李 進(jìn)

（寧夏特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)院吳忠分院，寧夏吳忠 751100）

0 引言

壓力容器的風(fēng)險(xiǎn)是壓力容器在使用的過程中特殊的條件所導(dǎo)致，壓力容器內(nèi)介質(zhì)性能復(fù)雜，工藝條件參數(shù)壓力、溫度、液位、載荷等多變，由于壓力容器存在材料缺陷，設(shè)計(jì)制造缺陷，在這些因素的綜合作用影響下可能會(huì)導(dǎo)致這些缺陷擴(kuò)展，最終致使壓力容器失效、發(fā)生事故，造成財(cái)產(chǎn)損失、人員傷亡。從事故處理過程中看，因設(shè)計(jì)制造缺陷導(dǎo)致的事故實(shí)例不少。

1 壓力容器設(shè)計(jì)缺陷

1.1 用戶提供的設(shè)計(jì)條件不全

用戶沒有充分提供包括操作參數(shù)，使用所在地的自然條件包括環(huán)境溫度，風(fēng)和雪載荷，抗震設(shè)防烈度以及設(shè)計(jì)需要的其他必要條件。設(shè)計(jì)人員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，參照其他類似設(shè)備設(shè)計(jì)。

1.2 對(duì)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范掌握不透徹

設(shè)計(jì)人員尤其是一些中小壓力容器制造企業(yè)的設(shè)計(jì)部門的設(shè)計(jì)人員對(duì)壓力容器標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范掌握不透徹、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)不足。對(duì)壓力容器失效的各種模式機(jī)理研究掌握不透。主要表現(xiàn)在設(shè)計(jì)壓力容器選材不當(dāng)，腐蝕防護(hù)不當(dāng)?shù)确矫?。例如，某氯堿生產(chǎn)企業(yè)的氯乙烯單體貯罐發(fā)生泄漏事故，經(jīng)查是因?yàn)檫x材不當(dāng)，腐蝕導(dǎo)致介質(zhì)泄漏。

1.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理

目前，壓力容器主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)普遍很少有問題，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷主要發(fā)生在開孔、大開孔、開孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)、結(jié)管與殼體聯(lián)接結(jié)構(gòu)、法蘭等方面。主要是設(shè)計(jì)人員對(duì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)掌握不全面導(dǎo)致的。在某制造企業(yè)的一臺(tái)塔器耐壓試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)從人孔補(bǔ)強(qiáng)圈及一接管與筒體連接部位漏水。該塔器介質(zhì)具有易燃易爆性按規(guī)范應(yīng)該設(shè)計(jì)為全焊透結(jié)構(gòu)，查設(shè)計(jì)圖紙為非全焊透，產(chǎn)品上也是非全焊透結(jié)構(gòu)，而且這些部位還有焊接缺陷。

1.4 腐蝕防護(hù)方面問題

在壓力容器設(shè)計(jì)中，介質(zhì)對(duì)材料的腐蝕，要綜合全面考慮介質(zhì)的腐蝕特性，介質(zhì)在容器中的流動(dòng)、積存，壓力容器用材料選擇、制造工藝、熱處理等各個(gè)方面。隨著改革的發(fā)展，目前壓力容器設(shè)計(jì)不需許可，一些中小壓力容器制造企業(yè)只要有相關(guān)設(shè)計(jì)人員就可進(jìn)行壓力容器設(shè)計(jì)。由于腐蝕方面的問題非常復(fù)雜，涉及到許多方面的知識(shí)，在設(shè)計(jì)過程中考慮不周，就會(huì)留下隱患。按腐蝕發(fā)生的面積大小，分為全面腐蝕和局部腐蝕。在壓力容器設(shè)計(jì)過程中，針對(duì)全面均勻腐蝕的措施是根據(jù)介質(zhì)對(duì)材料的腐蝕速率，設(shè)計(jì)使用壽命確定腐蝕裕量來(lái)控制，通常不存在問題。對(duì)于局部腐蝕，卻不好處理。因?yàn)榫植扛g機(jī)理復(fù)雜，處理起來(lái)更加困難，局部腐蝕主要有孔蝕、縫隙腐蝕、晶間腐蝕、選擇性腐蝕、電化學(xué)腐蝕、應(yīng)力腐蝕、氫致開裂、腐蝕疲勞、沖刷腐蝕等。壓力容器設(shè)計(jì)工作不只是設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊(cè)的簡(jiǎn)單疊加。一些設(shè)計(jì)人員被動(dòng)地理解設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，對(duì)這些問題處理不當(dāng)就會(huì)留下隱患。在壓力容器使用檢驗(yàn)過程中，由于局部腐蝕導(dǎo)致泄漏，發(fā)生火災(zāi)、爆炸事故的案例不少，尤其在石油化工行業(yè)問題更為突出。

