化工設備壓力容器破壞原因與預防策略探討

諶紹晨

（寧德市市場監(jiān)督管理綜合執(zhí)法支隊蕉城大隊，福建 寧德 352100）

化工設備壓力容器運行環(huán)境惡劣易于受到腐蝕介質影響，發(fā)生裂紋和變形相關問題，壓力容器受到破壞造成的影響較大，這就需要認真做好預防工作可針對常見的壓力容器破壞問題分析，待明確化工設備壓力容器破壞的具體原因后，有針對性地進行預防，以此使得壓力容器運行狀態(tài)良好，防止發(fā)生安全事故問題。

1 化工設備壓力容器相關情況淺談

當前，壓力容器在工業(yè)、軍工、化工等領域中均得到了較好的應用，作為承壓力較強的密閉容器在不同領域中應用均可發(fā)揮重要的作用，特別為化工壓力容器、石油化工壓力容器的應用效果較好，其中石油化工領域中壓力容器的應用占比為55%左右，無論化工領域還是石油化工領域，壓力容器的運用，均能發(fā)揮傳熱、傳質和反應等功效，在存儲運輸氣體及液體方面能夠在安全條件下完成轉移。不僅如此，化工設備壓力容器在工業(yè)領域、民用領域中應用前景均較好，例如，不同類型壓縮機、冷卻器，以及液體冷卻劑儲罐和油水分離器等均比較常用。因為壓力容器在化工領域中能發(fā)揮關鍵作用，因而要求工作人員實際應用壓力容器的時候考慮到其用途及具體需要，然后確定適合的壓力容器類型、參照相關標準合理應用壓力容器，從而加強對壓力容器的保護避免受到破壞。化工設備壓力容器為可裝載氣體/液體存在一定壓力的密閉設施，一般來講，壓力容器為固定式壓力容器，因該設備存儲及使用的過程存在一定危險，所以要求參照固定式壓力容器安全技術規(guī)程確定壓力容器分類情況，明確各類型壓力容器相關規(guī)定標準，涉及多方面內(nèi)容，比如，壓力容器材料、設計、制造，以及安裝和檢查相關規(guī)定，我國壓力容器需具備進口商品安全質量許可。具體分類情況：（1）參照固定式壓力容器安全技術規(guī)程分類主要有第一組介質壓力容器、第二組介質壓力容器；（2）聯(lián)系介質、壓力及容積等標準劃分包括I ～III 類壓力容器；（3）根據(jù)壓力大小分類主要包括超壓壓力容器、高壓壓力容器、中壓壓力容器、低壓壓力容器幾種；（4）結合承壓方式包含內(nèi)壓壓力容器及外壓壓力容器；（5）按工作溫度分類有低溫壓力容器、常溫壓力容器、高溫壓力容器；（6）結合工作方式劃分有鍛造壓力容器、焊接壓力容器和鑄造壓力容器。

2 化工設備壓力容器常見破壞原因分析

2.1 壓力容器蠕變破壞原因

高溫下，壓力容器長時間運行無法確保性能，嚴重情況還會發(fā)生壓力容器變形、材料韌性不足相關狀況，若是工作人員沒有及時處理，對壓力容器使用壽命還會構成嚴重威脅。

2.2 壓力容器腐蝕破壞原因

發(fā)生壓力容器腐蝕問題為腐蝕介質下壁厚降低、壓力容器內(nèi)部溫度過高所致，在應力條件下，則會發(fā)生壓力容器腐蝕開裂現(xiàn)象，這個過程為數(shù)日～數(shù)月，因此做好預防工作非常重要。

2.3 壓力容器疲勞裂紋破壞原因

壓力容器金屬表面存在柱流滑移帶，隨著時間的增加柱流滑移帶在切應力作用下逐漸形成裂紋，沒有及時妥善處理裂紋必然會不斷加大，對壓力容器會構成不良的影響。與此同時，裂紋主要順著壓力容器應力垂直方向擴展，致使壓力容器產(chǎn)生疲勞裂紋，這和壓力容器負荷持續(xù)加大局部應力提高、壓力容器不能承受應力有關，而且壓力容器設計制造時存在一定問題不能保證質量，因而引發(fā)該方面的問題。壓力容器材料為高強度低合金鋼材及超厚材料，不能確保壓力容器整體的焊接效果，易于發(fā)生焊接位置硬度不足情況，并且在外力作用下會發(fā)生斷裂。另外，壓力容器疲勞破壞問題的出現(xiàn)與溫度因素、承載力變化因素均存在緊密聯(lián)系。

