بررسی و تحلیل علل خرابی در ساختمان دیگ بخار و تجهیزات

علل خرابی دیگ بخار

به منظور بررسی هر چه بهتر علل خرابی دیگ بخار از سری مقالات فنی مهندسی تحلیل دیگ بخار بهره گرفتیم. در ادامه به تشریح این مطلب می پردازیم.

۱-روش های تجزیه و تحلیل خرابی

روش هایی که در تجزیه و تحلیل خرابی نیروگاه های بخار بکار می رود با روش هائی که برای تحلیل خرابی بطور کل یا برای تحلیل نوعی ویژه از آن بکار می رود، فرق چندانی ندارد.

 

۲-پرونده های خدماتی

اکثر متصدیان دیگ بخار، به تشکیل و نگهداری پرونده های خدماتی در حد کامل مبادرت نموده، پرونده های مربوط به شرایط کاری و تعمیرات بازدارنده مربوط به قسمت خراب شده، یا مربوط به کل سیستم، منبعی مناسب از اطلاعات سابقه ای می‌باشند.

پرونده های فوق می توانند اطلاعات پر ارزش زیر را فراهم آورند:

  1. فشار و دمای کاری
  2. قدرت خروجی در حالت عادی
  3. نوسانات تقاضا برای بخار آب
  4. ترکیب سوخت
  5. مقدار هوای افزوده مصرفی برای احتراق
  6. نوع و مقدار مواد شیمیایی افزوده شده به آب تغذیه جهت عمل آوری آن
  7. نوع و مقدار آلودگی‎ها در آب حاصل از چگالش بخار آب و آب تغذیه جبرانی
  8. تناوب زمانی و نیز روش های پاک کردن سطوح جانب آتش و آب در دیگ های بخار

پیش بینی های ضروری در بررسی‌های در محل:

برای اکثر صنایع، واحد تولید نیرو، واحدی حیاتی است و خاموشی آن اثری زیان بخش بر کل عملیات می گذارد. لذا شخص به عمل آورنده بررسی های در محل، باید در زمینه ریشه یابی های اولیه و توصیه های چاره ساز فوری از تجربه کافی برخوردار باشد.

پاره ای از استنتاجات مانند، اشاره بر علت دقیق یا مکانیزم خرابی را اغلب نمی توان بدون بررسی های آزمایشگاهی بعمل آورد.

مع هذا ، اتخاذ پاره ای از تدابیر، بعنوان مثال کدامیک از اجزاء مصدوم، مقدم بر دیگران معیوب گشته است، بر اساس بررسی های دقیق در محل، امکان پذیر می‌باشد.

رابطه میان موقعیت قسمت معیوب با موقعیت قسمت های دیگر سیستم، برای مثال رابطه موقعیت گسیختگی یک لوله با محل مشعل ها و دوده پاک کن ها، از مراحل پر اهمیت بررسی های در محل است.

برای فرد بعمل آورنده بررسی های در محل، همراه داشتن مجموعه ای متنوع از کیسه های پلاستیکی یا پاکت های کاغذی بمنظور قرار دادن نمونه های معیوب در آن، بطور معمول سودمند است.

تعیین هویت هر نمونه، همراه با علامت گذاری موقعیت آن بر روی عکس ها یا نقشه ها، توصیه می‌شود، زیرا عضو معیوب باید با حداقل تاخیر، تعمیر و جایگزین شود تا سیستم بتواند به کار عادی باز گردد.

ضرورت راه اندازی مجدد سیستم بطور سریع، اجتناب از تکرار بررسی های در محل را حکم می نماید، لذا نخستین بررسی باید کامل و دقیق انجام گیرد.

بررسی عیوب متعارف از کارافتادگی دیگ بخار

 

پیش بینی های ضروری در نمونه برداری

بعلت بزرگی و موقعیت ثابت و پاره ای اوقات دور دستی واحد تولید نیرو، بررسی های مفصل را بطور معمول نمی توان در محل انجام داد.

