低溫絕熱壓力容器失效因素及檢驗技術(shù)研究

李順德，李莉

（1.黔西南州特種設(shè)備檢驗所；2.黔西南州環(huán)境監(jiān)測站，貴州 興義 562400）

隨著越來越多低溫絕熱壓力容器的應(yīng)用，使得低溫液態(tài)存儲的能源使用范圍得到更大的拓展，低溫絕熱壓力容器在使用日漸普及的同時，也在實際應(yīng)用中出現(xiàn)了一些安全問題，尤其是失效問題，所以需要做好全面的技術(shù)分析，定期進行檢驗評定，確保其能夠正常運行。

1 低溫絕熱壓力容器簡介

和傳統(tǒng)的壓力容器不同，現(xiàn)代低溫絕熱壓力容器的結(jié)構(gòu)為真空夾套。同時，外殼、金屬內(nèi)膽采用的是隔熱設(shè)計方法。達到隔熱的目的是使用了不同的隔熱材料，常用的比如真空粉末絕熱、纖維材料絕熱等等，以確保容器內(nèi)夾層的真空度。

而對于檢驗技術(shù)而言，與傳統(tǒng)單層常溫或高溫壓力容器的明顯不同導致檢驗技術(shù)也不一樣，其檢驗技術(shù)指標為真空度。低溫絕熱壓力容器因為溫度低于常溫，儲存介質(zhì)多為易燃易爆壓縮氣體，故非常容易引發(fā)一系列的如爆炸、火災(zāi)等安全事故。因此一定要加強有關(guān)檢測技術(shù)的研究。

2 低溫絕熱壓力容器失效因素分析

為了深入分析低溫絕熱壓力容器的失效因素，針對取奧氏體不銹鋼樣本性能數(shù)據(jù)進行了分析，采用不同的應(yīng)變強化過程，考察對材料的影響，在選取20%的施加預拉伸彈性形變的處理條件下，分別測量在-30 ～-15℃波動范圍內(nèi)奧氏體不銹鋼的強度數(shù)據(jù)，表1 為不同溫度下奧氏體不銹鋼拉伸力學性能數(shù)據(jù)表。

表1 不同溫度下奧氏體不銹鋼拉伸力學性能

從表中能看到，由于低溫與應(yīng)變的作用，在常溫22℃下材料的屈服強度和抗拉強度分別為252MP 和709MP，當僅對母材進行低溫-15℃處理時，屈服強度和抗拉強度分別增大了7.1%和35%，當在同等溫度下，增加預應(yīng)變處理時，屈服強度和抗拉強度均增加73%和46%。可以發(fā)現(xiàn)，在相同低溫-15℃的情況,同時增加預應(yīng)變處理，對屈服強度和抗拉強度的提升作用非常顯著。

當溫度降到-30℃、不增加預應(yīng)變時，相較于-15℃增幅為11%和10%，可見控制低溫能夠有效增加2 個系數(shù)，但是作用不明顯。

當溫度在-15 ～-30℃的過程中，屈服強度的變化范圍為7.1%～19%，而抗拉強度范圍為35%～50%，可見溫度對抗拉強度的影響較大。當增加預應(yīng)變處理時，屈服強度的增加范圍為73%～85%，抗拉強度46%～54%。可以看到屈服強度對于低溫作用不是很明顯，在低溫與應(yīng)變一起作用之下，屈服強度的作用更加明顯，起著主導作用，但是，對于抗拉強度，溫度與應(yīng)變的結(jié)果并沒有明顯增大，強化效果相近。

3 失效問題

（1）開裂問題分析。低溫絕熱壓力容器的內(nèi)膽，通常采用不銹鋼材料，因此低溫絕熱壓力容器的內(nèi)膽封頭的直邊段容易出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，造成容器失效。而問題的原因是在內(nèi)膽制作中材料形態(tài)的變化打破原有應(yīng)力形態(tài)，形成新應(yīng)力，而原剩余應(yīng)力依然會有部分殘余進而引發(fā)斷裂。除此，由于在加工外內(nèi)膽時，因采用的冷卻方法不同，不同部位的冷卻速度也不同，極易產(chǎn)生馬氏體組織，馬氏體組織在低溫下容易開裂造成容器失效。

