基于失效模式的在役壓力容器檢驗(yàn)

朱向曦

摘 要：工業(yè)企業(yè)運(yùn)行過(guò)程中，壓力容器是最基礎(chǔ)的設(shè)備設(shè)施，極有可能會(huì)受到各種因素的影響，導(dǎo)致出現(xiàn)失效問(wèn)題，其中磨損以及泄漏等是較突出的失效問(wèn)題。因此，全面落實(shí)在役壓力容器的檢驗(yàn)工作，分析壓力容器的失效形式，進(jìn)一步提高檢查效率與質(zhì)量，確保壓力容器運(yùn)行更加安全，減少和降低安全事故發(fā)生概率，具有非常重要的意義。基于此，文章深入探討基于失效模式的在役壓力容器的檢驗(yàn)，希望為工業(yè)企業(yè)以及相關(guān)工作人員提供參考與借鑒，推動(dòng)工業(yè)企業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：失效模式;在役壓力容器;檢驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TK22 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1064（2022）03-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2022.03.020

作為現(xiàn)代化工領(lǐng)域應(yīng)用中的關(guān)鍵設(shè)備，壓力容器對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率具有直接影響，但在其實(shí)際運(yùn)行中會(huì)受到各種因素的影響和干擾，可能導(dǎo)致壓力容器的性能發(fā)生改變，進(jìn)而影響壓力容器的正常運(yùn)行，甚至發(fā)生安全事故。

因此，全面落實(shí)在役壓力容器的檢驗(yàn)工作，深入分析壓力容器的常見失效形式，制定有效的應(yīng)對(duì)措施，提高壓力容器的檢驗(yàn)質(zhì)量，確保壓力容器運(yùn)行更加安全，減少和降低安全事故發(fā)生概率，具有非常重要的意義。文章基于失效模式的在役壓力容器的檢驗(yàn)展開探討，希望為相關(guān)技術(shù)人員提供參考，保障壓力容器功能的發(fā)揮，推動(dòng)相關(guān)企業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。

1 失效模式的含義

通常情況下，失效模式對(duì)于壓力容器的影響是非常明顯的，壓力容器在失效過(guò)程中，它容器材料的性能會(huì)發(fā)生不同程度的改變，在不良變化過(guò)程中，又被稱為壓力容器失效的主要過(guò)程。

一旦壓力容器出現(xiàn)失效模式，會(huì)導(dǎo)致壓力容器難以充分發(fā)揮其作用，對(duì)容器的安全使用產(chǎn)生極大的影響與破壞，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)增加安全事故發(fā)生概率，對(duì)于工業(yè)企業(yè)的健康、有序發(fā)展造成極大的影響。

通過(guò)分析，壓力容器最常見的失效模式主要表現(xiàn)為變形失效、腐蝕嚴(yán)重導(dǎo)致功能受損以及磨損失效等，壓力容器在實(shí)際使用過(guò)程中，極有可能受到不同程度的磨損，造成壓力容器失去穩(wěn)定性。而在失效過(guò)程中，各種失效模式有著很大的差異。

所以，為了進(jìn)一步提高壓力容器檢驗(yàn)效率與水平，要運(yùn)用科學(xué)的檢驗(yàn)方法認(rèn)真檢驗(yàn)，保證檢驗(yàn)的最終結(jié)果具有極高的質(zhì)量。

2 壓力容器的含義

認(rèn)真分析和研究壓力容器可知，其是人類生產(chǎn)生活中應(yīng)用最為廣泛的容器之一，可以有效存儲(chǔ)液體或氣體，并具備一定的承壓能力。如今在石油化工企業(yè)中，壓力容器憑借著自身強(qiáng)大的性能優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，而且成為傳熱工藝、分離工藝中最重要的工具之一。

按照壓力容器在生產(chǎn)工藝過(guò)程中的作用分析，可以將其分為反應(yīng)壓力容器、分離壓力容器等多種類型，為推動(dòng)企業(yè)更加安全、穩(wěn)定地發(fā)展，要加大對(duì)壓力容器的檢驗(yàn)力度，保證容器在使用過(guò)程中更加穩(wěn)定。

3 失效模式的主要類型

3.1 失穩(wěn)

在變形失效中，失穩(wěn)是最具特點(diǎn)的一種，當(dāng)專業(yè)設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)壓力容器時(shí)，常常會(huì)將關(guān)注重點(diǎn)聚焦壓力作業(yè)設(shè)備在高溫高壓下的使用，往往忽視低壓情況下的使用，甚至有時(shí)是常壓操作，但是也極有可能出現(xiàn)失穩(wěn)的問(wèn)題。例如，夾套容器出現(xiàn)了失穩(wěn)問(wèn)題，其中有很大一部分原因就是設(shè)計(jì)導(dǎo)致的。

