論壓力容器的檢測(cè)與失效分析

趙龍

(河北省鍋爐壓力容器監(jiān)督檢驗(yàn)院,河北石家莊 050061)

論壓力容器的檢測(cè)與失效分析

趙龍

(河北省鍋爐壓力容器監(jiān)督檢驗(yàn)院,河北石家莊 050061)

本文分析了影響壓力容器檢驗(yàn)的常見因素以及鍋爐壓力容器檢測(cè)的常見問題,就如何解決壓力容器常見問題,提出了若干建議。

壓力容器 檢驗(yàn) 檢測(cè) 失效分析

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)水平顯著提高，目前市場(chǎng)上的鍋爐、壓力容器等承壓特種設(shè)備無論在數(shù)量還是在種類上都有所發(fā)展，并且已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于社會(huì)生產(chǎn)的諸多領(lǐng)域。鍋爐壓力容器應(yīng)用的范圍是國計(jì)民生，與人們的生活、生產(chǎn)息息相關(guān)，一定要嚴(yán)防事故的發(fā)生。所以對(duì)鍋爐壓力容器的檢驗(yàn)就顯得尤為重要了。

1 影響壓力容器檢驗(yàn)的主要因素

(1)質(zhì)量問題。壓力容器自身剛度與強(qiáng)度不達(dá)標(biāo);容器的密封性;支撐件被腐蝕;管道的密封性不夠;閥門發(fā)生泄露情況;防護(hù)距離不達(dá)標(biāo);支撐件的強(qiáng)度不夠等等。鍋爐壓力容器一旦出現(xiàn)了這些問題，非常容易發(fā)生容器整體或部件墜落、窒息、燙傷與中毒的危險(xiǎn)情況。

(2)受到輻射的影響。帶電機(jī)器設(shè)備發(fā)生漏電情況;物體產(chǎn)生靜電、電火花;沒有按照操作規(guī)范進(jìn)行安全用電;雷電影響;一些照明設(shè)施年久失修;檢驗(yàn)場(chǎng)地存在放射性源頭等，這些都會(huì)產(chǎn)生輻射問題。對(duì)鍋爐壓力容器進(jìn)行檢驗(yàn)的過程中，一旦受到輻射物質(zhì)影響后，將會(huì)導(dǎo)致操作人員觸電、設(shè)備爆炸等危險(xiǎn)事故，必須引起操作人員的注意。

(3)其他異常物質(zhì)的影響。異常物質(zhì)主要是指一些機(jī)器設(shè)備之中含有高、低溫粉塵;容易發(fā)生燃燒或者爆炸的物質(zhì);腐蝕物質(zhì)等等。這些物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致燙傷;燒傷;爆炸;使呼吸道感染等事故。

(4)外界環(huán)境影響。檢驗(yàn)的空間過于狹小;檢驗(yàn)環(huán)境不通風(fēng);無法實(shí)現(xiàn)鍋爐壓力容器內(nèi)部低于40攝氏度的要求，這些外在因素都會(huì)誘發(fā)操作人員窒息的危險(xiǎn)。

(5)人為因素影響。檢驗(yàn)人員自身造成的，比如檢驗(yàn)人員體力不支、視力不足、過度疲勞、突發(fā)性疾病以及判斷失誤等情況。這些因素會(huì)造成壓力容器檢測(cè)儀器敏感度降低，不但對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響，甚至?xí)l(fā)爆炸事故。

2 壓力容器的常見失效形式

腐蝕會(huì)造成壓部件減薄及承載能力下降，嚴(yán)重時(shí)結(jié)構(gòu)會(huì)破壞。又分為氧腐蝕、低溫硫腐蝕低溫硫腐蝕、大氣腐蝕、酸堿等腐蝕性介質(zhì)引起的腐蝕。這些腐蝕，在壓力容器使用過程中防不勝防。當(dāng)這些腐蝕累積到一定的量，就會(huì)引發(fā)一系列的事故。

(1)應(yīng)力腐蝕裂紋失效。這種失效形式在容器失效形式中比較常見。所謂應(yīng)力腐蝕是指金屬材料在特定腐蝕環(huán)境下受拉應(yīng)力作用時(shí)，所產(chǎn)生的延遲開裂現(xiàn)象。

(2)沖刷腐蝕(減薄)裂紋失效。刷腐蝕是由于氣液或液固兩相在介質(zhì)溫度、壓力、流動(dòng)形式及其速度等因素的共同作用下對(duì)容器造成的損傷，面積大，范圍廣，宏觀上多為條形坑狀及開口裂紋。

