壓力容器常見缺陷及處理措施

王聰志

（內(nèi)蒙古自治區(qū)特種設(shè)備檢驗研究院巴彥淖爾分院，內(nèi)蒙古 巴彥淖爾 015001）

壓力容器從制造到運行的任一環(huán)節(jié)都可能產(chǎn)生缺陷，在當(dāng)時未處理或者處理效果不達(dá)標(biāo)的情況下，小缺陷就會形成大隱患，最終會讓壓力容器不堪其負(fù)，也許會造成腐蝕、蠕變、韌性破裂等問題。這些問題繼續(xù)擴(kuò)散下去，就會引發(fā)安全事故，導(dǎo)致人員傷亡，給企業(yè)帶來經(jīng)濟(jì)損失，也給企業(yè)帶來聲譽(yù)上的不利影響。由于壓力容器運行環(huán)境具有特殊性，每個企業(yè)的生產(chǎn)情況，對于壓力容器的運行情況都不同，因此我們有必要從制造源頭抓起，結(jié)合壓力容器運行環(huán)境，分析壓力容器常見缺陷，以及這些缺陷是如何造成的，并在分析結(jié)束后給出缺陷處理措施。了解缺陷成因和處理措施，有利于企業(yè)對壓力容器開展針對性的巡查檢查以及維護(hù)保養(yǎng)工作，有助于企業(yè)控制生產(chǎn)成本，創(chuàng)造良好社會效益。

1 壓力容器在設(shè)計制造及使用過程中的特殊性

區(qū)別于機(jī)電類特種設(shè)備，如電梯，常用于住宅小區(qū)、寫字樓。起重機(jī)械，常用于化工企業(yè)廠區(qū)，其使用地點比較單純。但是，壓力容器使用單位卻各式各樣，小型企業(yè)如食品加工廠，大型企業(yè)如多晶硅生產(chǎn)，等等，都會用到壓力容器。因此，無論是壓力容器設(shè)計制造，還是使用，都是特殊且復(fù)雜的。

（1）考驗設(shè)計制造人員對客戶需求的把握能力。壓力容器在使用過程中正如其名，要承受很大壓力，與此同時，還要對周圍特殊環(huán)境有一定防御力，以防客觀環(huán)境給壓力容器本體造成較大破壞，同時，更要考慮壓力容器本身應(yīng)承擔(dān)的工作內(nèi)容。因此，壓力容器的設(shè)計就要結(jié)合設(shè)備功能、環(huán)境因素、企業(yè)需求等綜合條件，進(jìn)行個性化設(shè)計。設(shè)計人員必須擁有良好的專業(yè)素養(yǎng)和較高的設(shè)計水平，對于計算機(jī)操作和使用、專業(yè)軟件應(yīng)用都能得心應(yīng)手。最重要的是領(lǐng)會客戶提出的需求，不僅要設(shè)計出能夠滿足實際需求的設(shè)備，還要保證這個設(shè)備的質(zhì)量是可靠的，不能因設(shè)備本身的復(fù)雜性而默認(rèn)問題滋生，給企業(yè)設(shè)備管理工作帶來不利影響。

（2）工作環(huán)境具有一定的危險性。由于壓力容器較多安裝在化工企業(yè)，這類型企業(yè)環(huán)境的特點就是高溫、高壓，偶爾也有潮濕性，壓力容器充裝介質(zhì)也存在刺鼻、有毒、有害等特性，在這樣的環(huán)境條件下，無論是對壓力容器本身，還是操作壓力容器的人員，都存在一定的危害。為了延長壓力容器的使用壽命，保障人員安全，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)化流程開展作業(yè)是十分必要的。根據(jù)以上特性可以得知，壓力容器在任一階段如果存在工作上的疏忽，或者程序上的錯誤，都可能埋下安全隱患，最終小問題造成大隱患，導(dǎo)致壓力容器運行走向危險境地。