از این رو، بررسی ها باید بر روی نمونه های منتخب از قطعات مصدوم انجام گیرند در نتیجه، روش های مورد استفاده در جمع آوری نمونه ها جهت بررسی های آزمایشگاهی، از بیشترین اهمیت برخوردار هستند.

بعنوان مثال، اگر صدمه، شامل گسیختگی یک یا تعدادی بیشتر از لوله های بخار داغکن یا بخار زا باشد، امکان تنزل کیفیت لوله های مجاور، واقع تحت همان شرایط منجر به گسیختگی، زیاد است. بنابراین، از لوله های سالم مجاور نیز باید نمونه برداری شود تا ارزیابی مقدار و شدت خسارت، امکان پذیر گردد.

به هنگام انتخاب اندازه و محل نمونه ها، تاثیر روش نمونه برداری را باید در نظر داشت. در مقایسه با روش برش شعله ای، احتمال اینکه روش های مکانیکی نمونه برداری مانند بریدن، اره کردن یا سوراخ کردن ساختمان بلوری فلز را تغییر دهند کمتر است.

روش های مکانیکی، علیرغم ارجحیت، بطور عام به کندی انجام می‌گیرند و پاره ای اوقات بعلت عدم دسترسی ابزار به نمونه مورد نظر به هیچ وجه قابل استفاده نمی باشد.

در اینصورت، بکار بردن برش شعله ای، تنها چاره معقول است. به هنگام استفاده از روش برش شعله ای در مقایسه با بکارگیری روش مکانیکی، نمونه های بزرگتری مورد نیاز است و برش باید دورتر از محل مورد نظر انجام گیرد.

در قطعات نیروگاه های بخاری، خرابی اغلب با خوردگی همراه است. لیکن عامل موثر خوردگی، همواره مشخص نیست.

در نتیجه، جمع آوری و حفظ محصولات حاصل از خوردگی (بویژه رسوبات سست، پوسته ای یا پودری ) ممکن است حیاتی باشند زیرا تجزیه شیمیایی این محصولات می تواند در تشخیص علت عامل کلیدی باشد.

عیب یابی دیگ بخار

 

علل عمده خرابی در تجهیزات تولید بخار

دیگ های بخار و انواع دیگر تجهیزات واحد بخاری تولید نیرو، در معرض انواع گوناگون خرابی‌های مشتمل بر یک یا چند مکانیزم، واقعی می‌باشند. برجسته ترین این مکانیزم ها عبارتند از:

خوردگی (شامل سایش و آبله گونی)

تحولات مکانیکی –محیطی (شامل ترک خوردگی حاصل از خوردگی تنشی و تخریب هیدروژنی)

شکست (شامل شکست حاصل از خستگی، حرارتی و گسیختگی تنشی)

و اعوجاج (بویژه اعوجاج های شامل انبساط گرمائی یا خزش).

علل خرابی را بطور کلی می‌توان بصورت نقایص طراحی، نقایص ساخت، بهره برداری نادرست (شامل تعمیر و نگهداری نامناسب) و علل متفرقه، طبقه بندی نمود.

از میان علل عمومی فوق، تنها بهره برداری نادرست (شامل اکثر موارد: ساخت بد، مواد نامناسب و معیوب ) بطور توام در حدود ۷۵% از کل خرابی ها را در دستگاه های تولید بخار، تشکیل می‌دهند.

اکثر خرابی های دیگ بخار، در قطعات تحت فشار، یعنی لوله کاری ها، لوله کشی ها و مخازن تحت فشار تشکیل دهنده واحد مولد بخار، پیش می آید.

بجز چند مورد استثنایی، اکثر خرابی های قطعات تحت فشار، به لوله های بطور نسبی کم قطر تشکیل دهنده سطوح گرمایشی واقع در درون حصار دیگ محدود می شود.