(3)氯離子腐蝕失效。按照吸附理論，氯離子破壞不銹鋼[4]表面氧化膜的根本原因是由于氯離子有很強(qiáng)的可被金屬吸附的能力，它們優(yōu)先被金屬吸附，并從金屬表面把氧排掉。因?yàn)檠鯖Q定著金屬的鈍化狀態(tài)，氯離子和氧爭(zhēng)奪金屬表面上的吸附點(diǎn)，與金屬形成氯化物，氯化物與金屬表面的吸附并不穩(wěn)定，形成了可溶性物質(zhì)，導(dǎo)致了腐蝕的加速。

(4)電化學(xué)腐蝕失效。干換熱器在使用一兩年后，在管板管束焊縫上出現(xiàn)密集點(diǎn)狀腐蝕坑，深淺不一，泄漏處開口部位呈現(xiàn)針孔狀，往往是修了此處，過了不久又漏了他處。

表1 技術(shù)參數(shù)

表2 K-2201主要技術(shù)參數(shù)

3 壓力容器的主要檢驗(yàn)要求

(1)根據(jù)其缺陷的特點(diǎn)，配以相應(yīng)的材料進(jìn)行處理。要求要詳細(xì)了解其結(jié)構(gòu)的化學(xué)特性，嚴(yán)格按操作手冊(cè)進(jìn)行操作，態(tài)度認(rèn)真，嚴(yán)謹(jǐn)。

(2)壓力容器做內(nèi)外部檢驗(yàn)前，要詳細(xì)了解壓力容器的制造時(shí)間、使用情況;在檢驗(yàn)前做好停運(yùn)準(zhǔn)備，并將內(nèi)部介質(zhì)排除干凈。

(3)對(duì)槽、罐車進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)采取措施防止車體滑動(dòng);檢測(cè)儀器和修整工具必須具有良好的絕緣，電路有可靠的接地。

(4)出廠資料不齊全;主體材質(zhì)不明確或不符合相關(guān)規(guī)定，結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度不符有規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求;存在嚴(yán)重缺陷，應(yīng)根據(jù)檢驗(yàn)報(bào)告，確認(rèn)在法規(guī)規(guī)定的檢驗(yàn)周期內(nèi)，需要在規(guī)定操作條件下監(jiān)控使用。

(5)缺陷嚴(yán)重的難于或無法修復(fù)，或沒有修復(fù)價(jià)值或修復(fù)后仍難以保證安全使用，檢驗(yàn)報(bào)告結(jié)論為判廢。安全狀況等級(jí)中所描述的缺陷，是指壓力容器最后存在的狀態(tài)，假如缺陷已經(jīng)消除，以消除后的狀態(tài)為準(zhǔn).以明確壓力容器的安全狀況所處的等級(jí)。

4 容器失效后的對(duì)策

(1)應(yīng)力腐蝕裂紋失效對(duì)策。以某化工公司一中壓儲(chǔ)存容器接管泄漏為例，其技術(shù)參數(shù)見下表1。為了從根本上解決原應(yīng)力腐蝕這個(gè)問題，此次修理把出現(xiàn)問題的接管拆除，并用一個(gè)新的接管代替之。

該接管內(nèi)直徑Φ500mm，厚度12mm，由鋼板卷制而成。為避免新的接管出現(xiàn)同樣的問題，新卷制的接管對(duì)接焊縫以及與法蘭的連接角焊縫均采用氬弧焊的焊接方法，焊接時(shí)采用小線能量，并在焊接過程中采用急速冷卻的防護(hù)措施。焊接結(jié)束并冷卻至常溫后對(duì)焊縫進(jìn)行射線探傷和表面著色探傷，標(biāo)準(zhǔn)分別為JB/T4730.2-2005和JB/T4730.5-2005，合格級(jí)別分別為Ⅱ級(jí)和Ⅰ級(jí)。為盡可能消除或降低焊接接頭應(yīng)力腐蝕的先決條件，焊后需進(jìn)行固溶處理和消應(yīng)力處理。消應(yīng)力處理可根據(jù)企業(yè)自身的能力，可以選擇熱處理或噴丸處理，本次采用固溶處理(920-1150℃水淬)和低溫(150～250℃)回火消應(yīng)力熱處理，回火后空冷至常溫。考慮到普通自來水中氯離子對(duì)不銹鋼材質(zhì)的損害(不銹鋼處于氯化物水溶液環(huán)境中時(shí)可能產(chǎn)生氯離子應(yīng)力腐蝕開裂)，淬火介質(zhì)應(yīng)使用氯離子含量低的凈化水。采取以上方法修理后，該容器一直安全運(yùn)行至今，證明了該法的正確性。