2 制造缺陷

2.1 材料選擇缺陷

在壓力容器制造過程中，一些制造企業(yè)由于庫(kù)存、采購(gòu)壓力容器用材料以及工期等原因，會(huì)發(fā)生材料代用現(xiàn)象?！耙詢?yōu)代劣”“以厚代薄”現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。由于所謂“以優(yōu)代劣”問題，一種材料雖在某一方面的性能“優(yōu)于”另外一種材料，但同時(shí)有可能在其他方面“劣于”另外一種材料。在制造過程中時(shí)有材料代用現(xiàn)象，雖然有利于壓力容器制造，但不利于壓力容器的使用、修理、改造、檢驗(yàn)等后續(xù)過程。留下隱患。同樣“以厚板材代替薄板材”表面上看增加了強(qiáng)度。但實(shí)際上非常不合理。厚度增加使殼體的受力有可能從平面應(yīng)力狀態(tài)變?yōu)槠矫鎽?yīng)變狀態(tài)，更容易產(chǎn)生應(yīng)變脆性斷裂。而且以厚代薄還會(huì)使后續(xù)設(shè)計(jì)的焊接要求、無(wú)損檢測(cè)要求、熱處理等工藝發(fā)生變化。同時(shí)殼體加厚，還會(huì)增加容器的重量，有可能使容器支座、基礎(chǔ)等受力狀況惡化。

2.2 焊接質(zhì)量缺陷

對(duì)于開孔、大開孔、補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，接管與殼體連結(jié)結(jié)構(gòu)，以及只要求局部無(wú)損檢測(cè)的容器殼體，由于制造過程控制不嚴(yán)，有的不嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖紙施工，在組對(duì)、焊接過程不嚴(yán)格執(zhí)行工藝，檢查不到位，往往有焊接缺陷。在檢驗(yàn)一臺(tái)液化石油氣貯罐過程中，通過磁粉探傷，發(fā)現(xiàn)排污口接管與殼體連接部位有表面裂紋，進(jìn)一步進(jìn)行超聲波檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)有埋藏裂紋缺陷。經(jīng)與焊接人員溝通，令人非常吃驚的是，焊接人員認(rèn)為，該部位不需超聲波檢測(cè)，只要消除表面裂紋即可。可見對(duì)這些部位的重視程度不夠，失控較為嚴(yán)重。

2.3 熱處理隱患

壓力容器的熱處理主要分為成型受壓元件的恢復(fù)力學(xué)性能熱處理工藝、焊后消除應(yīng)力熱處理和改善材料力學(xué)性能熱處理。熱處理工藝方案正確與否及執(zhí)行是否到位，對(duì)壓力容器的安全運(yùn)行的影響是不言而喻的。當(dāng)前，受行業(yè)體制及經(jīng)濟(jì)效益的影響，一些熱處理尤其是大型壓力容器的熱處理通常是分包的。由于目前對(duì)熱處理分包企業(yè)無(wú)資質(zhì)許可認(rèn)定。通常是由壓力容器制造企業(yè)對(duì)熱處理企業(yè)進(jìn)行評(píng)估，監(jiān)督控制熱處理質(zhì)量。熱處理設(shè)備及儀表，操作人員是否完全要求，能否嚴(yán)格執(zhí)行熱處理工藝對(duì)熱處理結(jié)果都有很大影響。過程控制不嚴(yán)，會(huì)留下隱患。此外，對(duì)于球罐等在使用現(xiàn)場(chǎng)組焊制造的大型壓力容器的焊后熱處理，受現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件的制約，工藝執(zhí)行不盡如人意，如果監(jiān)督管理不嚴(yán)，熱處理效果難以達(dá)到設(shè)計(jì)文件的要求。對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行埋下隱患。

