超期服役金屬固定式壓力容器的檢驗技術研究

王鳳玲

（江蘇省特種設備安全監(jiān)督檢驗研究院吳江分院，江蘇蘇州 215200）

1 超期服役壓力容器現(xiàn)狀

壓力容器主要應用于石油、化工、機械、輕工、冶金等行業(yè)中，是一種常用的密閉設備。壓力容器中盛裝的介質(zhì)通常具有高溫、高壓、易燃、易爆、劇毒、腐蝕等特性，存在一定的泄漏、爆炸的風險。同時，大多數(shù)壓力容器的運行環(huán)境比較惡劣，隨著時間的推移，在溫度、壓力等各種負荷的綜合作用下，金屬材料的塑性、韌性、強度等屬性都會發(fā)生相應變化，強度也會隨之降低，所以壓力容器的定期檢驗就變得格外重要。

然而很多企業(yè)經(jīng)營者安全意識不高，對壓力容器的使用管理不重視[1]，出于成本因素考慮，仍然使用老舊設備，設備得不到及時更換，造成超期服役。與此同時，一些設計單位和設計者在進行壓力容器的設計時，都會預留較大的安全設計裕量，將容器的設計使用年限規(guī)定得比較短，以避免設計風險。因此，此類超期服役的壓力容器仍有繼續(xù)安全運行的可能，這就要求檢驗人員把握好其中的尺度，采用科學有效的檢驗技術及手段，對于超期服役壓力容器的使用年限做出正確評估，發(fā)現(xiàn)其中的潛在缺陷并提出改進對策，以規(guī)避事故風險。

2 超期服役壓力容器檢驗技術及方法

根據(jù)可靠性理論，設備的失效都遵循著浴盆曲線的規(guī)律，即早期失效階段、正常使用階段和耗損老化失效階段（圖1）。超期服役的壓力容器在正常使用和耗損老化階段之間，在現(xiàn)場檢驗的過程中，應根據(jù)現(xiàn)場實際使用情況進行專項研究和綜合分析，識別其損傷模式[2]，考慮腐蝕減薄、環(huán)境開裂、材料劣化、機械損傷和其他損傷等不同情況，確定具體的檢驗方法和檢驗項目[3-5]，把控風險、識別隱患、保障安全。

圖1 浴盆曲線規(guī)律

本文主要從資料審查、宏觀檢驗、壁厚測定、表面缺陷檢測、埋藏缺陷檢測、強度校核、安全附件檢驗、耐壓試驗等方面對超期服役壓力容器進行檢驗技術的具體研究，從而對超期服役壓力容器的安全性進行判斷。

2.1 資料審查

檢驗前，檢驗人員應首先對壓力容器進行資料審查，確定壓力容器是否具有合法性，掌握壓力容器的使用情況和基本參數(shù)，應重點審查以下資料：

（1）設計資料、制造資料、安裝竣工資料是否齊全，各個單位是否具備資質(zhì)證明，壓力容器是否具有質(zhì)量證明文件、產(chǎn)品合格證、竣工圖和監(jiān)檢證書等資料。

（2）審查超期服役壓力容器的改造或重大修理資料，了解壓力容器在服役期間的改造或重大維修情況，如改變運行參數(shù)、介質(zhì)，更換受壓元件或改變受壓元件的結構，以及對受壓元件的挖補等情況。

（3）審查壓力容器的使用管理資料，使用登記是否及時辦理，存在使用單位變更、更名等情況的是否及時辦理使用登記變更。

（4）審查超期服役壓力容器的檢驗報告，企業(yè)是否按照要求對壓力容器進行年度檢查，審查上次定期檢驗報告和定期檢驗周期內(nèi)的年度檢查報告，掌握檢驗報告中存在的問題和相應的解決方法，對其安全性做出初步的判斷，為超期服役壓力容器的檢驗奠定基礎。

