壓力容器常見缺陷及處理措施

王聰志

（內蒙古自治區特種設備檢驗研究院巴彥淖爾分院，內蒙古 巴彥淖爾 015001）

壓力容器從制造到運行的任一環節都可能產生缺陷，在當時未處理或者處理效果不達標的情況下，小缺陷就會形成大隱患，最終會讓壓力容器不堪其負，也許會造成腐蝕、蠕變、韌性破裂等問題。這些問題繼續擴散下去，就會引發安全事故，導致人員傷亡，給企業帶來經濟損失，也給企業帶來聲譽上的不利影響。由于壓力容器運行環境具有特殊性，每個企業的生產情況，對于壓力容器的運行情況都不同，因此我們有必要從制造源頭抓起，結合壓力容器運行環境，分析壓力容器常見缺陷，以及這些缺陷是如何造成的，并在分析結束后給出缺陷處理措施。了解缺陷成因和處理措施，有利于企業對壓力容器開展針對性的巡查檢查以及維護保養工作，有助于企業控制生產成本，創造良好社會效益。

1 壓力容器在設計制造及使用過程中的特殊性

區別于機電類特種設備，如電梯，常用于住宅小區、寫字樓。起重機械，常用于化工企業廠區，其使用地點比較單純。但是，壓力容器使用單位卻各式各樣，小型企業如食品加工廠，大型企業如多晶硅生產，等等，都會用到壓力容器。因此，無論是壓力容器設計制造，還是使用，都是特殊且復雜的。

（1）考驗設計制造人員對客戶需求的把握能力。壓力容器在使用過程中正如其名，要承受很大壓力，與此同時，還要對周圍特殊環境有一定防御力，以防客觀環境給壓力容器本體造成較大破壞，同時，更要考慮壓力容器本身應承擔的工作內容。因此，壓力容器的設計就要結合設備功能、環境因素、企業需求等綜合條件，進行個性化設計。設計人員必須擁有良好的專業素養和較高的設計水平，對于計算機操作和使用、專業軟件應用都能得心應手。最重要的是領會客戶提出的需求，不僅要設計出能夠滿足實際需求的設備，還要保證這個設備的質量是可靠的，不能因設備本身的復雜性而默認問題滋生，給企業設備管理工作帶來不利影響。

（2）工作環境具有一定的危險性。由于壓力容器較多安裝在化工企業，這類型企業環境的特點就是高溫、高壓，偶爾也有潮濕性，壓力容器充裝介質也存在刺鼻、有毒、有害等特性，在這樣的環境條件下，無論是對壓力容器本身，還是操作壓力容器的人員，都存在一定的危害。為了延長壓力容器的使用壽命，保障人員安全，嚴格按照標準化流程開展作業是十分必要的。根據以上特性可以得知，壓力容器在任一階段如果存在工作上的疏忽，或者程序上的錯誤，都可能埋下安全隱患，最終小問題造成大隱患，導致壓力容器運行走向危險境地。

2 在制造過程中容易出現的缺陷

2.1 由原材料選用引起

壓力容器能否發揮出其應有性能，材料選用占據很大影響。在設計制造階段，就應當結合使用單位具體需求，選取適合該容器的材料。因為材料選用不合理，可能會在壓力容器制造過程中影響焊接工藝，導致壓力容器產生裂紋，或者在未焊接情況下母材已經產生裂紋，也可能在具體運行過程中發生材質劣化。總之，原材料作為壓力容器本體中的重要一部分，如果選用材料不合格，或者材料本身不適應這臺壓力容器的運行環境，那么就會導致壓力容器失效，極易發生泄漏、爆炸等安全事故。

2.2 由焊接工藝引起

據有關數據顯示，大部分壓力容器安全事故爆發的背后原因，都和焊接缺陷脫不開關系。焊接等于將壓力容器各項部件“組裝”起來的一個必要手段，因此，其工藝的優劣極大地影響著壓力容器的整體性能。焊接作業的要求有難有易，但是工藝水平、工藝質量必須保持在較優秀水準。因為壓力容器運行環境一般具備高溫、高壓特點，而且其被歸類到“承壓類特種設備”，這顯然意味著壓力容器最基礎的性能保障就是要保證能承受規定內的壓力。其壓力可以是橫向方面的，也可能是縱向方面的，總之，都會對設備發出沖擊，并不因其是橫向或者縱向就會減少沖擊可能性。對此，優良的焊接技術能夠讓壓力容器這個整體變得更加和諧，各部件鏈接都緊密貼合，促使容器發揮出較好的性能。