運(yùn)用加強(qiáng)圈提高承受外壓能力的過(guò)程中，加強(qiáng)圈要與慣性矩的要求相符合，一旦出現(xiàn)了失穩(wěn)變形，就會(huì)造成壓力容器出現(xiàn)報(bào)廢、無(wú)法再運(yùn)用等情況，給后期的修復(fù)工作帶來(lái)許多困難。

3.2 蠕變

通過(guò)認(rèn)真分析蠕變發(fā)現(xiàn)，其主要是指高溫或者荷載作用下壓力容器產(chǎn)生的塑性變化。由于材質(zhì)不同，出現(xiàn)蠕變的溫度也會(huì)存在很大的差異。

例如，碳鋼出現(xiàn)蠕變的溫度在350 ℃左右，而合金鋼出現(xiàn)蠕變的溫度需要在400 ℃以上。受到高溫的影響，材料極有可能會(huì)發(fā)生球化甚至是脫碳情況。

球化最有效的檢查方式是金相檢查，如果出現(xiàn)了蠕變損傷，那么在初期階段是很難被發(fā)現(xiàn)和檢查到的，如果能夠被檢測(cè)到，那就說(shuō)明其處在即將報(bào)廢的階段，開展修復(fù)工作無(wú)法獲得很好的效果和幫助[1]。

4 壓力容器的失效模式

眾所周知，我國(guó)工業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展速度與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，還存在一定的距離，材料冶煉等眾多技術(shù)仍處在起步發(fā)展階段，再加上企業(yè)自身生產(chǎn)條件、生產(chǎn)特點(diǎn)等各方面因素的影響與限制，造成壓力容器中極可能出現(xiàn)變形或斷裂等問(wèn)題，在使用過(guò)程中極易發(fā)生安全生產(chǎn)事故，對(duì)工業(yè)企業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生極大的影響。

按照壓力容器在失效過(guò)程中呈現(xiàn)的物理和化學(xué)等方面的變化分析，可以將壓力容器的失效模式分為五種類型：

其一，變形失效模式。為了更加準(zhǔn)確地判斷壓力容器變形的情況，可以按照壓力容器變形的實(shí)際程度，進(jìn)行壓力容器變形失效模式二次分析。將由輕到重作為原則，壓力容器的變形程度可以分為彈性狀態(tài)之下的壓力容器變形失效模式以及蠕變狀態(tài)下的壓力容器變形失效模式等。

其二，斷裂變形失效模式。此種失效模式又可以分為兩種類型，即韌性狀態(tài)之下的壓力容器鍛煉模式以及脆性狀態(tài)之下的壓力容器鍛煉模式。

其三，腐蝕失效模式。此種失效模式可以按照腐蝕出現(xiàn)的具體位置、主要特點(diǎn)、出現(xiàn)腐蝕的主要原因等進(jìn)行細(xì)致分析，也分為幾種不同的類型，例如，均勻狀態(tài)下的壓力容器腐蝕失效模式、點(diǎn)腐蝕狀態(tài)之下的壓力容器失效模式等。

其四，磨損失效模式。

其五，泄漏失效模式。泄漏失效模式的出現(xiàn)主要是受到應(yīng)力等各方面因素的影響，同時(shí)，可以分為多種失效模式，例如，疲勞斷裂狀態(tài)之下的壓力容器泄漏失效模式以及環(huán)境斷裂狀態(tài)之下的壓力容器失效方式等。

5 基于失效模式的在役壓力容器檢驗(yàn)

將失效模式作為依托和基礎(chǔ)，認(rèn)真、全面、細(xì)致地檢驗(yàn)在役壓力容器，不僅可以提高檢驗(yàn)工作的效率與水平，而且可以第一時(shí)間找到其中的問(wèn)題和安全隱患，之后制定完善的方法，妥善解決問(wèn)題，幫助容器發(fā)揮其功能，推動(dòng)工業(yè)企業(yè)發(fā)展[2]。

5.1 制定完善的檢驗(yàn)方案與計(jì)劃

專業(yè)工作人員要分析壓力容器生產(chǎn)材料的主要類型、運(yùn)行過(guò)程中的方式、所處生產(chǎn)環(huán)境、操作技術(shù)等各項(xiàng)內(nèi)容，找到失效內(nèi)容以及形成失效的主要原因，深入分析內(nèi)部與外部各種因素對(duì)其產(chǎn)生的影響，綜合多種因素之后，制定完善、健全的檢驗(yàn)方案與計(jì)劃，再按照計(jì)劃中的內(nèi)容、要求有序執(zhí)行。

同時(shí)，要認(rèn)真分析導(dǎo)致失效的不同因素之間的規(guī)律性、關(guān)聯(lián)性，加大變量整體分析力度，找到關(guān)鍵因素和矛盾，不斷完善和改進(jìn)檢驗(yàn)計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)對(duì)于壓力容器失效過(guò)程的控制以及問(wèn)題的解除[3]。

