在役壓力容器局部凹坑的安全性評定研究

劉禾　唐偉　王傲

摘 要：針對在役壓力容器局部凹坑進行安全性評定有助于強化壓力容器使用性能，故而應予以重視。在此之上，本文簡要分析了在役壓力容器的特點及凹坑條件，并通過采用無量綱參數計算法、精準檢測局部凹坑深度、強化在役壓力容器檢驗效果、明確局部凹坑安全評定目的等方法，以此增加在役壓力容器安全性。

關鍵詞：在役壓力容器;局部凹坑;安全性

壓力容器作為化工石油企業不可或缺的重要特種設備，它往往用于承載易燃易爆類氣液體物質。而在其出現局部凹坑后，很容易遭受安全風險。為了確保壓力容器發揮出最大化作用，應對其局部凹坑安全性加以評定，以此在提高運行效率的基礎上保證壓力容器實現合理化利用。

1 在役壓力容器的特點及凹坑條件

1.1 特點

通常情況下，在役壓力容器是處于運行狀態下的壓力容器。石化企業所使用的壓力容器多半處于高溫或高壓、腐蝕性運行環境下，一旦在役壓力容器出現破損或斷裂，將引發大型安全事故。常見的事故緣由包括不規范的管理、溫度壓力超出極限負荷、運行期間出現局部凹坑、破損等，這些都會造成壓力容器無法正常運行。所以，對在役壓力容器進行安全性評定很有必要。

1.2 凹坑要求

在役壓力容器所產生的局部凹坑，一旦無法通過安全評定，將增加壓力容器的操作風險，甚至會降低壓力容器的安全性。在對其進行安全評定時常需要遵循以下流程：首先需對在役壓力容器局部凹坑的尺寸進行測量，并知曉壓力容器的材質與自身規格，然后計算出相關無量綱參數，若具體數值低于0.1，可判定此局部凹坑處于安全范圍內，只需定期檢查即可。而在無量綱計算參數高于0.1的情況下，需再次對在役壓力容器的極限負荷與容壓極限值進行確定，在超出最大值時，局部凹坑則會對壓力容器帶來嚴重損害，此時應立即停止使用，并且對其進行修復。在役壓力容器局部凹坑在利用無量綱參數計算法對其進行安全性評定時還應滿足以下要求：

①在役壓力容器局部凹坑凹陷平緩且較為平滑，且半寬度≥3倍局部凹坑深度，周邊未發生深度埋藏類缺陷;②局部凹坑具有明顯的尖銳棱角，此時也適用于無量綱參數計算法;③在役壓力容器未受到外力沖擊、擠壓，又或是在遭受疲勞載荷;④局部凹坑區域壓力容器的壁厚與壓力容器半徑的商值不高于0.18的圓筒殼體，以及商值低于0.1的球狀薄壁殼體;⑤局部凹坑未造成壓力容器呈現材料劣化趨勢;⑥局部凹坑深度未超過1/3倍壁厚數值，并且還應低于12mm。同時，局部凹坑的厚度最小極限值也應≥3mm;⑦壓力容器中產生的局部凹坑半長不超于1.4數值。

只有符合上列條件，才能在無量綱參數計算法的協助下判斷局部凹坑是否超出了安全范圍。

2 在役壓力容器局部凹坑安全性評定方法

2.1 采用無量綱參數計算法

無量綱參數計算法是在役壓力容器局部凹坑安全性評定的主要方法。所以，相關人員在發現在役壓力容器出現局部凹坑現象時，應根據實際情況從無量綱參數計算結果中評定壓力容器局部凹坑安全等級，最終確定是否需要對壓力容器的局部凹坑進行修復處理，以此最大化保障壓力容器的使用安全性。

以某企業容量為2000m3的壓力容器為例，其使用溫度為常溫狀態，且主體厚度為42mm、內徑值為15600mm，

工作壓力為1.8MPa，經過判斷后發現該壓力容器出現了深度可達6mm的局部凹坑。在分析后得知它的平均半徑為7842mm，凹坑壁厚是42mm，凹坑半徑數值計算后為210mm。在與0.1進行比較后發現其未超過0.1，經過相關驗證后發現，該局部凹坑適用于無量綱參數計算法。

無量綱參數的計算公式如下：

局部凹坑無量綱=凹坑深度/凹坑壁厚×[凹坑半長/）]

