郭一欣 鋒 蔣紹英 杜泉

摘 要：隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，壓力容器越來越多地出現(xiàn)在化工石油以及能源等工業(yè)領(lǐng)域，推動了工業(yè)的發(fā)展，同時也是一種極易發(fā)生重大事故的特殊設(shè)備。所以開展壓力容器的安全評價非常必要。本文對壓力容器的安全評價的必要性、安全評價方法進行介紹，并分析了壓力容器缺陷與失效方面的問題。

關(guān)鍵詞：壓力容器；安全評價；必要性；失效分析；缺陷

一、壓力容器安全評價的必要性

隨著科技與社會經(jīng)濟的進步，各種先進設(shè)備在我們的生活中發(fā)揮著重要作用，與此同時這些設(shè)備也易發(fā)生事故，對我們的生活造成威脅。壓力容器就是其中的一種，而且多用于石油化工行業(yè)，所以一般由壓力容器引發(fā)的事故帶來的災(zāi)害比較嚴重，因為壓力容器事故引發(fā)的二次事故難以遏制。[1]

壓力容器的工作條件惡劣，容易發(fā)生事故。壓力容器的工作介質(zhì)常常具有較強的腐蝕性、氧化性；壓力容器通常需要開孔或有其他結(jié)構(gòu)，容易產(chǎn)生復(fù)雜的局部應(yīng)力，可能導(dǎo)致承壓部件破裂；壓力容器的壓力可能由于操作失誤超出其承受范圍；壓力容器多采用鋼制焊接結(jié)構(gòu)，在焊縫部位常出現(xiàn)漏檢或標(biāo)準(zhǔn)允許缺陷，在使用過程中，壓力容器不便停用檢查，常因缺陷擴展導(dǎo)致破裂。[2]所以壓力容器的安全評價應(yīng)引起人們的重視。

二、壓力容器安全評價方面的法律、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)體系

目前，世界各國都結(jié)合本國實際情況和管理要求，制訂了適合本國國情的法律、法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)體系。我國結(jié)合我國國情制訂了從法律（《中華人民共和國特種設(shè)備安全法（草案）》）、法規(guī)、規(guī)章（管理規(guī)定、辦法）、綜合技術(shù)法規(guī)至技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的完整體系，并不斷的改進、完善。[3]我國先后制訂了《特種設(shè)備安全檢查條例》、《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》、GB150-1998《鋼制壓力容器》、GB151-1999《管殼式換熱器》等法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。[4]其中，《煉油廠腐蝕在線監(jiān)測管理系統(tǒng)》已經(jīng)在我國多數(shù)石油化工企業(yè)進行廣泛使用。[5]

三、評價目的與意義

壓力容器廣泛用于電力、機械、石油化工、冶金、輕工、采礦以及核電等，滲透在工業(yè)和社會生活的各個領(lǐng)域，但是由于其承壓大小、局部應(yīng)力、惡劣的工作環(huán)境以及接觸腐蝕性介質(zhì)等因素的共同作用，壓力容器易發(fā)生事故，且事故造成的后果不僅是設(shè)備報廢，嚴重地危及工作人員與工廠，甚至對周圍環(huán)境產(chǎn)生惡劣的影響。通過對壓力容器的安全評價，可降低事故發(fā)生的概率，減少損失，提高設(shè)備的安全可靠性與企業(yè)的經(jīng)濟效益。[6]

四、評價方法

世界各國陸續(xù)開展了含缺陷結(jié)構(gòu)完整性評定方法的研究。目前，國內(nèi)外科學(xué)家對各種金屬在腐蝕環(huán)境下的斷裂失效進行了多方面的研究，取得了豐碩的成果。我國在1984年出臺了我國的壓力容器缺陷評定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（CVDA-1984）。該標(biāo)準(zhǔn)歸納總結(jié)了國內(nèi)外研究比較完善的方法理論。[7]由線彈性斷裂力學(xué)發(fā)展到今天的彈塑性斷裂力學(xué)已日益完善，其中J積分理論顯示出最有發(fā)展前途。我國在1995年頒布了以J積分為基礎(chǔ)的《在役含缺陷壓力容器安全評定規(guī)程》（SAPV-1995），SAPV-1995既有CVDA-1984的優(yōu)點，又對平面缺陷有了進一步準(zhǔn)確的評定。結(jié)合CVDA-1984 與SAPV-1995的優(yōu)點，我國在2004年正式發(fā)布了GB/T19624-2004《在用含缺陷壓力容器安全評定》。[8]

