一種快速評價火災(zāi)后壓力容器的方法研究①

□□ 張巨銀，王學(xué)平，牟龍龍，趙志琦 (甘肅省特種設(shè)備檢驗檢測研究院，甘肅 蘭州 730050)

引言

火災(zāi)是石化裝置較為常見的事故，受火災(zāi)影響的壓力容器能否正常使用是檢驗機構(gòu)和用戶最為關(guān)注的問題之一。發(fā)生火災(zāi)后，受火災(zāi)影響壓力容器內(nèi)的設(shè)備、管線等均有不同程度的損傷，如何在短期內(nèi)完成設(shè)備、管線的評估和恢復(fù)生產(chǎn)是企業(yè)較為關(guān)注的問題。因火災(zāi)影響區(qū)域不同，火災(zāi)后的設(shè)備、管線并非要全部更換或拆除，這就需要檢驗機構(gòu)能夠制定一套短時受火設(shè)備的評價方法，較快地判斷火災(zāi)損傷程度，完成壓力容器的評價分級。

1 某石化企業(yè)受火攪拌釜基本情況

2019年，某冶煉企業(yè)發(fā)生火災(zāi)，火災(zāi)燃燒點距離攪拌釜30 m，事故發(fā)生于室內(nèi)，風(fēng)向無影響；消防員第一時間組織滅火，2 h后大火被撲滅，滅火方式為高壓水。該攪拌釜保溫層被熏黑，拆除保溫層后漆面基本完好，保溫層破損部位，容器器壁可見部分熏黃；攪拌裝置附著的油污被大火燒烤后結(jié)焦起泡；安全閥正常起跳，懸掛其上的照明燈泡完好，線路完好；法蘭面未見泄露痕跡，保溫棉局部焦黃變色?；馂?zāi)后的圖片如圖1～圖4所示。

圖1 受火后攪拌釜全貌

圖2 攪拌釜器壁熏黑及漆色

圖3 攪拌釜攪拌裝置油污起泡

圖4 攪拌釜頂部照明裝置

2 受火壓力容器檢驗及評價程序

參考API 579-1/ASME FFS-12007《合于使用》[1]以及GB/T 35013—2018《承壓設(shè)備合于使用評價》[2]，受火容器的評價一般分為三級，通過火災(zāi)資料及燃燒物的燃燒特性確定熱暴露等級。熱暴露等級一般分為6個等級，具體見表1。

表1 火災(zāi)損傷的熱暴露等級

受火部件的火災(zāi)溫度可以通過火災(zāi)現(xiàn)場的殘留物燒損情況來判斷，石化、冶煉企業(yè)常見火災(zāi)溫度殘留物燒損溫度見表2。當(dāng)同一部件不同部位都受火災(zāi)影響時，以各燒損特性確定的最高溫度作為火災(zāi)損傷的評價溫度。

表2 燃燒物燒損特征

根據(jù)收集的火災(zāi)信息，確定熱暴露等級。一般碳鋼和低合金鋼，在熱暴露Ⅳ級以內(nèi)者，免于評定；否則將通過必要的宏觀檢查、無損檢測、硬度及金相評價確定材料的許用應(yīng)力并對承壓設(shè)備進行強度校核；如果該條通不過將通過直接在受火部件上取力學(xué)性能試樣(微試樣)，或者模擬火災(zāi)發(fā)生時受火部位的熱暴露溫度、時間、滅火方式熱模擬試驗，并進行力學(xué)性能測試，根據(jù)模擬試驗確定損傷材料的許用應(yīng)力，并對受火容器進行強度校核。

3 受火攪拌釜的評價

3.1 受火溫度判斷

圖1、圖2中顯示攪拌釜漆色基本完整，少許部位有熏黑痕跡，未見有氧化皮生成，判斷漆面完好區(qū)域溫度≯400 ℃，熏黑部位通過回火色試驗及硬度檢測來確定熱暴露溫度。由圖3可知，無機硅酸鋅藍(lán)色完整，未見熔化、沸騰、流動，僅部分油污起泡燒焦，根據(jù)表1判斷攪拌釜該部件的最后受火溫度≯400 ℃，圖4中攪拌釜頂部燈泡未熔化，電纜合成橡膠蒙皮完好，未見軟化、熔化及燃燒痕跡，根據(jù)表1判斷該壓力容器頂部受火溫度≯175 ℃。

3.2 熏黑部位熱暴露溫度確定

為判斷熏黑部位熱暴露溫度，設(shè)定了熱暴露回火色試驗，試驗參數(shù)及結(jié)果見表3。

表3 Q345R回火色試驗條件及結(jié)果

通過表3觀察，回火黃色出現(xiàn)在200 ℃，隨保溫時間延長而加深；回火褐紫色出現(xiàn)在300 ℃，隨保溫時間延長而減弱向藍(lán)色轉(zhuǎn)變；400 ℃出現(xiàn)回火藍(lán)色，隨保溫時間逐漸向灰色轉(zhuǎn)變；500 ℃開始出現(xiàn)氧化皮，隨保溫時間氧化皮增厚。圖2熏黑部位未見氧化皮，根據(jù)模擬試驗結(jié)果，該部位熱暴露溫度不會超過500 ℃。TSG G0001—2012《鍋爐安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》[3]中規(guī)定，Q345R鋼可用在金屬壁溫<430 ℃的承壓設(shè)備工況，430～500 ℃范圍內(nèi)的Q345R是否正常使用需要單獨評價。

3.3 受火攪拌釜的評價

如上所述，受火攪拌釜的大部分熱暴露區(qū)域都<400 ℃，屬中度熱暴露區(qū)，GB/T 35013—2018《承壓設(shè)備合于使用評價》[2]規(guī)定，碳鋼及低合金鋼熱暴露區(qū)中度及以下可以免于評定，對該臺設(shè)備進行必要的無損檢測后僅需評定>400 ℃時的部件損傷程度，現(xiàn)場打磨熏黑部位及周邊底漆完好部位使其露出金屬光澤，并在遠(yuǎn)離熏黑部位判斷未受火災(zāi)影響區(qū)域打磨相似區(qū)塊進行硬度測定，測得熏黑部位的布氏硬度值為170HB，其他部位布氏硬度值在165～170HB之間，硬度值基本無變化，參照GB/T 35013—2018《承壓設(shè)備合于使用評價》[2]附錄D中Q345R材料的硬度值一般在128～178 HB之間，故該攪拌器熱暴露最嚴(yán)重區(qū)域材料的力學(xué)性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求，可以滿足使用要求。

4 結(jié)語

火災(zāi)發(fā)生后通過判斷火災(zāi)環(huán)境，可了解受火容器熱暴露情況，根據(jù)熱暴露情況制定相應(yīng)的檢驗方案，通過硬度檢測，以及回火色判定可快速分檢受火容器是否滿足工況的使用要求。