論壓力容器的檢測與失效分析

趙龍

(河北省鍋爐壓力容器監督檢驗院,河北石家莊 050061)

論壓力容器的檢測與失效分析

趙龍

(河北省鍋爐壓力容器監督檢驗院,河北石家莊 050061)

本文分析了影響壓力容器檢驗的常見因素以及鍋爐壓力容器檢測的常見問題,就如何解決壓力容器常見問題,提出了若干建議。

壓力容器 檢驗 檢測 失效分析

隨著我國經濟的快速發展，工業水平顯著提高，目前市場上的鍋爐、壓力容器等承壓特種設備無論在數量還是在種類上都有所發展，并且已經被廣泛應用于社會生產的諸多領域。鍋爐壓力容器應用的范圍是國計民生，與人們的生活、生產息息相關，一定要嚴防事故的發生。所以對鍋爐壓力容器的檢驗就顯得尤為重要了。

1 影響壓力容器檢驗的主要因素

(1)質量問題。壓力容器自身剛度與強度不達標;容器的密封性;支撐件被腐蝕;管道的密封性不夠;閥門發生泄露情況;防護距離不達標;支撐件的強度不夠等等。鍋爐壓力容器一旦出現了這些問題，非常容易發生容器整體或部件墜落、窒息、燙傷與中毒的危險情況。

(2)受到輻射的影響。帶電機器設備發生漏電情況;物體產生靜電、電火花;沒有按照操作規范進行安全用電;雷電影響;一些照明設施年久失修;檢驗場地存在放射性源頭等，這些都會產生輻射問題。對鍋爐壓力容器進行檢驗的過程中，一旦受到輻射物質影響后，將會導致操作人員觸電、設備爆炸等危險事故，必須引起操作人員的注意。

(3)其他異常物質的影響。異常物質主要是指一些機器設備之中含有高、低溫粉塵;容易發生燃燒或者爆炸的物質;腐蝕物質等等。這些物質會導致燙傷;燒傷;爆炸;使呼吸道感染等事故。

(4)外界環境影響。檢驗的空間過于狹小;檢驗環境不通風;無法實現鍋爐壓力容器內部低于40攝氏度的要求，這些外在因素都會誘發操作人員窒息的危險。

(5)人為因素影響。檢驗人員自身造成的，比如檢驗人員體力不支、視力不足、過度疲勞、突發性疾病以及判斷失誤等情況。這些因素會造成壓力容器檢測儀器敏感度降低，不但對檢測結果產生影響，甚至會引發爆炸事故。

2 壓力容器的常見失效形式

腐蝕會造成壓部件減薄及承載能力下降，嚴重時結構會破壞。又分為氧腐蝕、低溫硫腐蝕低溫硫腐蝕、大氣腐蝕、酸堿等腐蝕性介質引起的腐蝕。這些腐蝕，在壓力容器使用過程中防不勝防。當這些腐蝕累積到一定的量，就會引發一系列的事故。

(1)應力腐蝕裂紋失效。這種失效形式在容器失效形式中比較常見。所謂應力腐蝕是指金屬材料在特定腐蝕環境下受拉應力作用時，所產生的延遲開裂現象。

(2)沖刷腐蝕(減薄)裂紋失效。刷腐蝕是由于氣液或液固兩相在介質溫度、壓力、流動形式及其速度等因素的共同作用下對容器造成的損傷，面積大，范圍廣，宏觀上多為條形坑狀及開口裂紋。

(3)氯離子腐蝕失效。按照吸附理論，氯離子破壞不銹鋼[4]表面氧化膜的根本原因是由于氯離子有很強的可被金屬吸附的能力，它們優先被金屬吸附，并從金屬表面把氧排掉。因為氧決定著金屬的鈍化狀態，氯離子和氧爭奪金屬表面上的吸附點，與金屬形成氯化物，氯化物與金屬表面的吸附并不穩定，形成了可溶性物質，導致了腐蝕的加速。

(4)電化學腐蝕失效。干換熱器在使用一兩年后，在管板管束焊縫上出現密集點狀腐蝕坑，深淺不一，泄漏處開口部位呈現針孔狀，往往是修了此處，過了不久又漏了他處。

表1 技術參數

表2 K-2201主要技術參數

3 壓力容器的主要檢驗要求

(1)根據其缺陷的特點，配以相應的材料進行處理。要求要詳細了解其結構的化學特性，嚴格按操作手冊進行操作，態度認真，嚴謹。

(2)壓力容器做內外部檢驗前，要詳細了解壓力容器的制造時間、使用情況;在檢驗前做好停運準備，并將內部介質排除干凈。

(3)對槽、罐車進行檢驗時，應采取措施防止車體滑動;檢測儀器和修整工具必須具有良好的絕緣，電路有可靠的接地。

(4)出廠資料不齊全;主體材質不明確或不符合相關規定，結構和強度不符有規范和標準的要求;存在嚴重缺陷，應根據檢驗報告，確認在法規規定的檢驗周期內，需要在規定操作條件下監控使用。

