بررسی و تحلیل علل خرابی در ساختمان دیگ بخار و تجهيزات

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.

1-روش های تجزيه و تحليل خرابی

روش هايی كه در تجزيه و تحليل خرابی نيروگاه های بخار بكار می رود با روش هائی كه برای تحليل خرابی بطور كل يا برای تحليل نوعی ويژه از آن بكار می رود، فرق چندانی ندارد.

2-پرونده های خدماتی

اكثر متصديان ديگ بخار، به تشكيل و نگهداری پرونده های خدماتی در حد كامل مبادرت نموده، پرونده های مربوط به شرايط كاری و تعميرات بازدارنده مربوط به قسمت خراب شده، يا مربوط به كل سيستم، منبعی مناسب از اطلاعات سابقه ای می‌باشند.

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

1. فشار و دمای كاری
2. قدرت خروجی در حالت عادی
3. نوسانات تقاضا برای بخار آب
4. تركيب سوخت
5. مقدار هوای افزوده مصرفی برای احتراق
6. نوع و مقدار مواد شيميايی افزوده شده به آب تغذيه جهت عمل آوری آن
7. نوع و مقدار آلودگی‎ها در آب حاصل از چگالش بخار آب و آب تغذيه جبرانی
8. تناوب زمانی و نيز روش های پاك كردن سطوح جانب آتش و آب در ديگ های بخار

پيش بينی های ضروری در بررسی‌های در محل:

برای اكثر صنايع، واحد توليد نيرو، واحدی حياتی است و خاموشی آن اثری زيان بخش بر كل عمليات می گذارد. لذا شخص به عمل آورنده بررسی های در محل، بايد در زمينه ريشه يابی های اوليه و توصيه های چاره ساز فوری از تجربه كافی برخوردار باشد.

پاره ای از استنتاجات مانند، اشاره بر علت دقيق يا مكانيزم خرابی را اغلب نمی توان بدون بررسی های آزمايشگاهی بعمل آورد. مع هذا ، اتخاذ پاره ای از تدابير، بعنوان مثال كداميك از اجزاء مصدوم، مقدم بر ديگران معيوب گشته است، بر اساس بررسی های دقيق در محل، امكان پذير می‌باشد.

رابطه ميان موقعيت قسمت معيوب با موقعيت قسمت های ديگر سيستم، برای مثال رابطه موقعيت گسيختگی يك لوله با محل مشعل ها و دوده پاك كن ها، از مراحل پر اهميت بررسی های در محل است.

برای فرد بعمل آورنده بررسی های در محل، همراه داشتن مجموعه ای متنوع از كيسه های پلاستيكی يا پاكت های كاغذی بمنظور قرار دادن نمونه های معيوب در آن، بطور معمول سودمند است. تعيين هويت هر نمونه، همراه با علامت گذاری موقعيت آن بر روی عكس ها يا نقشه ها، توصيه می‌شود، زيرا عضو معيوب بايد با حداقل تاخير، تعمير و جايگزين شود تا سيستم بتواند به كار عادی باز گردد.

ضرورت راه اندازی مجدد سيستم بطور سريع، اجتناب از تكرار بررسی های در محل را حكم می نمايد، لذا نخستين بررسی بايد كامل و دقيق انجام گيرد.

بررسی عیوب متعارف از کارافتادگی دیگ بخار

پيش بينی های ضروری در نمونه برداری

بعلت بزرگی و موقعيت ثابت و پاره ای اوقات دور دستی واحد توليد نيرو، بررسی های مفصل را بطور معمول نمی توان در محل انجام داد. از اين رو، بررسی ها بايد بر روی نمونه های منتخب از قطعات مصدوم انجام گيرند در نتيجه، روش های مورد استفاده در جمع آوری نمونه ها جهت بررسی های آزمايشگاهی، از بيشترين اهميت برخوردار هستند.

بعنوان مثال، اگر صدمه، شامل گسيختگی يك يا تعدادی بيشتر از لوله های بخار داغكن يا بخار زا باشد، امكان تنزل كيفيت لوله های مجاور، واقع تحت همان شرايط منجر به گسيختگی، زياد است. بنابراين، از لوله های سالم مجاور نيز بايد نمونه برداری شود تا ارزيابی مقدار و شدت خسارت، امكان پذير گردد.

به هنگام انتخاب اندازه و محل نمونه ها، تاثير روش نمونه برداری را بايد در نظر داشت. در مقايسه با روش برش شعله ای، احتمال اينكه روش های مكانيكی نمونه برداری مانند بريدن، اره كردن يا سوراخ كردن ساختمان بلوری فلز را تغيير دهند كمتر است.

روش های مكانيكی، عليرغم ارجحيت، بطور عام به كندی انجام می‌گيرند و پاره ای اوقات بعلت عدم دسترسی ابزار به نمونه مورد نظر به هيچ وجه قابل استفاده نمی باشد. در اينصورت، بكار بردن برش شعله ای، تنها چاره معقول است. به هنگام استفاده از روش برش شعله ای در مقايسه با بكارگيری روش مكانيكی، نمونه های بزرگتری مورد نياز است و برش بايد دورتر از محل مورد نظر انجام گيرد.

