小議承壓類特種設(shè)備斷層解剖檢驗

梁勁

摘要：承壓類特種設(shè)備檢驗時，有時應(yīng)用現(xiàn)有無損檢測手段不能發(fā)現(xiàn)危險的缺陷。文中首次提出斷層解剖檢驗。斷層解剖檢驗將樣品斷層解剖，并逐層檢驗樣品的缺陷。斷層解剖檢驗可以發(fā)現(xiàn)缺陷在不同斷面上的形態(tài)、尺寸、位置、特點、成因、危害以及多個缺陷相互關(guān)系。斷層解剖檢驗發(fā)現(xiàn)了封頭上被認(rèn)為是夾層的缺陷是HB、HIC和SSCC。斷層解剖檢驗是工業(yè)CT等三維成像檢驗技術(shù)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：斷層解剖；斷口檢驗；氫致開裂；夾層

1、斷層解剖檢驗

1.1定義

斷層解剖檢驗是指在檢驗人員對特種設(shè)備安全存在重大懷疑時，且現(xiàn)有無損檢測手段不能進(jìn)行必要的定性、定量檢測時，按相關(guān)規(guī)定對在用特種設(shè)備進(jìn)行取樣，按一定規(guī)律解剖制取樣品，對樣品上的缺陷在不同斷面上的形態(tài)、位置、特點、成因、危害以及多個缺陷相互關(guān)系進(jìn)行檢驗。

1.2操作方法

特種設(shè)備進(jìn)行取樣后，一般采用慢走絲線切割，對樣品按需要的角度和間隔進(jìn)行解剖，解剖后進(jìn)行掃描、金相、掃描電鏡等必要檢測。

特種設(shè)備取樣后一般采用堆焊、焊管或挖補(bǔ)的方法修復(fù)。取樣時可以通過取樣模轉(zhuǎn)孔取樣，也可以用套式內(nèi)沉孔锪刀、復(fù)合锪刀或者便攜式鏜床等設(shè)備在現(xiàn)場取樣。取樣后堆焊，或者將剩下的開孔部位加工成雙面坡口，采用挖補(bǔ)方法時，用相同材質(zhì)和厚度的鋼板制成與開孔大小相等、曲率一致、坡口對應(yīng)的補(bǔ)板，采用適合的焊接工藝，雙面對接焊方法將其補(bǔ)焊在開孔部位；采用接管方法時，在開孔部位焊接接管，類似于制造時焊接接管的方法，必要時按設(shè)計進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，焊接接管后用盲板將接管盲死，或焊接法蘭加法蘭蓋。

特種設(shè)備取樣過程包括割管等，須確保全部過程符合特種設(shè)備維修改造或重大維修改造規(guī)定，內(nèi)容包括設(shè)計資質(zhì)、設(shè)計文件、施工資質(zhì)、施工方案、告知、施工人員證、焊接工藝評定、監(jiān)檢等。

2、斷層解剖應(yīng)用舉例

2.1常規(guī)檢驗情況

某硫回收裝置的酸性水罐封頭發(fā)生開裂，檢驗人員根據(jù)測厚值異常發(fā)現(xiàn)了該缺陷。筆者對該封頭樣品進(jìn)行了斷層解剖檢驗，并對開裂原因進(jìn)行了分析。該容器內(nèi)徑2400mm，長度7304mm，簡體公稱壁厚12mm，封頭公稱壁厚14mm，封頭材料16MnR，最高操作壓力0.2 MPa，最高操作溫度50℃，介質(zhì)為酸性水，含接近飽和濃度的硫化氫。使用4年多后，宏觀檢查發(fā)現(xiàn)該罐東北側(cè)封頭內(nèi)表面存在不明顯的圓形鼓包，鼓包上存在開裂，開裂從圓心開始呈放射狀。鼓包處及附近測厚值異常，在肉眼不能分辨鼓包部位，有“夾層”缺陷存在，“夾層”距內(nèi)表面較近，如圖l所示（圖中箭頭為內(nèi)表面的放射狀開裂）。

圖1酸性水罐內(nèi)表面

2.2斷層解剖檢驗

將酸性水罐開裂封頭樣品，按一定間隔垂直于容器內(nèi)表面進(jìn)行斷層解剖，如圖2所示，圖中放射狀開裂為放大的圖1內(nèi)表面開裂，多道水平斷層解剖垂直于容器內(nèi)表面。

從斷層解剖檢驗可以看出內(nèi)外部開裂狀況，典型開裂為三種開裂（封頭母材內(nèi)存在平行于表面的鼓包（HB）、鼓包兩端有階梯狀開裂（HIC）、鼓包容器內(nèi)側(cè)表面有垂直于表面的放射狀開裂（SSCC））并存，部分解剖后截面如圖3所示，每個截面上部為內(nèi)表面，下部為外表面。將所有截面綜合后可得開裂的三維形貌，經(jīng)斷層解剖檢驗可以看到缺陷的三維形狀和空問相對關(guān)系，HB為平行于鋼板表面的球冠形鼓包，HIC為HB外側(cè)呈局部環(huán)行的階梯，HB和HIC為內(nèi)部開裂，SSCC為外部開裂。

