張毅

（克拉瑪依市特種設(shè)備安全檢驗所，新疆 克拉瑪依 834000）

基于失效模式的在用壓力容器檢驗分析

張毅

（克拉瑪依市特種設(shè)備安全檢驗所，新疆 克拉瑪依 834000）

失效分析是一門專業(yè)的技術(shù)，其在在用壓力容器檢驗中的應(yīng)用可及時發(fā)現(xiàn)壓力容器存在的缺陷，從而防止了安全事故的發(fā)生并延長了壓力容器的使用壽命。本文首先介紹壓力容器失效模式的分類，然后進一步分析基于失效模式的在用壓力容器檢驗。

在用壓力容器；檢驗；失效模式

在制造工藝、環(huán)境條件等因素的影響下，在用壓力容器將不可避免地出現(xiàn)磨損、斷裂、變形、腐蝕和泄漏等失效現(xiàn)象，而通過分析這些失效現(xiàn)象，可為在用壓力容器的檢驗提供可靠依據(jù)。據(jù)此，本文淺析一種基于失效模式的在用壓力容器檢驗方案。

1 失效模式

對于在用壓力容器，其失效模式一般可分為磨損、斷裂、變形、腐蝕和泄漏失效等，具體表現(xiàn)如下：一是塑性破裂，其發(fā)生于塑性變形后，即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；二是脆性破裂，其發(fā)生于容器壁應(yīng)力比材料強度極限或屈服強度低的條件下，且一般會經(jīng)歷開裂、裂紋擴展階段，而造成脆性破裂的原因是材料的韌性低；三是疲勞破裂，其發(fā)生的條件包括局部應(yīng)力較高、載荷反復(fù)，其中快開門式壓力容器的疲勞破裂率尤其高；四是腐蝕與沖蝕，其中腐蝕包括大氣、冷卻水、電化學(xué)、微生物、CO2、土壤及堿腐蝕等，而沖蝕是一種固、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，注意在壓力容器腐蝕失效中，應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞和氫致開裂等的占比超過50%，則應(yīng)將其視作重點的防腐對象；五是氫損傷，其作為應(yīng)力腐蝕的一種形式，包括氫誘導(dǎo)裂紋、氫鼓包、氫腐蝕和氫脆，其中氫脆又包括氫致滯后開裂和氫致塑性損失；六是蠕變，其是材料在載荷和高溫條件下發(fā)生的塑性變形現(xiàn)象，其中溫度條件尤為關(guān)鍵，一般要求達到材料熔點的25%～35%，如一般碳鋼超過300℃合金鋼超過400℃才有蠕變行為。

綜上，壓力容器失效的表現(xiàn)形式多樣，且成因和影響范圍更有不同，對其的分析可為在用壓力容器的檢驗提供可靠依據(jù)。

2 基于失效模式的在用壓力容器檢驗

圖1所示為基于失效模式的在用壓力容器檢驗方案框圖。

圖1 基于失效模式的在用壓力容器檢驗方案框圖

結(jié)合圖1，基于失效模式的在用壓力容器檢驗主要包括如下內(nèi)容。

2.1 資料審查

在資料審查中，其審查內(nèi)容包括：一是核查材質(zhì)，以判斷其與工作介質(zhì)、設(shè)計溫度、設(shè)計壓力等工藝流程要求及抗腐蝕、抗高低溫、韌性、強度等性能要求相符與否；二是核查介質(zhì)，即通過分析介質(zhì)分組與雜質(zhì)來判斷其發(fā)生應(yīng)力腐蝕的概率；三是結(jié)合壓力容器的操作溫度和載荷變化來判斷其發(fā)生低溫脆斷、蠕變和腐蝕疲勞的概率；四是審查壓力容器的操作條件變化、啟停及運行記錄等，以判斷其是否存在超壓失穩(wěn)、化學(xué)爆炸和過量充裝等隱患。

2.2 宏觀檢驗

宏觀檢驗是一種肉眼觀察法，其中會用到內(nèi)窺鏡、放大鏡或燈光，包括先用木錘或250g重的銅錘來輕敲壓力容器器壁，再通過音響檢查、目視檢查來判斷壓力容器存在機械損傷、鼓包、變形、凹陷、腐蝕和裂紋等危害性缺陷與否。在實際應(yīng)用中，一般可先按溫度和介質(zhì)情況來重點檢查壓力容器的危害性缺陷，再據(jù)此確定壓力容器的重點檢驗點，如容器底部及其封頭等易發(fā)生固體沉積或液體滯留等問題；容器內(nèi)支承及脹接結(jié)構(gòu)等易在連接結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)縫隙死角；開孔、T型焊結(jié)構(gòu)及焊接交叉等易出現(xiàn)應(yīng)力集中；熱水塔底及熱交換器為壓力容器的液相、氣相交界處；容器內(nèi)局部過熱點的溫差變化較大；檢查不銹鋼襯及焊堆是否存有腐蝕產(chǎn)物等。