2.2 宏觀檢驗

對超期服役壓力容器的宏觀檢驗主要是通過目視檢查，檢驗受壓元件在長期服役期間其外形結構和幾何尺寸發(fā)生的變化，特別要對有問題部位的新生缺陷進行重點檢查。

（1）檢驗超期服役壓力容器的銘牌和標志與在役設備是否相符，明確產(chǎn)品名稱、產(chǎn)品編號、設計壓力、設計溫度等重要參數(shù)。

（2）檢查超期服役壓力容器內(nèi)、外表面的腐蝕情況，重點應檢查容器的內(nèi)表面，檢查主要受壓元件和焊縫是否有裂紋、滲漏、鼓包、變形等現(xiàn)象[6]。

（3）檢查超期服役壓力容器的支座或基礎是否發(fā)生下沉、傾斜或開裂，檢查立式容器和球形容器支柱的鉛垂度是否滿足要求，檢查排放裝置和泄漏信號孔是否阻塞或腐蝕，密封緊固件和地腳螺栓是否安裝齊全。

2.3 壁厚測定

大部分超期服役的壓力容器都存在壁厚腐蝕減薄的情況，應在壁厚測定開始前初步判斷出壓力容器的腐蝕減薄損傷模式，制定壁厚測定的具體方案。壁厚測定位置的確定要具有代表性，測點數(shù)量要足夠多，一般每處不得少于3 個。

（1）壁厚測定的位置一般應以液面經(jīng)常波動的部位、接管件、物料的進、出口、易腐蝕或沖蝕的部位、易產(chǎn)生變形和磨損的部位、宏觀檢查中發(fā)現(xiàn)的可疑部位和上次檢驗報告中標注的厚度異常部位等，作為主要檢測對象。

（2）對于點腐蝕、均勻腐蝕、局部腐蝕，根據(jù)腐蝕情況的不同，采用不同的厚度測定方案。對于均勻腐蝕，應確定腐蝕減薄范圍，并對選定的受壓元件腐蝕最嚴重處均布壁厚測定，不少于15 個點。對于局部腐蝕，應采用危險壁厚截面法進行厚度測量[7]，設置可將金屬減薄區(qū)完全覆蓋的兩組正交的測厚網(wǎng)格線。對于點腐蝕，要詳細測量點銹蝕坑的大小和深度。

（3）對于母材分層缺陷，應靠近缺陷發(fā)現(xiàn)部位擴大壁厚測量的比重，或利用超聲探傷查明母材分層的分布及與母材表面的傾斜度，并做好繪圖記錄。

2.4 表面缺陷檢測

表面缺陷檢測主要包括磁粉檢測和滲透檢測兩種方法[8]，其中磁粉檢測方法應優(yōu)先用于鐵磁材料表面缺陷的檢測。

（1）超期服役壓力容器表面缺陷檢測的重點部位：應力集中部位、發(fā)生變形的部位、發(fā)現(xiàn)有裂紋的部位，接管角接接頭和其他有懷疑的焊接接頭，發(fā)生補焊、電弧損傷、帶有工卡具焊痕或其他易產(chǎn)生裂紋的部位等。

（2）表面缺陷檢測發(fā)現(xiàn)有裂紋時，對接接頭應加大檢測長度，將檢測區(qū)域擴展至裂紋兩端延伸部位，非對接接頭應增加檢測比重或擴大檢測區(qū)域。

2.5 埋藏缺陷檢測

相較于表面缺陷的檢測，埋藏缺陷的檢測方法有很多，較為常用的主要有射線檢測、常規(guī)超聲檢測、TOFD 衍射時差法超聲檢測、相控陣超聲檢測等。

（1）超期服役壓力容器埋藏缺陷檢測的重點部位：經(jīng)過補焊的部位、出現(xiàn)滲漏的部位、發(fā)現(xiàn)有表面裂紋的部位、承受交變負荷的焊接接頭部位、焊縫的錯邊量和棱角度超過制造標準的部位，以及其他應力集中的部位等。

（2）埋藏缺陷檢測無損檢測方法種類較多，隨著科技的不斷發(fā)展，新技術不斷成熟，相關標準也不斷出臺、完善，檢驗人員要注意多種無損檢測方法的綜合運用，學習典型壓力容器的無損檢測方法[9-10]。在實際檢驗中，可以運用多種檢測方法進行對照驗證，以保障缺陷檢測的質(zhì)量。

