張磊，師文靜，曹仲武

(國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)西部管道公司塔里木輸油氣分公司，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

0 引言

壓力容器屬于特種裝備，廣泛應(yīng)用于石化領(lǐng)域。壓力容器工作壓力高，且部分容器裝載的介質(zhì)是?；?，壓力容器的安全問(wèn)題必須引起重視。壓力容器的定檢是確保設(shè)備安全運(yùn)行的保障[1-3]。

在我國(guó)，與壓力容器檢驗(yàn)相關(guān)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)主要包括《中華人民共和國(guó)特種設(shè)備安全法》《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》(簡(jiǎn)稱《容規(guī)》)《鋼制壓力容器》等。《容規(guī)》中對(duì)壓力容器的安全等級(jí)進(jìn)行了分級(jí)，不同等級(jí)對(duì)應(yīng)不同定期檢驗(yàn)周期。在定期檢驗(yàn)中，需要對(duì)設(shè)備的技術(shù)參數(shù)、表觀、安全附件、注冊(cè)信息等內(nèi)容進(jìn)行審查[4]。設(shè)備缺陷的檢測(cè)技術(shù)手段也不斷增強(qiáng)[5-7]。腐蝕是一種常見(jiàn)的設(shè)備缺陷[8]，主要表現(xiàn)是設(shè)備壁厚減薄，壁面減薄的速率越快，說(shuō)明腐蝕越強(qiáng)。盡管法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)對(duì)容器的分級(jí)和檢驗(yàn)有詳細(xì)的規(guī)定，但仍需結(jié)合設(shè)備的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。本文從實(shí)際的壓力容器檢驗(yàn)出發(fā)，對(duì)設(shè)備腐蝕進(jìn)行了分析，并對(duì)設(shè)備的定期檢驗(yàn)提出了建議。

1 容器壁面腐蝕的檢測(cè)

1.1 容器介紹

檢測(cè)的容器為在用的儲(chǔ)氣罐，儲(chǔ)存介質(zhì)為空氣，設(shè)計(jì)壓力1.45 MPa，設(shè)計(jì)溫度150 ℃，設(shè)計(jì)壽命為15年。設(shè)備于2013年投入使用，按照《容規(guī)》的要求，設(shè)備安全等級(jí)為2級(jí)，規(guī)定的定期檢驗(yàn)周期為6年。安全等級(jí)為3級(jí)的容器定期檢驗(yàn)周期為3～6年。為了確保設(shè)備安全，設(shè)備使用公司每3年對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢驗(yàn)，小于規(guī)定的定檢周期。當(dāng)前，設(shè)備已使用9年，共完成了3次定檢。在前兩次定檢中，設(shè)備安全等級(jí)均評(píng)定為2級(jí)，但在第3次定檢中發(fā)現(xiàn)腐蝕速率超過(guò)了規(guī)定要求。

1.2 壁厚測(cè)量方法

工程上要求壁厚每年的變化量不大于0.25 mm/a，計(jì)算方法為(測(cè)量值-名義厚度)/檢驗(yàn)周期，壁厚的測(cè)量取多點(diǎn)測(cè)量的均值。儲(chǔ)氣罐的壁厚測(cè)點(diǎn)分為三個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域分別取多點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。三個(gè)區(qū)域分別為頂部、罐身和底部。在測(cè)量點(diǎn)的選擇上，既要保證所選的測(cè)量點(diǎn)具有代表性，還要有足夠的測(cè)量點(diǎn)，使測(cè)量值能盡可能反映當(dāng)前儲(chǔ)氣罐真實(shí)的壁厚。測(cè)量點(diǎn)的選擇遵循如下原則：(1)液位經(jīng)常波動(dòng)的部位；(2)易腐蝕或沖蝕的部位；(3)制造成型中壁厚減薄部位和使用中發(fā)生變形的位置；(4)外觀檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)的可疑部位。頂部和底部分別取6個(gè)測(cè)量點(diǎn)，罐身取12個(gè)測(cè)量點(diǎn)，共計(jì)24個(gè)測(cè)量點(diǎn)，如圖1所示。