表1 金相分析的適用范圍

2.3 超聲波測厚

超聲波測厚是一種檢測壓力容器內(nèi)壁腐蝕的手段，其測量部位一般選在液位頻繁波動處、機械損傷處、表面缺陷檢查可疑處及易受沖蝕、磨損、腐蝕的部位等。在這一檢測過程中，超聲測厚儀的使用需注意對待測工件溫度進行控制及對材料聲速進行修正。超聲波測厚一般應(yīng)與上一次測厚結(jié)果、原始壁厚進行比較。

2.4 表面缺陷檢測

裂紋是壓力容器中危險性最大的缺陷。但肉眼的靈敏度有限，因此在壓力容器表面檢測中，建議采用滲透檢測法和磁粉檢測法。其中，磁粉檢測法具有成本低、效率高和靈敏度高等優(yōu)點，則在低合金鋼、碳鋼等鐵磁性材質(zhì)的表面和近表面缺陷檢測時，優(yōu)先選磁粉檢測法；在空間有限或有色金屬、不銹鋼等非鐵磁性材質(zhì)的表面開口缺陷檢測中，優(yōu)先選滲透檢測，注意所選滲透劑不得損壞壓力容器的本體材質(zhì)。此外，若無法在壓力容器內(nèi)壁開展表面檢測及其設(shè)有隔熱耐磨襯，且存在應(yīng)力腐蝕傾向，建議從外壁來檢測內(nèi)壁是否存在應(yīng)力腐蝕裂紋，其中會用到超聲波檢測法，注意對于低溫或存在應(yīng)力腐蝕傾向的壓力容器，建議選用濕熒光磁粉來檢測其內(nèi)壁。在壓力容器表面檢測中，除了對熱影響區(qū)和焊縫進行檢測外，還應(yīng)對焊跡、焊疤和工卡具進行檢測。

2.5 埋藏缺陷檢測

埋藏缺陷檢測的常用方法包括超聲檢測、射線檢測，但在實際應(yīng)用中，需注意以下幾個方面：一是優(yōu)選超聲波檢測法，因為其在降低成本、提高效率和危險缺陷檢測率上的作用更為明顯；二是在有色金屬、不銹鋼制壓力容器焊接接頭的無損檢測中，優(yōu)選射線檢測；三是對于高壓的厚壁壓力容器，一旦超聲波檢測出危險性缺陷，則需更換不同K值的探頭及對其進行復(fù)驗。

2.6 光譜與金相分析

光譜與金相分析的適用對象有所差異，其中光譜分析適用于合金鋼或材質(zhì)不明的壓力容器中，而金相分析的適用范圍如表1所示。

2.7 其他

在在用壓力容器檢測中，超聲檢測中相控陣技術(shù)、TOFD技術(shù)、導(dǎo)波技術(shù)、紅外、聲發(fā)射等也具有一定的應(yīng)用價值。其中，對裂紋類面狀缺陷檢測方面，TOFD技術(shù)具有較高的敏感度，且可將焊接接頭內(nèi)的缺陷以圖像形式進行顯示和存儲，因此TOFD技術(shù)適用于大厚壁壓力容器中；聲發(fā)射檢測技術(shù)可測出壓力容器缺陷在受載荷條件下的活動性，常用于定期檢驗在用大型儲罐和球罐，即按缺陷活動性信號來給出壓力容器的返修要求，從而縮短了停產(chǎn)檢驗的時間。

3 結(jié)語

綜上所述，在用壓力容器的失效模式包括磨損、腐蝕、斷裂、泄漏、失穩(wěn)和材質(zhì)惡化等，通過對這些失效模式進行分析，可判定壓力容器存在的缺陷。為在用壓力容器的檢驗提供可靠依據(jù)。但在在用壓力容器檢驗中，需針對每一種缺陷的具體情況選擇最佳的檢驗方法，具體如下：塑性斷裂、脆性斷裂、疲勞斷裂、腐蝕疲勞和應(yīng)力腐蝕采用宏觀檢驗、滲透檢測或磁粉檢測法；蠕變斷裂采用宏觀檢驗和金相分析法，并在必要時采用光譜分析法，以判斷材質(zhì)的使用情況；沖蝕和失穩(wěn)等采用宏觀檢驗法和超聲波測厚；晶界腐蝕和氫損傷采用宏觀檢驗、滲透檢測或磁粉檢測和金相分析法；泄漏通過宏觀檢驗來確定其氣密性?？傊谑Ｊ降脑谟脡毫θ萜鳈z驗是一項復(fù)雜的工作，但其在保證壓力容器的使用安全上具有重要作用，因此應(yīng)重視對其的研究。

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