不過，實際作業中，由于人為操作，難免會存在一些問題，造成一些缺陷。比如，因工藝選擇不合理，焊接流程不嚴謹、操作手法不嫻熟等，使得咬邊、氣孔、焊瘤、未焊透等缺陷產生。在此簡要說一下這些缺陷的表現形式和產生原因：咬邊，就是兩個部件間的焊接縫隙表露出來的凹陷現象。產生這個問題的原因有很多，比如焊接作業沒有按照規程進行，比如焊絲與焊接部位發生偏移，導致受焊部位的熔池出現時間較長，比如焊接電流過大，導致焊接部位受到較大沖擊，又比如焊接速度沒有保持勻速，存在時快時慢的情況等。咬邊的出現，使得母材有效截面面積有所減少，同時，咬邊位置承受的應力相較其他位置而言更嚴重、更集中。設想一下，用安全錘砸向玻璃四角，此時玻璃四角因為承受較大應力，就會導致裂紋出現，從而破壞了整塊玻璃。咬邊遭受集中應力后也會如此，使得焊縫邊緣出現裂紋的可能性比較大。

氣孔，從形象上也可以看作氣泡，是一個呈“空穴”狀的缺陷。當焊接母材外表面沒有清理干凈，其氧化膜和污垢還停留在上面時，或者焊接工藝參數設置不符合實際要求時，就容易產生焊接氣孔。業內學者對焊接氣孔進行研究，認為焊接氣孔的產生與焊接時所產生的氫氣（元素）有關。也有人認為是在焊接過程中發生了一定的波動，使得焊接部位發生收縮和衰竭的情況，使得氣孔產生。總之，我們可以這樣理解，因操作問題，使得焊接過程中產生的氣體被快氣體一步而完成收縮的金屬包容在里面，導致氣體沒有溢出，就形成一個氣孔，也就是空穴。當然，造成氣孔產生的原因不只是上面提到的兩點，也有可能是坡口四周有未清理的污垢；坡口表面存在水滴、油滴等液態物質；焊條和焊劑呈現潮濕狀態；焊芯有生銹情況；焊接工作人員操作手法有問題等。這些原因都會給氣體逸出形成阻礙，造成逸出遲滯，從而產生氣孔。

焊瘤，就是焊接部位金屬溢出，并且凝固成一個圓球狀形態。可以借助家庭調料瓶來想象，比如蠔油，如果瓶口有溢出，并且沒有及時處理，就會在瓶口周圍，或者瓶身上留下一道印記，痕跡尾端就是已經凝結的一處圓球狀、水滴狀形態。與之相比，焊瘤并不會向四周溢出太多，只是在焊接部位存在。也正是因為這樣，焊瘤的存在使得焊接部位無法緊密貼合起來，直接影響焊接強度，還有焊接美觀程度。焊瘤出現的原因主要是速度不夠均勻，同時因為放置位置不穩，在重力影響下，熔池中的金屬液體往下滑落，最終形成焊瘤。未焊透和未熔合，顧名思義，就是焊縫不夠緊密。就像是用膠水黏連兩個物體，沒有緊緊黏連在一起，在一直施加強力后，必然會讓兩個物體重新分開。這種缺陷的存在，直接給焊縫的承壓性能帶來不小的沖擊。導致這種缺陷產生的原因有可能是焊接速度過快，或者焊接坡口角度不恰當，又或者工件裝配間隙問題等等。

2.3 由加工作業引起

因為壓力容器運行環境具有復雜性，因此，在設計階段就應該好好考量如何設計才能發揮壓力容器最佳性能，有了設計方案，制造工藝也應該具備較高的水平，才能將容器效能最大化發揮出來。壓力容器制造流程是復雜的，十分考驗技術水平，對于原材料的選用更是有著極大要求。如果缺乏作業流程的管控，還有質量問題的把控，將會直接影響壓力容器的效果。對壓力容器部件焊接完成進行組裝時，也許會存在錯邊和角變形的問題，這兩個問題直接導致部件間無法緊密切合，也就形成了容器的“弱點”。還有分層缺陷，這是隱藏在結構內部的問題。由于選用的原材料問題不過關，使得軋制鋼板時出現分層。從生活化角度來試著理解，我們可以用紙巾類比，普通紙巾為完整性的一體，堅韌耐用，不易破壞，質量極差的紙巾可輕易被分成三層，還伴隨著紙屑問題。在原材料質量問題的影響下，鋼板少則被分成兩層，操作水準過差的，甚至能將鋼板分成好幾層。軋制以后無法第一時間發現分層問題，直到卷板、彎管環節，才可能暴露出這一缺陷。分層鋼板完全無法滿足壓力容器制作性能要求，其強度不堪一擊，因此，在壓力容器制造過程中，這是一個嚴重到決不允許出現的問題。

