基于失效模式的在役壓力容器檢驗

柳麗萍(浙江省特種設備檢測研究院，浙江杭州310020)

基于失效模式的在役壓力容器檢驗

柳麗萍(浙江省特種設備檢測研究院，浙江杭州310020)

壓力容器從業(yè)人員所說的壓力容器的失效模式一般是指在受到物理或者是化學的影響下，出現(xiàn)變形、磨損甚至是泄露的現(xiàn)象。壓力容器的失效必然會對目前的工業(yè)生產(chǎn)、加工、制造產(chǎn)生一定的影響，因此，壓力容器的使用壽命有可能減小，問題嚴重將會出發(fā)重大的安全事故發(fā)生。因此，在壓力容器失效模式的情況下如何能夠妥善的做好檢驗工作，及時發(fā)現(xiàn)問題所在，就成為一個關(guān)鍵問題。本文針對壓力容器的失效模式進行分析，并且在此基礎上提出科學的檢測方法和方案。

壓力容器；失效模式；檢驗方案；探討

目前工業(yè)發(fā)展的相關(guān)學科都涉及到失效分析。在研究失效模式的過程中，壓力容器的檢驗人員需要運用新的方法。但是，在對壓力容器進行失效模式分析的過程中，受到溫度、壓力以及經(jīng)濟條件的制約，可能也會存在著一定的影響因素。這就要求檢驗人員針對當前壓力容器的狀況制定可行性的方法，制定出一套行之有效的合理方案，提高缺陷的檢出率，保證整個在役壓力容器運行的安全性。

1 失效模式分析

目前在用的壓力容器中，失效模式比較常見的可以大致分為變形、磨損、斷裂、腐蝕失效等等，具有多種表現(xiàn)形式：1、塑性破裂，其截面材料在超載后進入屈服狀態(tài)，并在完全變形后發(fā)生塑性破裂；2、脆性破裂，其發(fā)生于容器壁材料的韌性低時，當達到屈服狀態(tài)后，一般會經(jīng)歷開裂、裂紋擴展階段；3、快開門式壓力容器疲勞破裂，一般因為載荷反復且局部應力較高；4、腐蝕與沖蝕，腐蝕包括冷卻水、大氣、微生物、土壤及堿腐蝕等，而沖蝕是固、液、氣等介質(zhì)在相對運動中引起的殼體表面材料移除現(xiàn)象，在壓力容器腐蝕失效中，應力腐蝕、腐蝕疲勞和氫致開裂等的占比超過50%，則較為嚴重；5、蠕變，材料在受溫度的影響比較大的載荷和高溫條件下發(fā)生的塑性變形現(xiàn)象。由于存在各種各樣的失效方式，檢驗人員需要采取不同的方法進行檢驗，這就對研究人員的工作提出了更加嚴格的要求。

2 失效模式在役壓力容器檢驗

2.1 檢驗方案的設定

檢驗方案的設定根據(jù)圖1中所描述內(nèi)容，首先需要一定的檢驗依據(jù)然后分析受檢對象壓力容器的基本信息，檢驗受力狀況，性能材料，工藝流程，以及周圍環(huán)境，得出失效模式以及損傷機理、根據(jù)失效模式得出檢驗的項目和無損檢測方法的選擇、最后處理檢驗結(jié)果得到結(jié)論。

圖1 檢驗方案的設定

由于壓力容器承擔的負荷較大，基于這樣的特性，使用初期就要做好相關(guān)的管理和日常維護。作為主要的預防事故的方法，年度檢查其主要的檢驗范圍是對外部的整體檢驗。當容器處于停運狀態(tài)時，檢修人員進入到內(nèi)部進行全面檢查。在實際的檢驗中，檢驗員需要做的檢驗項目比較多，有隔熱層檢驗、宏觀檢驗以及氣密性檢驗和材料的強度檢驗。根據(jù)檢驗方面的不同，檢驗方法也會有所區(qū)別。容器壁厚的測定、宏觀的檢驗、以及容器表面的檢驗等等。為了得到更加精確地結(jié)果，檢驗員可以采用無損檢驗。超聲或者是射線的檢測。檢測人員需要首先明確外部的作業(yè)環(huán)境，以科學的檢驗標準為基礎，才能更好地檢測。

2.2 在役壓力容器檢驗

資料審查內(nèi)容：首先是核查材質(zhì)，判斷是否滿足工藝需要如，溫度、壓力、介質(zhì)等的設計，是否滿足抗腐蝕性能需要，以及強度、韌性、抗高低溫是否達標。核查使用過程中介質(zhì)組成和雜質(zhì)分析，判斷應力腐蝕的可能性。根據(jù)載荷的變化和操作溫度，判斷是否有出現(xiàn)疲勞、蠕變、低溫脆斷的可能性等。審查運行記錄、啟動與停機記錄、操作條件變化等情況，判斷是否有過量充裝、化學爆炸及超壓失穩(wěn)等事故隱患。

宏觀檢查作為檢驗過程中重要的一步，在肉眼看不到情況下，可以通過借助燈光、放大鏡進行觀察，為了查處危害性相對更加隱蔽的缺陷可以使用木錘或者銅錘輕輕敲擊壓力容器壁，進行聲音檢查，運用這種方法可以查處所存在裂紋、凹陷、腐蝕、變形、鼓包等問題。根據(jù)介質(zhì)、溫度的不同對有可能產(chǎn)生的危害性缺陷進行宏觀檢查，找到缺陷的部位，例如（1）在壓力容器底部，容易造成固體物質(zhì)沉積或者液體滯留或的部位。（2）設備內(nèi)支承件以及連接結(jié)構(gòu)中易產(chǎn)生縫隙死角的部位。（3）壓力容器開孔部位，存在焊接處的應力集中部位，還有T型焊結(jié)構(gòu)等。（4）壓力容器內(nèi)部溫差過大的部分，（5）熱交換器中壓力容器的氣液相交界部位。

2.3 超聲波測厚

有些壓力容器沒有安全可靠地防護而且長期不使用，在受到機械撞擊時，壓力容器壁會嚴重減薄，可能因為容器壁的長時間的腐蝕、磨損、沖蝕。這時就需要超聲波檢測對其內(nèi)壁進行測厚。在檢驗過程中，檢測部位應當選擇液位經(jīng)常波動的地方。在使用超聲波測厚儀時，使用不同材料的聲速修正和被測工件溫度的影響。得到的檢驗數(shù)據(jù)后，進行與原始壁厚的對比，并且多測量得出準確數(shù)值。

3 結(jié)語

如果在壓力容器發(fā)生失效之前就對在役壓力容器進行有效的預判，就可以針對所存在的缺陷類型進行分析，預判出相應的檢驗方法，制定出相對應的檢驗方案，只有這樣才能大幅提高缺陷的檢出率，保證設備的安全運行。本文首先分析了在常見的失效模式的幾大種類，提出了基于失效模式的在役壓力容器檢驗方案和檢測方法，旨在解決目前壓力容器檢驗過程中所遇到的問題。

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