基于失效模式的壓力容器檢驗方案編制研究

趙路寧，姚小靜

(1.山東省特種設備協會，山東 濟南 250101;2 .山東省特種設備檢驗研究院，山東 濟南 250101)

石油化工行業是國民經濟的重要支柱，據統計，石化裝置中壓力容器和壓力管道比重高達40%以上，使用相對集中且條件苛刻，承受著高壓、高溫，介質易燃易爆、有毒、有腐蝕性，一旦發生爆炸泄漏事故，會引發環境污染并對設備和人員造成傷害，因此保障壓力容器的安全運行具有極其重要的作用，《特種設備安全法》及TSG R7001-2013《壓力容器定期檢驗規則》(以下簡稱《容檢規》)明確規定檢驗前，應當根據壓力容器的使用情況、損傷模式及失效模式制定檢驗方案。制定科學的檢驗方案是檢驗機構必須面對的問題，就檢驗方案的制定，提出一些想法，希望能對檢驗人員制定檢驗方案提供一些幫助。

1 檢驗檢測作業文件與檢驗方案的關系

《特種設備檢驗檢測機構核準規則》明確規定檢驗機構應有健全的檢驗、檢測管理制度。制定相應的檢驗文件，用以指導檢驗檢測實施，規范檢驗檢測過程，減少因人員、設備、環境等因素導致結果偏離，確保檢驗檢測結果的準確性和正確性，有利于實現檢驗檢測作業標準化。筆者認為檢驗檢測作業文件是指確保檢驗檢測過程的有效組織、實施和控制，依據相應的檢驗檢測標準所編制的通用工藝;而檢驗方案則是因為設備比較特殊或者檢驗項目和內容等方面有特殊要求時(如含項目的減少或檢驗要求的降低)等其他情況，在熟悉了解受檢設備的相關資料，依據相應的檢驗檢測法規標準及客戶的要求制定檢驗檢測技術文件。

檢驗檢測作業文件依據相應的法規標準編制的通用檢測工藝，對于一般壓力容器可以在通用檢測工藝的基礎上編制檢測工藝卡，注明無損檢測部位、方法及比例，作為受檢產品的實施檢驗方案;檢驗方案指設備特殊(主要是指結構特殊、有特殊要求、特殊工況、特殊用途或特殊材料)、關鍵設備或客戶提出的檢驗要求與相應法規標準不一致時而編制的專用檢測方案。

2 檢驗方案的編制原則及失效機理判斷

法規標準是依據事故經驗教訓或理論研究而制定的，有一定的局限性，機械地使用往往會造成“檢驗不足，過度檢驗”;按照《容檢規》的要求，筆者認為檢驗方案的編制應由相應檢驗資質且具實際檢驗經驗的檢驗人員查閱相關文獻資料及法規標準對受檢設備的要求，并結合受檢設備具體使用工況及特點來編制;其內容至少包括適用范圍、制定依據、受檢對象信息、檢驗前準備工作、失效模式和損傷機理、檢驗項目和無損檢測方法的選擇、檢驗結果的處理等內容。

2.1 適用范圍

檢驗方案是針對具體設備，而非通用工藝文件，因此應明確檢測的對象及檢驗檢測性質。

2.2 受檢對象信息

檢驗前，通過資料審查、現場檢查、與設備安全管理人員交談等方式了解受檢對象的技術參數、使用情況及至少兩個檢驗周期內的檢驗報告(主要記載檢驗報告中發現的問題及使用單位對問題的處理情況)等。為檢驗項目、無損檢測方法及比例、重點檢驗部位做好技術準備。

2.3 制定依據

制定依據至少應包含《容檢規》、相關制造與檢驗的產品標準、設計圖紙及合同要求。

2.4 檢驗前準備工作

依據檢驗項目確定儀器設備的測量范圍及精度要求，檢驗人員資質及人員數量，同時應采用工作危害分析方法對檢驗過程的危害因素和控制措施。

2.5 失效模式及損傷機理

分析設備運行及其與化學、機械環境的相互作用后，結合檢驗經驗及相關文獻資料，判斷其失效模式、重點檢驗部位、檢驗方法和比例。筆者認為制定失效機理應考慮以下兩個因素:

(1)首次檢驗時，不僅要對使用環境下可能發生的損傷進行檢驗，還應補充對制造、安裝質量的檢驗抽查，以便與下次檢驗時進行對比，判斷其原生缺陷是否為活缺陷;

