基于失效模式的壓力容器檢驗(yàn)方案編制研究

趙路寧，姚小靜

(1.山東省特種設(shè)備協(xié)會(huì)，山東 濟(jì)南 250101;2 .山東省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，山東 濟(jì)南 250101)

石油化工行業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要支柱，據(jù)統(tǒng)計(jì)，石化裝置中壓力容器和壓力管道比重高達(dá)40%以上，使用相對(duì)集中且條件苛刻，承受著高壓、高溫，介質(zhì)易燃易爆、有毒、有腐蝕性，一旦發(fā)生爆炸泄漏事故，會(huì)引發(fā)環(huán)境污染并對(duì)設(shè)備和人員造成傷害，因此保障壓力容器的安全運(yùn)行具有極其重要的作用，《特種設(shè)備安全法》及TSG R7001-2013《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》(以下簡(jiǎn)稱《容檢規(guī)》)明確規(guī)定檢驗(yàn)前，應(yīng)當(dāng)根據(jù)壓力容器的使用情況、損傷模式及失效模式制定檢驗(yàn)方案。制定科學(xué)的檢驗(yàn)方案是檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)必須面對(duì)的問(wèn)題，就檢驗(yàn)方案的制定，提出一些想法，希望能對(duì)檢驗(yàn)人員制定檢驗(yàn)方案提供一些幫助。

1 檢驗(yàn)檢測(cè)作業(yè)文件與檢驗(yàn)方案的關(guān)系

《特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)核準(zhǔn)規(guī)則》明確規(guī)定檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)應(yīng)有健全的檢驗(yàn)、檢測(cè)管理制度。制定相應(yīng)的檢驗(yàn)文件，用以指導(dǎo)檢驗(yàn)檢測(cè)實(shí)施，規(guī)范檢驗(yàn)檢測(cè)過(guò)程，減少因人員、設(shè)備、環(huán)境等因素導(dǎo)致結(jié)果偏離，確保檢驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和正確性，有利于實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn)檢測(cè)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化。筆者認(rèn)為檢驗(yàn)檢測(cè)作業(yè)文件是指確保檢驗(yàn)檢測(cè)過(guò)程的有效組織、實(shí)施和控制，依據(jù)相應(yīng)的檢驗(yàn)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)所編制的通用工藝;而檢驗(yàn)方案則是因?yàn)樵O(shè)備比較特殊或者檢驗(yàn)項(xiàng)目和內(nèi)容等方面有特殊要求時(shí)(如含項(xiàng)目的減少或檢驗(yàn)要求的降低)等其他情況，在熟悉了解受檢設(shè)備的相關(guān)資料，依據(jù)相應(yīng)的檢驗(yàn)檢測(cè)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)及客戶的要求制定檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)文件。

檢驗(yàn)檢測(cè)作業(yè)文件依據(jù)相應(yīng)的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)編制的通用檢測(cè)工藝，對(duì)于一般壓力容器可以在通用檢測(cè)工藝的基礎(chǔ)上編制檢測(cè)工藝卡，注明無(wú)損檢測(cè)部位、方法及比例，作為受檢產(chǎn)品的實(shí)施檢驗(yàn)方案;檢驗(yàn)方案指設(shè)備特殊(主要是指結(jié)構(gòu)特殊、有特殊要求、特殊工況、特殊用途或特殊材料)、關(guān)鍵設(shè)備或客戶提出的檢驗(yàn)要求與相應(yīng)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)不一致時(shí)而編制的專用檢測(cè)方案。

2 檢驗(yàn)方案的編制原則及失效機(jī)理判斷

法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)是依據(jù)事故經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)或理論研究而制定的，有一定的局限性，機(jī)械地使用往往會(huì)造成“檢驗(yàn)不足，過(guò)度檢驗(yàn)”;按照《容檢規(guī)》的要求，筆者認(rèn)為檢驗(yàn)方案的編制應(yīng)由相應(yīng)檢驗(yàn)資質(zhì)且具實(shí)際檢驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的檢驗(yàn)人員查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料及法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)受檢設(shè)備的要求，并結(jié)合受檢設(shè)備具體使用工況及特點(diǎn)來(lái)編制;其內(nèi)容至少包括適用范圍、制定依據(jù)、受檢對(duì)象信息、檢驗(yàn)前準(zhǔn)備工作、失效模式和損傷機(jī)理、檢驗(yàn)項(xiàng)目和無(wú)損檢測(cè)方法的選擇、檢驗(yàn)結(jié)果的處理等內(nèi)容。