برافروختگی (داغ شدن بیش از حد) علت اصلی خرابی در دیگ های بخار می باشد.

بعنوان مثال، بررسی انجام گرفته توسط یکی از آزمایشگاه ها، حاوی ۴۱۳ مورد تحقیق در طول ۱۲ سال، برافروختگی‌ را علت ۲۰۱ مورد خرابی، یا ۷/۴۸% از کل خرابی‌های مورد بررسی نشان می‌دهد.

خستگی و خستگی ناشی از خوردگی، با تعداد ۸۹ مورد، یعنی ۵/۲۱% در رده بندی قرار دارد.

خوردگی، خوردگی تنشی و شکنندگی هیدروژنی، در مجموع علت ۶۸ مورد خرابی، ۵/۱۶% از کل خرابی‌ها را تشکیل می دهد.

مواد معیوب یا نامناسب، علت اکثر خرابی های باقی مانده (در جمع ۳/۱۳%) می‌باشد. گرچه مواد معیوب را اغلب بعنوان عامل خرابی دستگاه عنوان می کنند.

بررسی فوق نشان می‌دهد که از نظر آماری، یکی از کم احتمال ترین علل خرابی در سیستم های دیگ بخار می‌باشد.

پنج مشکل اساسی دیگ بخار

 

مواد معیوب

همیشه به مجرد وارد کار ساختن، دستگاه، باعث خرابی قطعه ای از آن نمی شود. طراحی دیگ بخار دارای خصلتی محافظه کارانه است. در نتیجه، حتی ممکن است عیوبی بزرگ در بعضی از نقاط سیستم، تا مدت زمان قابل توجهی، بدون منجر شدن به خرابی کل سیستم در آن حاضر باشند.

با این همه، هدف روش های ساخت و تعمیر باید ارائه سیستم های عاری از عیب و نقص باشد. در مثال زیر، نقصی در یک استوانه بخار بزرگ مربوط به یک دیگ بخار پرفشار، بعلت عدم انجام بازرسی غیر مخرب پس از عملیات حرارتی تنش گیری، از نظر پنهان ماند. در نتیجه، استوانه در حین یک آزمایش هیدرواستاتیک، به تردی شکست.

باید خاطر نشان ساخت که این دیگ بر اساس آیین نامه دیگ و مخزن تحت فشار ASME ساخته نشده بود و از این‌ رو پاره ای از عملیات تصریح شده در آیین نامه مذکور (مانند پرتونگاری تمام اتصالات جوشی و آزمایش هیدرواستاتیک با آب در دمای حداقل ۲۱ ۰C ) انجام نگرفته بود.

 

مثال اول : شکست ترد استوانه یک دیگ بخار پرفشار، ساخته شده از فولاد mn-Cr-Mo-V در اثر وجود یک ترک پنهان استوانه بخار ۱۶۴ تنی یک دیگ پرفشار با قطر داخلی ۵/۵ فوت و طول کل ۷۴ فوت و ۹ اینچ، در حین آزمایش هیدرواستاتیک، به هنگام رسیدن به فشار۳۹۸۰ psi، در اثر شکست ترد صدمه دیده دمای آب در طول آزمایش، برابر ۷ ۰C (44۰ f) بوده است.

استوانه بخار، در مقابل سه آزمایش هیدرواستاتیک پیشین، هر یک با فشار ۴۱۶۳ psi ، مقاومت نموده بود. دمای آب در هر سه آزمایش، در ظاهر بالاتر از ۷ ۰C بوده است. در ضمن فشار طراحی دیگ بخار، ۲۷۷۵ psi بوده است.

 

تاریخچه ساخت

استوانه بخار، از ورق فولادی تابانده و سرد شکل یافته، با محتوای Mn-Cr-Mo-V به ضخامت ۵ ۹/۱۶ اینچ، ساخته شده بود. این استوانه، شامل ۱۲ پوسته نیم استوانه ای و ۲ کله‌گی نیم کروی می‌باشد تمام درزها –درزهای طولی، بدون پیش گرمایش و درزهای محیطی با پیش گرمایش –توسط جوشکاری سرباره ای –برقی، جوش گردیده بودند.

