁粉檢測和滲透檢測、快開門聯鎖裝置聯鎖功能符合性驗證。

其中，在宏觀目視檢驗時，發現3 臺設備均存在內壁腐蝕凹坑缺陷，缺陷位置及形態特征如下：3 臺設備缺陷位置均在靠近快開門一側筒體下部縱向對接焊縫及其兩側各200 mm 區域范圍（包括接管處），腐蝕從快開門門齒開始沿縱焊縫方向斷斷續續長度為2.5 m；且遠離快開門側未發現同樣腐蝕缺陷，其中最嚴重處腐蝕凹坑深度約為3 mm。單缸滅菌器腐蝕部位如圖1 所示。

圖1 單缸滅菌器腐蝕部位

將最嚴重處腐蝕部位放大，如圖2 所示，可以觀察到腐蝕形態以局部凹坑為主，且多呈豎狀（垂直于縱縫）方向延展，接管角焊縫處也出現了腐蝕。

圖2 最嚴重處腐蝕放大圖

3 缺陷分析

根據上述腐蝕缺陷，提出3 個問題：（1）介質本身不具備腐蝕性，腐蝕形成的原因是什么？（2）為什么腐蝕只出現在靠近快開門一側？（3）為什么腐蝕呈現豎狀（垂直于縱焊縫方向）？

上述3 臺設備主要用于半成品杏鮑菇的滅菌工作，每天會有多次啟停，開關門推車進出半成品杏鮑菇物料；同時結合上述腐蝕缺陷形態，分別分析上述3 個問題。

腐蝕形成原因如下：（1）由于該設備用于杏鮑菇的蒸汽滅菌，滅菌過程中菌菇及盛裝器皿中存在的無機鹽成分混于蒸汽中，當滅菌完成打開快開門后冷卻形成含無機鹽溶液（杏鮑菇菌菇的無機鹽溶液呈堿性，堆積容易造成低合金鋼金屬堿腐蝕）吸附于容器內壁；（2）同時由于設備未能冷卻即打開快開門，容器內外較大的溫差導致在靠近門側迅速冷凝成水黏附于靠近門側筒體內表面，設備短時間內頻繁開關門導致靠近門側內壁部位堿性無機鹽溶液的堆積濃縮；（3）宏觀檢驗發現設備的焊縫表面較為粗糙，粗糙的焊接工藝加劇了該部位的積液程度，最終導致該區域濃縮的堿性無機鹽溶液對設備造成腐蝕。

腐蝕部位靠近門側原因如下：（1）由于設備未能冷卻即打開快開門，快開門內外產生較大的溫差，導致靠近門側蒸汽迅速冷凝成水滴附著于門側；（2）設備安裝時略向前傾斜或者頻繁進出料過程中叉車將靠近門側壓低，導致液體容易匯集于門側。

腐蝕多呈豎狀（垂直于縱向縱縫）方向原因如下：黏附于靠近門側筒體內表面的含無機鹽液體在自身重力作用下順著筒體表面向下流，匯集于下部的縱縫處（或穿過縱縫）以及接管內口處，造成該區域的積液濃縮，濃縮液體的流動軌跡即是腐蝕形狀。

腐蝕減薄是壓力容器失效的主要形式，也是較為常見的一種缺陷。腐蝕減薄的形式多種多樣，根據形貌不同可分為全面腐蝕、局部腐蝕、點腐蝕，根據機理不同可分為化學腐蝕、電化學腐蝕。上述設備的無機鹽堿腐蝕即為局部的一種化學腐蝕，堿腐蝕的基本特點如下：（1）多在蒸發濃縮條件下發生，介質濃縮區域會形成局部溝槽；（2）多為局部腐蝕；（3）溫度高于79 ℃的高濃度堿液可引起碳鋼的均勻腐蝕，溫度達到93 ℃時腐蝕速率非常大。

4 結語

（1）由于介質本身不具有腐蝕性，容器在檢驗過程中往往被忽略了腐蝕的影響，定期檢驗時應當重視宏觀檢驗，重點考慮設備的損傷機理；

（2）該案例的焊縫表面狀況對腐蝕缺陷的形成有一定影響，對于快開門式壓力容器，在檢驗前要查閱設備資料，了解設備制造工藝、介質成分和向使用單位了解設備的使用工況；

（3）該設備從投入使用到檢驗發現缺陷運行時間僅3a，且該廠的3 臺同類設備均出現程度差不多的同類缺陷；檢驗人員應該分析總結該工況下腐蝕的原因，以便盡早預防。

為了避免同類失效事故發生，企業應按照正確規程操作，同時注意以下幾點：

（1）合理組織生產，如設備停機時間較長，用清水沖洗內壁并排水通風干燥后采取有效的封存保養措施；

（2）由于該設備是雙向快開門，企業應避免長時間使用同一側快開門，兩側快開門交替使用，以減緩堿性溶液匯集濃縮速度；

（3）做好年度檢查工作（自查或者委托檢驗機構），做到有問題早發現、早處理；

（4）管理人員應加強管理，在剛開始產生腐蝕時及時發現并采取相應保護措施（如內壁涂刷防腐漆），避免腐蝕程度不斷加劇；

（5）采購同類設備時，應要求廠家盡可能消除設備內壁焊縫余高，降低堿溶液匯集的可能性。