در قطعات نيروگاه های بخاری، خرابی اغلب با خوردگی همراه است. ليكن عامل موثر خوردگی، همواره مشخص نيست. در نتيجه، جمع آوری و حفظ محصولات حاصل از خوردگی (بويژه رسوبات سست، پوسته ای يا پودری ) ممكن است حياتی باشند زيرا تجزيه شيميايی اين محصولات می تواند در تشخيص علت عامل كليدی باشد.

عیب یابی دیگ بخار

علل عمده خرابی در تجهيزات توليد بخار

ديگ های بخار و انواع ديگر تجهيزات واحد بخاری توليد نيرو، در معرض انواع گوناگون خرابی‌های مشتمل بر يك يا چند مكانيزم، واقعی می‌باشند. برجسته ترين اين مكانيزم ها عبارتند از:

خوردگی (شامل سايش و آبله گونی)

تحولات مكانيكی –محيطی (شامل ترك خوردگی حاصل از خوردگی تنشی و تخريب هيدروژنی)

شكست (شامل شكست حاصل از خستگی، حرارتی و گسيختگی تنشی)

و اعوجاج (بويژه اعوجاج های شامل انبساط گرمائی يا خزش).

علل خرابی را بطور كلی می‌توان بصورت نقايص طراحی، نقايص ساخت، بهره برداری نادرست (شامل تعمير و نگهداری نامناسب) و علل متفرقه، طبقه بندی نمود. از ميان علل عمومی فوق، تنها بهره برداری نادرست (شامل اكثر موارد: ساخت بد، مواد نامناسب و معيوب ) بطور توام در حدود 75% از كل خرابی ها را در دستگاه های توليد بخار، تشكيل می‌دهند.

اكثر خرابی های ديگ بخار، در قطعات تحت فشار، يعنی لوله كاری ها، لوله كشی ها و مخازن تحت فشار تشكيل دهنده واحد مولد بخار، پيش می آيد. بجز چند مورد استثنايی، اكثر خرابی های قطعات تحت فشار، به لوله های بطور نسبی كم قطر تشكيل دهنده سطوح گرمايشی واقع در درون حصار ديگ محدود می شود.

برافروختگی (داغ شدن بيش از حد) علت اصلی خرابی در ديگ های بخار می باشد. بعنوان مثال، بررسی انجام گرفته توسط يكی از آزمايشگاه ها، حاوی 413 مورد تحقيق در طول 12 سال، برافروختگی‌ را علت 201 مورد خرابی، يا 7/48% از كل خرابی‌های مورد بررسی نشان می‌دهد.

خستگی و خستگی ناشی از خوردگی، با تعداد 89 مورد، يعنی 5/21% در رده بندی قرار دارد. خوردگی، خوردگی تنشی و شكنندگی هيدروژنی، در مجموع علت 68 مورد خرابی، 5/16% از كل خرابی‌ها را تشكيل می دهد.

مواد معيوب يا نامناسب، علت اكثر خرابي های باقی مانده (در جمع 3/13%) می‌باشد. گرچه مواد معيوب را اغلب بعنوان عامل خرابی دستگاه عنوان می كنند. بررسی فوق نشان می‌دهد كه از نظر آماری، يكی از كم احتمال ترين علل خرابی در سيستم های دیگ بخار می‌باشد.

پنج مشکل اساسی دیگ بخار

مواد معيوب

هميشه به مجرد وارد كار ساختن، دستگاه، باعث خرابی قطعه ای از آن نمی شود. طراحی ديگ بخار دارای خصلتی محافظه كارانه است. در نتيجه، حتی ممكن است عيوبی بزرگ در بعضی از نقاط سيستم، تا مدت زمان قابل توجهی، بدون منجر شدن به خرابی كل سيستم در آن حاضر باشند.

با اين همه، هدف روش های ساخت و تعمير بايد ارائه سيستم های عاری از عيب و نقص باشد. در مثال زير، نقصی در يك استوانه بخار بزرگ مربوط به يك ديگ بخار پرفشار، بعلت عدم انجام بازرسی غير مخرب پس از عمليات حرارتی تنش گيری، از نظر پنهان ماند. در نتيجه، استوانه در حين يك آزمايش هيدرواستاتيك، به تردی شكست.

بايد خاطر نشان ساخت كه اين ديگ بر اساس آيين نامه ديگ و مخزن تحت فشار ASME ساخته نشده بود و از اين‌ رو پاره ای از عمليات تصريح شده در آيين نامه مذكور (مانند پرتونگاری تمام اتصالات جوشی و آزمايش هيدرواستاتيك با آب در دمای حداقل 21 ⁰C ) انجام نگرفته بود.

