低溫絕熱壓力容器失效因素與檢驗評定技術思考

郭素琴 周　靜

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院，河南 鄭州 450000）

低溫絕熱壓力容器失效因素與檢驗評定技術思考

郭素琴 周靜

（河南省鍋爐壓力容器安全檢測研究院，河南 鄭州 450000）

在運行過程中低溫絕熱壓力容器很容易出現失效的問題，這時候就需要認真分析失效的原因，選擇恰當的檢驗和評定方式，只有這樣才能妥善處理失效的低溫絕熱壓力容器。本文對導致低溫絕熱壓力容器失效的因素進行了分析，并且對其檢驗評定技術進行了探討。

低溫絕熱壓力容器；失效因素；真空度；檢驗評定

真空絕熱容器是用來對液態的氮氣、氧氣和氬氣進行存儲的容器，近年來人們環保意識的不斷增強，推動了深冷真空絕熱容器的發展，也帶動了相關產業的進步，目前的壓力容器行業中深冷容器是發展最快的，也是最有前景的產業。

低溫絕熱壓力容器和普通壓力容器的結構不同，具有獨特的真空夾套式結構，也就是說以設計要求為依據使用不同的隔熱方式來隔開密閉金屬內膽和外殼體，例如纖維材料絕熱、多層絕熱、真空粉末絕熱等，為夾層的真空度提供保障。該類容器從其設計、制造到使用均有異于普通壓力容器，因此，相應的檢驗技術也不同，雙層真空絕熱結構有良好的保冷效果，由于其全封閉式的結構，在不拆除外殼體的條件下，無法檢驗其金屬內膽的損傷情況，《壓力容器定期檢驗規則》（TSGR7001—2013）雖然有提供無損檢測方法，但是對于真空絕熱壓力容器來說并不適用。目前主要以真空度來作為檢驗評定的主要依據，雖然還沒有出現真空絕熱壓力容器因為不合格的真空度而造成人員傷亡的情況，但是低溫液體具有溫度較低、較大氣液體積比等特點，所以可能會帶來嚴重的爆炸、火災事故等，因此需要對其檢驗以及評定方法進行認真地研究。

1.定期進行檢驗和評定

1.1失效因素分析

1.1.1開裂問題

真空絕熱壓力容器多使用奧氏體不銹鋼制作內膽，但是對于不銹鋼容器來說，經常會出現封頭直邊端斷裂的情況。造成這種現象的原因一是因為在制作封頭的過程中原有的應力形態被打破，形成新的應力形態，直邊處出現了殘余應力，增加了斷裂的幾率。另外，奧氏體不銹鋼在加工的過程中，冷卻方式不同，導致冷卻速度不一樣，大多數廠家采用自然冷卻的方式，冷卻時間較長，在此過程中可能會有馬氏體組織的出現。同時很多廠家選擇形變強化后的不銹鋼板，這種材料不僅可以保證強度提升，還能大幅降低生產成本，但是壁厚有所減薄，如果熱處理不當，變形之后會有馬氏體組織的出現，這兩種情況都會有淬硬組織的出現，從而導致封頭開裂。

1.1.2真空失效問題

低溫絕熱壓力容器使用壽命以及其真空絕熱性，可以說是由夾層真空度和日蒸發率這兩個因素決定的，真空可以根據類型分為兩種，真空粉末型以及高真空多層絕熱型，很多原因都能造成真空度喪失，具體包括：（1）夾層中絕熱鋁箔等絕熱材料帶來的影響，因為絕熱材料具有不同的物理性能和物理性狀，所以在導熱率方面也有差異，而且同樣的絕熱材料處于真空度不同的情況下的時候，也會有不同的導熱性能，一般來說真空度降低的時候導熱率會上升。（2）真空夾層材料出現放氣情況帶來的影響，材料在放置一段時間以后難免會出現放氣現象，這必然會降低真空度。（3）真空夾層氣體的影響，降低了真空度的話會增加真空夾層內所含的氣體，導致導熱上升。（4）溫度帶來的影響，傳熱情況穩定的話，溫度和絕熱材料的導熱系數是成正比的，會共同降低。

雖然在《容檢規》中判斷真空絕熱壓力容器能否繼續使用的主要依據是日蒸發率以及真空度，但是真空規管形式多樣，如果不能合理的處理內部介質，對于真空檢測的結果帶來的影響是非常不利的，很容易造成錯判。

1.1.3夾層和氣、液相連接的管道角焊縫出現泄漏情況

返回制造單位進行修理的低溫容器中，很多都是因為夾套與氣、液相連接的接管角焊縫出現了泄漏的問題，因為廠家在對低溫容器進行設計的時候，忽略了接管是導熱體這個情況。在反復充裝的過程中，接管與殼體連接處有一定的溫度變化，易產生交變應力；低溫容器的夾套如果是碳鋼的話，連接部分的夾套低碳鋼角焊縫溫度以及母材溫度有時候會比他們的脆性轉變溫度還低。低溫容器經過了長時間的使用，夾套連接接管的角焊縫可能就會有穿透性裂紋的產生，使得夾層的真空性失效。關閉閥門可以控制在控制閥以外的管路發生事故的情況，降低其危險性，但是火災除外。

1.2檢驗評定中出現的問題

1.2.1真空規管因素

一些研究人員認為因為低溫容器安裝的地方多為室外，外界相對容器來說有較高的溫度，真空規管局部會有水汽出現，受到腐蝕作用可能會出現斷裂的情況，無法將其和真空計連接起來。對于這一方面我國并沒有詳細的標準和規定，有的廠家甚至沒有進行保護罩墊片的安裝，真空規管就更容易被損壞了。

