壓力容器定期檢驗周期的探討

張磊，師文靜，曹仲武

(國家管網(wǎng)集團西部管道公司塔里木輸油氣分公司，新疆 庫爾勒 841000)

0 引言

壓力容器屬于特種裝備，廣泛應用于石化領域。壓力容器工作壓力高，且部分容器裝載的介質(zhì)是危化品，壓力容器的安全問題必須引起重視。壓力容器的定檢是確保設備安全運行的保障[1-3]。

在我國，與壓力容器檢驗相關的法規(guī)和標準主要包括《中華人民共和國特種設備安全法》《特種設備安全監(jiān)察條例》《壓力容器定期檢驗規(guī)則》《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》(簡稱《容規(guī)》)《鋼制壓力容器》等。《容規(guī)》中對壓力容器的安全等級進行了分級，不同等級對應不同定期檢驗周期。在定期檢驗中，需要對設備的技術(shù)參數(shù)、表觀、安全附件、注冊信息等內(nèi)容進行審查[4]。設備缺陷的檢測技術(shù)手段也不斷增強[5-7]。腐蝕是一種常見的設備缺陷[8]，主要表現(xiàn)是設備壁厚減薄，壁面減薄的速率越快，說明腐蝕越強。盡管法規(guī)和標準對容器的分級和檢驗有詳細的規(guī)定，但仍需結(jié)合設備的實際情況進行調(diào)整。本文從實際的壓力容器檢驗出發(fā)，對設備腐蝕進行了分析，并對設備的定期檢驗提出了建議。

1 容器壁面腐蝕的檢測

1.1 容器介紹

檢測的容器為在用的儲氣罐，儲存介質(zhì)為空氣，設計壓力1.45 MPa，設計溫度150 ℃，設計壽命為15年。設備于2013年投入使用，按照《容規(guī)》的要求，設備安全等級為2級，規(guī)定的定期檢驗周期為6年。安全等級為3級的容器定期檢驗周期為3～6年。為了確保設備安全，設備使用公司每3年對設備進行檢驗，小于規(guī)定的定檢周期。當前，設備已使用9年，共完成了3次定檢。在前兩次定檢中，設備安全等級均評定為2級，但在第3次定檢中發(fā)現(xiàn)腐蝕速率超過了規(guī)定要求。

1.2 壁厚測量方法

工程上要求壁厚每年的變化量不大于0.25 mm/a，計算方法為(測量值-名義厚度)/檢驗周期，壁厚的測量取多點測量的均值。儲氣罐的壁厚測點分為三個區(qū)域，每個區(qū)域分別取多點進行測量。三個區(qū)域分別為頂部、罐身和底部。在測量點的選擇上，既要保證所選的測量點具有代表性，還要有足夠的測量點，使測量值能盡可能反映當前儲氣罐真實的壁厚。測量點的選擇遵循如下原則：(1)液位經(jīng)常波動的部位；(2)易腐蝕或沖蝕的部位；(3)制造成型中壁厚減薄部位和使用中發(fā)生變形的位置；(4)外觀檢查時發(fā)現(xiàn)的可疑部位。頂部和底部分別取6個測量點，罐身取12個測量點，共計24個測量點，如圖1所示。

圖1 壁厚測量點示意圖

1.3 測量結(jié)果

每個部位的壁厚值取所在部位所有測量點的平均值，如表1所示。測量數(shù)據(jù)顯示，不同部位的腐蝕速率不同。其中，頂部和罐身的腐蝕速率較快，分別為0.26 mm/a和0.25 mm/a，底部的腐蝕速率為0.16 mm/a。按照規(guī)定，當腐蝕速率大于0.25 mm/a時，需要縮短檢驗時間。該儲氣罐在上一次定檢時的安全等級為2級，定檢周期是6年。但在三年后的檢測中發(fā)現(xiàn)，該儲氣罐的頂部和罐身的腐蝕速度已經(jīng)達到或超過規(guī)定要求。顯然，如果按照原有的定檢周期對儲氣罐進行檢驗無法保證儲氣罐的安全運行。

表1 壁厚平均測量值

2 大氣腐蝕的分析

2.1 大氣腐蝕的分類

在工作狀態(tài)下，儲氣罐長期暴露在環(huán)境中，大氣腐蝕是不可避免的。大氣腐蝕主要可以分為三類。

2.1.1 潮濕的大氣腐蝕

大氣中含有一定的水分，以水汽的形式存在。當大氣中的水汽濃度到達容器外壁金屬材料的臨界濕度時，水汽會在金屬表面形成一層很薄的水膜，在這層水膜的作用下，金屬逐漸被腐蝕。鐵的臨界濕度約為65%，銅的臨界濕度接近100%。如果大氣中含有CO2、H2S和SO2等污染物，這些污染物會溶解在水膜中，加速設備表層金屬的腐蝕。

