基于失效模式的在役壓力容器檢驗

陳超

摘 要：壓力容器作為化工領域應用最為常見的設備之一，在服役過程中因設計、制造考慮不當，運行過程中服役環(huán)境、管理水平等影響，就會產(chǎn)生過度變形、斷裂、表面損傷等問題，嚴重影響壓力容器的運行安全性及人民財產(chǎn)安全。基于失效模式的檢驗，需要全面分析壓力容器設計、制造、運行的實際信息，制定針對性的檢驗方案，并嚴格實施。基于此，結(jié)合失效模式的相關概念，提出在役壓力容器檢驗策略。

關鍵詞：失效模式;損失模式;風險評估

0 引言

失效模式分析（Failure Modes Analysis，F(xiàn)MA）主要是通過研究和分析失效的機制、失效的發(fā)生和發(fā)展過程，找出導致失效的主導因素和可控因素，提出相應的對策，以防止設備或零部件失效或延緩其失效。1862年，英國在總結(jié)大量蒸汽鍋爐爆炸事件后，建立了世界上第一個蒸汽鍋爐監(jiān)察局，把失效分析作為仲裁事故的法律手段和提高產(chǎn)品質(zhì)量的技術手段。近代隨著材料學、力學、腐蝕學、制造水平及工藝水平的提高，失效模式形成了完整的組成體系及有效的分析方法。在役壓力容器的檢驗中，分析壓力容器潛在的失效模式，找出壓力容器可能失效的原因，對延長壓力容器的使用壽命，提高生產(chǎn)效率，發(fā)揮著重大作用。

1 失效模式

1.1 概念

在2008版API581中，設備失效可能性按照以下公式計算[2]：

POF=Gff×DF（t）×FM

POF為設備失效可能性

Gff同類設備平均失效概率，API581給出

FM管理水平影響系數(shù)，參照API581評估給出

DF（t）指與時間相關的失效機理造成的可能性參數(shù)，其失效分類可以劃分為多個類型，包括腐蝕、斷裂、磨損等失效，不同類型的表現(xiàn)形式也有所差異。GB/T30579-2014《承壓設備損失模式識別》中將承壓設備常見損失模式劃分為5大類73種，例如環(huán)境開裂失效指在腐蝕性介質(zhì)作用下材料發(fā)生的開裂，常見的碳鋼和低合金鋼在濕硫化氫腐蝕開裂環(huán)境下會產(chǎn)生氫鼓泡、氫致開裂、應力導向氫致開裂和硫化物應力腐蝕開裂，檢驗過程中應根據(jù)實際使用工況及介質(zhì)組分判斷是否存在相應的損失模式，在多種損失機理共存的情況下，應判斷其主要損失模式，選擇針對性的檢驗方法。同時對影響設備失效的參數(shù)Gff、FM，查找API581數(shù)據(jù)庫及相關資料確定其影響程度大小，根據(jù)結(jié)果在不同的檢驗周期，不同的運行狀態(tài)下有側(cè)重的進行檢驗。

2 基于失效模式的在役壓力容器檢驗方案

在壓力容器檢驗前，必須要做好準備工作，包括檢驗方案設計、確定檢驗方法等，并著重對各種檢驗方法進行對比，選擇技術成熟、應用便捷的方法，降低人力、財力的投入，讓檢驗效果更加符合壓力容器失效的實際情況。

2.1 檢驗方案

結(jié)合壓力容器的具體使用情況制定檢驗方案，這是壓力容器檢驗的前提工作。結(jié)合失效的不同表現(xiàn)，其出現(xiàn)問題原因也有所差異，制定方案需要以造成失效的原因為基礎，同時也要減少外界因素對方案制定的影響。從而更加合理的判斷檢驗方案是否能夠解決問題。所以，檢驗人員必須要加強對檢驗方案制定的重視。

2.2 檢驗方法

方案設計完成后，對大型成套裝置、長周期運行的裝置，優(yōu)先展開以基于風險的檢驗、定期檢驗、年度檢驗相結(jié)合的方法展開工作，在裝置運行之初通過基于風險的檢驗識別設備風險等級、失效概率、潛在失效損失模式等狀況。隨之通過年度檢驗、定期檢驗不斷豐富完善基于風險檢驗的數(shù)據(jù)庫，對基于風險檢驗的結(jié)果進行不斷修正，同時根據(jù)基于風險檢驗結(jié)果指導定期檢驗工作，制定針對性的檢驗方案。這樣不僅能夠第一時間找出壓力容器現(xiàn)存問題，同時也可以對設備整個運行周期進行管理，對推動企業(yè)發(fā)展有著重要意義。