2 在制造過程中容易出現(xiàn)的缺陷

2.1 由原材料選用引起

壓力容器能否發(fā)揮出其應(yīng)有性能，材料選用占據(jù)很大影響。在設(shè)計制造階段，就應(yīng)當(dāng)結(jié)合使用單位具體需求，選取適合該容器的材料。因為材料選用不合理，可能會在壓力容器制造過程中影響焊接工藝，導(dǎo)致壓力容器產(chǎn)生裂紋，或者在未焊接情況下母材已經(jīng)產(chǎn)生裂紋，也可能在具體運行過程中發(fā)生材質(zhì)劣化。總之，原材料作為壓力容器本體中的重要一部分，如果選用材料不合格，或者材料本身不適應(yīng)這臺壓力容器的運行環(huán)境，那么就會導(dǎo)致壓力容器失效，極易發(fā)生泄漏、爆炸等安全事故。

2.2 由焊接工藝引起

據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，大部分壓力容器安全事故爆發(fā)的背后原因，都和焊接缺陷脫不開關(guān)系。焊接等于將壓力容器各項部件“組裝”起來的一個必要手段，因此，其工藝的優(yōu)劣極大地影響著壓力容器的整體性能。焊接作業(yè)的要求有難有易，但是工藝水平、工藝質(zhì)量必須保持在較優(yōu)秀水準(zhǔn)。因為壓力容器運行環(huán)境一般具備高溫、高壓特點，而且其被歸類到“承壓類特種設(shè)備”，這顯然意味著壓力容器最基礎(chǔ)的性能保障就是要保證能承受規(guī)定內(nèi)的壓力。其壓力可以是橫向方面的，也可能是縱向方面的，總之，都會對設(shè)備發(fā)出沖擊，并不因其是橫向或者縱向就會減少沖擊可能性。對此，優(yōu)良的焊接技術(shù)能夠讓壓力容器這個整體變得更加和諧，各部件鏈接都緊密貼合，促使容器發(fā)揮出較好的性能。

不過，實際作業(yè)中，由于人為操作，難免會存在一些問題，造成一些缺陷。比如，因工藝選擇不合理，焊接流程不嚴(yán)謹(jǐn)、操作手法不嫻熟等，使得咬邊、氣孔、焊瘤、未焊透等缺陷產(chǎn)生。在此簡要說一下這些缺陷的表現(xiàn)形式和產(chǎn)生原因：咬邊，就是兩個部件間的焊接縫隙表露出來的凹陷現(xiàn)象。產(chǎn)生這個問題的原因有很多，比如焊接作業(yè)沒有按照規(guī)程進(jìn)行，比如焊絲與焊接部位發(fā)生偏移，導(dǎo)致受焊部位的熔池出現(xiàn)時間較長，比如焊接電流過大，導(dǎo)致焊接部位受到較大沖擊，又比如焊接速度沒有保持勻速，存在時快時慢的情況等。咬邊的出現(xiàn)，使得母材有效截面面積有所減少，同時，咬邊位置承受的應(yīng)力相較其他位置而言更嚴(yán)重、更集中。設(shè)想一下，用安全錘砸向玻璃四角，此時玻璃四角因為承受較大應(yīng)力，就會導(dǎo)致裂紋出現(xiàn)，從而破壞了整塊玻璃。咬邊遭受集中應(yīng)力后也會如此，使得焊縫邊緣出現(xiàn)裂紋的可能性比較大。

氣孔，從形象上也可以看作氣泡，是一個呈“空穴”狀的缺陷。當(dāng)焊接母材外表面沒有清理干凈，其氧化膜和污垢還停留在上面時，或者焊接工藝參數(shù)設(shè)置不符合實際要求時，就容易產(chǎn)生焊接氣孔。業(yè)內(nèi)學(xué)者對焊接氣孔進(jìn)行研究，認(rèn)為焊接氣孔的產(chǎn)生與焊接時所產(chǎn)生的氫氣（元素）有關(guān)。也有人認(rèn)為是在焊接過程中發(fā)生了一定的波動，使得焊接部位發(fā)生收縮和衰竭的情況，使得氣孔產(chǎn)生。總之，我們可以這樣理解，因操作問題，使得焊接過程中產(chǎn)生的氣體被快氣體一步而完成收縮的金屬包容在里面，導(dǎo)致氣體沒有溢出，就形成一個氣孔，也就是空穴。當(dāng)然，造成氣孔產(chǎn)生的原因不只是上面提到的兩點，也有可能是坡口四周有未清理的污垢；坡口表面存在水滴、油滴等液態(tài)物質(zhì)；焊條和焊劑呈現(xiàn)潮濕狀態(tài)；焊芯有生銹情況；焊接工作人員操作手法有問題等。這些原因都會給氣體逸出形成阻礙，造成逸出遲滯，從而產(chǎn)生氣孔。