5.2 選擇具有科學(xué)性的檢驗(yàn)方法

當(dāng)壓力容器進(jìn)入工作環(huán)境之前，要對(duì)其進(jìn)行全面維護(hù)，并切實(shí)做好管理工作，幫助壓力容器能充分發(fā)揮其作用[4]。

在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，可以運(yùn)用宏觀檢測(cè)的方法，科學(xué)判斷壓力容器的運(yùn)行狀況，并運(yùn)用專業(yè)工具分析運(yùn)行情況，認(rèn)真檢查壓力容器外部，確保其外部沒(méi)有出現(xiàn)裂紋、表面損傷等問(wèn)題。之后，將宏觀檢查工作作為基礎(chǔ)和依托，把專業(yè)儀器設(shè)備與技術(shù)方法完美融合，二者相輔相成，對(duì)壓力容器的材質(zhì)以及功能等各部分指標(biāo)進(jìn)行專業(yè)檢測(cè)，最終獲得準(zhǔn)確性極高的檢測(cè)信息與數(shù)據(jù)。

此外，要幫助相關(guān)工作人員全面掌握容器的運(yùn)行狀況，有計(jì)劃、有針對(duì)性地開展壓力容器的維修與保養(yǎng)工作。如果檢修內(nèi)容和方法已經(jīng)確定，之后就可以展開停機(jī)檢修，定時(shí)檢查非常容易出現(xiàn)損傷的部位[5]。

5.3 在役壓力容器檢驗(yàn)操作方法與流程

專業(yè)工作人員要認(rèn)真閱讀與分析壓力容器的資料內(nèi)容，將設(shè)備運(yùn)行的主要情況、特點(diǎn)作為基礎(chǔ)，加大對(duì)于壓力容器材料質(zhì)量的檢測(cè)力度，評(píng)價(jià)壓力容器的材料是否與工業(yè)產(chǎn)業(yè)運(yùn)行期間對(duì)于壓力溫度的要求相一致，了解材料的韌性、溫度以及抗腐蝕性是否與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)使用需求相符合[6]。

認(rèn)真分析壓力容器內(nèi)部?jī)?chǔ)存或已經(jīng)流通的介質(zhì)，檢驗(yàn)壓力容器運(yùn)行過(guò)程中介質(zhì)成分呈現(xiàn)的不同變化或者是雜質(zhì)的主要特點(diǎn)，認(rèn)真分析最終結(jié)果，評(píng)價(jià)容器是否滿足應(yīng)力腐蝕要求。

另外，對(duì)于壓力容器作業(yè)環(huán)境的荷載、溫度等指標(biāo)的變化情況進(jìn)行研究，通過(guò)分析其變化規(guī)律，之后找到壓力容器在運(yùn)行過(guò)程中的疲勞程度、蠕變問(wèn)題等發(fā)生概率。準(zhǔn)確記錄壓力容器運(yùn)行過(guò)程中的相關(guān)數(shù)據(jù)和信息，尤其是在啟動(dòng)或關(guān)閉過(guò)程中，記錄容器出現(xiàn)的數(shù)據(jù)變化，為后期的評(píng)價(jià)工作提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支持與幫助[7]。

其次，加大對(duì)于容器內(nèi)部與外部宏觀的檢查力度，相關(guān)工作在儀器專業(yè)設(shè)備輔助下才能完成，真正實(shí)現(xiàn)對(duì)于壓力容器失效狀況的控制。正常情況下，最常用的宏觀檢查方法與手段就是視覺(jué)與聽覺(jué)檢驗(yàn)，應(yīng)用視覺(jué)方法時(shí)，主要是與燈光放大的形態(tài)完美結(jié)合，準(zhǔn)確判斷與識(shí)別失效部位。

聽覺(jué)檢測(cè)專業(yè)方法在運(yùn)用過(guò)程中，主要應(yīng)用小錘敲擊方式，工作人員認(rèn)真判斷與分析敲擊產(chǎn)生的回聲，確定壓力容器運(yùn)行的主要情況與特點(diǎn)，找到其是否存在腐蝕或者是裂縫等問(wèn)題[8]。另外，在壓力容器檢驗(yàn)過(guò)程中，檢驗(yàn)工作人員還要發(fā)揮其作用和能力，憑借豐富經(jīng)驗(yàn)，借助宏觀檢測(cè)方法，保證壓力容器檢測(cè)位點(diǎn)的準(zhǔn)確性，進(jìn)一步提高檢測(cè)工作的水平與質(zhì)量。

最后，應(yīng)用超聲波檢測(cè)技術(shù)。時(shí)代在發(fā)展，科技在進(jìn)步，在新時(shí)代背景下，在役壓力容器檢驗(yàn)過(guò)程中可以應(yīng)用最先進(jìn)的技術(shù)與方法，例如超聲波檢驗(yàn)技術(shù)，此技術(shù)最大的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)就是有效測(cè)量容器的厚度。

壓力容器在運(yùn)用過(guò)程中，許多介質(zhì)會(huì)對(duì)其運(yùn)行效率產(chǎn)生不同程度的影響與限制，例如壓力容器的內(nèi)壁被腐蝕等，如果這一問(wèn)題得不到妥善解決，必然會(huì)對(duì)壓力容器正常、有序地發(fā)揮作用產(chǎn)生影響，甚至?xí)黾影踩鹿拾l(fā)生概率[9]。

因此，工業(yè)企業(yè)要運(yùn)用超聲波檢驗(yàn)技術(shù)對(duì)于壓力容器的厚度進(jìn)行定時(shí)、定期檢查，將檢查結(jié)果與上一次的檢查結(jié)果進(jìn)行科學(xué)、合理的比較，然后找到壓力容器的主要運(yùn)行情況，再做下一步的打算。

采用內(nèi)外壁檢查方法，壓力容器在工作過(guò)程中，非常容易出現(xiàn)的問(wèn)題就是外表裂紋，因?yàn)楣ぷ魅藛T憑借肉眼無(wú)法準(zhǔn)確看到細(xì)小裂紋的出現(xiàn)，要運(yùn)用磁粉以及滲透檢測(cè)方法，判斷與檢測(cè)裂紋問(wèn)題[10]。

通過(guò)認(rèn)真分析磁粉檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)此項(xiàng)技術(shù)不僅無(wú)須投入更多成本，而且靈敏度極高，對(duì)鐵磁性材料需優(yōu)先使用磁粉檢測(cè)方法。如果發(fā)現(xiàn)是非磁性材料，那么可以運(yùn)用滲透檢測(cè)方法。無(wú)論應(yīng)用哪種方法，檢測(cè)質(zhì)量都是很高的。

此外，在面對(duì)應(yīng)力腐蝕傾向以及低溫壓力容器時(shí)，可以運(yùn)用濕熒光磁粉檢測(cè)方法，經(jīng)過(guò)專業(yè)人員大量的分析與實(shí)踐之后發(fā)現(xiàn)，在許多情況下，裂紋都是在焊縫附近出現(xiàn)的，出現(xiàn)這樣的情況，主要是因?yàn)樵诤附舆^(guò)程中會(huì)出現(xiàn)淬硬組織以及殘余的應(yīng)力，因此，表面檢測(cè)要檢測(cè)焊接焊疤的主要位置[11]。

時(shí)代在不斷發(fā)展，壓力容器檢測(cè)技術(shù)也從未停止革新的腳步，許多檢測(cè)方法與手段應(yīng)運(yùn)而生。例如，超聲波檢驗(yàn)、聲發(fā)射以及導(dǎo)波技術(shù)、衍射時(shí)差法技術(shù)等。如果對(duì)材質(zhì)抱有懷疑或在特殊情況下，可以進(jìn)行硬度檢測(cè)、材質(zhì)分析等，尤其是其中的衍射時(shí)差法技術(shù)呈現(xiàn)的效果更佳。

在檢驗(yàn)壁比較厚的容器時(shí)，衍射時(shí)差法技術(shù)能夠發(fā)揮作用，準(zhǔn)確判斷容器是否發(fā)生缺陷以及缺陷的實(shí)際程度[12]。

6 結(jié)語(yǔ)

簡(jiǎn)而言之，壓力容器是現(xiàn)代化工生產(chǎn)和其他行業(yè)的重要器具，在工業(yè)企業(yè)中扮演著重要角色，對(duì)生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率產(chǎn)生直接影響，與企業(yè)能否順利、有序發(fā)展之間具有緊密聯(lián)系。

壓力容器的基本性能會(huì)受到各種因素的影響，造成壓力容器失效，如果壓力容器的安全性等各個(gè)方面得不到保障，不僅會(huì)縮短容器的使用壽命，而且會(huì)造成嚴(yán)重的安全隱患。

因此，相關(guān)技術(shù)人員在日常工作中要不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，加強(qiáng)業(yè)務(wù)學(xué)習(xí)，提高綜合素養(yǎng)與工作能力。同時(shí)，要以失效模式作為基礎(chǔ)，認(rèn)真分析探討壓力容器的具體失效形式，明確檢驗(yàn)內(nèi)容和檢驗(yàn)方法，制定切實(shí)有效的檢驗(yàn)方案，大幅提高壓力容器的檢驗(yàn)水平與檢驗(yàn)質(zhì)量，確保壓力容器的功能得到充分發(fā)揮，推動(dòng)企業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。

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