柳麗萍(浙江省特種設(shè)備檢測(cè)研究院，浙江杭州310020)

基于失效模式的在役壓力容器檢驗(yàn)

柳麗萍(浙江省特種設(shè)備檢測(cè)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(xué)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(huì)對(duì)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(yán)重將會(huì)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(yàn)工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題所在，就成為一個(gè)關(guān)鍵問題。本文針對(duì)壓力容器的失效模式進(jìn)行分析，并且在此基礎(chǔ)上提出科學(xué)的檢測(cè)方法和方案。

壓力容器；失效模式；檢驗(yàn)方案；探討

目前工業(yè)發(fā)展的相關(guān)學(xué)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(yàn)人員需要運(yùn)用新的方法。但是，在對(duì)壓力容器進(jìn)行失效模式分析的過程中，受到溫度、壓力以及經(jīng)濟(jì)條件的制約，可能也會(huì)存在著一定的影響因素。這就要求檢驗(yàn)人員針對(duì)當(dāng)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(gè)在役壓力容器運(yùn)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(jìn)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(shí)，當(dāng)達(dá)到屈服狀態(tài)后，一般會(huì)經(jīng)歷開裂、裂紋擴(kuò)展階段；3、快開門式壓力容器疲勞破裂，一般因?yàn)檩d荷反復(fù)且局部應(yīng)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(duì)運(yùn)動(dòng)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(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞和氫致開裂等的占比超過50%，則較為嚴(yán)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(yàn)人員需要采取不同的方法進(jìn)行檢驗(yàn)，這就對(duì)研究人員的工作提出了更加嚴(yán)格的要求。

2 失效模式在役壓力容器檢驗(yàn)

2.1 檢驗(yàn)方案的設(shè)定

檢驗(yàn)方案的設(shè)定根據(jù)圖1中所描述內(nèi)容，首先需要一定的檢驗(yàn)依據(jù)然后分析受檢對(duì)象壓力容器的基本信息，檢驗(yàn)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(jī)理、根據(jù)失效模式得出檢驗(yàn)的項(xiàng)目和無損檢測(cè)方法的選擇、最后處理檢驗(yàn)結(jié)果得到結(jié)論。

圖1 檢驗(yàn)方案的設(shè)定

由于壓力容器承擔(dān)的負(fù)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(hù)。作為主要的預(yù)防事故的方法，年度檢查其主要的檢驗(yàn)范圍是對(duì)外部的整體檢驗(yàn)。當(dāng)容器處于停運(yùn)狀態(tài)時(shí)，檢修人員進(jìn)入到內(nèi)部進(jìn)行全面檢查。在實(shí)際的檢驗(yàn)中，檢驗(yàn)員需要做的檢驗(yàn)項(xiàng)目比較多，有隔熱層檢驗(yàn)、宏觀檢驗(yàn)以及氣密性檢驗(yàn)和材料的強(qiáng)度檢驗(yàn)。根據(jù)檢驗(yàn)方面的不同，檢驗(yàn)方法也會(huì)有所區(qū)別。容器壁厚的測(cè)定、宏觀的檢驗(yàn)、以及容器表面的檢驗(yàn)等等。為了得到更加精確地結(jié)果，檢驗(yàn)員可以采用無損檢驗(yàn)。超聲或者是射線的檢測(cè)。檢測(cè)人員需要首先明確外部的作業(yè)環(huán)境，以科學(xué)的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，才能更好地檢測(cè)。

2.2 在役壓力容器檢驗(yàn)

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(shè)計(jì)，是否滿足抗腐蝕性能需要，以及強(qiáng)度、韌性、抗高低溫是否達(dá)標(biāo)。核查使用過程中介質(zhì)組成和雜質(zhì)分析，判斷應(yīng)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(yùn)行記錄、啟動(dòng)與停機(jī)記錄、操作條件變化等情況，判斷是否有過量充裝、化學(xué)爆炸及超壓失穩(wěn)等事故隱患。

宏觀檢查作為檢驗(yàn)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(jìn)行觀察，為了查處危害性相對(duì)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(jìn)行聲音檢查，運(yùn)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(duì)有可能產(chǎn)生的危害性缺陷進(jìn)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(shè)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(yīng)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(cè)厚

有些壓力容器沒有安全可靠地防護(hù)而且長期不使用，在受到機(jī)械撞擊時(shí)，壓力容器壁會(huì)嚴(yán)重減薄，可能因?yàn)槿萜鞅诘拈L時(shí)間的腐蝕、磨損、沖蝕。這時(shí)就需要超聲波檢測(cè)對(duì)其內(nèi)壁進(jìn)行測(cè)厚。在檢驗(yàn)過程中，檢測(cè)部位應(yīng)當(dāng)選擇液位經(jīng)常波動(dòng)的地方。在使用超聲波測(cè)厚儀時(shí)，使用不同材料的聲速修正和被測(cè)工件溫度的影響。得到的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)后，進(jìn)行與原始壁厚的對(duì)比，并且多測(cè)量得出準(zhǔn)確數(shù)值。

3 結(jié)語

如果在壓力容器發(fā)生失效之前就對(duì)在役壓力容器進(jìn)行有效的預(yù)判，就可以針對(duì)所存在的缺陷類型進(jìn)行分析，預(yù)判出相應(yīng)的檢驗(yàn)方法，制定出相對(duì)應(yīng)的檢驗(yàn)方案，只有這樣才能大幅提高缺陷的檢出率，保證設(shè)備的安全運(yùn)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(yàn)方案和檢測(cè)方法，旨在解決目前壓力容器檢驗(yàn)過程中所遇到的問題。

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