2.1.2 干燥的大氣腐蝕

這種大氣腐蝕，通常是指大氣中含水量較低，大氣非常干燥，不會在容器的表面形成水膜。這種大氣腐蝕通常是金屬在大氣中氧化的結(jié)果，會在金屬表面形成一種氧化膜。而且這種大氣腐蝕的特點是作用緩慢，危害性低。

2.1.3 可見液膜條件下大氣腐蝕

在一些特殊地區(qū)，如海上或臨海、雨量充沛且無防潮措施的地區(qū)，大氣的相對濕度達到100%。在這種工作條件下，在容器的表面會形成肉眼可見的水膜，或儲氣罐表面已經(jīng)有液滴聚集。在這種情況下，容器外層的金屬極易發(fā)生腐蝕，且長期暴露在這種潮濕的環(huán)境下，腐蝕速率也會加快，需要對設備的表層進行防腐處理。

2.2 大氣腐蝕的影響因素

2.2.1 水的影響

在大氣環(huán)境下，水是引發(fā)金屬腐蝕的主要媒介，也是主要影響因素。一般情況下，濕度越大，腐蝕性越強。在腐蝕過程中，水作為一種電解質(zhì)，能離解為H+或OH-離子，使與其接觸的金屬發(fā)生腐蝕。

2.2.2 海洋大氣影響

在海洋或臨海環(huán)境下，受海洋大氣的影響，大氣中含有一定的鹽分，鹽分的成分主要是NaCl，其中的Cl-離子具有很強的腐蝕性。設備暴露在這種大氣環(huán)境下，會加速金屬的腐蝕。

2.2.3 污染物的影響

在石油、天然氣等化工領域，工業(yè)園區(qū)排放的廢氣中很可能含有CO2、H2S和SO2等污染物，特別是硫化物會對金屬造成較嚴重的腐蝕。此外，在石化生產(chǎn)的大氣環(huán)境中，可能含有大量的氯氣、氨氣等有害物質(zhì)，這些物質(zhì)會溶于水汽中，加速容器金屬的腐蝕。設備的腐蝕也會隨著這些污染物含量的上升而增加，幾種物質(zhì)的協(xié)同效應也會加速金屬的腐蝕。

2.3 被檢儲氣罐的大氣腐蝕分析

檢測的儲氣罐在使用過程中長期暴露在大氣環(huán)境下，所在地區(qū)環(huán)境較為干燥，容器表面的腐蝕屬于干燥的大氣腐蝕。但近年來，儲氣罐所在地區(qū)的雨量更充沛，導致在部分時間段內(nèi)大氣相對濕度較大。在設備日常維護中，忽略了儲氣罐表面的干燥處理，導致儲氣罐長期處于潮濕的環(huán)境中。且在儲氣罐的工作環(huán)境下，存在工業(yè)廢氣排放，極有可能加速儲氣罐表面的腐蝕速率。在第3次定檢中，儲氣罐的宏觀檢查并未出現(xiàn)顯著的缺陷，只在壁厚檢測中發(fā)現(xiàn)腐蝕速率超過規(guī)定要求。由此可見，腐蝕具有一定的隱蔽性，不易察覺，且僅通過表觀很難判斷腐蝕情況。

3 壓力容器定檢的建議

在對儲氣罐進行安全評級時，主要依據(jù)《容規(guī)》。安全等級2級和3級的評級標準歸納如表2所示。由表2可見，安全等級2級和3級的評級標準存在差異，但對于運行時間不長的容器而言，很容易滿足2級的要求。容器的腐蝕是一個復雜且長期作用的過程，一些腐蝕現(xiàn)象很難通過肉眼發(fā)現(xiàn)。單純的依賴規(guī)定中的定檢周期，很容易發(fā)生安全隱患。因此，在實際的生產(chǎn)運行中，不能盲目依從相關規(guī)定，應結(jié)合工程實際調(diào)整設備的檢測計劃。這也對設備的安全負責人提出了更高的要求：一方面，設備安全負責人要了解設備可能發(fā)生的風險，即設備的風險識別，同時還要分析風險成因，以便及時了解設備的健康狀態(tài)；另一方面，要了解設備當前的工作環(huán)境，分析不同工作環(huán)境下容器可能發(fā)生的風險，針對不同的風險適時調(diào)整設備的檢測計劃。當設備處于已知的可能造成設備缺陷的環(huán)境時，需要做好設備的保護和后期維護。

表2 在用壓力容器安全等級劃分要求對比

4 結(jié)語

現(xiàn)有的壓力容器法規(guī)對定期檢驗周期有詳細的規(guī)定。在實際的檢驗過程中發(fā)現(xiàn)，在規(guī)定的檢驗周期內(nèi)，一些壓力容器也會出現(xiàn)壁面腐蝕減薄現(xiàn)象。壁面腐蝕成因復雜，與所處的工作環(huán)境關系密切。在設備的安全保障期間，應關注設備的工作環(huán)境，及時評估設備可能出現(xiàn)的風險。不應盲目的依據(jù)相關規(guī)定等待設備的定期檢驗周期，要根據(jù)工作實際調(diào)整檢驗周期，確保設備的安全運行。