五、缺陷分析

目前，我國石化企業(yè)里面的壓力容器普遍存在超期服役的現(xiàn)象，均勻腐蝕與局部腐蝕的比例偏高，凹坑與局部偏薄較多，主要失效形式由塑性極限荷載控制的。凹坑和局部偏薄不易發(fā)生改變，是死缺陷，但是容易被檢測到，危害較小。在使用中產(chǎn)生的凹坑不易控制，而且由于容器內(nèi)介質(zhì)一般具有腐蝕性以及介質(zhì)的沖刷，凹坑和局部偏薄不易檢測與控制，是活缺陷，需要定期檢測。[7]

檢查到壓力容器存在缺陷后，應(yīng)對壓力容器進行常規(guī)力學(xué)性能參數(shù)和韌性參數(shù)進行實驗測量，建立材料性能參數(shù)數(shù)據(jù)庫；對在役壓力容器進行有限元分析，測定其應(yīng)力分布狀態(tài)；運用無損探傷技術(shù)確定缺陷的位置、大小以及類型；依據(jù)BS7910標(biāo)準(zhǔn)，運用VB編制缺陷評定專家系統(tǒng)，并將之前得到的數(shù)據(jù)和參數(shù)嵌在專家系統(tǒng)里。隨著數(shù)據(jù)庫的不斷完善，其適用范圍也不斷夸大。[9]對于具有缺陷的壓力容器進行立即停機返修或報廢的措施，但是返修會降低材料的性能，需再次進行評價。

六、失效分析

失效是指設(shè)備零件損壞或其他結(jié)構(gòu)破壞而不能發(fā)揮其設(shè)計功能。如斷裂、表面破壞、塑性變形、均勻或局部腐蝕等。失效形式根據(jù)材料發(fā)生變化的物理化學(xué)過程可分為變形失效、斷裂失效、腐蝕失效、磨損失效以及泄露失效等。[10]壓力容器的失效分析內(nèi)容一般包括失效診斷、失效預(yù)測以及失效預(yù)防。失效預(yù)防預(yù)測是事故發(fā)生前進行的，失效診斷是事故發(fā)生后進行的。失效診斷是壓力容器安全評價的核心內(nèi)容。[6]在失效診斷前需保護失效現(xiàn)場并調(diào)查失效現(xiàn)場，然后對收集到的資料進行分析診斷。

七、結(jié)語與展望

壓力容器是具有泄露和爆炸的承壓設(shè)備，同時也廣泛運用于工業(yè)生產(chǎn)和社會生活各個領(lǐng)域。一旦發(fā)生事故，直接影響設(shè)備的安全運行與工作人員的生命安全，其帶來的直接損失和間接損失不可估量。壓力容器的安全評價，尤其是在役壓力容器的安全評價尤為困難。 但是我國經(jīng)濟迅速發(fā)展，需要我們迫切完成此項任務(wù)。由于壓力容器在工業(yè)生產(chǎn)中的重要地位，對其研究將逐步加深，隨著數(shù)學(xué)、斷裂力學(xué)、計算機的發(fā)展，壓力容器的安全評價將逐漸智能化。[11]為了滿足人們對科學(xué)發(fā)展的需要，在壓力容器安全評價方面還需要引入更多先進的科學(xué)技術(shù)，這對壓力容器的發(fā)展具有重要意義。

參考文獻

[1]孫立哲.簡析鍋爐壓力容器安全評價研究 能源與節(jié)能 2013年5月）

[2]謝世波，覃雄，壓力容器失效分析，民營科技，2011年第一期

[3]陳學(xué)東，崔軍，章小滸，關(guān)衛(wèi)和，壽比南，謝鐵軍 我國壓力容器設(shè)計、制造和維護十年回顧與展望 壓力容器 第29卷第12期

[4]豆懷鵬，高曉云 壓力容器的安全技術(shù)管理 當(dāng)代化工 2013年3月 第42卷第3期

[5]孫立國，壓力容器與壓力管道的安全管理措施 化工管理 2015年3月

[6]張光翔 壓力容器失效分析與安全評定技術(shù)現(xiàn)狀與展望 工作探討 2008年2月 第9期

（作者單位：1.武漢科技大學(xué)理學(xué)院，2.武漢科技大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院）