(5)缺陷嚴重的難于或無法修復，或沒有修復價值或修復后仍難以保證安全使用，檢驗報告結論為判廢。安全狀況等級中所描述的缺陷，是指壓力容器最后存在的狀態，假如缺陷已經消除，以消除后的狀態為準.以明確壓力容器的安全狀況所處的等級。

4 容器失效后的對策

(1)應力腐蝕裂紋失效對策。以某化工公司一中壓儲存容器接管泄漏為例，其技術參數見下表1。為了從根本上解決原應力腐蝕這個問題，此次修理把出現問題的接管拆除，并用一個新的接管代替之。

該接管內直徑Φ500mm，厚度12mm，由鋼板卷制而成。為避免新的接管出現同樣的問題，新卷制的接管對接焊縫以及與法蘭的連接角焊縫均采用氬弧焊的焊接方法，焊接時采用小線能量，并在焊接過程中采用急速冷卻的防護措施。焊接結束并冷卻至常溫后對焊縫進行射線探傷和表面著色探傷，標準分別為JB/T4730.2-2005和JB/T4730.5-2005，合格級別分別為Ⅱ級和Ⅰ級。為盡可能消除或降低焊接接頭應力腐蝕的先決條件，焊后需進行固溶處理和消應力處理。消應力處理可根據企業自身的能力，可以選擇熱處理或噴丸處理，本次采用固溶處理(920-1150℃水淬)和低溫(150～250℃)回火消應力熱處理，回火后空冷至常溫。考慮到普通自來水中氯離子對不銹鋼材質的損害(不銹鋼處于氯化物水溶液環境中時可能產生氯離子應力腐蝕開裂)，淬火介質應使用氯離子含量低的凈化水。采取以上方法修理后，該容器一直安全運行至今，證明了該法的正確性。

(2)沖刷腐蝕(減薄)裂紋失效對策。以某化工公司一內襯鈦反應塔(K-2201)失效修復為例。該反應塔(K-2201)是屬于多層卷板內襯鈦結構的中壓反應容器(Ⅲ類)。該塔內部采用襯鈦的復合板結構，基板為12mm的SB42鋼(相似國產22g)，復合板為3mm的TP28(相似國產TA1和TA2之間)，外部的三層包扎板為每層厚為12mm的SPV46鋼(相似國產15MnVgc鋼)，其主要技術參數見表2。

修復方法：對裂紋進行修理并對修理部位(整個接管焊縫)及嚴重減薄部位再加蓋一層鈦板進行額外的防護。但是，因為鈦是一種非常活潑的金屬，其焊接特性決定了其焊接的高難度，特別是在現場進行修理，不利的環境因素更增加了焊接的難度。

(3)穿透針孔失效對策。以某化工公司KK加氫裝置一批新投入使用的換熱器失效修復為例，根據以上分析得出的失效原因，我們建議將管板管束所有原始焊縫打磨掉，采用焊條電弧焊的焊接方法進行焊接修復，同時采取合理的焊接工藝參數及過程超聲消應力處理等技術措施來保證修復質量。業主采納了我們的建議和方案，在隨后的打磨修復過程中，發現有70-80%的焊縫都存在一到若干處(密集)氣孔。這也證明了原始焊縫在短時內發生多次失效確實是廠家制造問題。經過我們的修復，這些換熱器至今再也沒有出現類似的泄漏失效現象。

(4)確保焊接質量。由于壓力容器焊接的部位非常多，可以說焊接的質量直接決定了整個壓力容器的質量，所以必須要保證焊接的質量。焊接時，我們要特別注意筒節、筒節與筒節之間的部分;平板拼接部分以及封頭等部分。并嚴格加強焊接材料、焊接設備的管理;做好焊工的資格審查工作、標記工作;做好焊接工藝的評定工作;嚴格把握組裝的質量;對施焊的全部過程進行控制與記錄;加強對焊接工藝文件的使用與審批;及時對焊縫返修的問題進行記錄與控制。

5 結語

綜上所述，隨著我國社會經濟的快速發展，鍋爐壓力容器已經被廣泛應用于多個領域。鍋爐壓力容器在實際操作過程中，會受到眾多因素的共同影響，一旦發生安全事故，將嚴重影響企業的正常生產，甚至會威脅到人民群眾的生命安全，因此，我們必須要尋找切實可行的措施，對影響鍋爐壓力容器檢驗的因素一一排除，從而保證鍋爐壓力容器的安全使用。

[1]趙熔.淺談壓力容器無損檢測技術[J].黑龍江科技信息,2013(02).

[2]柳磊.固定式壓力容器定期檢驗的重要意義探究[J].產業與科技論壇,2012(24).

[3]林然.論鍋爐壓力容器的安全檢驗[J].中國新技術新產品,2011(23).

[4]竇滿堂.淺析壓力容器安裝質量檢驗[J].黑龍江科技信息,2011(33).