圖1 壁厚測(cè)量點(diǎn)示意圖

1.3 測(cè)量結(jié)果

每個(gè)部位的壁厚值取所在部位所有測(cè)量點(diǎn)的平均值，如表1所示。測(cè)量數(shù)據(jù)顯示，不同部位的腐蝕速率不同。其中，頂部和罐身的腐蝕速率較快，分別為0.26 mm/a和0.25 mm/a，底部的腐蝕速率為0.16 mm/a。按照規(guī)定，當(dāng)腐蝕速率大于0.25 mm/a時(shí)，需要縮短檢驗(yàn)時(shí)間。該儲(chǔ)氣罐在上一次定檢時(shí)的安全等級(jí)為2級(jí)，定檢周期是6年。但在三年后的檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，該儲(chǔ)氣罐的頂部和罐身的腐蝕速度已經(jīng)達(dá)到或超過(guò)規(guī)定要求。顯然，如果按照原有的定檢周期對(duì)儲(chǔ)氣罐進(jìn)行檢驗(yàn)無(wú)法保證儲(chǔ)氣罐的安全運(yùn)行。

表1 壁厚平均測(cè)量值

2 大氣腐蝕的分析

2.1 大氣腐蝕的分類(lèi)

在工作狀態(tài)下，儲(chǔ)氣罐長(zhǎng)期暴露在環(huán)境中，大氣腐蝕是不可避免的。大氣腐蝕主要可以分為三類(lèi)。

2.1.1 潮濕的大氣腐蝕

大氣中含有一定的水分，以水汽的形式存在。當(dāng)大氣中的水汽濃度到達(dá)容器外壁金屬材料的臨界濕度時(shí)，水汽會(huì)在金屬表面形成一層很薄的水膜，在這層水膜的作用下，金屬逐漸被腐蝕。鐵的臨界濕度約為65%，銅的臨界濕度接近100%。如果大氣中含有CO2、H2S和SO2等污染物，這些污染物會(huì)溶解在水膜中，加速設(shè)備表層金屬的腐蝕。

2.1.2 干燥的大氣腐蝕

這種大氣腐蝕，通常是指大氣中含水量較低，大氣非常干燥，不會(huì)在容器的表面形成水膜。這種大氣腐蝕通常是金屬在大氣中氧化的結(jié)果，會(huì)在金屬表面形成一種氧化膜。而且這種大氣腐蝕的特點(diǎn)是作用緩慢，危害性低。

2.1.3 可見(jiàn)液膜條件下大氣腐蝕

在一些特殊地區(qū)，如海上或臨海、雨量充沛且無(wú)防潮措施的地區(qū)，大氣的相對(duì)濕度達(dá)到100%。在這種工作條件下，在容器的表面會(huì)形成肉眼可見(jiàn)的水膜，或儲(chǔ)氣罐表面已經(jīng)有液滴聚集。在這種情況下，容器外層的金屬極易發(fā)生腐蝕，且長(zhǎng)期暴露在這種潮濕的環(huán)境下，腐蝕速率也會(huì)加快，需要對(duì)設(shè)備的表層進(jìn)行防腐處理。

2.2 大氣腐蝕的影響因素

2.2.1 水的影響

在大氣環(huán)境下，水是引發(fā)金屬腐蝕的主要媒介，也是主要影響因素。一般情況下，濕度越大，腐蝕性越強(qiáng)。在腐蝕過(guò)程中，水作為一種電解質(zhì)，能離解為H+或OH-離子，使與其接觸的金屬發(fā)生腐蝕。

2.2.2 海洋大氣影響

在海洋或臨海環(huán)境下，受海洋大氣的影響，大氣中含有一定的鹽分，鹽分的成分主要是NaCl，其中的Cl-離子具有很強(qiáng)的腐蝕性。設(shè)備暴露在這種大氣環(huán)境下，會(huì)加速金屬的腐蝕。

2.2.3 污染物的影響

在石油、天然氣等化工領(lǐng)域，工業(yè)園區(qū)排放的廢氣中很可能含有CO2、H2S和SO2等污染物，特別是硫化物會(huì)對(duì)金屬造成較嚴(yán)重的腐蝕。此外，在石化生產(chǎn)的大氣環(huán)境中，可能含有大量的氯氣、氨氣等有害物質(zhì)，這些物質(zhì)會(huì)溶于水汽中，加速容器金屬的腐蝕。設(shè)備的腐蝕也會(huì)隨著這些污染物含量的上升而增加，幾種物質(zhì)的協(xié)同效應(yīng)也會(huì)加速金屬的腐蝕。