2.1 適用范圍

檢驗(yàn)方案是針對(duì)具體設(shè)備，而非通用工藝文件，因此應(yīng)明確檢測(cè)的對(duì)象及檢驗(yàn)檢測(cè)性質(zhì)。

2.2 受檢對(duì)象信息

檢驗(yàn)前，通過(guò)資料審查、現(xiàn)場(chǎng)檢查、與設(shè)備安全管理人員交談等方式了解受檢對(duì)象的技術(shù)參數(shù)、使用情況及至少兩個(gè)檢驗(yàn)周期內(nèi)的檢驗(yàn)報(bào)告(主要記載檢驗(yàn)報(bào)告中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及使用單位對(duì)問(wèn)題的處理情況)等。為檢驗(yàn)項(xiàng)目、無(wú)損檢測(cè)方法及比例、重點(diǎn)檢驗(yàn)部位做好技術(shù)準(zhǔn)備。

2.3 制定依據(jù)

制定依據(jù)至少應(yīng)包含《容檢規(guī)》、相關(guān)制造與檢驗(yàn)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)圖紙及合同要求。

2.4 檢驗(yàn)前準(zhǔn)備工作

依據(jù)檢驗(yàn)項(xiàng)目確定儀器設(shè)備的測(cè)量范圍及精度要求，檢驗(yàn)人員資質(zhì)及人員數(shù)量，同時(shí)應(yīng)采用工作危害分析方法對(duì)檢驗(yàn)過(guò)程的危害因素和控制措施。

2.5 失效模式及損傷機(jī)理

分析設(shè)備運(yùn)行及其與化學(xué)、機(jī)械環(huán)境的相互作用后，結(jié)合檢驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)文獻(xiàn)資料，判斷其失效模式、重點(diǎn)檢驗(yàn)部位、檢驗(yàn)方法和比例。筆者認(rèn)為制定失效機(jī)理應(yīng)考慮以下兩個(gè)因素:

(1)首次檢驗(yàn)時(shí)，不僅要對(duì)使用環(huán)境下可能發(fā)生的損傷進(jìn)行檢驗(yàn)，還應(yīng)補(bǔ)充對(duì)制造、安裝質(zhì)量的檢驗(yàn)抽查，以便與下次檢驗(yàn)時(shí)進(jìn)行對(duì)比，判斷其原生缺陷是否為活缺陷;

(2)根據(jù)設(shè)備潛在的損傷機(jī)理及其嚴(yán)重程度確定檢驗(yàn)部位、方法和比例，不同的檢驗(yàn)方法的有效性和檢驗(yàn)比例。

有關(guān)失效機(jī)理，宋明大［1］有關(guān)承壓類設(shè)備失效模式的觀點(diǎn)，即不管哪種失效模式均是“應(yīng)力、性能、缺陷和環(huán)境”交互作用的結(jié)果有說(shuō)服力。材料本身的化學(xué)成分、熱處理狀態(tài)、金相組織、屈服和抗拉強(qiáng)度、低溫沖擊性能等決定了材料的本質(zhì)安全狀態(tài)。需要強(qiáng)調(diào)的是，即使化學(xué)成分、金相組織和拉伸性能符合相關(guān)的要求，如果材料的熱處理過(guò)程存在問(wèn)題，微量有害元素會(huì)在材料顯微組織的微區(qū)聚集，造成材料的沖擊性能受到損害，導(dǎo)致發(fā)生嚴(yán)重事故。

采用GB/T26610.1-2011《承壓設(shè)備系統(tǒng)基于風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)實(shí)施第1 部分:基本要求和實(shí)施程序》規(guī)定的失效模式的分類方法，即腐蝕減薄(包括內(nèi)部和外部)、環(huán)境開裂、材質(zhì)劣化、機(jī)械損傷，具體見表1～表4。

