基于损伤模式识别的压力容器检验思考

基于损伤模式识别的压力容器检验思考

张皓,刘亚波,郑朋刚

陕西省特种设备检验检测研究院   陕西  西安  710048

摘要：在工业经济高速发展的背景下，国家对压力容器的质量提出了更高的要求，需要相关检验人员能够对压力容器进行有效的评估和检验检测，及时发现已经存在或将要发生的缺陷，确定压力容器的安全级别，并依据实际损伤情况，判断压力容器是否能够继续使用或停止使用，从而最大程度保证其安全性能，为社会的和谐稳定奠定良好的基础。

关键词：损伤模式；压力容器；检验

引言

本文参考统计处理和实验室间比对的方法，对一台在制压力容器宏观检验的情况进行结果分析，按照预先确定的准则，客观评价其数据的准确性和可靠性，并将结果提供给各检验机构，从中找到可能存在的问题，提升全省各检验机构的特种设备检验检测能力水平。

1压力容器概述

压力容器就是指一种能够承受一定压力的密闭性容器设备，主要用于储存液体或气体，有着良好的贮存功能，因此，在多个领域都有着重要的地位。然而，压力容器也同样具有危险性，如果压力容器爆炸，就会对周边环境造成破坏，带来经济损失，同时，部分压力容器内部会储存一些有毒气体或液体，一旦发生压力容器泄露，就会严重威胁到周边居民的人身安全，更有可能导致严重安全事故的发生。例如，1984年的博帕尔农药泄漏事件，便是由于储存异氰酸甲酯的储存罐发生泄漏，导致周边居民死伤无数，对环境的破坏更是难以补救。因此，如何保证压力容器的安全性能，保证其得以稳定运行，是现阶段检验工作中的重点内容

2压力容器常见的损伤模式识别

压力容器在运行过程中，因为某些化学反应会产生大量气体，当安全阀等排放装置失效或被堵塞，或不能及时顺利排出，就会致使容器当中的压力快速增长。另外，储存液化气体的容器当遇到过量充装或高温时，也会导致容器中的压力急剧升高，长期处于超压运行的压力容器，其容器材料承压极限强度会遭到破坏，严重时就会导致压力容器的破裂。压力容器的主要损伤模式是腐蚀减薄、机械损伤、环境开裂、材质劣化等。腐蚀减薄是在腐蚀性介质作用下金属发生损失造成的壁厚减薄。环境开裂是在腐蚀性介质作用下材料发生的开裂。材质劣化是由于服役环境作用下材料发生了微观组织或力学性能明显退化。机械损伤是材料在机械载荷作用下，发生的承载能力下降。在用压力容器检验主要是针对压力容器使用过程产生的新生缺陷:裂纹、腐蚀、机械损伤、变形和材质劣化等进行检测。检验人员通过分析压力容器的主要损伤机理、影响因素、敏感材料、可能发生失效的设备或装置以及适用的检测方法等来制定检验方案，根据压力容器检验规范综合评价检验过程中发现的缺陷严重程度，确定压力容器的安全状况等级，从而给定压力容器的检验周期。环境开裂从某种程度上来说，是在腐蚀减薄的基础上形成的。当压力容器出现腐蚀减薄现象时，经过一定时间的作用后，容器内外壁材料会发生变化或力学性能退化，从而导致压力容器内外壁发生断裂现象。在工业设计的过程中，会对压力容器的介质与材质的匹配情况进行考虑，而在实际制造时，也会尽可能通过热处理的方式降低应力。然而，从实际的应用结果来看，实际生产往往与工业设计之间存在不一致的情况，常常导致环境开裂的发生。目前，环境开裂主要分为应力腐蚀开裂、氢脆开裂与腐蚀疲劳断裂三种。