(2)沖刷腐蝕(減薄)裂紋失效對(duì)策。以某化工公司一內(nèi)襯鈦反應(yīng)塔(K-2201)失效修復(fù)為例。該反應(yīng)塔(K-2201)是屬于多層卷板內(nèi)襯鈦結(jié)構(gòu)的中壓反應(yīng)容器(Ⅲ類)。該塔內(nèi)部采用襯鈦的復(fù)合板結(jié)構(gòu)，基板為12mm的SB42鋼(相似國產(chǎn)22g)，復(fù)合板為3mm的TP28(相似國產(chǎn)TA1和TA2之間)，外部的三層包扎板為每層厚為12mm的SPV46鋼(相似國產(chǎn)15MnVgc鋼)，其主要技術(shù)參數(shù)見表2。

修復(fù)方法：對(duì)裂紋進(jìn)行修理并對(duì)修理部位(整個(gè)接管焊縫)及嚴(yán)重減薄部位再加蓋一層鈦板進(jìn)行額外的防護(hù)。但是，因?yàn)殁伿且环N非?；顫姷慕饘?，其焊接特性決定了其焊接的高難度，特別是在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行修理，不利的環(huán)境因素更增加了焊接的難度。

(3)穿透針孔失效對(duì)策。以某化工公司KK加氫裝置一批新投入使用的換熱器失效修復(fù)為例，根據(jù)以上分析得出的失效原因，我們建議將管板管束所有原始焊縫打磨掉，采用焊條電弧焊的焊接方法進(jìn)行焊接修復(fù)，同時(shí)采取合理的焊接工藝參數(shù)及過程超聲消應(yīng)力處理等技術(shù)措施來保證修復(fù)質(zhì)量。業(yè)主采納了我們的建議和方案，在隨后的打磨修復(fù)過程中，發(fā)現(xiàn)有70-80%的焊縫都存在一到若干處(密集)氣孔。這也證明了原始焊縫在短時(shí)內(nèi)發(fā)生多次失效確實(shí)是廠家制造問題。經(jīng)過我們的修復(fù)，這些換熱器至今再也沒有出現(xiàn)類似的泄漏失效現(xiàn)象。

(4)確保焊接質(zhì)量。由于壓力容器焊接的部位非常多，可以說焊接的質(zhì)量直接決定了整個(gè)壓力容器的質(zhì)量，所以必須要保證焊接的質(zhì)量。焊接時(shí)，我們要特別注意筒節(jié)、筒節(jié)與筒節(jié)之間的部分;平板拼接部分以及封頭等部分。并嚴(yán)格加強(qiáng)焊接材料、焊接設(shè)備的管理;做好焊工的資格審查工作、標(biāo)記工作;做好焊接工藝的評(píng)定工作;嚴(yán)格把握組裝的質(zhì)量;對(duì)施焊的全部過程進(jìn)行控制與記錄;加強(qiáng)對(duì)焊接工藝文件的使用與審批;及時(shí)對(duì)焊縫返修的問題進(jìn)行記錄與控制。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鍋爐壓力容器已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域。鍋爐壓力容器在實(shí)際操作過程中，會(huì)受到眾多因素的共同影響，一旦發(fā)生安全事故，將嚴(yán)重影響企業(yè)的正常生產(chǎn)，甚至?xí){到人民群眾的生命安全，因此，我們必須要尋找切實(shí)可行的措施，對(duì)影響鍋爐壓力容器檢驗(yàn)的因素一一排除，從而保證鍋爐壓力容器的安全使用。

[1]趙熔.淺談壓力容器無損檢測(cè)技術(shù)[J].黑龍江科技信息,2013(02).

[2]柳磊.固定式壓力容器定期檢驗(yàn)的重要意義探究[J].產(chǎn)業(yè)與科技論壇,2012(24).

[3]林然.論鍋爐壓力容器的安全檢驗(yàn)[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2011(23).

[4]竇滿堂.淺析壓力容器安裝質(zhì)量檢驗(yàn)[J].黑龍江科技信息,2011(33).