1.2.2級別判定依據不合理

在《容檢規》中已經比較全面地闡述了移動式真空絕熱壓力容器檢驗的各個方面，其檢驗項目主要包括以下幾點：審查資料、宏觀檢驗、對筒體與底盤連接情況的檢驗、檢驗附屬設施的連接情況、檢驗隔熱層、安全附件、組裝情況并且進行氣密性以及耐壓程度的相關試驗，最后要對其強度進行校核。

在有實測壁厚的前提下才能進行強度校核，但是真空絕熱壓力容器不需要進行壁厚測定，這樣一來就不能進行強度校核，另外雖然檢測了其氣密性，但是絕大多數的管線都是隱蔽起來的，這些隱藏的管路無法進行氣密性檢驗。如果內膽出現泄漏，也沒辦法進行判斷，有泄露情況出現以后真空度同樣會產生變化，如果要檢驗其氣密性的話資金投入方面是比較大的。

另外在檢測固定式真空絕熱壓力容器的時候，其安全等級的判斷與真空度以及日蒸發率相掛鉤，因為真空絕熱壓力容器沒有入口，所以不能檢查其內部實際情況，也沒辦法按照《容檢規》種的規定來判定安全等級。

1.2.3錯誤判斷了真空度

一是因為真空規管形式的多樣性，而檢驗單位使用的都是型號單一的檢測設備，所以不能順利地匹配接口；二是因為真空度的檢測可能會受到測量環境以及容器內介質的含量多少的影響；三是因為有的學者認為真空度合格標準是由介質成分決定的，不能單純地以某一標準來進行判定，否則可能會失誤判斷真空度，所以在檢測設備的過程中，應該綜合的分析檢測結果，區別對待真空度超標的情況。

2.設定檢驗項目以及檢驗結論

2.1設定檢驗項目

和普通壓力容器類似，首先要審查技術資料，包括設備的出廠資料、制造、安裝資料、日常運行記錄、歷次檢驗報告等，保證這些資料齊全，重點留意上一次的檢驗報告中有沒有記載問題，對于低溫絕熱壓力容器來說要注意其運行記錄，可以對絕熱性能進行一定的反應。

其次對容器本體進行宏觀檢驗，除了常規檢查還要對容器的保溫層、外殼、隔熱層進行檢查，確認是否有損傷情況，設備基礎有沒有出現開裂、傾斜等問題，容器地腳螺栓的穩定性如何等。還要確定外殼表面的腐蝕情況，嚴重腐蝕的話需要測定其腐蝕厚度。安全閥、溫度計、壓力表、緊急切斷閥等都是低溫液體儲存容器的安全附件，需要做好檢查工作并且定期更換爆破片和安全閥。有必要時進行強度校核（外殼），耐壓試驗和氣密性試驗在有需要時進行（移動式應進行氣密性試驗）

檢驗氣密性一般要檢查容器各個部件是否緊密連接起來了，同時檢查是否有泄漏情況，這樣做的目的是如果內膽或者其中任何一個夾層有泄漏問題，就不能保證儀器整體的真空度，這樣一來外殼也可能會出現異常情況例如結露等，對容器使用性能造成負面的影響。其次是如果有泄漏情況發生的話，也只能檢查露在外面的管線，內部情況無從得知，只檢查氣密性是無法確定泄露點的。再次是如果泄露情況不嚴重的話，可以檢測真空度從而進行判斷。最后是檢驗氣密性需要的成本資金是比較高的，所以盡量不要使用這種方法來檢查真空絕熱壓力容器的氣密性。低溫絕熱容器不僅結構形式比較特殊，管路系統也比一般的壓力容器更復雜，所以尤其要重視氣密性試驗，對圖紙上有要求的部分必須檢測氣密性。如果是惰性介質例如液氮等，可以用介質直接進行，其他的必須按照檢驗規程中的介質來進行試驗。

當出現了腐蝕深度超出了腐蝕裕量、存在不合理結構或者檢驗人員對其強度有懷疑時，需要進行強度校核，所以說對于定期檢驗來說，強度校核是用于判斷缺陷會不會為壓力容器的正常運行帶來影響。但是不管是常規的強度校核計算還是對其應力進行分析，壁厚測定都是前提，而真空絕熱壓力容器的壁厚是無法進行檢測的，所以對于真空絕熱壓力容器來說強度校核這種方法并不適用。

2.2檢驗結論

評定安全狀況等級的時候主要是從材質使用過程中出現的劣化、裂紋、機械損傷、腐蝕、母層分層、原始焊接時有否缺陷、結構不合理等缺陷方面進行考慮，從評定項目可以看出來，主要是對受壓元件進行評定，而對于真空絕熱壓力容器，內膽封頭容易出現脆化的情況，進而導致失去了真空度的效果。在使用的時候是沒有辦法對內膽封頭進行檢驗，因此《容檢規》第四十七條列出了真空度及日蒸發率的測量結果范圍，以此來進行級別判定。

結語

由于真空絕熱壓力容器自身結構比較特殊，所以在進行檢驗的時候普通的檢驗方法是行不通的，檢驗工作有一定的難度。但是必須要選擇合理并且適當的方法來進行有效地檢驗并進行級別判定。在檢驗中以下幾個方面的工作要切實到位：

（1）確定真空絕熱壓力容器失效的具體模式，從而進行檢驗項目的合理選擇，然后科學地實施檢驗，避免出現檢驗過度的情況。

（2）保證產品運行安全程度的前提是夾層真空度，同時也是非常重要的一個指標，所以應該對真空度降低的速率進行計算，來確定檢驗周期。

（3）檢驗項目主要是審查資料、宏觀檢驗、檢測真空度以及檢驗安全附件，必要的時候可以對耐壓性和氣密性進行試驗。

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