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老龄湿式螺旋气柜安全评估实践

2015-12-17 10:15【作者/来源:www.jshhqg.com
1前言
       湿式螺旋气柜是一种广泛应用的低压煤气储存设施,与干式气柜相比,投资少,制作工艺简单,易于维护。但由于必须使用水槽,水槽内数千乃至上万吨的水对气柜基础存在较大的压力,若气柜基础不均匀沉降超出一定范围后,容易导致卡轨的发生,从而影响气柜的安全使用。湿式螺旋气柜运行若干年后,壁板和钟罩几乎都存在严重的腐蚀,特别是壁板与水的长期接触面,氧腐蚀和电腐蚀共同作用,且防腐质量难以保证,容易导致钢板减薄穿孔。对于已使用20年左右,接近大修周期的老龄湿式螺旋气柜,基础倾斜和钢板腐蚀减薄对气柜的安全运行有多大的影响?其真实的运行状态到底如何?我们通过一系列实验和测量对我公司1号气柜的安全可靠性做了评估。
2现状
       我公司1,气柜(1万m3)于1983年开工建设,1985年元月投人使用。使用期间,我公司根据实际运行状况不定期对气柜进行维修、保养和防腐。但由于气柜未进行过系统揭顶大修,先后发现如下问题:气柜基础不均匀沉降;壁板及钟罩腐蚀严重,一、二塔挂圈水面(水封)向上60cm范围内钢板大面积减薄,局部穿孔;少数导轮不转导致轨道磨损;三塔上挂圈(环型槽钢)外侧焊缝撕裂约20m。以上问题不同程度的影响了气柜的安全运行。在1993年和200()年对一塔和二塔的严重腐蚀部位进行集中焊补(焊补面积及部位见表1);1994年和200()年进行全面防腐;近两年累计更换导轮6只。累计支出维修和防腐费用40余万元。
焊补面积及部位
 
