小議承壓類特種設(shè)備斷層解剖檢驗(yàn)

梁勁

摘要：承壓類特種設(shè)備檢驗(yàn)時(shí)，有時(shí)應(yīng)用現(xiàn)有無(wú)損檢測(cè)手段不能發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)的缺陷。文中首次提出斷層解剖檢驗(yàn)。斷層解剖檢驗(yàn)將樣品斷層解剖，并逐層檢驗(yàn)樣品的缺陷。斷層解剖檢驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)缺陷在不同斷面上的形態(tài)、尺寸、位置、特點(diǎn)、成因、危害以及多個(gè)缺陷相互關(guān)系。斷層解剖檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)了封頭上被認(rèn)為是夾層的缺陷是HB、HIC和SSCC。斷層解剖檢驗(yàn)是工業(yè)CT等三維成像檢驗(yàn)技術(shù)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：斷層解剖；斷口檢驗(yàn)；氫致開(kāi)裂；夾層

1、斷層解剖檢驗(yàn)

1.1定義

斷層解剖檢驗(yàn)是指在檢驗(yàn)人員對(duì)特種設(shè)備安全存在重大懷疑時(shí)，且現(xiàn)有無(wú)損檢測(cè)手段不能進(jìn)行必要的定性、定量檢測(cè)時(shí)，按相關(guān)規(guī)定對(duì)在用特種設(shè)備進(jìn)行取樣，按一定規(guī)律解剖制取樣品，對(duì)樣品上的缺陷在不同斷面上的形態(tài)、位置、特點(diǎn)、成因、危害以及多個(gè)缺陷相互關(guān)系進(jìn)行檢驗(yàn)。

1.2操作方法

特種設(shè)備進(jìn)行取樣后，一般采用慢走絲線切割，對(duì)樣品按需要的角度和間隔進(jìn)行解剖，解剖后進(jìn)行掃描、金相、掃描電鏡等必要檢測(cè)。

特種設(shè)備取樣后一般采用堆焊、焊管或挖補(bǔ)的方法修復(fù)。取樣時(shí)可以通過(guò)取樣模轉(zhuǎn)孔取樣，也可以用套式內(nèi)沉孔锪刀、復(fù)合锪刀或者便攜式鏜床等設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)取樣。取樣后堆焊，或者將剩下的開(kāi)孔部位加工成雙面坡口，采用挖補(bǔ)方法時(shí)，用相同材質(zhì)和厚度的鋼板制成與開(kāi)孔大小相等、曲率一致、坡口對(duì)應(yīng)的補(bǔ)板，采用適合的焊接工藝，雙面對(duì)接焊方法將其補(bǔ)焊在開(kāi)孔部位；采用接管方法時(shí)，在開(kāi)孔部位焊接接管，類似于制造時(shí)焊接接管的方法，必要時(shí)按設(shè)計(jì)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，焊接接管后用盲板將接管盲死，或焊接法蘭加法蘭蓋。

特種設(shè)備取樣過(guò)程包括割管等，須確保全部過(guò)程符合特種設(shè)備維修改造或重大維修改造規(guī)定，內(nèi)容包括設(shè)計(jì)資質(zhì)、設(shè)計(jì)文件、施工資質(zhì)、施工方案、告知、施工人員證、焊接工藝評(píng)定、監(jiān)檢等。