دو کله گی و شش حلقه استوانه ای، پیش از آنکه توسط جوش محیطی، به دو مجموعه فرعی تبدیل شوند، نرمالیزه و سپس توسط روش فراصوتی، بازرسی شده بودند.

شیپوره اتصالات دیگر، توسط جوش گوشه، با استفاده از جوشکاری دستی و پیش گرمایش، پس از تنش گیری و بازرسی فراصوتی دو استوانه، کلیه جوش ها بوسیله روش ذره مغناطیسی بازرسی شده بودند.

یک شیپوره مربوط به بهره رسان (پیش گرمکن آب) و جوش متصل کننده جدید، بازرسی گردیده و هیچگونه عیبی در آن یافت نشده بود.

سپس، دو مجموعه فرعی، پس از تنش گیری، توسط جوش قوسی غوطه ور، به یکدیگر متصل گردیده و اتصال نهایی، پس از بازرسی به روش فراصوتی، بطور موضعی تنش گیری شده بود.

نه پس از تنش گیری نهایی از دو نیمه استوان و نه پس از تنش گیری از جوش مجموعه نهایی، هیچگونه بازرسی فراصوتی یا ذره مغناطیسی انجام نگرفته بود.

 

بررسی:

بازرسی عینی بلافاصله پس از خرابی، نشان داد که استوانه در یک انتها شکافته شده و بخشی بطول تقریبی ۱۶ فوت از بقیه استوانه جدا گردیده بود.

این بخش از یک شکاف شروع، کمی از حالت عمودی منحرف و با عبور از عرض دریچه استوانه، در نهایت به قلاب گیر استوانه ختم گشته بود این قلاب گیر، در زیر حلقه شماره ۵، در موقعیتی بفاصله حدودی یک چهارم طول حلقه، از انتهای صدمه دیده استوانه، واقع می باشد.

قسمت جدا شده در عریض ترین نقطه، طول قوسی در حدود نصف پیرامون استوانه داشت.

بازرسی اولیه همچنین نشان داد که ناحیه ای موضعی از مقطع شکستگی، در کنار شیپوره بهره رسان در حلقه ۶ (شیپور ه ای که تعویض گردیده بود)، از اکسیدی سیاه پوشیده شده است. آزمایش های مفصل از مقاطع شکستگی نشان داد که این ناحیه اکسید شده، مبدا اصلی‌ شکست بوده است.

بررسی های خرد مقیاس و کلان مقیاس از ساختمان فلزی در مبدا ء ترک نشان دادند که منشاء ترکی عرض دانه ای و اکسید شده مربوط به راس جوش شیپوره و نه مربوط به جوش یک دستک مجاور آن می‌باشد.

با این وجود، شکستگی، نه در فصل مشترک میان جوش شیپوره و استوانه بخار، که در خود فلز استوانه بخار انتشار یافته بود.

گرچه در نهایت نتیجه گیری شد که ترک اکسید شده از زمان تنش گیری نهای این نیمه استوانه، وجود داشته است.

مقطع شکستگی، هیچگونه مدرکی دال بر شروع نمو ترک فرو بحرانی، طی آزمایش های هیدرواستاتیک قبلی نشان نداد.

آزمایش های متعدد کشش، و سختی هم بر روی نمونه های تهیه شده از قسمت آزمایش های تنش گیری و تعویض شیپوره، به منظور ارزیابی تاثیرات ناشی از این عملیات بر روی خرابی، صورت پذیرفت.

 

جهت کسب اطلاعات بیشتر، مقالات مربوطه را مطالعه فرمایید:

چک لیست دیگ بخار کامل برای نگهداری و امنیت بیشتر

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *