壓力容器檢驗(yàn)中危險(xiǎn)源的辨識(shí)與控制研究

摘要：由于壓力容器內(nèi)通常裝有高溫、高壓氣體或液體，因此檢驗(yàn)壓力容器屬于一種高危行業(yè)。為更好地保障壓力容器檢驗(yàn)工作的安全性，文章分析了檢驗(yàn)壓力容器時(shí)如何辨識(shí)危險(xiǎn)源及危險(xiǎn)源可能造成的危害，研究了危險(xiǎn)源的控制，以期更好地指導(dǎo)壓力容器檢驗(yàn)工作，促進(jìn)壓力容器檢驗(yàn)工作的安全、高效。

關(guān)鍵詞：壓力容器檢驗(yàn)；危險(xiǎn)源辨識(shí)；危險(xiǎn)源控制；高危行業(yè)；特種承壓設(shè)備 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TH49 文章編號(hào)：1009-2374（2016）36-0077-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.36.038

壓力容器屬于一種特種承壓設(shè)備，其一旦發(fā)生泄露，可能瞬間釋放巨大能量，引發(fā)爆炸，造成嚴(yán)重危害。近年來，隨著我國(guó)各行各業(yè)使用壓力容器量的不斷增多，每年發(fā)生的壓力容器事故也越來越多，因此國(guó)家相關(guān)部門也越來越重視壓力容器的檢驗(yàn)工作，借助對(duì)壓力容器的科學(xué)、安全檢驗(yàn)可有效預(yù)防此類事故的發(fā)生，更好地保障人民的生命、財(cái)產(chǎn)安全。通過有效辨識(shí)與控制壓力容器檢驗(yàn)中的危險(xiǎn)源，更好地指導(dǎo)壓力容器檢驗(yàn)工作，充分保障壓力容器檢驗(yàn)的安全性。

1 壓力容器檢驗(yàn)中危險(xiǎn)源的辨識(shí)

1.1 壓力容器檢驗(yàn)項(xiàng)目

對(duì)各種壓力容器的定期檢驗(yàn)大致包括外部檢驗(yàn)、內(nèi)部檢驗(yàn)以及耐壓試驗(yàn)等。其中壓力容器外部檢驗(yàn)可在壓力容器工作過程中實(shí)施。

具體檢驗(yàn)部位有壓力容器的本體部位、接口部位、焊接接頭處等，看其是否存在裂紋、變形以及各部件外表面的腐蝕情況、安全附件是否健全等。而內(nèi)部檢驗(yàn)主要是在停運(yùn)壓力容器后進(jìn)行，重點(diǎn)檢查部位為：筒體與接頭連接處、開孔處、各連接焊縫、封頭、排污口等，并應(yīng)重點(diǎn)復(fù)核那些重要部件，看它們是否發(fā)生了幾何變形，如筒體變形與否、封頭與筒體是否發(fā)生了鼓脹變形等。檢查主要受壓元件材質(zhì)情況、是否發(fā)生惡化、保溫層是否完好等。耐壓試驗(yàn)主要是在停機(jī)檢驗(yàn)壓力容器時(shí)，進(jìn)行的各種比壓力容器最高工作壓力大的各種液壓或氣壓試驗(yàn)。

1.2 壓力容器檢驗(yàn)危險(xiǎn)源

1.2.1 容器壁厚不足。壓力容器長(zhǎng)期工作，內(nèi)部物質(zhì)腐蝕或磨損容器壁，使容器壁變薄；誤操作如閥門關(guān)錯(cuò)等，造成高壓氣體流入低許用壓力容器中，使容器嚴(yán)重超壓；容器內(nèi)部分閥元件堵塞，造成容器內(nèi)壓力急升；裝液化氣體的容器由于過量裝液，出現(xiàn)“滿液”，容器內(nèi)介質(zhì)升溫，顯著增大壓力；周圍高溫?zé)嵩词谷萜鲀?nèi)液化氣體溫度升高，引發(fā)飽和蒸氣壓增大；發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的容器，由于原料原因或設(shè)備原因，使化學(xué)反應(yīng)出現(xiàn)異常，造成容器超壓發(fā)生破裂。

1.2.2 出現(xiàn)裂紋缺陷。常見的有焊縫裂紋或其周圍出現(xiàn)裂紋，發(fā)生焊縫咬邊，部分鋼材存在白點(diǎn)等，在部分工作環(huán)境中，尤其是在低溫下使用時(shí)，材料比較脆，易發(fā)生事故。