2.3 被檢儲(chǔ)氣罐的大氣腐蝕分析

檢測(cè)的儲(chǔ)氣罐在使用過(guò)程中長(zhǎng)期暴露在大氣環(huán)境下，所在地區(qū)環(huán)境較為干燥，容器表面的腐蝕屬于干燥的大氣腐蝕。但近年來(lái)，儲(chǔ)氣罐所在地區(qū)的雨量更充沛，導(dǎo)致在部分時(shí)間段內(nèi)大氣相對(duì)濕度較大。在設(shè)備日常維護(hù)中，忽略了儲(chǔ)氣罐表面的干燥處理，導(dǎo)致儲(chǔ)氣罐長(zhǎng)期處于潮濕的環(huán)境中。且在儲(chǔ)氣罐的工作環(huán)境下，存在工業(yè)廢氣排放，極有可能加速儲(chǔ)氣罐表面的腐蝕速率。在第3次定檢中，儲(chǔ)氣罐的宏觀檢查并未出現(xiàn)顯著的缺陷，只在壁厚檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)腐蝕速率超過(guò)規(guī)定要求。由此可見(jiàn)，腐蝕具有一定的隱蔽性，不易察覺(jué)，且僅通過(guò)表觀很難判斷腐蝕情況。

3 壓力容器定檢的建議

在對(duì)儲(chǔ)氣罐進(jìn)行安全評(píng)級(jí)時(shí)，主要依據(jù)《容規(guī)》。安全等級(jí)2級(jí)和3級(jí)的評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)歸納如表2所示。由表2可見(jiàn)，安全等級(jí)2級(jí)和3級(jí)的評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)存在差異，但對(duì)于運(yùn)行時(shí)間不長(zhǎng)的容器而言，很容易滿足2級(jí)的要求。容器的腐蝕是一個(gè)復(fù)雜且長(zhǎng)期作用的過(guò)程，一些腐蝕現(xiàn)象很難通過(guò)肉眼發(fā)現(xiàn)。單純的依賴規(guī)定中的定檢周期，很容易發(fā)生安全隱患。因此，在實(shí)際的生產(chǎn)運(yùn)行中，不能盲目依從相關(guān)規(guī)定，應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際調(diào)整設(shè)備的檢測(cè)計(jì)劃。這也對(duì)設(shè)備的安全負(fù)責(zé)人提出了更高的要求：一方面，設(shè)備安全負(fù)責(zé)人要了解設(shè)備可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，即設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，同時(shí)還要分析風(fēng)險(xiǎn)成因，以便及時(shí)了解設(shè)備的健康狀態(tài)；另一方面，要了解設(shè)備當(dāng)前的工作環(huán)境，分析不同工作環(huán)境下容器可能發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，針對(duì)不同的風(fēng)險(xiǎn)適時(shí)調(diào)整設(shè)備的檢測(cè)計(jì)劃。當(dāng)設(shè)備處于已知的可能造成設(shè)備缺陷的環(huán)境時(shí)，需要做好設(shè)備的保護(hù)和后期維護(hù)。

表2 在用壓力容器安全等級(jí)劃分要求對(duì)比

4 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)有的壓力容器法規(guī)對(duì)定期檢驗(yàn)周期有詳細(xì)的規(guī)定。在實(shí)際的檢驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在規(guī)定的檢驗(yàn)周期內(nèi)，一些壓力容器也會(huì)出現(xiàn)壁面腐蝕減薄現(xiàn)象。壁面腐蝕成因復(fù)雜，與所處的工作環(huán)境關(guān)系密切。在設(shè)備的安全保障期間，應(yīng)關(guān)注設(shè)備的工作環(huán)境，及時(shí)評(píng)估設(shè)備可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)。不應(yīng)盲目的依據(jù)相關(guān)規(guī)定等待設(shè)備的定期檢驗(yàn)周期，要根據(jù)工作實(shí)際調(diào)整檢驗(yàn)周期，確保設(shè)備的安全運(yùn)行。