將相關數值代入到計算式中可得出無量綱參數計算結果為0.037，因其低于標準值0.1，故而可判斷此局部凹坑符合安全范疇，無需安排人員對其進行修復[1]。

2.2 精準檢測局部凹坑深度

在役壓力容器局部凹坑的深度也會影響其安全性。故而在對其進行安全性評價階段還需精準檢測凹坑深度，以此為后期評定工作提供重要參考數據。

其一，可對在役壓力容器實施定期檢測手段，若局部凹坑深度不大于壁厚余量，將不會對壓力容器安全評定等級帶來負面干擾。其中壁厚余量是指壁厚與實際壁厚數值間的差值。凹坑深度只有超出標準范圍才會引發大型危險事件。所以，凹坑深度也是最直觀的安全檢測方法。

其二，在對局部凹坑深度進行檢測時還應保證所選用的檢測設備精準度較高，否則極易破壞檢測結果的可信度。在實踐操作中還可采用“邊界法”或“有限元法”結合局部凹坑的長短軸向數值判斷凹坑是否已經對壓力容器造成安全危害。同時，還可在符合無量綱參數計算法條件的情況下計算凹坑安全等級。另外，在根據凹坑深度檢測壓力容器安全性時還應考慮到壓力容器自身的延展特征與抗剪應力。為了保證壓力容器具有較強的安全性，在實際設計階段還需對比凹坑深度與壁厚的大小，在其不超過1/3倍壁厚且低于12mm時則可視為壓力容器的設計尺寸與實際使用需求相匹配。

其三，在對凹坑深度進行測量時，若其未超出壁厚余量的可允許范圍，可將該凹坑看成良性凹坑，并不會對壓力容器的正常使用帶來不利影響。如若安全評定等級為四級或五級，可借助焊接或者其他修復工藝進行完善，便于壓力容器能夠再次投入到企業生產項目中。

2.3 強化在役壓力容器檢驗效果

一般情況下，壓力容器出現爆炸事故屬于一個逐漸劣化的過程。比如在壓力容器出現局部凹坑時，未能對其安全性進行科學評定，直到該凹坑不斷塌陷或遭受腐蝕，最終加劇凹坑破壞性，由此引發安全事故。因此，在評定在役壓力容器局部凹坑安全性期間，還需隨時關注壓力容器的檢驗效果，最大程度上保障壓力容器的使用安全。

具體內容如下：為了確保壓力容器局部凹坑不會對壓力容器實際運行質量帶來較大影響，需在其運行期間對其實施運行檢驗，它主要是針對在役壓力容器所采用的一種檢驗手法。一方面，可按照企業生產周期與運行規律對其性能進行檢驗，必要時可邀請專業檢驗人員進行檢驗。另一方面，可在運行期間對各元件運行狀態進行判斷，一旦出現局部凹坑需立即展開安全評定工作[2]。當所獲得狀態檢驗結果處在壓力容器安全運行范圍內，可判斷局部凹坑在短時間內不會破壞壓力容器運行秩序。

2.4 明確局部凹坑安全評定目的

在役壓力容器局部凹坑常見的有單凹坑、多凹坑兩種類型。在對前者進行安全評定時，應確定壓力容器在出現局部凹坑后的最大容壓值與圓筒容器極限負荷間的差距，若在運行階段實際壓力值低于最大容壓值，代表該凹坑并不會對壓力容器帶來較大破壞，且處于安全范圍內。

至于多凹坑，在對其安全性進行評定過程中需意識到多凹坑之間的干涉性，應對其綜合壓力進行計算，并建立“有限元模型”，便于對排列分布特點進行全面了解，這樣才能知曉多凹坑是否在協同狀態下增加了壓力容器安全風險。由于通過局部凹坑與強度的關系可得出最佳修復規格，故而是省時節能的重要途徑。

綜上所述，在役壓力容器局部凹坑的安全性評定是保證壓力容器使用效果及使用質量的重要因素。所以，應采取有效措施對壓力容器缺陷處進行安全評定。一般可從無量綱參數計算法、局部凹坑深度、在役壓力容器檢驗、局部凹坑安全評定目的等方面著手，以此為在役壓力容器的相關研究提供重要參考依據。

參考文獻：

[1]張廣興.火力發電廠壓力容器制造中產生的典型缺陷及處理措施[J].焊接技術，2020，49（04）：86-89.

[2]謝陽，龍偉，趙波.壓力容器缺陷安全評定研究進展和衰減路徑速度積方法[J].機械，2019，46（11）：8-15+28.

作者簡介：

劉禾（1985- ），男，民族：漢，籍貫：山東省濟南市，學歷：本科，畢業于山東省藝術學院 武漢工程大學研究生在讀，現有職稱：中級工程師，研究方向：質量工程。