3 在役壓力容器檢驗

在役壓力容器檢驗工作主要分為三個環(huán)節(jié)，包括資料審查方案制定、檢驗項目的實施、檢驗結(jié)果的評定，每個環(huán)節(jié)之間都環(huán)環(huán)相扣，需要工作人員抓住每個檢驗環(huán)節(jié)的要點，從而發(fā)揮檢驗工作的作用。

3.1 資料審查方案制定

①材質(zhì)審查。判定所運行的溫度、壓力、工作介質(zhì)是否能夠滿足工藝需求，以及耐高溫、耐腐蝕、韌性、剛性是否可以滿足需求;②介質(zhì)審查。主要對介質(zhì)組成元素以及雜質(zhì)進行審查，判定可能出現(xiàn)腐蝕的可能性以及腐蝕率;③溫度與荷載變化審查。判定是否存在著蠕變、疲勞、脆裂問題的可能性;④運行記錄審查。主要包括壓力容器的啟動/停機、操作環(huán)境變化、過量充裝、化學反應、壓力失衡等各項內(nèi)容。

3.2 檢驗項目實施

金屬壓力容器的定期檢驗項目，以宏觀檢驗、壁厚測定、表面缺陷檢測、安全附件檢驗為主，必要時增加埋藏缺陷檢測、材料分析、密封緊固件檢驗、強度校核、耐壓試驗、泄漏試驗等項目。其中宏觀檢驗、壁厚測定最為普遍、有效。

3.2.1 宏觀檢驗

在資料審查工作完畢之后，即可展開宏觀檢驗工作，也就是對壓力容器整體進行全面檢測，初步判定壓力容器可能出現(xiàn)失效的原因。在宏觀檢驗當中，需要輔以相應的檢測儀器完成，并結(jié)合檢驗人員的視聽能力綜合判定失效原因。在視覺層面上，工作人員看可以采用燈光放大的過程判定設備內(nèi)部宏觀失效的形態(tài)及程度;在聽覺方面上，可以采用專業(yè)的檢驗小錘對容器進行敲打，并判定與正常敲擊聲之間的差異，從而判定失效問題。宏觀檢驗對工作人員的專業(yè)素質(zhì)以及實踐經(jīng)驗要求非常高，人為因素對最終的檢驗質(zhì)量有著直接影響。所以，需要提（下轉(zhuǎn)第247頁）（上接第244頁）前做好培訓和審核工作，確保宏觀檢驗工作保質(zhì)保量完成。

3.2.2 壁厚測定

在壓力容器檢驗當中，超聲波測厚是十分常見的一種方法，在長期使用當中也更加成熟。該方法可以對容器厚度進行檢驗，對比正常的容器厚度判定失效問題。造成壁厚變薄的因素有很多，例如磨損、腐蝕等。如果壓力容器厚度變薄，可能造成容器泄露問題，很容易造成安全事故。在實際應用當中，需要特別注意溫度以及不同材料介質(zhì)間的聲波修正，對表面缺陷部位、機械損傷部位進行重點檢查，確保超聲波測厚技術應用的針對性。一旦發(fā)現(xiàn)問題所在，需要立刻處理，這對延長壓力容器使用壽命、提高使用安全性有著重要意義。

4 結(jié)束語

綜上所述，壓力容器在長期使用中可能出現(xiàn)失效問題，影響工業(yè)生產(chǎn)效率和安全。而采用基于失效模式的壓力容器檢驗可以有效解決這一問題，通過做好方案、方法選擇，對壓力容器運行狀態(tài)進行精準判定，從而消除壓力容器的隱患問題，保證工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量。

參考文獻：

[1]陳學東，崔軍，章小滸，關衛(wèi)和，壽比南，謝鐵軍.我國壓力容器設計、制造和維護十年回顧與展望[J].壓力容器，2012（241）：1-23.

[2]艾志斌，陳學東，楊鐵成，胡久韶.復雜介質(zhì)環(huán)境下承壓設備主導損傷機制的判定與失效可能性分析[J].壓力容器，2010（211）：52-58.

[3]丑作仁.基于失效模式的在役壓力容器檢驗[J].科學技術創(chuàng)新，2016（13）：120-122.

[4]周吉軍，牛君鵬.基于失效模式的在役壓力容器檢驗[J].化工管理，2016（24）：192-194.

[5] TSG 21-2016，固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程[S].北京：中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，2016.