1.2.3 設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的不科學(xué)、不合理、操作的不規(guī)范等。如開車或停車的過頻繁，存在大幅度的操作壓力波動(dòng)、溫度變化。劇烈震動(dòng)容器、接管等；存在焊接咬邊、沒焊透等焊接缺陷。

1.2.4 金屬與環(huán)境介質(zhì)進(jìn)行特殊組合，引發(fā)應(yīng)力腐蝕。如用在碳鋼或低合金鋼容器來儲(chǔ)存或運(yùn)輸液氨的過程中引發(fā)液氨儲(chǔ)罐爆炸等。仔細(xì)分析這些爆炸事故，發(fā)現(xiàn)應(yīng)力腐蝕是引發(fā)這些事故的主要原因，同時(shí)檢查了沒有發(fā)生事故的液氨球罐，也發(fā)現(xiàn)這些球罐也存在不同深度的裂紋，其中液面下部的南極板裂紋最多，發(fā)生了應(yīng)力腐蝕。

氧化碳引發(fā)的應(yīng)力腐蝕。一般情況下，鐵吸收一氧化碳后，會(huì)有一層保護(hù)膜分布于鐵表面，但對(duì)于工業(yè)中使用的一氧化碳，通常混有二氧化碳與水蒸汽。在對(duì)壓力容器進(jìn)行反復(fù)充氣時(shí)，會(huì)有交變應(yīng)力作用于器壁，會(huì)局部破壞這層保護(hù)層，這樣會(huì)加劇濕性二氧化碳腐蝕

容器。

鋼制容器中硫化氫腐蝕，濕硫化氫極易應(yīng)力腐蝕碳鋼與低合金鋼，濕硫化氫在遇到鐵元素的情況下，會(huì)發(fā)生置換反應(yīng)，反應(yīng)形成的氫原子會(huì)擴(kuò)散到金屬內(nèi)部并聚集，造成金屬脆化，加之氫的作用，容器易出現(xiàn)鼓泡或裂紋，在焊接殘余應(yīng)力下發(fā)生應(yīng)力腐蝕。

高溫高壓下，鋼制容器中的氫氣腐蝕。此類事故常見于合成氨、熱裂化、酒精、加氫等生產(chǎn)設(shè)備中，由于設(shè)計(jì)、制造或使用不當(dāng)而造成破壞。研究人員在氨合成塔的破裂處，取樣分析后發(fā)現(xiàn)鋼的金相組織為脫碳的鐵素體，因此判定這種氫氣腐蝕屬于化學(xué)腐蝕。

2 危險(xiǎn)源的危害

由于壓力容器內(nèi)部大多裝有高溫、高壓氣體或液體，一旦壓力容器發(fā)生破裂，可能引發(fā)嚴(yán)重危害。因此為有效預(yù)防壓力容器發(fā)生破裂，有必要了解壓力容器危險(xiǎn)源的發(fā)展與破壞機(jī)理。按照壓力容器各種破裂特點(diǎn)的不同，可把壓力容器的破裂大致分為韌性破裂、脆性破裂、疲勞破裂、腐蝕破裂等。其中壓力容器的韌性破裂主要是壓力容器殼體或金屬壁發(fā)生嚴(yán)重塑性變形后形成的破裂。破裂的部位大多位于筒體中部，沿壓力容器筒體軸線方向開裂的較多。有時(shí)會(huì)有分叉現(xiàn)象出現(xiàn)于裂縫端部，同時(shí)容器內(nèi)介質(zhì)會(huì)影響裂縫裂口長(zhǎng)度。通常液體介質(zhì)造成的裂口為窄裂口，氣體介質(zhì)造成的裂口為寬裂口。對(duì)于韌性壓力的預(yù)防：在進(jìn)行壓力容器制造時(shí)，選用的材料強(qiáng)度與厚度應(yīng)達(dá)標(biāo)；壓力容器的運(yùn)行參數(shù)應(yīng)正確，并應(yīng)裝設(shè)齊全安全附件，同時(shí)確保這些附件靈敏可靠。壓力容器嚴(yán)禁出現(xiàn)超溫、超壓、超負(fù)荷運(yùn)行狀況，嚴(yán)禁過量充裝介質(zhì)。

