在用造纸铸铁烘缸定期检验方案范文
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《江苏造纸》2017年第3期
摘要：造纸铸铁烘缸作为一种压力容器，在使用过程中应进行定期检验。分析造纸铸铁烘缸的材料特点、结构形状、应力分布和使用工况，选取有效的无损检测方法和检测部位。利用凸缘部位进行铸铁超声波声速的校准，准确检测铸铁有效厚度；结合材料强度和硬度的关系，通过硬度检测判断铸铁力学性能的变化；分析由于冷凝水的存在，得出检查虹吸管的必要性；分析烘缸本体和螺栓的受力情况，得出易产生的缺陷部位和磁粉检测的必要性。
0前言
烘缸属于回转式的压力容器,是造纸行业最主要的设备之一，作用是烘干湿纸浆，由于内部存在高温高压蒸汽，一旦发生事故，将对生命财产安全带来巨大危害。根据《特种设备安全法》TSG21—2016《固定式压力容器安全技术监察规程》的规定，压力容器应进行定期检验。由于灰铸铁热容大、保温性能好、耐磨性好，因此造纸烘缸普遍采用灰铸铁材料。灰铸铁在铸造过程中易产生铸造缺陷，内部铸造组织疏松，晶粒较粗，又有大量的片状石墨，属于脆性材料，给检验工作带来很多困难。目前铸铁烘缸的检测主要以宏观检测为主，随着科学技术的发展，开始逐渐结合超声波测厚、磁粉检测、硬度检测等手段，分析选取铸铁烘缸薄弱位置进行检测，根据检验结果判定其安全性能。
1烘缸基本工况与应力分析
烘缸工作时内部通入水蒸汽进行加热，工作温度165℃左右，工作压力0.3～0.6MPa，由于缸壁较厚，烘缸的自重较大。烘缸工作时高速旋转，从缸体的受载分析可知，缸壁应力主要由4部分组成：①内压产生的薄膜应力；②缸体转动缸壁离心力引起的薄膜应力；③缸体转动转矩引起的应力；④自重的扭矩应力。
2铸铁烘缸检测方法
2.1壁厚测量
由于缸体主要承受内部蒸汽压力，所以厚度的测量尤为重要。常用的壁厚测定方法为超声波测厚，但由于铸铁材料的特殊性，不同铸铁的声速变化较大，为更准确地输入超声在铸铁中的传播声速，利用缸体与缸盖结合部位的凸缘进行声速的校准，用游标卡尺测量凸缘的实际厚度后，输入超声波声速进行校准。需要注意的是，由于缸体凸缘的圆滑过渡部位厚度变化较大（图1），此处并不是缸体有效厚度，故实际检测中应避开凸缘变化部位。测量后得到厚度，可以根据QBT2556《造纸机械用铸铁烘缸设计规定》缸体的最小壁厚公式，计算得出测得的壁厚是否满足最小许用壁厚的要求。
2.2缸体扭矩分析与磁粉检测位置的选取
烘缸不不仅承受内部压力，而且由于缸壁较厚，重量较大，缸体自重产生的力矩不可忽视，且该力矩在各个截面的大小不同。（1）作用在烘缸中心O-O截面（图2）对缸面A中或B中的扭矩M合=M左+M右=0。（2）作用在缸盖附近M-M截面（图3）对缸面的扭矩M≈G×L×2-1。式中，G为烘缸重量，L为烘缸长度。计算结果表明，自重产生的扭矩及剪切力在缸盖附近最大。
2.3缸体内部虹吸管检查
缸体转动时，缸壁离心力引起的薄膜应力σ=pv2×10-6，式中σ是缸壁离心力引起的薄膜应力，p是计算压力，v是缸体转动线速度。由于缸底积聚大量的冷凝水，若不能连续有效地排出，将影响烘缸的安全使用。
2.4硬度测定
铸铁材料的塑性和韧性较低，硬度是重要指标，硬度表征材料抗塑性变形的能力，硬度越高，强度越强。测定硬度可以反应出铸铁在使用过程中是否存在老化现象，QB2551—2008《造纸机械用铸铁烘缸技术条件》中规定要求缸体表面硬度≥170HB。
2.5螺钉检测
烘缸工作时，螺钉不仅需要提供缸体内部蒸汽压力产生的拉应力，同时烘缸操作侧传动的力矩需要缸盖与缸体连接面的摩擦力传递，该摩擦力必须有足够的螺钉压紧力产生，所以螺钉外表面磁粉检测非常有必要，考虑到螺纹上的缺陷一般是与螺钉轴线垂直的横向裂纹，所以可以利用通电线圈产生的纵向磁场来对其磁化。磁粉检测对螺钉外表面清洁度要求较高，在完全清洗螺钉外表面污渍后，一般可以采用剩磁法或连续法进行磁粉探伤，但连续法使得假磁痕较多地堆积在凹槽和螺纹处，容易掩盖真正细小裂纹的显示，而采用剩磁法非相关显示较少、裂纹显示较为明显，将磁痕擦掉后再浇筑荧光磁悬液，磁痕再次显示即可判定为缺陷显示。
3结论
通过分析造纸铸铁烘缸的材料特点、结构形状、应力分布和使用工况，明确薄弱部位，结合缺陷特点，采用针对性较强的检测手段。可以利用凸缘部位进行铸铁超声波声速的校准，应避免凸缘的厚度假象，准确检测铸铁有效厚度；结合材料强度和硬度的关系，通过硬度检测判断铸铁力学性能的变化；分析由于冷凝水的存在，检查虹吸管的必要性；分析烘缸本体和螺栓的受力情况，得出磁粉检测的薄弱部位。通过定期检验，可以在不损伤铸铁烘缸的前提下进行安全性能评定。
参考文献
［1］TSG21—2016.固定式压力容器安全技术监察规程［S］.
［2］QBT2556—2008.造纸机械用铸铁烘缸设计规定［S］.
［3］胡建飞.在用造纸烘缸检验中的问题探讨［J］.特种设备技术与管理，2011，10（2）：16-18.
［4］罗佩.造纸机烘缸的强度计算［J］.压力容器，2000，17（1）：51-53.
［5］QB2551—2008.造纸机械用铸铁烘缸技术条件［S］.［6］GB/T9439—2010.灰铸铁件［S］.
［7］韩树新.在用铸铁烘缸的检测及评定［J］.压力容器，2008，25（9）：38-43.
作者：夏尚1;付彬1;富春龙2 单位：1.衢州市特种设备检验中心压力容器检验室，；2.浙江志高机械股份有限公司