2.6 強度校核

在超期服役壓力容器的檢驗中，當發(fā)現(xiàn)有腐蝕深度超過腐蝕裕量、名義厚度不明、結構不合理等情況時，為驗證壓力容器的安全性，還應進行強度校核。

（1）強度校核標準：如果原設計中強度設計標準明確，應優(yōu)先采用原設計標準進行強度校核。若未注明標準或沒有強度校核過程，應根據(jù)設備的結構或具體用途，采用相關標準。依據(jù)境外規(guī)范設計的容器或進口容器應按照原設計規(guī)范標準，標準不明的應參照國內(nèi)標準。

（2）強度校核參數(shù)選取：強度校核壓力選取不得小于容器的允許（監(jiān)控）使用壓力，壁溫選取為設計溫度或操作溫度，低溫壓力容器選取為常溫，容器直徑選取實測直徑的最大值。當設備制造時所使用的材料不明，容器又沒有特殊的要求時，應選取同類材料的最低強度值進行計算。對大型壓力容器如塔器、球罐等進行強度校核時，還應考慮附加載荷，如風載荷、地震載荷等。

（3）強度校核壁厚選取：強度校核中非常重要的一個方面就是剩余壁厚的選取，應根據(jù)檢驗實際測得的壁厚最小值，在減去到下一次檢驗日期的腐蝕量即為剩余壁厚，也就是需要將到下一次檢驗期的腐蝕量扣除掉。

2.7 安全附件檢驗

安全附件是保證壓力容器安全運行的重要組成部分，在容器使用過程中，要特別注重安全附件的定期校驗，保證安全附件的功能完好、動作可靠，從而防止壓力容器超壓運行的情況發(fā)生。

（1）安全閥檢驗：檢查超期服役壓力容器是否依照設計要求正確安裝安全閥，并在校驗有效期內(nèi)、安全閥的選型是否滿足設計要求、排放管是否接到安全的位置、安全閥是否有泄漏現(xiàn)象、放空管是否通暢，防水帽是否完好。如果安全閥與排放口之間安裝了截止閥，一定要檢查截止閥狀態(tài)是否全開，鉛封是否完整。

（2）爆破片裝置檢驗：檢查超期服役壓力容器是否依照設計要求正確安裝爆破片裝置，并在規(guī)定的使用期限內(nèi)、爆破片安裝方向是否正確、爆破壓力和爆破溫度是否滿足設計要求、在使用過程中是否發(fā)生過未超壓爆破或超壓未爆破的情況、爆破片裝置是否有滲漏現(xiàn)象、放空管是否通暢、防水帽是否完好、安裝在爆破片與容器之間的截止閥狀態(tài)是否全開、鉛封是否完整。

（3）安全聯(lián)鎖裝置檢驗：多數(shù)安全聯(lián)鎖裝置都是用在快開門式壓力容器中，檢驗時應主要檢查安全聯(lián)鎖裝置是否處于完好狀態(tài)、功能是否滿足設計要求。

2.8 耐壓試驗

對于超期服役的壓力容器的檢驗，通常在最后進行耐壓試驗。由使用單位負責耐壓試驗的執(zhí)行工作，并由檢驗機構負責耐壓試驗的檢驗工作。

（1）耐壓試驗準備：耐壓試驗開始前，壓力容器的所有緊固件均應裝配完整并且緊固完好，試驗用壓力表應滿足試驗的要求，要使用至少2 個量程相同的壓力表，壓力表應校驗合格，其安裝位置應在容器頂部等便于觀察的地方。

（2）耐壓試驗參數(shù)選取：耐壓試驗用壓力和溫度等參數(shù)應以本次檢驗確定的允許（監(jiān)控）使用參數(shù)作為試驗基礎，試驗介質(zhì)和保壓時間應滿足產(chǎn)品標準及設計要求。

（3）耐壓試驗結果的確定：確認耐壓試驗是否有滲漏現(xiàn)象、可見的變形現(xiàn)象、異常響聲。

3 結束語

對于超期服役壓力容器，科學的檢驗技術是保障其在使用過程中安全運行的重要手段，在壓力容器的檢驗工作中具有重大意義。本文全面、系統(tǒng)地介紹了超期服役金屬固定式壓力容器的檢驗技術和方法，對超期服役壓力容器檢驗技術進行了有效的補充和完善，以確保超期服役壓力容器的安全運行。