2、斷層解剖應(yīng)用舉例

2.1常規(guī)檢驗(yàn)情況

某硫回收裝置的酸性水罐封頭發(fā)生開(kāi)裂，檢驗(yàn)人員根據(jù)測(cè)厚值異常發(fā)現(xiàn)了該缺陷。筆者對(duì)該封頭樣品進(jìn)行了斷層解剖檢驗(yàn)，并對(duì)開(kāi)裂原因進(jìn)行了分析。該容器內(nèi)徑2400mm，長(zhǎng)度7304mm，簡(jiǎn)體公稱壁厚12mm，封頭公稱壁厚14mm，封頭材料16MnR，最高操作壓力0.2 MPa，最高操作溫度50℃，介質(zhì)為酸性水，含接近飽和濃度的硫化氫。使用4年多后，宏觀檢查發(fā)現(xiàn)該罐東北側(cè)封頭內(nèi)表面存在不明顯的圓形鼓包，鼓包上存在開(kāi)裂，開(kāi)裂從圓心開(kāi)始呈放射狀。鼓包處及附近測(cè)厚值異常，在肉眼不能分辨鼓包部位，有“夾層”缺陷存在，“夾層”距內(nèi)表面較近，如圖l所示（圖中箭頭為內(nèi)表面的放射狀開(kāi)裂）。

圖1酸性水罐內(nèi)表面

2.2斷層解剖檢驗(yàn)

將酸性水罐開(kāi)裂封頭樣品，按一定間隔垂直于容器內(nèi)表面進(jìn)行斷層解剖，如圖2所示，圖中放射狀開(kāi)裂為放大的圖1內(nèi)表面開(kāi)裂，多道水平斷層解剖垂直于容器內(nèi)表面。

從斷層解剖檢驗(yàn)可以看出內(nèi)外部開(kāi)裂狀況，典型開(kāi)裂為三種開(kāi)裂（封頭母材內(nèi)存在平行于表面的鼓包（HB）、鼓包兩端有階梯狀開(kāi)裂（HIC）、鼓包容器內(nèi)側(cè)表面有垂直于表面的放射狀開(kāi)裂（SSCC））并存，部分解剖后截面如圖3所示，每個(gè)截面上部為內(nèi)表面，下部為外表面。將所有截面綜合后可得開(kāi)裂的三維形貌，經(jīng)斷層解剖檢驗(yàn)可以看到缺陷的三維形狀和空問(wèn)相對(duì)關(guān)系，HB為平行于鋼板表面的球冠形鼓包，HIC為HB外側(cè)呈局部環(huán)行的階梯，HB和HIC為內(nèi)部開(kāi)裂，SSCC為外部開(kāi)裂。

圖2開(kāi)裂處的斷層解剖 圖3橫截面開(kāi)裂狀況

2.3開(kāi)裂原因分析性作出準(zhǔn)確判斷。

經(jīng)斷層解剖檢驗(yàn)分析，該封頭存在三種開(kāi)裂：在濕硫化氫環(huán)境中，硫化氫發(fā)生水解后與鋼材反應(yīng)生成具有高的滲透性的氫原子，氫原子在分層或夾雜處（特別是長(zhǎng)條狀的MnS）聚集生成氫分子，從而形成內(nèi)壓，使分層或夾雜處界面分離，導(dǎo)致鋼板形成氫鼓包（HB）；氫氣壓力的作用下，不同層面上的相鄰氫鼓包裂紋相互連接，形成階梯狀氫致開(kāi)裂（HIC）；氫原子滲入鋼中后，一部分固溶于晶格中，使鋼的脆性增加，在氫氣內(nèi)壓下鼓包位置產(chǎn)生拉應(yīng)力，造成硫化物應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂（SSCC）。

3、斷層解剖檢驗(yàn)意義

超聲波測(cè)厚在肉眼不能分辨鼓包部位發(fā)現(xiàn)的夾層缺陷，在斷層解剖檢驗(yàn)中，證實(shí)這些夾層缺陷為HB和HIC，但面積較小且開(kāi)裂張角很小，屬初期HB和HIC。初期HB和HIC在肉眼看來(lái)并末產(chǎn)生鼓包，鋼板厚度無(wú)異常，在宏觀檢驗(yàn)中不能被發(fā)現(xiàn)，也不易被射線檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，即使通過(guò)超聲波檢測(cè)等手段發(fā)現(xiàn)了這些近場(chǎng)區(qū)缺陷，也容易被誤認(rèn)為是夾層，如圖4所示。這些易被誤認(rèn)為夾層的裂紋在下一檢驗(yàn)周期內(nèi)會(huì)擴(kuò)展，危及設(shè)備安全。