3 在運行過程中容易出現的缺陷

上文討論的壓力容器在制造過程中容易產生的缺陷，雖然影響力甚重，但是也不必感到恐慌。因為我國特種設備制造工藝日益進步，配套的法律法規也已經趨向完善，再加上人們對特種設備安全運行意識日益加重，因此，除了一些不可避免的人為因素，其原材料質量問題已經很少出現了。因此，我們現在就壓力容器運行過程中容易出現的缺陷進行闡述。

3.1 表面缺陷

表面缺陷，就是表露在壓力容器的外表面的缺陷。表面缺陷幾乎用目視法即可檢測出來，比如，腐蝕、裂紋等，都是具有明顯表征的。表面缺陷的存在，容易造成壓力容器受力不均勻，造成應力集中，然后圍繞該部位就容易出現裂紋，繼而引發事故。造成表面裂紋產生的直接因素就有機械損傷，如果發現裂紋，第一時間應當打磨消除缺陷。壓力容器表面也會經常受到腐蝕作用，根據其腐蝕狀況，可以分為點狀的、均勻的、局部的。點狀腐蝕較為輕微，如果其腐蝕范圍在規定允許范圍內，是不會對壓力容器運行產生影響的；均勻腐蝕出現后，需要對壁厚進行測量，如果測量結果顯示剩余壁厚可以承受相應壓力，那么也不會對容器定期造成影響；如果發生局部腐蝕，檢驗員就需要測量腐蝕深度，腐蝕形狀和腐蝕尺寸，然后對其進行打磨，打磨結束后，對凹坑（腐蝕區域）進行無量綱計算，如果得出常數＜0.1 的結果，則表示腐蝕區域尚在可控范圍內。

3.2 內部缺陷

內部缺陷通常發生在容器內部，隱蔽性較強，不易直觀顯現出來，比如，內部裂紋、雜質、焊接問題、鋼板分層問題。對于內部缺陷的具體描述，可見上文。

4 對于壓力容器缺陷的處理措施

壓力容器的內部缺陷很難用目視法查看，此時，需※※要選用無損檢測方法，常用的有超聲波、射線探傷。壓力容器安全狀況評定等級對于內部缺陷等級有所顯示，因此，檢驗員在開展檢驗工作前，有必要了解受檢設備的等級情況和內部缺陷狀況，對于其使用年限、使用環境等情況也要有所掌握，為后續檢驗工作和處理缺陷工作做好準備。處理焊縫缺陷時，必須保持審慎的態度，不能完全依靠自身經驗就隨便對焊縫進行判定。對于深度較大，且一直受溫度影響有所擴張的裂紋，就要選用止裂孔或者止裂槽來阻止裂紋持續蔓延。修補焊縫時，必須做好部位清潔工作，必要時采用焊接手段。全部處理完成后，就要重新對容器進行檢驗，對缺陷部位進行鑒定，以檢測容器的可靠性。

此外，使用單位管理人員也要對缺陷以及處理手法有正確的認知。首先，一旦發現壓力容器暴露出缺陷，必須及時向上級反映，并和檢驗員做好溝通，將自己掌握的所有情況如數告知，切忌隱瞞不報，試圖蒙混過關，放任缺陷擴大。其次，企業要制定嚴謹的特種設備管理制度，對壓力容器操作流程作出規定。凡是操作快開門式壓力容器，負責氣瓶充裝等的人員，必須取得經市場監管局頒發的《特種設備作業人員證》，才能持證上崗。企業內部也要經常組織人員開展學習交流會、意見討論會等，增進人員對特種設備的認識，對壓力容器缺陷，以及因缺陷擴大，或者人為因素造成的事故的認識，使相關人員培養出高度的事故防范意識。

5 結語

壓力容器缺陷并不可怕，可怕的是對缺陷的無知，以及處理缺陷時的無所謂。為了保護人員生命安全，避免遭受較大經濟損失，產生不利的社會影響，壓力容器使用單位以及相關人員有必要認真對待壓力容器缺陷問題，做好壓力容器日常巡檢，以便發現缺陷能夠及時處理，避免發生事故，到時追悔莫及。