一起襯里高壓反應(yīng)釜鼓包的成因分析及預(yù)防

撰文/張海

■325007 溫州市特種設(shè)備檢測研究院 浙江 溫州

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一起襯里高壓反應(yīng)釜鼓包的成因分析及預(yù)防

撰文/張海

■325007 溫州市特種設(shè)備檢測研究院 浙江 溫州

在高壓反應(yīng)釜的定期檢驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)了一處鼓包，進(jìn)行了正確的檢驗(yàn)處理，分析了鼓包的形成原因，采取了缺陷的處理方法，最后提出了鼓包的預(yù)防措施。高壓反應(yīng)釜；襯里；鼓包；成因分析；預(yù)防

高壓反應(yīng)釜是一種危險性較大的壓力容器，一旦發(fā)生爆炸事故，將對人身生命和財(cái)產(chǎn)安全造成巨大的損失，因此國家對壓力容器的設(shè)計(jì)、制造、安裝、改造、維修、檢驗(yàn)和監(jiān)察等環(huán)節(jié)均采取嚴(yán)格的監(jiān)管。近日，筆者在對溫州某化工廠的一臺高壓反應(yīng)釜進(jìn)行定期檢驗(yàn)時，發(fā)現(xiàn)該容器上法蘭襯里層脫離基層，形成均勻性的鼓包變形現(xiàn)象。該容器的主要技術(shù)參數(shù)如下：P=12.5MPa，T=300℃，PW=11.0Mpa ，TW=260℃介質(zhì)：苯胺、硫磺、硫化氫。該容器采用的材料是16MnR為基層，304襯里，屬于復(fù)合材料。

檢驗(yàn)處理

a容器整體外觀檢查

對該容器整體借助肉眼以及手電筒直射光檢查確認(rèn)，該容器只存在上述一處鼓包，范圍大小為200x100x30mm（長x寬x高），且基層和襯里層均有不同程度的鼓起現(xiàn)象。

b鼓包部位厚度測定

由于高溫高壓反應(yīng)釜的壁厚都較大，如果采用功率相對較小的超聲波測厚儀進(jìn)行測厚時，聲波衰減過大，直接影響了所得結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，對于厚壁容器應(yīng)采用功率相對較大的超聲波探傷儀進(jìn)行測厚。在本次檢驗(yàn)中，鼓包處304襯里層以及基層16MnR所測的厚度與名義厚度相比均無明顯的變化。

c鼓包部位PT檢測

對鼓包表面以及其周邊50mm范圍內(nèi)采用了滲透（PT）無損檢測方法檢查其有無裂紋，檢查結(jié)果顯示鼓包表面存在一條長50mm左右的裂紋磁痕顯示。

d其他部位UT檢測

對外觀檢查沒有發(fā)現(xiàn)襯里層剝離現(xiàn)象的其他部位主要采用超聲波的方法，主要有兩個目的：一是剝離檢測，二是層下裂紋檢查。對于剝離檢測，從筒體外壁采用單晶直探頭，雙晶探頭從內(nèi)表面只作抽查。對于層下裂紋，用斜探頭從外壁進(jìn)行掃查。在實(shí)際檢驗(yàn)中，我們采用這兩種方法對該容器進(jìn)行了檢測，未發(fā)現(xiàn)剝離和層下裂紋現(xiàn)象。

原因分析

金屬復(fù)合材料是由兩種或兩種以上的不同金屬經(jīng)過爆炸焊接的特殊加工工藝復(fù)合而成的產(chǎn)品，在溫差應(yīng)力作用下，基層16MnR與304襯里層的熱膨脹系數(shù)不同，復(fù)合鋼板制造過程中未貼合的區(qū)域變形也不同，使復(fù)合板產(chǎn)生微小變形，原有的未貼合部位在反復(fù)的熱脹冷縮導(dǎo)致襯里層脫離基層，形成鼓包，并最終產(chǎn)生裂紋。

緊接著，工作介質(zhì)中含有的硫化氫隨著泄漏的304襯里層進(jìn)入基層16MnR，高壓反應(yīng)釜在高溫高壓條件下操作所吸收的氫在在界面上積存，界面上氫濃度較高，氫擴(kuò)散入鋼內(nèi)。其過程為：

水溶液中所含的H2S離解為：

腐蝕反應(yīng)中陽極反應(yīng)為：

陰極反應(yīng)為：

式中 Had—吸附氫，Hab—吸收氫

高壓反應(yīng)釜在氫擴(kuò)散和溫差應(yīng)力共同作用形成了均勻性的鼓包變形現(xiàn)象。

缺陷處理

按照TSG R7001-2013《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》第四十六條的規(guī)定，使用過程中產(chǎn)生的鼓包，應(yīng)當(dāng)查明原因，評斷其穩(wěn)定狀況，如果能查清鼓包的起因并且確定其不再擴(kuò)展，而且不影響壓力容器安全使用的，可以定為3級；無法查清起因時，或者雖查明原因但是仍然會繼續(xù)擴(kuò)展的，定為4級或者5級。由于304襯里層在設(shè)計(jì)時主要考慮防腐蝕的作用，對容器的強(qiáng)度作用并未涉及，如鼓包表面無裂紋，安全狀況等級可定為3級，縮短檢驗(yàn)周期為1年，下次檢驗(yàn)時重點(diǎn)檢查鼓包有無擴(kuò)展，有無泄漏。但本次檢驗(yàn)已發(fā)現(xiàn)鼓包304襯里層產(chǎn)生裂紋，襯里層的防腐功能失效，且基層16MnR也存在鼓起現(xiàn)象，硫化氫隨著泄漏的304襯里層進(jìn)入基層16MnR，16MnR在濕硫化氫環(huán)境和殘余應(yīng)力的共同作用下發(fā)生了應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象，導(dǎo)致材料受損，產(chǎn)生了鼓包，最終可導(dǎo)致容器失效，甚至發(fā)生爆炸等惡性事故。因此本次檢驗(yàn)安全狀況等級定為5級，該高壓反應(yīng)釜不得繼續(xù)投入使用。使用單位應(yīng)當(dāng)請有壓力容器相應(yīng)資質(zhì)的單位對該鼓包部位進(jìn)行修理合格后，方可重新申請?jiān)摳邏悍磻?yīng)釜投入使用。

總結(jié)建議

根據(jù)對鼓包產(chǎn)生原因的分析，今后應(yīng)從以下幾個方面預(yù)防壓力容器產(chǎn)生鼓包：

提高鋼板的制造質(zhì)量，提高金屬復(fù)合材料的粘合度，減少鋼板內(nèi)部的制造缺陷。降低硫化氫的濃度，控制硫化氫對壓力容器的應(yīng)力腐蝕。建議在采購使用介質(zhì)時對硫化氫的含量進(jìn)行測定和控制。如果生產(chǎn)時間寬裕，建議壓力容器運(yùn)行一段時間后，停用一段時間，讓鋼板中的氫原子逸出。加強(qiáng)壓力容器的法定定期檢驗(yàn)工作，以便及時發(fā)現(xiàn)和處理缺陷。

參考：

［1］國家質(zhì)監(jiān)總局.TSG R7001-2013壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則［S］.新華出版社，2013