3 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在壓力容器中的應(yīng)用

3.1 射線檢測(cè)

射線檢測(cè)是現(xiàn)階段應(yīng)用較為廣泛的一種壓力容器的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，其工作原理是根據(jù)壓力容器的器壁對(duì)于射線的吸收強(qiáng)度不同，進(jìn)而觀察壓力容器器壁是否存在缺陷。射線檢測(cè)可完成對(duì)接焊縫的檢測(cè)，對(duì)壓力容器焊縫是否存在氣孔或夾渣等體積性缺陷具有較強(qiáng)的反應(yīng)能力，通常對(duì)于薄壁容器焊縫檢測(cè)可以通過X 射線進(jìn)行。對(duì)于壁厚大的容器焊縫檢測(cè)可以用放射性源進(jìn)行檢測(cè)。

3.2 超聲檢測(cè)

超聲檢測(cè)也是現(xiàn)階段應(yīng)用比較廣泛的一種無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，超聲檢測(cè)的工作原理是基于壓電材料在一定頻率下能夠發(fā)射超聲波，超聲波在接觸到不同材質(zhì)的物體是說返回的波長(zhǎng)是不相同的，根據(jù)接收和分析返回的波長(zhǎng)來(lái)判斷壓力容器內(nèi)部是否存在缺陷。

超聲檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)是成本低、檢測(cè)速度較快、檢測(cè)面積大；而超聲檢測(cè)也有固有的缺陷，例如超聲檢測(cè)對(duì)于細(xì)小缺陷的反應(yīng)程度較弱，一般來(lái)講只有缺陷的尺寸超過半波長(zhǎng)的缺陷才能被檢查到。此外超聲檢測(cè)的操作也有一定難度，對(duì)操作人員的技術(shù)水平同樣要求較高，這是因?yàn)槌曉诖怪睜顟B(tài)下對(duì)壓力容器內(nèi)部進(jìn)行發(fā)射，才可以接受到回波，但如果操作人員對(duì)壓力容器內(nèi)部成斜狀射入，通常會(huì)導(dǎo)致超聲波回波無(wú)法被檢測(cè)。

隨著技術(shù)進(jìn)步，超聲波檢測(cè)技術(shù)不斷改進(jìn)，目前數(shù)字超聲波檢測(cè)技術(shù)逐漸成熟，可記錄的超聲波檢測(cè)儀檢測(cè)技術(shù)與射線檢測(cè)在壓力容器檢測(cè)中取得相同的地位，尤其是衍射時(shí)差法（TOFD）超聲檢測(cè)技術(shù)的成熟應(yīng)用，在壓力容器制造檢測(cè)中已取得與射線完全相同的地位，但比射線檢測(cè)安全方便經(jīng)濟(jì)，使得現(xiàn)場(chǎng)制造的球罐等大型壓力容器檢測(cè)時(shí)間大幅度減少，方便快捷可靠。

3.3 磁粉探傷檢測(cè)

這種檢測(cè)方式主要是利用壓力容器被磁化后會(huì)攜帶一定的磁性，帶有磁性的壓力容器在通過磁粉磁化檢測(cè)后會(huì)抵消壓力容器本身所攜帶的磁性，然而如果壓力容器存在缺陷或孔洞的現(xiàn)象，缺陷部位因?yàn)闊o(wú)法被磁粉的磁化影響導(dǎo)致這部分缺陷依然存在較大的磁性，在噴灑磁粉之后，這部分磁性較強(qiáng)的缺陷會(huì)形成較大的磁力場(chǎng)，以磁粉聚集狀態(tài)的方式對(duì)內(nèi)部缺陷進(jìn)行表現(xiàn)，這一現(xiàn)象也被稱之為缺陷漏磁現(xiàn)象。