表1 腐蝕減薄Table 1 Corrosion thinning

續(xù)表1 腐蝕減薄Table 1 Corrosion thinning

續(xù)表1 腐蝕減薄Table 1 Corrosion thinning

表2 環(huán)境開裂Table 2 Environmental cracking

續(xù)表2 環(huán)境開裂Table 2 Environmental cracking

表3 材質(zhì)劣化Table 3 Material deterioration

續(xù)表3 材質(zhì)劣化Table 3 Material deterioration

表4 機(jī)械損傷Table 4 Mechanical damage

續(xù)表4 機(jī)械損傷Table 4 Mechanical damage

2.6 檢驗(yàn)項(xiàng)目技術(shù)要求及方法

沒有可以包羅萬(wàn)象的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，由于法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)要針對(duì)所有壓力容器，要考慮普遍性，所以只能提出最基本的要求。對(duì)于許多特殊情況，法規(guī)只要求檢驗(yàn)員根據(jù)具體情況選擇一些特珠的檢驗(yàn)方法。因此要求檢驗(yàn)員除了能夠按照《容檢規(guī)》要求的那樣熟練運(yùn)用法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)壓力容器進(jìn)行檢驗(yàn)外，應(yīng)針對(duì)設(shè)備的失效模式來(lái)選擇檢驗(yàn)方法和檢驗(yàn)部位，這與法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)不矛盾，只是在法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的補(bǔ)充，為了更好地選擇無(wú)損檢測(cè)方法，在方案制定過(guò)程中，建議參照GB/T26610.1-2011《承壓設(shè)備系統(tǒng)基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)實(shí)施導(dǎo)則 第2 部分:基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)策略》中有關(guān)停機(jī)檢驗(yàn)的要求見表5。

表5 停機(jī)狀態(tài)下不同檢測(cè)方法針對(duì)不同損傷機(jī)理的檢驗(yàn)Table 5 Effectiveness of different methods for different failure mode of stop status

2.7 檢驗(yàn)結(jié)果的處理

檢驗(yàn)方案中應(yīng)規(guī)定發(fā)現(xiàn)問(wèn)題的處理方式和要求，《容檢規(guī)》規(guī)定檢驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)出具《特種設(shè)備檢驗(yàn)意見通知書(1)～(2)》，但并未明確出具意見通知書的具體要求，筆者認(rèn)為應(yīng)結(jié)合國(guó)質(zhì)檢法［2003］206 號(hào)和國(guó)質(zhì)檢特函［2007］910 號(hào)的要求，發(fā)生以下情況時(shí)，出具《特種設(shè)備檢驗(yàn)意見通知書(2)》即:

(1)使用非法生產(chǎn)特種設(shè)備的;

(2)超過(guò)特種設(shè)備的規(guī)定參數(shù)范圍使用的;

(3)缺少安全附件、安全裝置，或者安全附件、安全裝置失靈而繼續(xù)使用的;

(4)使用應(yīng)當(dāng)予以報(bào)廢或者經(jīng)檢驗(yàn)檢測(cè)判為不合格的特種設(shè)備的;

(5)使用有明顯故障、異常情況的特種設(shè)備，或者使用單位經(jīng)責(zé)令改正而未予以改正的特種設(shè)備的;

(6)特種設(shè)備發(fā)生事故不予報(bào)告而繼續(xù)使用的;

(7)使用未經(jīng)定期檢驗(yàn)的特種設(shè)備;

(8)作業(yè)人員無(wú)證上崗。

3 結(jié)論

根據(jù)《容檢規(guī)》及相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的要求，討論了檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)細(xì)則與檢驗(yàn)方案的關(guān)系，并就基于使用情況、損傷模式和失效機(jī)理檢驗(yàn)方案編制方法進(jìn)行了分析。

(1)介紹了檢驗(yàn)細(xì)則與檢驗(yàn)方案的關(guān)系，認(rèn)為應(yīng)在體系文件中規(guī)定哪些關(guān)鍵重要設(shè)備應(yīng)編制檢驗(yàn)方案，其他設(shè)備可以在通用工藝的基礎(chǔ)上，采用檢驗(yàn)工藝卡的方式，說(shuō)明檢驗(yàn)項(xiàng)目和部位、無(wú)損檢測(cè)方法;

(2)分析了石油化工設(shè)備的常見損傷機(jī)理及不同缺陷的無(wú)損檢測(cè)方法，有利于定期檢驗(yàn)過(guò)程中，檢驗(yàn)人員對(duì)檢驗(yàn)部位和檢驗(yàn)方法的選擇;

(3)討論了檢驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)缺陷處理方式，有利于檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)“科學(xué)施檢”，使用單位“科學(xué)管理”;

通過(guò)本文的分析，有利于于開展基于風(fēng)險(xiǎn)的檢驗(yàn)，避免“檢驗(yàn)過(guò)度，檢驗(yàn)不足”的現(xiàn)象，保障石油化工設(shè)備的“本質(zhì)安全”。

［1］宋明大，曹懷祥，汪立新.承壓設(shè)備失效分析思路及方法.中國(guó)特種設(shè)備安全，2010(12):9-12.