關于低溫絕熱壓力容器失效因素與檢驗評定等級工作技術研究

景關，何旭波，趙智強，李雪潔

（陜西省石化壓力容器檢驗站，陜西 西安 710000）

當前，在工業生產過程中廣泛利用低溫絕熱壓力容器，低溫絕熱壓力容器可以在低溫環境中對特定物質進行處理和存儲，由于其特殊的工作條件，因此，低溫絕熱壓力容器在日常使用過程中很容易出現失效問題，影響周圍環境和人員的安全性。為了有效地減少其失效，需要對其失效原因和影響因素進行研究，并構建高效的檢測體系。

1 低溫絕熱壓力容器的綜合分析

與常規的壓力容器相比較，它采用了一種真空夾套式的結構，主要是利用金屬材料來進行內膽和殼體的設計，同時還采用了各種原材料來達到保溫的目的，其中最重要的就是采用了光纖絕緣和真空粉末絕緣等，確保中間層的真空環境。由于低溫絕緣壓力容器與常規的壓力容器有著本質的區別，所以對它們的檢測也要采用不同的檢測方法。在對低溫隔熱壓力容器進行檢查時，主要是檢驗其真空度，并且在不損壞容器金屬外殼前提下開展各種檢驗工作，但是，在實際工作中，因為低溫絕熱壓力容器中具有較大時體積的保溫液體，而且整體溫度比較低，因此提高了火災和爆炸事故的發生率，相關技術人員需要監測容器，降低各種安全問題的發生率，維持整體生產活動的正常推進。

2 低溫絕熱壓力容器定期檢驗和評定

2.1 失效因素分析

（1）開裂問題。采用奧氏體不銹鋼作為主要材質的低溫隔熱容器，其直邊部極易開裂。這是由于在制造過程中，原始的受力被破壞，形成了新的受力狀況，使得直邊端部出現了殘余應力，從而加劇了裂紋的發生。另外，由于采用的冷卻方法和冷卻速率存在著很大的差別，因此許多企業采用了自然冷卻的方法，這種方法耗時長，并且在冷卻過程中極易形成馬氏體結構。也有的廠商選擇了形變增強處理過的不銹鋼，這樣的材料既能增強強度，又能節約生產費用，但也會使壁厚變薄，若未采用適當的熱處理，則在變形后也會出現馬氏結構，兩者均會形成淬火組織，導致頭部出現裂紋。

（2）真空失效問題。低溫絕緣壓力容器的使用年限及日內的汽化速度決定著它的使用壽命，而真空又可以根據其類型劃分為：①絕緣層內的絕緣材料對其性能的作用，因為保溫材料具有不同的物性和物性，因此，它們之間的熱導率也存在一定的差別，相同的絕緣材料在真空程度不同的條件下，其熱導率也會有所差別，通常真空度越低，熱導率就越高。②由于真空中間件的排氣問題，當一種物質將會產生放氣的情況，真空度因此受到影響。③由于真空層的存在，如果真空程度下降，那么真空層中的氣體就會增多，因此提升導熱。④因為溫度影響，維持傳熱的穩定性，溫度和絕熱材料導熱系數之間呈現出正比關系，兩者將同時降低。

盡管《固定式壓力容器安全技術監察規程》（TSG 21-2016）規定，每天的蒸發率與真空度是判斷其能否正常使用的關鍵指標，然而，由于其存在多種形態，若無法對其進行適當的加工，勢必會導致測量結果的精度下降，甚至出現錯誤判斷。

（3）夾層和氣液相連的管道角焊縫出現滲漏問題。許多冷凍容器檢修失敗的主要原因就是中間隔層與汽液連接的接頭角部焊接處發生泄漏，而制造廠商并未將其作為傳熱介質。在多次充電過程中，套管與套管接頭處的溫差會發生變化，并形成交流應力。若采用碳素鋼制造，則接頭中夾套低碳鋼的角部焊接及基體的溫度都要比脆化轉換溫度低，長期運行下，夾套接頭的角焊會出現貫穿式裂縫，導致真空破壞。一旦關閉了閥門，就可以防止意外發生在閥門外面的管道上，從而防止發生意外。