焊瘤，就是焊接部位金屬溢出，并且凝固成一個圓球狀形態(tài)。可以借助家庭調(diào)料瓶來想象，比如蠔油，如果瓶口有溢出，并且沒有及時處理，就會在瓶口周圍，或者瓶身上留下一道印記，痕跡尾端就是已經(jīng)凝結(jié)的一處圓球狀、水滴狀形態(tài)。與之相比，焊瘤并不會向四周溢出太多，只是在焊接部位存在。也正是因為這樣，焊瘤的存在使得焊接部位無法緊密貼合起來，直接影響焊接強(qiáng)度，還有焊接美觀程度。焊瘤出現(xiàn)的原因主要是速度不夠均勻，同時因為放置位置不穩(wěn)，在重力影響下，熔池中的金屬液體往下滑落，最終形成焊瘤。未焊透和未熔合，顧名思義，就是焊縫不夠緊密。就像是用膠水黏連兩個物體，沒有緊緊黏連在一起，在一直施加強(qiáng)力后，必然會讓兩個物體重新分開。這種缺陷的存在，直接給焊縫的承壓性能帶來不小的沖擊。導(dǎo)致這種缺陷產(chǎn)生的原因有可能是焊接速度過快，或者焊接坡口角度不恰當(dāng)，又或者工件裝配間隙問題等等。

2.3 由加工作業(yè)引起

因為壓力容器運行環(huán)境具有復(fù)雜性，因此，在設(shè)計階段就應(yīng)該好好考量如何設(shè)計才能發(fā)揮壓力容器最佳性能，有了設(shè)計方案，制造工藝也應(yīng)該具備較高的水平，才能將容器效能最大化發(fā)揮出來。壓力容器制造流程是復(fù)雜的，十分考驗技術(shù)水平，對于原材料的選用更是有著極大要求。如果缺乏作業(yè)流程的管控，還有質(zhì)量問題的把控，將會直接影響壓力容器的效果。對壓力容器部件焊接完成進(jìn)行組裝時，也許會存在錯邊和角變形的問題，這兩個問題直接導(dǎo)致部件間無法緊密切合，也就形成了容器的“弱點”。還有分層缺陷，這是隱藏在結(jié)構(gòu)內(nèi)部的問題。由于選用的原材料問題不過關(guān)，使得軋制鋼板時出現(xiàn)分層。從生活化角度來試著理解，我們可以用紙巾類比，普通紙巾為完整性的一體，堅韌耐用，不易破壞，質(zhì)量極差的紙巾可輕易被分成三層，還伴隨著紙屑問題。在原材料質(zhì)量問題的影響下，鋼板少則被分成兩層，操作水準(zhǔn)過差的，甚至能將鋼板分成好幾層。軋制以后無法第一時間發(fā)現(xiàn)分層問題，直到卷板、彎管環(huán)節(jié)，才可能暴露出這一缺陷。分層鋼板完全無法滿足壓力容器制作性能要求，其強(qiáng)度不堪一擊，因此，在壓力容器制造過程中，這是一個嚴(yán)重到?jīng)Q不允許出現(xiàn)的問題。

3 在運行過程中容易出現(xiàn)的缺陷

上文討論的壓力容器在制造過程中容易產(chǎn)生的缺陷，雖然影響力甚重，但是也不必感到恐慌。因為我國特種設(shè)備制造工藝日益進(jìn)步，配套的法律法規(guī)也已經(jīng)趨向完善，再加上人們對特種設(shè)備安全運行意識日益加重，因此，除了一些不可避免的人為因素，其原材料質(zhì)量問題已經(jīng)很少出現(xiàn)了。因此，我們現(xiàn)在就壓力容器運行過程中容易出現(xiàn)的缺陷進(jìn)行闡述。