圖2開裂處的斷層解剖 圖3橫截面開裂狀況

2.3開裂原因分析性作出準(zhǔn)確判斷。

經(jīng)斷層解剖檢驗分析，該封頭存在三種開裂：在濕硫化氫環(huán)境中，硫化氫發(fā)生水解后與鋼材反應(yīng)生成具有高的滲透性的氫原子，氫原子在分層或夾雜處（特別是長條狀的MnS）聚集生成氫分子，從而形成內(nèi)壓，使分層或夾雜處界面分離，導(dǎo)致鋼板形成氫鼓包（HB）；氫氣壓力的作用下，不同層面上的相鄰氫鼓包裂紋相互連接，形成階梯狀氫致開裂（HIC）；氫原子滲入鋼中后，一部分固溶于晶格中，使鋼的脆性增加，在氫氣內(nèi)壓下鼓包位置產(chǎn)生拉應(yīng)力，造成硫化物應(yīng)力腐蝕開裂（SSCC）。

3、斷層解剖檢驗意義

超聲波測厚在肉眼不能分辨鼓包部位發(fā)現(xiàn)的夾層缺陷，在斷層解剖檢驗中，證實這些夾層缺陷為HB和HIC，但面積較小且開裂張角很小，屬初期HB和HIC。初期HB和HIC在肉眼看來并末產(chǎn)生鼓包，鋼板厚度無異常，在宏觀檢驗中不能被發(fā)現(xiàn)，也不易被射線檢測發(fā)現(xiàn)，即使通過超聲波檢測等手段發(fā)現(xiàn)了這些近場區(qū)缺陷，也容易被誤認(rèn)為是夾層，如圖4所示。這些易被誤認(rèn)為夾層的裂紋在下一檢驗周期內(nèi)會擴(kuò)展，危及設(shè)備安全。

圖4易被誤認(rèn)為夾層的裂紋

承壓類特種設(shè)備中的分層和夾層等缺陷通常不被認(rèn)為是特別危險，沒有經(jīng)驗的檢驗人員有時根據(jù)無損檢測結(jié)果允許設(shè)備運行，但隨著氫分子聚集，壓力升高，開裂處內(nèi)表面隆起，并產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕或應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂（SOHIC），應(yīng)力腐蝕開裂或應(yīng)力導(dǎo)向氫致開裂的擴(kuò)展，會削弱特種設(shè)備的承壓能力，在下一檢驗周期內(nèi)，當(dāng)特種設(shè)備的承壓能力不足時就會造成事故，本例中可能會造成大量硫化氫泄露的惡性事故。所以，當(dāng)檢驗人員對特種設(shè)備安全存在重大懷疑，尤其是一旦發(fā)生事故會造成嚴(yán)重后果的情況，且用現(xiàn)有無損檢測手段仍不能進(jìn)行必要的定性、定量檢測時，通過斷層解剖檢驗可以對設(shè)備的安全性作出準(zhǔn)確判斷。

本例中，在斷層解剖檢驗前，檢驗人員也對未鼓包處進(jìn)行了超聲波檢驗，發(fā)現(xiàn)不規(guī)則的紊亂波波形，他們認(rèn)為這種不規(guī)則的紊亂波形是由于鋼板質(zhì)量低

劣而引起的（如夾層密集、夾渣等），并得到結(jié)論：鼓包周圍材質(zhì)氫損傷不嚴(yán)重。但斷層解剖檢驗發(fā)現(xiàn)，鼓包以外也存在大量HIC，這些HIC并未造成鼓包，如果不改變操作條件，很可能會繼續(xù)擴(kuò)展。

有些濕硫化氫環(huán)境下的腐蝕，與本例不同，即使裂紋擴(kuò)展晚期也并不發(fā)生HB、SSCC，在表面不易發(fā)現(xiàn)。只有HIC或SOHIC。這時如果無損檢測不能準(zhǔn)確對HIC或SOHIC檢測時，斷層解剖檢驗是有效檢驗手段。

通過分析不同斷面上的HB、HIC和SSCC形態(tài)、位置、特點，有助于分析成因和開裂的擴(kuò)展性危害以及對多個缺陷相互關(guān)系進(jìn)行檢驗，斷層解剖檢驗可以發(fā)現(xiàn)被無損檢測忽視的某些危險缺陷。

4、結(jié)語

承壓類特種設(shè)備斷層解剖檢驗，對特種設(shè)備內(nèi)部缺陷的不同斷面上的形態(tài)、位置、特點、成因、危害以及多個缺陷相互關(guān)系進(jìn)行檢驗。當(dāng)檢驗人員對特種設(shè)備安全存在重大懷疑，且用現(xiàn)有無損檢測手段仍不能進(jìn)行必要的定性、定量檢測時，通過斷層解剖檢驗可以對設(shè)備的安全性作出準(zhǔn)確判斷。并通過舉例，說明了斷層解剖檢驗在酸性水罐封頭開裂中的應(yīng)用，證實該封頭存在HB、HIC、SSCC三種開裂。