2.2 檢測評定過程中產生的問題

（1）真空規管損壞。經過多年的研究，一些研究人員發現，低溫容器大多是設置在戶外的，這樣就不可避免地會遭受到多種自然災害的干擾。在真空規管的某些部位，會有一定程度的水蒸氣生成，因此，在使用的時候，真空規管容易發生破損、腐蝕等問題。在這一過程中，無法直接連接和使用真空計。目前，國內對此方面還沒有制定詳細的標準，導致許多企業在制造時對產品的質量不夠重視，連防護罩墊片都沒有安裝，嚴重影響真空規管的性能。

（2）級別判定依據不合理。《固定式壓力容器安全技術監察規程》（TSG 21-2016）有對固定式壓力容器的檢測工作進行了較為詳細的規定，主要包括檢驗資料、宏觀檢驗、檢查筒體與車架的連接情況、檢驗附件的連接狀況、絕緣層、安全附件的安裝、氣密性和耐壓試驗，并檢查其強度。

在進行強度檢驗前，必須先檢驗其壁厚，但由于沒有規定要測量其壁厚，因此無法對其進行強度檢驗，另外，雖然做過氣密性試驗，但大多數管子都是隱蔽的，因此無法進行氣密性檢驗。就算有泄漏，也不能準確判斷，因為泄漏會對真空造成一定的影響，因此，要檢測密封性，是一項費時費力的工作。

另外，在對靜止式絕緣壓力容器進行檢測時，其真空程度和日蒸發速率與其安全性水平密切相關，由于沒有進口，所以不能對其進行細致的檢測，也不能按照有關規范準確地判斷其安全性。

（3）錯誤判斷真空度。由于真空計量器的型式多樣，各檢查機構使用的測試儀器大多采用同一種型式，這就不方便進行介面的配合。另外，測試環境及罐內的液體成分對測試工作也有一定的影響。因為一些研究人員因為介質成分決定著真空度合格標準，無法只是根據一個標準完成判定工作，否則，將會錯誤判斷真空度，這就要求相關工作人員在檢驗設備的時候，結合具體的檢驗結果確定真空度是否符合相關標準。

而壓力容器夾層真空度和絕熱性能的影響因素比較多，一些技術人員認為珠光砂的熱導率是決夾層真空度及隔熱效果的主要原因，由于真空下降，導熱系數增加，中間層的氣體成分增加，中間層內的各類物質都會出現漏氣現象，從而導致真空下降。所以，在試驗時，應綜合考慮試驗的結論，把不合格的真空處理分為兩個階段。首先，要認真查閱使用者的操作紀錄，查看操作期間有無異常結霜和結露現象；有沒有不正常的氣壓上升，安全閥和爆破片有沒有頻繁的跳動和破裂，如果有不正常的情況，并且頻繁地有安全防護設備的不正常解除，那么就要考慮到是否存在真空失效。為了獲得真實的真空度，技術人員選擇已經判定思路：首先，根據溫容器滿足不同的真空達標要求，中間層的真空下降速度對其起決定性的影響。本文提出了“負壓下降速度”這一概念，它不僅可以反應中層介質的泄漏，而且可以反應中層介質的氣體釋放狀況。這樣，就能判斷出中間層的真空程度滿足不合格的要求。詳細的準則是：

①計算低溫容器夾層的真空度降低速率：

其中，e 代表真空度降低速率。Pt代表夾層震動度。Po代表實際檢測是的夾層真空度。V 代表幾何容積。T代表檢驗周期。

②下一檢驗周期時的可能會達到的真空度。

其中，Pn代表下一檢驗周期過程中的真空度。

③結果判定。結合公式（2）計算Pn和闡明說明書規定的重新抽真空的P 規，并且進行比較，如果Pn＜P 規，說明符合規定。否則，說明需要重新抽真空。

3 低溫絕熱壓力容器的檢驗評定技術

3.1 明確檢測項目

在檢驗低溫絕熱壓力容器的過程中，需要全面分析各種影響因素，確定檢驗過程中很容易出現問題，并且對問題原因進行分析。由于采用常規的測試手段不夠科學、不合理，特別是在測試管道的氣密性、配件、隔熱等問題上，難以進行反復的仔細檢查，從而影響了耐壓測試的精度。在進行氣密性測試時，要對各個節點及連接部分進行安全檢查，確認它們之間的密封性有沒有重疊，若氣密性參數達不到額定限度，就會對內膽和夾層的真空度進行準確的測量，如果在實際工作中如果只是利用工作經驗，指的是判斷結露、結霜的情況，這種判定方法是不夠科學和確定的。此外，壓力容器在實際運行過程中很容易產生泄漏問題，如果只是開展氣密性檢驗工作，不利于精確定位泄漏點。如果產生的泄漏問題，在判斷和處理過程中需要利用真空劑。

