朱小勇
安徽省特種設(shè)備檢測(cè)院 安徽合肥 230051
當(dāng)設(shè)備或是零件由于損毀或是各種原因而不能發(fā)揮其設(shè)計(jì)的作用時(shí),就意味著該設(shè)備或是零件失效。目前,常見(jiàn)的失效模式主要有七種,包括塑性破裂、脆性破裂、疲勞損傷、腐蝕與沖蝕、氫損傷、蠕變、失穩(wěn)。而失效分析就是通過(guò)對(duì)失效機(jī)制、發(fā)生過(guò)程等進(jìn)行分析,找出失效的原因的過(guò)程,主要目的是延緩設(shè)備或零件的失效。在特定的環(huán)境中,壓力容器承受著一定的壓力,會(huì)出現(xiàn)變形、裂紋等情況。為了控制運(yùn)行成本,提升運(yùn)行穩(wěn)定性,在缺陷發(fā)生前對(duì)壓力容器可能出現(xiàn)的失效模式進(jìn)行預(yù)判,并進(jìn)行檢驗(yàn)方案的確定,是十分重要的工作。
在役壓力容器的失效通常是由于容器材料性能、受力狀況、運(yùn)行工藝、周?chē)h(huán)境的共同作用所導(dǎo)致的,而不同的因素組合有著不同的失效模式。其中,在役壓力容器的材料性能包括材料的韌性、脆性、熱穩(wěn)定性、耐腐蝕性;受力狀況包括應(yīng)力集中的有無(wú)、交變應(yīng)力的有無(wú)、邊緣應(yīng)力的有無(wú)等等,是在役壓力容器應(yīng)力狀態(tài)的確定;運(yùn)行工藝包括主要介質(zhì)的特性、氫氣的有無(wú)、與材料的匹配程度等等周?chē)h(huán)境就是在役壓力容器的外部環(huán)境,包括雨水的有無(wú)、溫度變化劇烈程度等等。筆者在進(jìn)行基于失效模式的在役壓力容器檢驗(yàn)時(shí),設(shè)計(jì)的方案流程為,通過(guò)控制受力狀況、材料性能、工藝流程以及周?chē)h(huán)境這四項(xiàng)因素,對(duì)于在役壓力容器產(chǎn)生的失效模式進(jìn)行分析,并確定出可能的缺陷類(lèi)型,最終制定出相應(yīng)的檢驗(yàn)方案。
通常情況下,在對(duì)在役壓力容器進(jìn)行檢驗(yàn)時(shí),使用的檢驗(yàn)項(xiàng)目包括VT檢驗(yàn)(宏觀檢驗(yàn))、MT檢驗(yàn)(磁粉檢驗(yàn))、PT檢驗(yàn)(液體滲透檢驗(yàn))、表面缺陷、強(qiáng)度、壁厚、氣密性等等。其中,以VT檢驗(yàn)、壁厚測(cè)定、表面無(wú)損檢驗(yàn)(MT、PT)為主。結(jié)合失效模式對(duì)于在役壓力容器可能出現(xiàn)的缺陷形式進(jìn)行分析,并確定出檢驗(yàn)方法,具體為:對(duì)于塑性斷裂、脆性斷裂、疲勞斷裂、腐蝕疲勞、應(yīng)力疲勞,使用VT、MT、PT進(jìn)行檢測(cè);對(duì)于蠕變斷裂,使用VT、光譜及金相分析進(jìn)行檢測(cè);對(duì)于沖蝕、均勻腐蝕、點(diǎn)蝕、失穩(wěn),使用VT、測(cè)厚進(jìn)行檢測(cè);對(duì)于氫損傷、晶界腐蝕,使用VT、MT、PT、測(cè)厚、金相進(jìn)行檢測(cè);對(duì)于泄露,使用VT、氣密性以及氫撿漏進(jìn)行檢測(cè)。
進(jìn)行宏觀檢查時(shí),要使用放大鏡、燈光、內(nèi)窺鏡等工具進(jìn)行,也可以使用重250克防爆銅錘對(duì)在役壓力容器壁進(jìn)行敲擊,對(duì)在役壓力容器的腐蝕、變形、裂紋、機(jī)械性損傷等進(jìn)行檢測(cè)。
在進(jìn)行宏觀檢查時(shí),要結(jié)合使用介質(zhì)、溫度等參數(shù),對(duì)重點(diǎn)位置進(jìn)行確定。這些重點(diǎn)位置主要包括:連接結(jié)構(gòu)中容易形成縫隙的死角,例如設(shè)備內(nèi)承件、脹接結(jié)構(gòu)等;易產(chǎn)生液體殘留或固體沉淀的位置,例如在役壓力容器底部及底封頭等;應(yīng)力集中的部位;局部溫差變化相對(duì)較大的位置;破損的保溫層;在役壓力容器氣液相交的位置等等。
