淺析壓力容器缺陷成因及對策

梁 俊

（華北油田第二采油廠物資裝備中心 河北霸州）

一、壓力容器使用現(xiàn)狀

對于油田開發(fā)來講，在日常生產(chǎn)過程中，壓力容器被普遍應(yīng)用，幾乎貫穿于生產(chǎn)的每一個角落，它擔(dān)負(fù)著油氣分離、原油處理、天然氣深加工和儲存等各項任務(wù)，承受著高溫、高壓、低溫和腐蝕性介質(zhì)的惡劣環(huán)境，是一種高危設(shè)備，如果管理不善，缺陷不能及時被發(fā)現(xiàn)，就可能發(fā)生容器失效，造成人員傷害，影響正常生產(chǎn)，同時也給社會帶來惡劣的影響。為此，就如何管好和用好壓力容器，確保其安全運行，是特種設(shè)備管理工作的核心內(nèi)容。

華北油田第二采油廠目前共有在用壓力容器374臺，擔(dān)負(fù)著年處理原油44萬噸和1.2億立方米天然氣的處理及深加工任務(wù)。隨著時間的推移，已有93臺壓力容器連續(xù)運行20年以上，占壓力容器總數(shù)的24.9%。由于使用年限已經(jīng)超過設(shè)計使用壽命，所以，容器本體腐蝕嚴(yán)重，接管腐蝕穿孔現(xiàn)象時有發(fā)生，繼發(fā)性裂紋、裂縫和原始夾渣、氣孔等缺陷，不斷被發(fā)現(xiàn)和消除，這給安全生產(chǎn)帶來很大隱患。但是由于資金緊張，短期內(nèi)不能進行全部有效的更新，故只能靠加強管理，采取可行措施，利用先進檢測技術(shù)，及時發(fā)現(xiàn)和消除缺陷，來避免失效發(fā)生，保證容器安全平穩(wěn)運行。

二、壓力容器缺陷存在形態(tài)

1.壓力容器先天性缺陷

所謂的先天性缺陷是指，壓力容器在生產(chǎn)制造過程中，由于焊接工藝不完善或焊接質(zhì)量未能達(dá)到要求，監(jiān)督檢驗不到位或檢驗手段有瑕疵，而造成的天性不足。由于此類缺陷外觀檢查無法發(fā)現(xiàn)，往往被生產(chǎn)單位安裝使用，致使設(shè)備帶病運行，給安全生產(chǎn)帶來一定的隱患。如果這些缺陷不能被及時發(fā)現(xiàn)和消除，隨著使用時間的不斷延長，缺陷有可能加重和發(fā)展，最后導(dǎo)致壓力容器失效，造成事故發(fā)生。在實際生產(chǎn)過程中，壓力容器先天性缺陷主要以未焊透、氣孔和夾渣等形態(tài)存在。

2.壓力容器后天性缺陷

所謂的后天性缺陷是指，壓力容器在生產(chǎn)單位使用過程中，由于介質(zhì)存在的腐蝕性，介質(zhì)物性的改變和實際工況的變化，而引發(fā)的壓力容器缺陷。它主要以腐蝕、裂紋和變形等形態(tài)存在。

三、壓力容器缺陷成因分析

1.壓力容器的先天性缺陷

主要反映在質(zhì)量保證體系不夠完善，焊接工藝評定不夠認(rèn)真，焊接人員執(zhí)行焊接工藝不夠嚴(yán)格，內(nèi)部質(zhì)監(jiān)人員監(jiān)督不夠到位，監(jiān)檢人員現(xiàn)場監(jiān)督不夠及時，對已存在的缺陷評定不夠準(zhǔn)確，是造成先天性缺陷存在的主要原因。

2.壓力容器的腐蝕

腐蝕是壓力容器在使用過程中最常見，也是最容易產(chǎn)生的一種缺陷，表現(xiàn)形態(tài)各異。

（1）均勻腐蝕。在容器內(nèi)臂暴露的金屬表面上，產(chǎn)生的化學(xué)腐蝕或電化學(xué)腐蝕，無論是那種腐蝕，都是Fe失去電子，變成Fe離子。這種腐蝕造成容器本體和其他附件及短接均勻減薄，雖然并不是危險很大的腐蝕形態(tài)，因為壓力容器在使用壽命設(shè)計時，已經(jīng)考慮足夠的腐蝕裕度，但也要注意使用工況的變化，尤其是介質(zhì)物性的變化，適時進行檢查，避免事故發(fā)生。

（2）坑蝕。坑蝕是容器局部的一種化學(xué)腐蝕或電化學(xué)腐蝕。在金屬表面形成麻坑，坑的大小不一，數(shù)量各異，分布不均，有時也呈線狀。這種缺陷如果不能被直接觀察，探傷儀器很難準(zhǔn)確掌握，尤其是容器無法被觀察到的“死角”，缺陷不能被及時發(fā)現(xiàn)和消除，設(shè)備帶病運行，直至容器失效為止。

（3）縫隙腐蝕。縫隙腐蝕是暴露在電介質(zhì)溶液中的金屬表面，在其縫隙和其他隱蔽區(qū)域滲入并聚集濃縮，從而發(fā)生局部腐蝕，不銹鋼極易產(chǎn)生縫隙腐蝕。

（4）點蝕。點蝕是在金屬表面某些部位形成較小的且深度大于直徑的蝕孔。點蝕一般易產(chǎn)生于靜止的介質(zhì)中，沿重力方向發(fā)展，是破壞性最大的腐蝕形態(tài)之一。