（2）真空度失效問題。低溫絕熱壓力容器的真空絕熱性能和使用的期限相關(guān)，性能的決定因素為夾層真空度、日蒸發(fā)率。真空類型主要有2 種：高真空多層絕熱型、真空粉末型。導致其真空度失效的原因非常多，常見原因有絕熱材料的影響、真空夾層材料漏氣、真空夾層氣體的影響、低溫絕熱壓力容器失效等等。

（3）焊縫泄漏因素分析。低溫絕熱壓力容器返修過程，最常見的失效模式是焊縫泄露問題，如在夾套焊縫處，多為設(shè)計因素引起，主要是因為在設(shè)計時，未能重視接管導熱情況，故后期使用因為充裝、泄放反復操作，溫度在殼體、接管中有了變化，產(chǎn)生交變應(yīng)力。若連接部分為碳鋼，則焊縫處容易出現(xiàn)裂紋，導致低溫絕熱壓力容器失效。

4 低溫絕熱壓力容器檢驗技術(shù)研究

在進行低溫絕熱壓力容器檢驗時，必須要適當?shù)丶訌姍z測的力度，尤其是要加強低溫絕熱壓力容器壁的厚度，根據(jù)相關(guān)檢驗標準規(guī)定，在進行檢測的過程中，未要求對其厚度進行檢測。而對于氣密性檢測，我們通常采取常規(guī)的目視檢查的方法，這樣就導致檢測結(jié)果缺乏嚴謹性。為防止發(fā)生泄漏，所使用方法主要是氣密性檢測法，檢測的過程成本較高，缺乏實用性。

因低溫絕熱壓力容器安裝型式多為固定式安裝，而檢驗主要是對殼體進行檢驗，而實際承壓部件為內(nèi)膽，容易導致結(jié)果的不準確。而且真空絕熱壓力容器無任何入口，對于內(nèi)層檢測無任何有效的無損檢測方法。判斷內(nèi)膽完好與否的直觀有效的方法只有通過測量真空度，真空度的測量通過真空規(guī)管來操作，在測量過程中如果操作不當可能會導致真空規(guī)管斷裂，造成運行更加困難。此問題是常見的，因此加強有關(guān)措施的研究可以減少損失。

5 低溫絕熱壓力容器檢驗技術(shù)應(yīng)用措施

（1）低溫絕熱壓力容器檢驗時，為了能夠確保檢驗檢測工作的效率，需要提前做好檢驗方案，確定檢驗項目，做好使用單位提供的技術(shù)資料審查工作。比如低溫絕熱壓力容器的出廠資料與安裝資料的真實性和完整性、日常巡檢維護保養(yǎng)和應(yīng)急救援預案和演練實施情況等。結(jié)合其運行情況與歷年檢驗報告等資料，針對低溫絕熱壓力容器檢驗記錄中常見的問題，分析其檢驗的價值性，來確定是否將其作為檢測的項目。在設(shè)定檢驗項目時，需要確保檢驗的全面性與完整性。

（2）做好全面的檢測工作，在進行低溫絕熱壓力容器檢驗時，需要對其本體進行全面的檢查，不僅需要對其保溫層與外殼等做相應(yīng)的檢查，還需要檢查設(shè)備是否存在開裂問題或者傾斜問題，檢查低溫絕熱壓力容器的地腳螺栓的性能。檢查容器的外殼表面，檢查其腐蝕程度，若容器存在較為嚴重的腐蝕情況，則需要做好深度測定工作，檢查容器的腐蝕厚度。同時需要檢查安全閥與壓力表等附件，對于老化的設(shè)備附件或者損壞嚴重的附件，需要及時做好更換工作。要對低溫絕熱壓力容器做定期的強度檢驗，必要時需進行氣密性與耐壓試驗。

6 結(jié)語

以奧氏體不銹鋼作為材料的低溫絕熱壓力容器，常常發(fā)生失效的問題。為了確保壓力容器能夠可靠的工作，穩(wěn)定在一個可靠的區(qū)間，本文主要介紹了低溫絕熱壓力容器在不同低溫和預應(yīng)變的條件下對屈服強度和抗拉強度的影響；分析了容器失效因素，只有定期做好低溫絕熱壓力容器檢驗工作，及時發(fā)現(xiàn)容器存在的問題，才能確保其能夠穩(wěn)定的運行，并提出一些具體的應(yīng)對措施。作為檢驗工作者，我們需要加強對低溫絕熱壓力容器檢驗技術(shù)要點的控制，確保檢驗結(jié)果的準確性，合理的進行安全等級評定。