3试验和检测
3.  1气柜基础变形沉降
        自1983年1号气柜建设时注水预压阶段进行沉降观测后,1993年、2001年、2004年我们三次委托江苏省地震局南通测绘院的专业人员对1号气柜进行了沉降观测。观测使用Ni002补偿式自动安平精密水准仪及配套的2m锢钢标尺,按国家B等水准测量技术要求进行。观测数据见表20
        由沉降观测可见:1号气柜自1983年首期观测至今,累计最大沉降量为108.8mm,最小沉降量80.4mm,不均匀沉降量28.4mm,气柜整体向西南方向
气柜基础变形沉降观测数据统计mm
倾斜。其中2004年观测最大沉降量为O.Smm(2001年~2004年),最小沉降量Omm。从以上结果分析,1号气柜目前沉降量很微小,已经进人稳定期。
    以基础不均匀沉降量计算水槽倾斜度:
   基础不均匀沉降量/基础直径二28.4/26400=0.001076
    小于湿式螺旋气柜验收规范所要求的八用蕊3/1000的标准。3.2顶、壁板厚度测定
    测试条件:超声波测厚仪;使用导电乳胶;铲除表面油漆;敲击去除氧化皮;气柜高度18m。测量数据见表30
气柜顶、壁板厚度测,数据
测量区二、三分别是在挂圈以上0.5-0.6m和0.1-0.2m。特别说明.三塔所谓测量区实际是从水槽水平面开始计量。
    由表3可见,壁板厚度极大值为4.7mm,出现在二塔的测量区三(挂圈水面以上0.10.2米);极小值为2.6mm,出现在二塔的测量区二(挂圈水面以上0.5-0.6米)。1号柜壁板设计厚度为3mm,并且在一塔和二塔挂圈水面以上均存在大面积焊补。从壁板测厚的数据来看,大部分数据在3~左右,高于我们的预期,基本反映了实际情况,少数数据明显失常,且没有规律,估计是受器材的限制和内部附着物的影响,另外补焊的钢板对测厚的准确性也有一定的影响。
3.3气柜各塔相对水平面的垂直度
    2004年8月,我公司委托南通市工业设备安装公司对1号柜做了分塔相对水平面垂直度测试。测量时东北风3一级,每塔取12个测量点,通过垂直悬挂的线陀,测量该塔的垂直情况。测试报告提出,一塔向西南、西北倾斜8mm,二塔向西南、西北倾斜140mm,三塔向西南、西北倾斜7.Smmo
    从数据上看,各塔倾斜方向与基础沉降方向基本一致,也与当时风向基本一致。由于气柜的风载较大,加上导轮导轨之间存在一定的间隙,柜体会沿着风力的方向一定程度的偏离中心线。二塔倾斜达140mm,明显大于其他两塔,可能的原因一是由于柜体自身不规则的形变而导致测量的误差,二是二塔的配重放置不准。由于塔体水平垂直度与当时风向有很大关系,其测量数据具有相当的不确定性,加上测量手段的局限性,故水平垂直度的测量数据,仅具参考意义。
3.4导轮导轨间隙和导轨磨损情况
    我们对1号柜的导轮导轨间隙做了区分运行状态和高度的测量,图1为测量示意图,并对导轮导轨的磨损情况做了目视观测。
导轮导软位里示意图
        测量具体数据略。数据分析如下:上升时,作用轮最多为9个(7m,包括托轮或压轮单独作用的情况,下同),最少为3个(14.5m),平均作用轮为5.67个。下降时,作用轮最多为5个(分别是Sm,13.7m,17m),最少为2个(15m),平均作用轮为4.17个。在同一塔中,亦有随着高度的变化,存在作用轮和非作用轮互相转换的现象。我们认为气柜运动过程中作用轮的变化主要受当时风向、高度和柜体自身形变的影响,导轮导轨间隙也随着高度变化而变化,所以调整导轮间隙应慎重,必须考虑满足所有工况。
       1号气柜自2001年来先后更换6只磨损的导轮(含铜套),检查中发现位于一塔扶梯内的一组导轮的托轮锈死,主要是因为其位置处于扶梯内,是保养和检查的死角,更换铜套后,目前使用良好。其余导轮导轨未发现过度磨损的现象,各导轮转动灵活。3.5快速升降试验
    快速升降试验,主要是为了考察各塔的升降平稳性、导轮导轨的运转正确性和可靠性。经查阅历史数据,气柜在运行中的实际下降速度<0.18m/ min,实际上升速度}0.1 m/ minx
   (1)下降试验:气柜停止进气,开2台外供用的罗茨风机,其中1台为80m' /min, l台为40m' /min ,外供流量7500m3/h。平均下降速度为0.203m/min。每三分钟记录一次气柜出口取压的U型压力表和柜顶取压的压力监控仪读数,下降曲线见图2,图中实线为监控仪读数,虚线为U型压力表读数。
    (2)上升试验:受焦炉煤气进柜量的限制,故平均上升速度为0.110m/min,但仍大于日常使用的上升速度,每三分钟记录一次气柜出口U型压力表和柜顶取压的压力监控仪读数,上升曲线见图3,图例与图2相同。
上升曲线
 两次试验中,气柜出口U型压力表读数低于柜顶取压读数,压力曲线平滑,导轮导轨无异响,说明1号气柜在快速升降时,可以确保正常运行。3.6焊缝表面观测
    对于气柜焊缝外观质量,《金属焊接结构湿式气柜施工及验收规范》(HGJ212-83)做了如下规定:焊缝外形尺寸应符合技术标准和设计图纸规定,焊缝与母材应圆滑过渡,成型良好;焊缝外形及热影响区表面不得有裂纹、气孔、弧坑和肉眼可见的夹渣等缺陷;焊缝的局部咬边深度不得大于O.Smm,连续长度不得大于100mm,每条焊缝两侧咬肉长度总和不得超过焊缝长度的10% o
    由于1号气柜处于在用状态,水槽底板和下水封的焊缝无法检测,所以我们重点对顶、壁板的焊缝质量主要进行目视下的表面观测。同题主要集中在三塔上挂圈平台的外侧焊缝。该焊缝总长80.07m,因腐蚀严重,厚度均匀减薄,局部有裂纹,裂纹处普遍伴有泄漏。随后的焊补,采取机械打磨后直接焊补的办法进行补强。经多次焊补后,发现焊补的部位在当时或1-2天后,作业焊缝仍然不同程度重新撕裂泄漏,此现象可能由如下原因引起:应力集中,焦炉煤气富含Hz,钢板与之长期接触导致氢化变脆,机械性能发生变化,且上挂圈焊缝为受力部位,导致焊缝重新撕裂。
4存在问题及解决办法
    通过前述1-6项的试验和测试,1号气柜在使用20余年后,其运行状态可做如下表述:
    (1)腐蚀比较严重,但超声波测厚数据表明,除了挂圈水面以上外,其他部分钢板壁厚尚可;
    (2)水槽基础存在不均匀沉降,水槽倾斜度为0.001076小于规范所要求的0.003,近年来沉降趋于稳定,从多年的使用看,水槽基础的倾斜不影响气柜的正常使用;
    (3)柜体存在一定程度的变形和倾斜,但没有明显影响导轮导轨的接触,个别导轮卡死,升降试验中气柜运行顺畅,导轮导轨无异响。
    (4)三塔上挂圈平台的外侧焊缝,厚度均匀减薄,局部有裂纹,裂纹处普遍伴有泄漏。
         针对这些问题,评估小组制订了如下解决办法和管理措施:(1)提高气柜高度的测定精度,进一步完善1号气柜的压力监控装置。(2)建立专门的检修和动火制度,提高审批等级。(3)柜体严重腐蚀部分重新防腐。(4)制订专门的润滑保养、巡回检查、安全检查的制度,提高检查和保养密度。(5)制订卡轨、泄漏的应急预案,定期演练,提高应急处理能力。(6)对三塔上挂圈平台的外侧焊缝,采用预压成型的} 25.5m的弧形角钢,紧贴上挂圈外圈焊缝两直角面,焊接上下两条平面接触点的方法对焊缝进行补强。
        综上所述,我公司在此次1号气柜的安全评估中,先后测定了气柜基础的倾斜度,壁板厚度,各塔相对水平面的垂直度,导轮导轨间隙和导轨磨损情况,做了快速升降试验,对焊缝做了表面观测,发现和解决了一些问题,基本摸清已运行20余年的1号气柜的真实运行状态。在建立健全了压力监控装置、泄漏、卡轨的应急预案和各项管理制度后,评估小组根据检验检测结果,提出了“监控使用”的意见。
        随着“西气东输”工程苏中支线的开工在即,在天然气即将到来的今天,对于运行20年以上的老龄湿式气柜,如何采取有针对性的措施确保可靠运行,避免不必要的大修投人,我们做了一些尝试,为决策提供了依据。

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