壓力容器脆性破裂通常是指壓力容器沒有經(jīng)過塑性變形就直接斷裂，發(fā)生脆性斷裂的壓力容器，斷裂器壁處厚度一般不會(huì)變薄，也不會(huì)存在明顯的開裂斷面周長(zhǎng)增大現(xiàn)象，容器有缺陷部位或存在幾何形狀突變處，最易開裂。對(duì)于脆性破裂的預(yù)防：首先制作容器時(shí)選用的材料韌性應(yīng)較好，并應(yīng)科學(xué)、合理地設(shè)計(jì)容器結(jié)構(gòu)；其次應(yīng)把構(gòu)件的缺陷盡量減少甚至消除；最后還應(yīng)做好壓力容器的日常檢驗(yàn)工作，以便第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)缺陷，把缺陷危害消滅在萌芽中。

在多次對(duì)容器殼體施加應(yīng)力后，有時(shí)遇到很小的應(yīng)力作用時(shí)，容器也會(huì)發(fā)生破裂，這種破裂通常稱為疲勞破裂。應(yīng)力的反復(fù)多次作用是這種破裂的主要原因。機(jī)械疲勞破裂、熱疲勞破裂以及腐蝕疲勞破裂為疲勞破裂的主要形式，其中機(jī)械疲勞破裂我們最為常見。預(yù)防疲勞破裂：由于反復(fù)交變載荷是造成壓力容器疲勞破裂的主要原因，因此要想更好地防止壓力容器發(fā)生疲勞破裂，在使用壓力容器時(shí)最好不要頻繁進(jìn)行加壓與卸壓，同時(shí)壓力波動(dòng)與溫度變化也不應(yīng)過大。腐蝕破裂主要是腐蝕性介質(zhì)腐蝕壓力容器器壁，使其由厚變薄或改變了其具體材料組織結(jié)構(gòu)，降低了其機(jī)械性能，造成壓力容器沒有足夠承載能力，引發(fā)破壞。對(duì)于壓力容器發(fā)生的各種腐蝕破裂通常為應(yīng)力腐蝕，這種破裂形式比較危險(xiǎn)，不容易被發(fā)現(xiàn)，壓力容器時(shí)常突然斷裂出現(xiàn)損壞。預(yù)防腐蝕斷裂：制作壓力容器時(shí)，選用的材料應(yīng)具有一定的抗腐蝕性；可采用保護(hù)措施，來隔離壓力容器承壓部件與腐蝕介質(zhì)；壓力容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)科學(xué)、合理，應(yīng)盡量避免出現(xiàn)高應(yīng)力區(qū)；應(yīng)重視壓力容器的使用管理，定期檢查壓力容器，維修壓力容器。

3 危險(xiǎn)源的控制

為了促進(jìn)提高檢驗(yàn)工作的效率，需要控制危險(xiǎn)源，從而減少和降低有可能破壞壓力容器的因素。

從實(shí)踐中總結(jié)出技術(shù)控制、人行為控制和管理控制三個(gè)方面。對(duì)固有危險(xiǎn)源一般采取技術(shù)控制，主要技術(shù)有消除、控制、防護(hù)、隔離、監(jiān)控、保留和轉(zhuǎn)移等。對(duì)工作人員一般運(yùn)用人為控制來減少人為的失誤，降低人們接觸危險(xiǎn)源時(shí)的不正確行為。對(duì)危險(xiǎn)源的管理要建立健全各項(xiàng)規(guī)章制度，如崗位安全生產(chǎn)責(zé)任制、日常管理制度、交接班制度、檢查制度等。

4 結(jié)語

壓力容器在運(yùn)行和使用一段時(shí)間后，其力學(xué)性能會(huì)慢慢地發(fā)生變化，一些小缺陷也會(huì)慢慢地?cái)U(kuò)展增大。因?yàn)閴毫θ萜鞑粌H受到反復(fù)升壓、卸壓等疲勞荷載的影響，還會(huì)受到腐蝕性介質(zhì)的腐蝕。為了保證壓力容器的安全運(yùn)行，需要專職安全技術(shù)人員對(duì)壓力容器進(jìn)行定期的、全面的技術(shù)檢驗(yàn)，并且持續(xù)發(fā)現(xiàn)與識(shí)別危險(xiǎn)源，及時(shí)地找到容器存在的缺陷來控制隱患。

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作者簡(jiǎn)介：閆亞弟（1968-），男，河北盧龍人，保定市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)所壓力容器檢驗(yàn)師，壓力管道檢驗(yàn)師，工程師，研究方向：壓力容器和壓力管道定期檢驗(yàn)、監(jiān)督檢驗(yàn)及無損檢測(cè)。

（責(zé)任編輯：蔣建華）