如果壓力容器產生嚴重的腐蝕問題，在生產和加工外架集裝箱時，既不能保證其結構的合理性，也不能使有關檢驗人員判斷出有關的影響因子，所以要加大校驗工作的力度，并對出現的問題進行分析，以確保其在使用中的穩定與安全。

3.2 完善技術方案

從目前國內的低溫絕緣壓力容器測試評價工作現狀來看，其技術計劃是否完善、是否優質，是推進有關工作高效有序進行的根本條件，而其成果又直接影響測試評價工作的生成。為此，有必要制訂一項完整的技術計劃，具體做法如下。

（1）在對低溫絕熱壓力容器進行檢驗和評估的時候，需要有針對性的選用技術類型，如果在使用技術的過程中產生問題，要立即進行處理，避免長期積累失效隱患。（2）在工藝作業過程中，要及時全面地收集與壓力容器工作中有關的數據和信息，以便能有目的地補償壓力容器失效問題，充分發揮出檢驗和評估工作的作用。

3.3 無損檢測技術

隨著科技的快速發展，檢驗和評定技術都在不斷地向更高層次發展，將NDT 技術合理地運用于低溫絕熱壓力容器的故障診斷和性能評估中，具有十分重要的意義。其原因可以從以下兩個方面進行分析。（1）利用NDT檢測方法，在不破壞容器結構完整性的前提下，實現對容器外部和內部結構功能的準確檢測與評價，為容器的維修和維護工作奠定基礎。比如，利用紅外線檢測方式，不僅可以檢測各種部位，還可以得到較為完整的資料，有著巨大的優勢。在實際應用階段，可有效地提高承壓容器檢測和評價工作的可信度，保障檢測結果的精準性。（2）為了全面檢測低溫絕熱壓力容器，檢驗人員必須具備長期發展的戰略性思維，并根據實際需要，將各種NDT 方法與實際需要相結合，從而充分發揮出壓力容器檢驗評定工作的作用。同時需需要加強研究力度，積極創新自身只是體系，在實際工作中可以操作相應的設備，同時需要積極學習各種先進的技術手段，持續性的提高檢測水平，獲得精準性的監測數據，為后續相應的工作開展奠定技術和數據基礎。

3.4 氣密性檢測

氣密性是決定壓力容器工作效能的重要因素，同時也關系到低溫絕熱壓力容器的安全性，即使出現了極小的問題，也很難及時得到解決。因此，強化低溫絕緣壓力容器的氣密性是檢驗，應該成為容器檢驗和評估工作的一個關鍵環節，是提高容器運行效率，推動行業可持續發展和發展的一種有效途徑，也是對壓力容器檢驗和評估工作體系的健全。在實際檢驗過程中，必須強化對其各個部件的特性參數進行測試，以減小或避免發生泄漏問題，從而保證其在使用過程中達到安全性和高效性的目的。同時在檢測和評估過程中，必須強化對其內部工作狀況的評估，全面地掌握相關的相關資料，這對于降低壓力容器中泄漏問題的發生率，對提高壓力容器的功能和結構完整性等具有重要意義。

4 結語

由于真空絕熱壓力容器具有特殊性的結構，所以它的檢測方法也有很大的區別，在實際工作中，相關技術人員已經無法通過傳統的直接的檢測手段來對其進行檢測和處理，反而會給測試工作帶來極大的困難。因為檢驗人員需要積極利用無損檢測技術等，在這個過程中，要特別指出的是，對于各種壓力容器，其檢驗的方式也各不相同，所以要根據實際情況進行分析和選擇相應的技術，這樣才可以發揮出容器檢驗工作的的價值。