2.4 壓力容器韌性破壞原因

由于壓力容器通過金屬材料所制成，金屬材料塑性變形的可能性較大如果產(chǎn)生該方面問題，必然會致使壓力容器變形位置存在細孔，在外力條件下，形成裂紋而這也是造成壓力容器破壞的主要原因。通過研究發(fā)現(xiàn)，壓力容器塑性變形會造成設備受到破壞，究其原因和壓力容器裝載氣體/液體壓強過高存在聯(lián)系，充裝過量或是實際使用壓力容器時操作不規(guī)范，均會對壓力容器質量、壓力容器使用時間構成直接影響，如此一來，無疑會加大壓力容器破壞的概率。

2.5 壓力容器脆性破壞原因

制造壓力容器時選材質量存在問題，則會出現(xiàn)壓力容器脆性破壞情況，其中壓力容器材料韌性未達到要求，在焊接過程及組裝過程操作不合理，均無法確保壓力容器的質量。實際制作壓力容器時，應滿足力學、物理學及化學等要求，合理利用冷加工技術及變形技術處理，若沒有做好上述工作并有效利用技術方法處理，易于加大壓力容器破裂的可能性。不僅如此，壓力容器內(nèi)部存在一定應力受到破壞的概率也會大大增加，壓力容器處于低溫條件下，應該密切關注壓力容器內(nèi)外部環(huán)境變化做好相應的防范措施。壓力容器脆性破壞問題發(fā)生前無明顯表現(xiàn)，局部存在細小裂紋不易于發(fā)現(xiàn)，如果壓力容器韌性下降并且處于低溫環(huán)境下破壞情況發(fā)生率較高，需引起重視。

3 化工設備壓力容器破壞的不良影響研究

（1）對設備運行狀態(tài)會造成嚴重影響?；て髽I(yè)對壓力容器運行的要求非常高，需要注意的是，壓力容器運行的環(huán)境較差，而長時間處于腐蝕環(huán)境、高溫環(huán)境、高壓環(huán)境等，無疑會受到振動因素、內(nèi)部腐蝕介質因素影響，此時，容易發(fā)生壓力容器質量方面問題，不能確保壓力容器得到正常使用。

（2）對環(huán)境污染嚴重。化工企業(yè)生產(chǎn)的過程所使用的原料、中間體和副產(chǎn)品等，均存在工業(yè)毒性和工業(yè)腐蝕性，如果泄漏至水體或是環(huán)境空氣中特別為沒有處理的化工工業(yè)物質，對環(huán)境會造成嚴重的污染影響，同時，趨于該種狀態(tài)無法維護化工企業(yè)的經(jīng)濟效益，會造成嚴重人員傷亡。

（3）存在的危險性較大?；ぎa(chǎn)品具有多方面特點，比如，高溫、高壓、毒性、易燃易爆等特點，發(fā)生壓力容器火災事故、壓力容器泄漏事故、壓力容器爆炸事故的概率均較高，因一些化工原料存在毒性及易燃性，故此易于引發(fā)化工企業(yè)內(nèi)部安全事故。

4 化工設備壓力容器破壞預防對策芻議

4.1 壓力容器蠕變破壞預防方法

參照相關標準及規(guī)定對壓力容器進行設計和制造，應選用耐高溫材料對壓力容器壁的溫度加以嚴格控制，目的為促使壓力容器于高溫條件下穩(wěn)定運行、防止出現(xiàn)塑性變形問題。另外，要求工作人員認真觀察壓力容器運行的整體狀態(tài)，避免發(fā)生設備受到破壞的現(xiàn)象。

4.2 壓力容器腐蝕破壞預防方法

通過使用緩蝕劑和確保壓力容器接頭焊接質量的方式，利于防止發(fā)生壓力容器腐蝕破壞情況，其中緩蝕劑的應用能對金屬介質加以保護，主要會對壓力容器表面覆蓋層進行保護避免出現(xiàn)設備表面正負極反應，所以建議使用緩蝕劑進行抗腐蝕工作。化工企業(yè)實行壓力容器抗腐蝕預防工作期間，需考慮企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營情況及產(chǎn)品性質，合理使用氧化膜、吸附膜及沉淀膜等，同時，可以使用氧化劑于金屬化學反應原理下使壓力容器表面金屬形成一層保護膜，以此使得壓力容器的質量得到有效保障；加強壓力容器接頭質量同樣有助于有效預防腐蝕問題的出現(xiàn)，工作人員應該考慮焊接材料的質量、厚度、價格，以及金屬材料的硬度和強度等因素綜合選擇，從而為壓力容器焊接工作提供良好的支持，滿足實際要求。