(2)根據設備潛在的損傷機理及其嚴重程度確定檢驗部位、方法和比例，不同的檢驗方法的有效性和檢驗比例。

有關失效機理，宋明大［1］有關承壓類設備失效模式的觀點，即不管哪種失效模式均是“應力、性能、缺陷和環境”交互作用的結果有說服力。材料本身的化學成分、熱處理狀態、金相組織、屈服和抗拉強度、低溫沖擊性能等決定了材料的本質安全狀態。需要強調的是，即使化學成分、金相組織和拉伸性能符合相關的要求，如果材料的熱處理過程存在問題，微量有害元素會在材料顯微組織的微區聚集，造成材料的沖擊性能受到損害，導致發生嚴重事故。

采用GB/T26610.1-2011《承壓設備系統基于風險的實驗實施第1 部分:基本要求和實施程序》規定的失效模式的分類方法，即腐蝕減薄(包括內部和外部)、環境開裂、材質劣化、機械損傷，具體見表1～表4。

表1 腐蝕減薄Table 1 Corrosion thinning

續表1 腐蝕減薄Table 1 Corrosion thinning

續表1 腐蝕減薄Table 1 Corrosion thinning

表2 環境開裂Table 2 Environmental cracking

續表2 環境開裂Table 2 Environmental cracking

表3 材質劣化Table 3 Material deterioration

續表3 材質劣化Table 3 Material deterioration

表4 機械損傷Table 4 Mechanical damage

續表4 機械損傷Table 4 Mechanical damage

2.6 檢驗項目技術要求及方法

沒有可以包羅萬象的法規和標準，由于法規和標準要針對所有壓力容器，要考慮普遍性，所以只能提出最基本的要求。對于許多特殊情況，法規只要求檢驗員根據具體情況選擇一些特珠的檢驗方法。因此要求檢驗員除了能夠按照《容檢規》要求的那樣熟練運用法規和標準對壓力容器進行檢驗外，應針對設備的失效模式來選擇檢驗方法和檢驗部位，這與法規標準不矛盾，只是在法規標準的基礎上進行的補充，為了更好地選擇無損檢測方法，在方案制定過程中，建議參照GB/T26610.1-2011《承壓設備系統基于風險的檢驗實施導則 第2 部分:基于風險的檢驗策略》中有關停機檢驗的要求見表5。

表5 停機狀態下不同檢測方法針對不同損傷機理的檢驗Table 5 Effectiveness of different methods for different failure mode of stop status

2.7 檢驗結果的處理

檢驗方案中應規定發現問題的處理方式和要求，《容檢規》規定檢驗過程中發現問題，應及時出具《特種設備檢驗意見通知書(1)～(2)》，但并未明確出具意見通知書的具體要求，筆者認為應結合國質檢法［2003］206 號和國質檢特函［2007］910 號的要求，發生以下情況時，出具《特種設備檢驗意見通知書(2)》即:

(1)使用非法生產特種設備的;

(2)超過特種設備的規定參數范圍使用的;

(3)缺少安全附件、安全裝置，或者安全附件、安全裝置失靈而繼續使用的;

(4)使用應當予以報廢或者經檢驗檢測判為不合格的特種設備的;

(5)使用有明顯故障、異常情況的特種設備，或者使用單位經責令改正而未予以改正的特種設備的;

(6)特種設備發生事故不予報告而繼續使用的;

(7)使用未經定期檢驗的特種設備;

(8)作業人員無證上崗。

3 結論

根據《容檢規》及相關法規標準的要求，討論了檢驗機構檢驗細則與檢驗方案的關系，并就基于使用情況、損傷模式和失效機理檢驗方案編制方法進行了分析。

(1)介紹了檢驗細則與檢驗方案的關系，認為應在體系文件中規定哪些關鍵重要設備應編制檢驗方案，其他設備可以在通用工藝的基礎上，采用檢驗工藝卡的方式，說明檢驗項目和部位、無損檢測方法;

(2)分析了石油化工設備的常見損傷機理及不同缺陷的無損檢測方法，有利于定期檢驗過程中，檢驗人員對檢驗部位和檢驗方法的選擇;

(3)討論了檢驗過程中發現缺陷處理方式，有利于檢驗機構“科學施檢”，使用單位“科學管理”;

通過本文的分析，有利于于開展基于風險的檢驗，避免“檢驗過度，檢驗不足”的現象，保障石油化工設備的“本質安全”。

［1］宋明大，曹懷祥，汪立新.承壓設備失效分析思路及方法.中國特種設備安全，2010(12):9-12.