圖4易被誤認(rèn)為夾層的裂紋

承壓類特種設(shè)備中的分層和夾層等缺陷通常不被認(rèn)為是特別危險(xiǎn)，沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)的檢驗(yàn)人員有時(shí)根據(jù)無(wú)損檢測(cè)結(jié)果允許設(shè)備運(yùn)行，但隨著氫分子聚集，壓力升高，開(kāi)裂處內(nèi)表面隆起，并產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕或應(yīng)力導(dǎo)向氫致開(kāi)裂（SOHIC），應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂或應(yīng)力導(dǎo)向氫致開(kāi)裂的擴(kuò)展，會(huì)削弱特種設(shè)備的承壓能力，在下一檢驗(yàn)周期內(nèi)，當(dāng)特種設(shè)備的承壓能力不足時(shí)就會(huì)造成事故，本例中可能會(huì)造成大量硫化氫泄露的惡性事故。所以，當(dāng)檢驗(yàn)人員對(duì)特種設(shè)備安全存在重大懷疑，尤其是一旦發(fā)生事故會(huì)造成嚴(yán)重后果的情況，且用現(xiàn)有無(wú)損檢測(cè)手段仍不能進(jìn)行必要的定性、定量檢測(cè)時(shí)，通過(guò)斷層解剖檢驗(yàn)可以對(duì)設(shè)備的安全性作出準(zhǔn)確判斷。

本例中，在斷層解剖檢驗(yàn)前，檢驗(yàn)人員也對(duì)未鼓包處進(jìn)行了超聲波檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)不規(guī)則的紊亂波波形，他們認(rèn)為這種不規(guī)則的紊亂波形是由于鋼板質(zhì)量低

劣而引起的（如夾層密集、夾渣等），并得到結(jié)論：鼓包周圍材質(zhì)氫損傷不嚴(yán)重。但斷層解剖檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，鼓包以外也存在大量HIC，這些HIC并未造成鼓包，如果不改變操作條件，很可能會(huì)繼續(xù)擴(kuò)展。

有些濕硫化氫環(huán)境下的腐蝕，與本例不同，即使裂紋擴(kuò)展晚期也并不發(fā)生HB、SSCC，在表面不易發(fā)現(xiàn)。只有HIC或SOHIC。這時(shí)如果無(wú)損檢測(cè)不能準(zhǔn)確對(duì)HIC或SOHIC檢測(cè)時(shí)，斷層解剖檢驗(yàn)是有效檢驗(yàn)手段。

通過(guò)分析不同斷面上的HB、HIC和SSCC形態(tài)、位置、特點(diǎn)，有助于分析成因和開(kāi)裂的擴(kuò)展性危害以及對(duì)多個(gè)缺陷相互關(guān)系進(jìn)行檢驗(yàn)，斷層解剖檢驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)被無(wú)損檢測(cè)忽視的某些危險(xiǎn)缺陷。

4、結(jié)語(yǔ)

承壓類特種設(shè)備斷層解剖檢驗(yàn)，對(duì)特種設(shè)備內(nèi)部缺陷的不同斷面上的形態(tài)、位置、特點(diǎn)、成因、危害以及多個(gè)缺陷相互關(guān)系進(jìn)行檢驗(yàn)。當(dāng)檢驗(yàn)人員對(duì)特種設(shè)備安全存在重大懷疑，且用現(xiàn)有無(wú)損檢測(cè)手段仍不能進(jìn)行必要的定性、定量檢測(cè)時(shí)，通過(guò)斷層解剖檢驗(yàn)可以對(duì)設(shè)備的安全性作出準(zhǔn)確判斷。并通過(guò)舉例，說(shuō)明了斷層解剖檢驗(yàn)在酸性水罐封頭開(kāi)裂中的應(yīng)用，證實(shí)該封頭存在HB、HIC、SSCC三種開(kāi)裂。