在役壓力容器運(yùn)行的過(guò)程中,介質(zhì)會(huì)對(duì)容器內(nèi)壁造成磨損、腐蝕、沖蝕等問(wèn)題,或者當(dāng)壓力容易長(zhǎng)期閑置但沒(méi)有進(jìn)行可靠性較高的防護(hù)處理時(shí),都會(huì)導(dǎo)致在役壓力容器的內(nèi)壁腐蝕[1]。同時(shí),機(jī)械損傷也有可能造成在役壓力容器的內(nèi)部減薄。在這樣的情況下,使用超聲波測(cè)厚就能夠?qū)?nèi)部腐蝕問(wèn)題是否存在、腐蝕嚴(yán)重程度等進(jìn)行檢測(cè)。相關(guān)人員要選取合適的位置展開(kāi)超聲波測(cè)厚,例如液位長(zhǎng)期波動(dòng)的位置、表面缺陷檢查中較為可疑的位置、容易受到腐蝕磨損的位置、有機(jī)械損傷的位置等等。在使用超聲波測(cè)厚儀時(shí),要對(duì)材料、聲速、被測(cè)物體溫度等參數(shù)進(jìn)行修正與平衡。
在役壓力容器最常見(jiàn)的缺陷為裂紋,所以必須要對(duì)表面檢測(cè)進(jìn)行重點(diǎn)的控制。由于人類(lèi)肉眼的靈敏度有限,所以無(wú)法觀測(cè)到一些裂紋,利用MT、PT就能彌補(bǔ)這一問(wèn)題。由于MT檢測(cè)的靈敏度相對(duì)較高,且成本相對(duì)低廉,所以對(duì)于磁性材料要優(yōu)先使用MT的方式[2]。但是,并不是所有的材料都是磁性材料,對(duì)于非磁性材料,或者是受到空間限制無(wú)法展開(kāi)MT的零件,可以使用PT的方式進(jìn)行檢測(cè),并要控制PT劑對(duì)于在役壓力容器沒(méi)有損害。對(duì)于低溫以及有應(yīng)力腐蝕傾向的容器,要使用濕熒光磁粉進(jìn)行內(nèi)壁檢測(cè)。另外,對(duì)于在役壓力容器中的各個(gè)焊接處,都要進(jìn)行100%磁粉檢測(cè)。
利用射線(xiàn)或是超聲波,就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于在役壓力容器的埋藏缺陷檢測(cè)。為了控制檢測(cè)成本、提升卻缺陷檢測(cè)的效率,可以在埋藏缺陷檢測(cè)中優(yōu)先使用超聲波檢測(cè)的方式。對(duì)于在役壓力容器中的不銹鋼結(jié)構(gòu)、有色金屬容器焊頭等位置展開(kāi)埋藏缺陷檢測(cè)時(shí),要使用射線(xiàn)檢測(cè)的方式。對(duì)于壓力較高的厚壁容器進(jìn)行超聲波檢測(cè)后,一旦發(fā)現(xiàn)存在危險(xiǎn)性缺陷時(shí),要及時(shí)更換探頭K值進(jìn)行復(fù)檢。
對(duì)于在役壓力容器中合金鋼材質(zhì)或是材質(zhì)不明的部位,可以使用光譜分析。相關(guān)人員要對(duì)在役壓力容器的以下位置進(jìn)行金相分析,包括:工作溫度高于220℃的、運(yùn)輸臨氫介質(zhì)的低合金鋼以及碳鋼;工作溫度高于370℃的鐵素體不銹鋼以及碳素鋼;工作溫度高于430℃的 奧氏體不銹鋼以及低合金鋼;工作溫度高于450℃的鉻鉬鋼以及鉬鋼;工作介質(zhì)中包含濕H2S的、或者是能夠引起應(yīng)力腐蝕的低合金鋼以及碳鋼;使用年限即將到期或是已經(jīng)過(guò)期的在役壓力容器材質(zhì)。利用金相分析,能夠?qū)τ谙鄳?yīng)材質(zhì)的劣化進(jìn)行判斷。
綜上所述,對(duì)于在役壓力容器失效模式的檢驗(yàn)有著重要的意義,特別是在故障發(fā)生前進(jìn)行的失效檢驗(yàn),對(duì)于失效模式能夠展開(kāi)預(yù)判。針對(duì)不同的缺陷類(lèi)型,可以對(duì)檢驗(yàn)過(guò)程中使用的方法進(jìn)行確定。通過(guò)基于失效模式的在役壓力容器檢驗(yàn)方法的實(shí)行,大幅提升了在役壓力容器的缺陷檢出率,提升了在役壓力容器的運(yùn)行安全性、穩(wěn)定性。