对基于失效模式的在役压力容器检验的几点探讨

    摘 要：压力容器是现代化工业生产以及其他工业行业的关键设备，在压力容器运行中，由于各种因素的影响，可能会导致压力容器的性能发生改变，从而影响压力容器的功能。分析压力容器常见的失效模式，找到应对措施。本文主要简述了在失效模式下压力容器如何进行检验，为从事压力容器的工作人员提供建议。

    关键词：失效模式；压力容器；检测

    DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.10.050

    1 失效模式的定义

    压力容器材料的性质发生改变的过程就叫做容器的失效过程。压力容器失效会导致功能的缺陷，甚至会产生危险，出现安全事故，制约产业发展。通常情况下，失效形式主要有变形腐蚀以及磨损。所以稳定性不能得到保障。失效的形式有很多种，所以为了提高检验效率，应该找到科学的检验方法。

    2 失效模式的分类

    2.1 失稳

    失稳是属于形变失效中的一种。在进行压力容器的设计时，人们会更加关注高温高压下使用的承压设备，但很容易忽视在低压情况下的使用，有时即便是常压操作，可能也会发现失稳的事故。比如夹套容器出现失稳通常是由于设计的原因造成的，利用加强圈来提高承受外压的能力时，加强圈应满足惯性矩的要求，不过这一点却常常不受到重视。室温变形一旦发生会导致压力容器直接报废，修复起来非常困难。

    2.2 蠕变

    在一定载荷以及高温的作用下压力容器发生塑性变形的状态叫做蠕变。每种材质出现蠕变的温度都不一样，如碳钢的温度在350度左右，合金钢出现蠕变的温度至少在400度，蠕变的温度大约处在材料熔化温度的25%到35%之间。在高温的作用下材料可能会发生球化甚至脱碳，回火等。球化的检测方式只有通过金相检查。蠕变损伤在其初期阶段很难被检查到，一旦被检测到，就属于即将报废阶段，同样难以修复。

    3 在役压力容器检验

    3.1 资料审查内容

    检验前审查压力容器的设计、制造、安装、使用管理及历次检验检测资料，着重检查材质资料，了解压力容器的实际状况是否达到标准和使用需求。有怀疑时进行现场核查，使用介质也是检查重点之一，检查介质的情况并初步判断有可能出现的损伤模式。

    3.2 制定检验方案

    应该明确压力容器的基本信息，找到准确的失效原因，将外部因素与内部因素确定下来，有针对性的选择检验方案，提高检验质量与检验效率。在用压力容器受到破坏的主要因素，通常有受力状况、使用的材料性能和环境因素。失效一般为上述几个因素共同作用的结果，不同的因素所导致的缺陷也会有所差异。分析受力状况的主要原因是确定应力状态明确其是否有应力集中，交变应力等现象存在。材料性能主要是指其热稳定性，耐腐蚀性等性质。环境因素主要有设备使用管理情况、周围环境对其的影响等。

    3.3 选择检验方法

    将压力容器工作时要对其进行维护与管理，保障其正常功能的发挥，并定期进行检验。在对压力容器进行检验时，能够结合实际失效模式，合理的选择检验方法，保障检验效果与质量。具体结合检验的要求，可以先宏观的检验，具体再结合各无损检测方法和理化检验方法。

    （1）宏观检验。宏观检验对在役压力容器检验非常重要。对可能发生缺陷的部位进行重点检查。比如容易造成液体滞留沉积的部位，如封头底部。形成缝隙死角的部位，应力集中的部位，以及压力容器的汽液相交界部位，这都是重点检查的部位。在一般状态下，宏观检查的判断方式是视觉，视觉检测的主要工具是灯光和放大镜。宏观检查要准确需要非常多的实践经验和专业知识，所以最好是有经验的人员进行操作。

    （2）超声波测厚。使用超声波测厚仪时，应该认识到不一样的材料的声速修正和被测工件温度的影响。正常的工作当中，会受到介质的影响，所以其压力容器壁会发生磨损状态或异常增厚，如果长期发展下去，质量和安全就会受到损坏，通过超声波仪器测量压力容器壁的厚度与原始数据进行对比，就可以了解其基本状况。

    （3）内外壁检测。压力容器在外表上最常见的缺点是裂纹，因为人的肉眼可视度受到限制，很多裂纹是没有办法通过肉眼观察的，所以进行表面检测时通常会采用磁粉以及渗透检测。因为磁粉检测的灵敏度较高，且成本低廉，对于铁磁性材料应优先选用磁粉检测。如果是非磁性材质可以选择渗透检测，但是渗透剂应该对容器没有任何损坏。对于应力腐蚀倾向以及低温压力容器，最好的检测方法是湿荧光磁粉检测。经验表明，大多数情况下裂纹都是在焊缝附近产生，因为进行焊接时会产生淬硬组织以及残余的应力，所以表面检测应该检测焊迹焊疤部位。

    （4）其他检测手段。压力容器的检测技术一直在发展，除了上文所叙述的一些方法之外，还有用于埋藏缺陷检测的射线检测（RT）、超声波检测（UT）、衍射时差法技术（TOFD）；声发射以及导波技术等；对材质有怀疑或有必要时也可进行硬度检测、金相分析或材质分析。像衍射波时差法已经应用在很多行业当中，例如大型储罐的定期检验，球罐的定期检验等。对于壁比较厚的容器，衍射波时差法有很大的优势能够根据检测出来的缺陷判断其是否需要处理。

    4 总结

    在压力容器发生缺陷时能运用合理的检测手段、进行准确的判断分析。一方面能够保证设备在安全的环境下运行，同时也能够提高压力容器的使用寿命和使用效率。本文主要对常见的缺陷以及检测方式进行了简单论述，能够为在役压力容器的检验进行一些理论性的参考，还有很多容器缺陷没有进行详细叙述，需要检测人员在实际工作中进行总结。

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    作者简介：魏强（1984-），男，宁夏银川人，本科，助理工程师，主要从事承压类特种设备检验检测工作。