3基于损伤模式的压力容器检验

3.1资料审查

在压力容器检验工作中，资料审查是一项十分重要的前提性工作，只有做好对压力容器相关资料的审查，把握压力容器的各项设计、制造、安装、使用、改造、维修、检验等各项信息数据，才能够规划出最合理的检验方案。具体而言，资料审查工作中，相关人员检验人员需要掌握压力容器的工业设计图纸、设计材料、产品出厂证明、合格证明、制造方案、施工图纸、竣工图、验收报告、检修报告、修理资料、改造材料等关键资料，除此之外，也包括压力容器的安全定级、检验期限、检验结论等检验资料，从而为后续检验工作奠定良好的基础。在实际进行容器检验的过程中，常常遇到关键资料丢失或资料不全、信息不准确的情况，部分企业或单位自身在档案资料的管理上较为混乱，原始资料缺失，也没有电子存档备份，且相关资料的经办人员流动性较大，给资料审查工作造成了巨大的困难。

3.2表面无损检测

用得最广泛的一个方法，也是首选方法。该方法的检测重点，是压力容器的焊缝、焊迹、电弧损伤处以及在宏观检验中发现的鼓包、变形等部位。由于压力容器的表面容易因为各种因素而导致出现裂缝或裂纹，因此如何通过有效手段实现对裂缝或裂纹的识别十分重要，而磁粉作为一种灵活性较高的物质，将其应用于铁磁性材料制造压力容器的表面无损检测工作时，将起到良好的检测效果，能够有效识别裂缝或裂纹。而针对非铁磁性材料制造的压力容器检测工作来说，则通常使用的是渗透检测法。大型压力容器检测时，针对其外壁的检测，较常采用的是磁粉检测，而针对内壁的检测由于内部环境能见度较低，因此，通常会在检测材料中混合荧光粉或荧光剂进行检测。在实际检测工作中，针对压力容器的焊缝按照一定的比例进行抽查，如果在抽查的过程中，发现存在缺陷问题，则需要扩大抽查范围，必要时，对这些部位同样进行全面检测。

3.3埋藏缺陷检测。

埋藏缺陷检测，就是指针对表面检测过程中发现的压力容器存在的裂缝、裂纹等部位或在使用过程中经过修理或补焊的部位进行深度检测的一个项目。现阶段，较为常用的方法为TOFD检测技术。TOFD技术，即衍射时差法超声检测，是一种利用入射波与缺陷自身结构相互作用，在缺陷表面发生衍射现象，并在两端点处发生衍射现象的一种技术。通过这种技术，能够准确识别压力容器内在缺陷，有着十分良好的检测效果。

3.4安全附件检验

安全附件是为了使压力容器在最高工作压力下能安全运行而装设的一种保险装置，主要用来测量、监控工作介质的参数，保证压力容器的使用安全和工艺过程的正常进行。包括安全阀、爆破片等泄压装置;压力表、液位计、测温仪表等计量显示装置及安全连锁装置等。安全附件作为在用压力容器最后一项安全保障装置，不仅在定期检验时要做为重点项目检查，使用单位在日常巡查和年度检查时更应该作为关键内容加强管控。压力容器安全附件实行定期检验制度，安全阀一般每年至少校验一次，爆破片按实际使用情况定期更换;压力表的校验和维护应符合国家计量部门的规定;需要控制壁温的压力容器上必须装设测温仪表或温度计，并应定期校验。我们对在用压力容器安全附件进行定期检验时，主要检查安全阀的选型是否正确、是否定期校验且在有效期内使用、铅封和校验标牌是否完好等;压力表是否定期检定且在检定有效期限内使用、无压力时指针是否回到零位、压力表的刻度盘上是否划出指示最高工作压力的红线、铅封是否完好等。检验人员现场检验发现安全附件有问题时，必须督促受检单位将安全阀或压力表送交内部专门的检验机构进行解体检查、维修、调校、检定合格。安全附件检验不合格的压力容器不允许投入使用。

结束语

综上所述，基于损伤模式的压力容器检验，主要是针对压力容器是否存在损伤状况的一种检验，依据检验结果，会确定相应的维修方案或停止压力容器的使用，以保障压力容器的安全性。该检验方法具有良好的效果，但是，在实际的检验工作中，需要相关检验人员能够严格按照相关检验标准操作，从而实现对损伤情况的完全判断，以最大程度保证压力容器的稳定运行，延长使用寿命，为工业、民生、军事等多个领域的发展奠定良好的基础。

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