（5）晶間腐蝕。Cr-Ni不銹鋼處于一定溫度（400～850℃）時，由于在晶界形成復(fù)雜的Cr23C6，而使晶界貧Cr，當(dāng)Cr含量降到鈍化所需的極限（12%）以下時，貧Cr區(qū)就處于活化狀態(tài)，由于晶格內(nèi)存在電位差，形成原電池，晶界是陽極，晶粒是陰極，產(chǎn)生晶間腐蝕。該種腐蝕使材料的機械性能顯著下降，極易造成容器突然失效，危害很大。

（6）應(yīng)力腐蝕。應(yīng)力腐蝕是特定的材料在特定的腐蝕介質(zhì)和靜拉應(yīng)力的作用下，發(fā)生的以裂紋形式出現(xiàn)的極危險的腐蝕形態(tài)。它往往在沒有先兆的情況下，發(fā)生局部腐蝕，裂紋一旦形成，其擴展速度比其他局部腐蝕快得多，是壓力容器低應(yīng)力破壞的主要原因之一。

3.裂紋

裂紋是壓力容器中最危險的一種缺陷，是導(dǎo)致容器脆性破壞的主要因素。主要包括腐蝕裂紋和疲勞裂紋兩種。

腐蝕裂紋是腐蝕介質(zhì)在一定的操作壓力和溫度下，對材料產(chǎn)生腐蝕而逐漸形成的一種裂紋。這種裂紋往往和應(yīng)力有關(guān)，應(yīng)力與腐蝕相互促進，腐蝕在材料表面形成缺口或使原有缺口擴大而產(chǎn)生應(yīng)力集中，消弱金屬的晶間結(jié)合力，加速腐蝕的進展，使表面缺口向縱深發(fā)展。腐蝕裂紋的產(chǎn)生必須具備一定的條件（介質(zhì)、溫度和壓力），只能在某類材料中形成。

疲勞裂紋是由于結(jié)構(gòu)設(shè)計欠缺或材料本身有缺陷，造成局部應(yīng)力過高，加之設(shè)備在使用過程中承受交變載荷，經(jīng)過多次反復(fù)變載，形成疲勞裂紋。

4.變形

變形是容器在使用過程中，整體或局部發(fā)生幾何形狀的改變。局部凹陷是容器筒體或封頭的某一部位，在受到外力的作用下，而發(fā)生的幾何形狀的改變。這種缺陷往往發(fā)生在薄壁容器上，它不改變?nèi)萜鞯谋诤瘢桓淖冊械膸缀瓮庑巍?/p>

鼓包是容器的某一部位發(fā)生了嚴(yán)重的局部腐蝕，壁厚減薄明顯，在內(nèi)壓作用發(fā)生罐壁向外凸變。主要是罐壁太薄，不能滿足正常生產(chǎn)所需要的耐壓強度。但有時因容器局部過熱，材料的機械性能下降而導(dǎo)致鼓包產(chǎn)生。

整體膨脹是容器設(shè)計時，壁厚不能滿足實際工況要求，或設(shè)備超壓運行，致使容器或某些截面發(fā)生屈服變形而成。如果容器長期在高溫下運行，材料選擇不當(dāng)，也可發(fā)生整體膨脹，但這種缺陷不易被發(fā)現(xiàn)。

四、壓力容器缺陷控制及對策

（1）參數(shù)準(zhǔn)確。設(shè)計嚴(yán)謹(jǐn)。使用單位給設(shè)計部門除提供所需的技術(shù)特性參數(shù)外，還需提供詳細(xì)的介質(zhì)物性，同時設(shè)計部門要現(xiàn)場復(fù)核，根據(jù)生產(chǎn)實際工況，選擇合適的容器材料，提出合理的技術(shù)要求，如應(yīng)力消除、內(nèi)壁防腐等，避免因設(shè)計而造成缺陷。

（2）加強監(jiān)造，嚴(yán)把質(zhì)量。制造廠家在容器制造過程中，要嚴(yán)格按照質(zhì)量保證體系進行運行，無論材料管理，還是焊接質(zhì)量把關(guān)，都要責(zé)任到人，做到事事有人管，項項有記錄，檢查有依據(jù)。使用單位和監(jiān)檢部門共同搞好監(jiān)造工作，實施安裝監(jiān)督，避免先天性缺陷的產(chǎn)生。

（3）提高素質(zhì)，按章操作。在日常管理工作中，加強操作人員的基本常識和專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)，持證上崗。同時要制定切實可行的操作規(guī)程和制度，使他們在生產(chǎn)過程中，懂原理，會操作，能應(yīng)急，嚴(yán)禁超限運行，避免因管理而造成的壓力容器缺陷的生成和事故的發(fā)生。

（4）按期檢驗，消除缺陷。壓力容器的定期檢驗是對容器整體安全狀況等級評定的唯一手段，也是發(fā)現(xiàn)缺陷最直接的方法。所以，使用單位必須按照國家的有關(guān)規(guī)定，認(rèn)真做好檢驗計劃編制，協(xié)調(diào)組織實施，要求檢驗單位嚴(yán)格檢驗方案和程序，做到容器不漏檢，缺陷不放過。針對發(fā)現(xiàn)的缺陷，要按照正規(guī)修理程序，及時進行消缺處理，保證設(shè)備正常運行。