مثال اول : شكست ترد استوانه يك ديگ بخار پرفشار، ساخته شده از فولاد mn-Cr-Mo-V در اثر وجود يك ترك پنهان استوانه بخار 164 تنی يك ديگ پرفشار با قطر داخلی 5/5 فوت و طول كل 74 فوت و 9 اينچ، در حين آزمايش هيدرواستاتيك، به هنگام رسيدن به فشار3980 psi، در اثر شكست ترد صدمه ديده دمای آب در طول آزمايش، برابر 7 ⁰C (44⁰ f) بوده است.

استوانه بخار، در مقابل سه آزمايش هيدرواستاتيك پيشين، هر يك با فشار 4163 psi ، مقاومت نموده بود. دمای آب در هر سه آزمايش، در ظاهر بالاتر از 7 ⁰C بوده است. در ضمن فشار طراحی ديگ بخار، 2775 psi بوده است.

تاريخچه ساخت

استوانه بخار، از ورق فولادی تابانده و سرد شكل يافته، با محتوای Mn-Cr-Mo-V به ضخامت 5 9/16 اينچ، ساخته شده بود. اين استوانه، شامل 12 پوسته نيم استوانه ای و 2 كله‌گی نيم كروی می‌باشد تمام درزها –درزهای طولی، بدون پيش گرمايش و درزهای محيطی با پيش گرمايش –توسط جوشكاری سرباره ای –برقی، جوش گرديده بودند.

دو كله گی و شش حلقه استوانه ای، پيش از آنكه توسط جوش محيطی، به دو مجموعه فرعی تبديل شوند، نرماليزه و سپس توسط روش فراصوتی، بازرسی شده بودند. شيپوره اتصالات ديگر، توسط جوش گوشه، با استفاده از جوشكاری دستی و پيش گرمايش، پس از تنش گيری و بازرسی فراصوتی دو استوانه، كليه جوش ها بوسيله روش ذره مغناطيسی بازرسی شده بودند.

يك شيپوره مربوط به بهره رسان (پيش گرمكن آب) و جوش متصل كننده جديد، بازرسی گرديده و هيچگونه عيبی در آن يافت نشده بود. سپس، دو مجموعه فرعی، پس از تنش گيری، توسط جوش قوسی غوطه ور، به يكديگر متصل گرديده و اتصال نهايی، پس از بازرسی به روش فراصوتی، بطور موضعی تنش گيری شده بود. نه پس از تنش گيری نهایی از دو نيمه استوان و نه پس از تنش گيری از جوش مجموعه نهايی، هيچگونه بازرسی فراصوتی يا ذره مغناطيسی انجام نگرفته بود.

بررسی:

بازرسی عينی بلافاصله پس از خرابی، نشان داد كه استوانه در يك انتها شكافته شده و بخشی بطول تقريبی 16 فوت از بقيه استوانه جدا گرديده بود. اين بخش از يك شكاف شروع، كمی از حالت عمودی منحرف و با عبور از عرض دريچه استوانه، در نهايت به قلاب گير استوانه ختم گشته بود اين قلاب گير، در زير حلقه شماره 5، در موقعيتی بفاصله حدودی يك چهارم طول حلقه، از انتهای صدمه ديده استوانه، واقع می باشد.

قسمت جدا شده در عريض ترين نقطه، طول قوسی در حدود نصف پيرامون استوانه داشت. بازرسی اوليه همچنين نشان داد كه ناحيه ای موضعی از مقطع شكستگی، در كنار شيپوره بهره رسان در حلقه 6 (شيپور ه ای كه تعويض گرديده بود)، از اكسيدی سياه پوشيده شده است. آزمايش های مفصل از مقاطع شكستگی نشان داد كه اين ناحيه اكسيد شده، مبدا اصلی‌ شكست بوده است.

بررسی های خرد مقياس و كلان مقياس از ساختمان فلزی در مبدا ء ترك نشان دادند كه منشاء تركی عرض دانه ای و اكسيد شده مربوط به راس جوش شيپوره و نه مربوط به جوش يك دستك مجاور آن می‌باشد.

با اين وجود، شكستگی، نه در فصل مشترك ميان جوش شيپوره و استوانه بخار، كه در خود فلز استوانه بخار انتشار يافته بود. گرچه در نهايت نتيجه گيری شد كه ترك اكسيد شده از زمان تنش گيری نهای اين نيمه استوانه، وجود داشته است.

مقطع شكستگی، هيچگونه مدركی دال بر شروع نمو ترك فرو بحرانی، طی آزمايش های هيدرواستاتيك قبلی نشان نداد. آزمايش های متعدد كشش، و سختی هم بر روی نمونه های تهيه شده از قسمت آزمايش های تنش گيری و تعويض شيپوره، به منظور ارزيابی تاثيرات ناشی از اين عمليات بر روی خرابی، صورت پذيرفت.

جهت کسب اطلاعات بیشتر، مقالات مربوطه را مطالعه فرمایید:

چک لیست دیگ بخار کامل برای نگهداری و امنیت بیشتر