4.3 壓力容器疲勞裂紋破壞預防方法

按壓力容器使用及運行相關標準規(guī)范操作，選用存在抗疲勞性的壓力容器材料、擇優(yōu)選擇壓力容器抗疲勞性設計方案，確保壓力容器運行狀態(tài)穩(wěn)定。

4.4 壓力容器韌性破壞預防方法

工作人員對壓力容器設計的時候，需參照相關標準設計，在壓力容器外部安裝超壓泄放裝置確保內(nèi)部壓力符合要求，壓力容器壓力過高建議使用外置超壓泄放裝置壓力容器卸壓，以此使得壓力容器得到合理利用。不僅如此，相關工作人員實行壓力容器維護過程中需要聯(lián)系具體狀況，對壓力容器維護及保養(yǎng)使其運行更加穩(wěn)定安全，并且定期檢查壓力容器運行情況，然后聯(lián)系壓力容器運行數(shù)據(jù)客觀評判化工設備有無受到破壞，如果存在韌性破壞的安全隱患，應該于第一時間采用相關措施處理。

4.5 壓力容器脆性破壞預防方法

實行壓力容器生產(chǎn)的過程遵循相關標準操作，選用韌性滿足要求的材料提高壓力容器的生產(chǎn)質量，考慮到實際需要實行焊接工作、合理調整壓力容器內(nèi)部殘余應力。在實際應用壓力容器過程和壓力容器運行過程做好溫度控制工作，如果存在環(huán)境溫度過高或是過低的現(xiàn)象，立即停止壓力容器運行，主要的目的為有效防范壓力容器受到溫度變化發(fā)生脆性破裂問題。對壓力容器維護保養(yǎng)階段參照固定壓力容器安全技術規(guī)程加以全面檢查，重點對日常壓力容器運行狀態(tài)檢查，如若發(fā)現(xiàn)問題，及時處理防止引發(fā)安全事故。

4.6 其他方面壓力容器破壞預防方法

（1）確保壓力容器質量?；ぴO備壓力容器生產(chǎn)、使用期間存在一定的安全隱患，作為危險化工設備在使用的時候需確保壓力容器質量。針對此，應該構建完善的自檢流程、互檢流程，通過精細化管理和流程管理進行管理，在發(fā)現(xiàn)壓力容器問題后，及時處理形成壓力容器破壞預防意識及理念，結合壓力容器使用情況編制相應的監(jiān)測使用機制，旨在有效規(guī)避壓力容器安全事故的發(fā)生。此外，應結合監(jiān)測過程壓力容器質量問題進行針對性維護，并且合理利用現(xiàn)有資源避免資源浪費。

（2）實行系統(tǒng)監(jiān)測。工作人員需提高自身綜合素養(yǎng)、規(guī)范操作監(jiān)測系統(tǒng)，并且構建數(shù)據(jù)庫及時將壓力容器運行期間破壞形式和原因傳輸于數(shù)據(jù)庫，為自動監(jiān)測化工設備壓力容器破壞情況提供良好的支持。與此同時，工作人員需準確掌握部件損壞的具體原因、相關危險因素，例如，熱應力、高溫蠕變、壓力波動/頻繁加卸壓、長時間處于高溫環(huán)境等因素所致壓力容器破壞，此后編制相應的預防方案有針對性地進行壓力容器破壞預防。

（3）合理使用相關檢測技術。對于壓力容器破壞問題而言，應在停機狀態(tài)下對壓力容器檢測、管道檢測，其中使用數(shù)字成像檢測技術可在射線透照原理下，經(jīng)成像器件對接收信息進行處理，數(shù)字成像可以很好地使用計算機軟件對數(shù)字成像器件加以控制，獲得射線光子——數(shù)字圖像轉化的效果，然后通過顯示器清楚地觀察壓力容器裂紋問題；選用聲發(fā)射技術會在構件、材料受力形成裂紋過程中，以彈性波釋放應變并借助接收聲發(fā)射信號，對構件及材料實行無損檢測，在這個過程中，能夠對數(shù)據(jù)實行有效處理、檢驗裂紋情況，此后全面分析并識別存在風險的裂紋。

5 結語

化工設備壓力容器在應用的過程易于受到破壞，所以需明確壓力容器破壞的表現(xiàn)和具體原因，然后聯(lián)系常見的壓力容器破壞問題采用預防對策加強防范，比如，壓力容器蠕變破壞、腐蝕破壞、疲勞裂紋破壞、韌性破壞、脆性破壞等問題，進而延長壓力容器的使用時間、促使壓力容器可以正常投入使用，充分發(fā)揮出化工設備壓力容器的最大應用價值。