一起襯里高壓反應釜鼓包的成因分析及預防

撰文/張海

■325007 溫州市特種設備檢測研究院 浙江 溫州

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一起襯里高壓反應釜鼓包的成因分析及預防

撰文/張海

■325007 溫州市特種設備檢測研究院 浙江 溫州

在高壓反應釜的定期檢驗過程中發現了一處鼓包，進行了正確的檢驗處理，分析了鼓包的形成原因，采取了缺陷的處理方法，最后提出了鼓包的預防措施。高壓反應釜；襯里；鼓包；成因分析；預防

高壓反應釜是一種危險性較大的壓力容器，一旦發生爆炸事故，將對人身生命和財產安全造成巨大的損失，因此國家對壓力容器的設計、制造、安裝、改造、維修、檢驗和監察等環節均采取嚴格的監管。近日，筆者在對溫州某化工廠的一臺高壓反應釜進行定期檢驗時，發現該容器上法蘭襯里層脫離基層，形成均勻性的鼓包變形現象。該容器的主要技術參數如下：P=12.5MPa，T=300℃，PW=11.0Mpa ，TW=260℃介質：苯胺、硫磺、硫化氫。該容器采用的材料是16MnR為基層，304襯里，屬于復合材料。

檢驗處理

a容器整體外觀檢查

對該容器整體借助肉眼以及手電筒直射光檢查確認，該容器只存在上述一處鼓包，范圍大小為200x100x30mm（長x寬x高），且基層和襯里層均有不同程度的鼓起現象。

b鼓包部位厚度測定

由于高溫高壓反應釜的壁厚都較大，如果采用功率相對較小的超聲波測厚儀進行測厚時，聲波衰減過大，直接影響了所得結果的準確性。因此，對于厚壁容器應采用功率相對較大的超聲波探傷儀進行測厚。在本次檢驗中，鼓包處304襯里層以及基層16MnR所測的厚度與名義厚度相比均無明顯的變化。

c鼓包部位PT檢測

對鼓包表面以及其周邊50mm范圍內采用了滲透（PT）無損檢測方法檢查其有無裂紋，檢查結果顯示鼓包表面存在一條長50mm左右的裂紋磁痕顯示。

d其他部位UT檢測

對外觀檢查沒有發現襯里層剝離現象的其他部位主要采用超聲波的方法，主要有兩個目的：一是剝離檢測，二是層下裂紋檢查。對于剝離檢測，從筒體外壁采用單晶直探頭，雙晶探頭從內表面只作抽查。對于層下裂紋，用斜探頭從外壁進行掃查。在實際檢驗中，我們采用這兩種方法對該容器進行了檢測，未發現剝離和層下裂紋現象。

原因分析

金屬復合材料是由兩種或兩種以上的不同金屬經過爆炸焊接的特殊加工工藝復合而成的產品，在溫差應力作用下，基層16MnR與304襯里層的熱膨脹系數不同，復合鋼板制造過程中未貼合的區域變形也不同，使復合板產生微小變形，原有的未貼合部位在反復的熱脹冷縮導致襯里層脫離基層，形成鼓包，并最終產生裂紋。

緊接著，工作介質中含有的硫化氫隨著泄漏的304襯里層進入基層16MnR，高壓反應釜在高溫高壓條件下操作所吸收的氫在在界面上積存，界面上氫濃度較高，氫擴散入鋼內。其過程為：

水溶液中所含的H2S離解為：

腐蝕反應中陽極反應為：

陰極反應為：

式中 Had—吸附氫，Hab—吸收氫

高壓反應釜在氫擴散和溫差應力共同作用形成了均勻性的鼓包變形現象。

缺陷處理

按照TSG R7001-2013《壓力容器定期檢驗規則》第四十六條的規定，使用過程中產生的鼓包，應當查明原因，評斷其穩定狀況，如果能查清鼓包的起因并且確定其不再擴展，而且不影響壓力容器安全使用的，可以定為3級；無法查清起因時，或者雖查明原因但是仍然會繼續擴展的，定為4級或者5級。由于304襯里層在設計時主要考慮防腐蝕的作用，對容器的強度作用并未涉及，如鼓包表面無裂紋，安全狀況等級可定為3級，縮短檢驗周期為1年，下次檢驗時重點檢查鼓包有無擴展，有無泄漏。但本次檢驗已發現鼓包304襯里層產生裂紋，襯里層的防腐功能失效，且基層16MnR也存在鼓起現象，硫化氫隨著泄漏的304襯里層進入基層16MnR，16MnR在濕硫化氫環境和殘余應力的共同作用下發生了應力腐蝕現象，導致材料受損，產生了鼓包，最終可導致容器失效，甚至發生爆炸等惡性事故。因此本次檢驗安全狀況等級定為5級，該高壓反應釜不得繼續投入使用。使用單位應當請有壓力容器相應資質的單位對該鼓包部位進行修理合格后，方可重新申請該高壓反應釜投入使用。

總結建議

根據對鼓包產生原因的分析，今后應從以下幾個方面預防壓力容器產生鼓包：

提高鋼板的制造質量，提高金屬復合材料的粘合度，減少鋼板內部的制造缺陷。降低硫化氫的濃度，控制硫化氫對壓力容器的應力腐蝕。建議在采購使用介質時對硫化氫的含量進行測定和控制。如果生產時間寬裕，建議壓力容器運行一段時間后，停用一段時間，讓鋼板中的氫原子逸出。加強壓力容器的法定定期檢驗工作，以便及時發現和處理缺陷。

參考：

［1］國家質監總局.TSG R7001-2013壓力容器定期檢驗規則［S］.新華出版社，2013