缺陷漏磁的強(qiáng)度會(huì)受到缺陷本身的大小、種類和分布狀況，通常來(lái)講壓力容器本身因?yàn)槠涮厥獾牟馁|(zhì)影響，很容易出現(xiàn)被磁化的現(xiàn)象。磁粉檢測(cè)的優(yōu)勢(shì)在于這部分磁粉在應(yīng)用完畢之后可以再次回收，也就極大的降低了在檢測(cè)過程中所造成的成本；但是磁粉檢測(cè)本身的缺陷也非常明顯，磁粉檢測(cè)只能檢測(cè)到壓力容器表面或近表面的缺陷。

3.4 滲透探傷檢測(cè)

滲透探傷檢測(cè)指的是利用毛細(xì)現(xiàn)象來(lái)檢測(cè)材料表面是否存在缺陷的一種無(wú)損檢測(cè)，滲透探傷檢測(cè)最早出現(xiàn)于20 世紀(jì)初期，被廣泛的利用與滲透能力較強(qiáng)的煤油檢查和機(jī)車零件的裂縫，在上世紀(jì)后半葉才出現(xiàn)開發(fā)出更多的應(yīng)用方式。滲透探傷包含有熒光法和著色法兩種，其中應(yīng)用較為廣泛的是熒光法，熒光法的應(yīng)用原理是將帶有熒光性物質(zhì)的滲透液敷在被檢測(cè)材料的表面，而根據(jù)毛細(xì)現(xiàn)象這部分滲透液會(huì)慢慢滲透入材料的缺陷內(nèi)部。之后將檢測(cè)部位表面的滲透液擦拭干凈，通過觀察帶有熒光性質(zhì)的滲透液，在材料內(nèi)部所反映出來(lái)的形狀、深度、大小來(lái)判斷壓力容器內(nèi)部所存在的缺陷。

滲透探傷檢測(cè)方式也有自己的優(yōu)劣勢(shì)。其中滲透探傷的操作非常簡(jiǎn)單，并且在操作的過程中不需要復(fù)雜的設(shè)備對(duì)這一操作過程進(jìn)行輔助處理，帶有熒光性質(zhì)的滲透液價(jià)格也相對(duì)低廉，整個(gè)過程所產(chǎn)生的結(jié)果非常明顯，可以說滲透檢測(cè)是現(xiàn)有技術(shù)中檢測(cè)最為靈敏的一種方式，滲透探傷檢測(cè)可以觀察到寬度＜1 μm的缺陷。滲透探傷檢測(cè)因?yàn)檫@個(gè)過程中不會(huì)受到被檢測(cè)材料的材質(zhì)影響，因而被廣泛的應(yīng)用于黑色和有色金屬鍛件、鑄件、焊接件等表面，滲透探傷檢測(cè)所反映的問題也非常多，例如裂紋、氣孔等都可以被反映出來(lái)；但是如果被檢測(cè)材料表面或內(nèi)部具有較多的孔洞，則滲透探傷檢測(cè)的方式無(wú)法被使用。

4 結(jié)束語(yǔ)

介紹目前壓力容器常用的幾種無(wú)損檢測(cè)方法，嚴(yán)格的說是無(wú)損探傷，這些方法的主要作用就是在不損傷壓力容器金屬材料的前提下，檢測(cè)出容器表面、容器焊縫內(nèi)部的缺陷以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。但是，隨著技術(shù)進(jìn)步，無(wú)損檢測(cè)不僅是檢測(cè)容器內(nèi)外部缺陷。現(xiàn)在已可以測(cè)定壓力容器元件的成分（手持光譜檢測(cè)儀），容器元件的組織結(jié)構(gòu)、晶粒度，金相組織（便攜式金相儀），硬度（便攜式硬度測(cè)試儀）、殘余應(yīng)力，元件內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)的測(cè)定（X 射線衍射測(cè)定，聲發(fā)射儀測(cè)定），隨著這些技術(shù)的成熟應(yīng)用，以及從設(shè)計(jì)制造環(huán)節(jié)盡可能做到本質(zhì)安全，將極大減少壓力容器事故發(fā)生的概率。