3.1 表面缺陷

表面缺陷，就是表露在壓力容器的外表面的缺陷。表面缺陷幾乎用目視法即可檢測出來，比如，腐蝕、裂紋等，都是具有明顯表征的。表面缺陷的存在，容易造成壓力容器受力不均勻，造成應(yīng)力集中，然后圍繞該部位就容易出現(xiàn)裂紋，繼而引發(fā)事故。造成表面裂紋產(chǎn)生的直接因素就有機(jī)械損傷，如果發(fā)現(xiàn)裂紋，第一時間應(yīng)當(dāng)打磨消除缺陷。壓力容器表面也會經(jīng)常受到腐蝕作用，根據(jù)其腐蝕狀況，可以分為點狀的、均勻的、局部的。點狀腐蝕較為輕微，如果其腐蝕范圍在規(guī)定允許范圍內(nèi)，是不會對壓力容器運行產(chǎn)生影響的；均勻腐蝕出現(xiàn)后，需要對壁厚進(jìn)行測量，如果測量結(jié)果顯示剩余壁厚可以承受相應(yīng)壓力，那么也不會對容器定期造成影響；如果發(fā)生局部腐蝕，檢驗員就需要測量腐蝕深度，腐蝕形狀和腐蝕尺寸，然后對其進(jìn)行打磨，打磨結(jié)束后，對凹坑（腐蝕區(qū)域）進(jìn)行無量綱計算，如果得出常數(shù)＜0.1 的結(jié)果，則表示腐蝕區(qū)域尚在可控范圍內(nèi)。

3.2 內(nèi)部缺陷

內(nèi)部缺陷通常發(fā)生在容器內(nèi)部，隱蔽性較強(qiáng)，不易直觀顯現(xiàn)出來，比如，內(nèi)部裂紋、雜質(zhì)、焊接問題、鋼板分層問題。對于內(nèi)部缺陷的具體描述，可見上文。

4 對于壓力容器缺陷的處理措施

壓力容器的內(nèi)部缺陷很難用目視法查看，此時，需※※要選用無損檢測方法，常用的有超聲波、射線探傷。壓力容器安全狀況評定等級對于內(nèi)部缺陷等級有所顯示，因此，檢驗員在開展檢驗工作前，有必要了解受檢設(shè)備的等級情況和內(nèi)部缺陷狀況，對于其使用年限、使用環(huán)境等情況也要有所掌握，為后續(xù)檢驗工作和處理缺陷工作做好準(zhǔn)備。處理焊縫缺陷時，必須保持審慎的態(tài)度，不能完全依靠自身經(jīng)驗就隨便對焊縫進(jìn)行判定。對于深度較大，且一直受溫度影響有所擴(kuò)張的裂紋，就要選用止裂孔或者止裂槽來阻止裂紋持續(xù)蔓延。修補(bǔ)焊縫時，必須做好部位清潔工作，必要時采用焊接手段。全部處理完成后，就要重新對容器進(jìn)行檢驗，對缺陷部位進(jìn)行鑒定，以檢測容器的可靠性。

此外，使用單位管理人員也要對缺陷以及處理手法有正確的認(rèn)知。首先，一旦發(fā)現(xiàn)壓力容器暴露出缺陷，必須及時向上級反映，并和檢驗員做好溝通，將自己掌握的所有情況如數(shù)告知，切忌隱瞞不報，試圖蒙混過關(guān)，放任缺陷擴(kuò)大。其次，企業(yè)要制定嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶胤N設(shè)備管理制度，對壓力容器操作流程作出規(guī)定。凡是操作快開門式壓力容器，負(fù)責(zé)氣瓶充裝等的人員，必須取得經(jīng)市場監(jiān)管局頒發(fā)的《特種設(shè)備作業(yè)人員證》，才能持證上崗。企業(yè)內(nèi)部也要經(jīng)常組織人員開展學(xué)習(xí)交流會、意見討論會等，增進(jìn)人員對特種設(shè)備的認(rèn)識，對壓力容器缺陷，以及因缺陷擴(kuò)大，或者人為因素造成的事故的認(rèn)識，使相關(guān)人員培養(yǎng)出高度的事故防范意識。

5 結(jié)語

壓力容器缺陷并不可怕，可怕的是對缺陷的無知，以及處理缺陷時的無所謂。為了保護(hù)人員生命安全，避免遭受較大經(jīng)濟(jì)損失，產(chǎn)生不利的社會影響，壓力容器使用單位以及相關(guān)人員有必要認(rèn)真對待壓力容器缺陷問題，做好壓力容器日常巡檢，以便發(fā)現(xiàn)缺陷能夠及時處理，避免發(fā)生事故，到時追悔莫及。