压力容器使用过程中的状况检查与维护

2021-11-27


通过几年来对近300台在用压力容器进行检验的情况看,有相当部分属于20世纪80年代制造并投入使用的产品,普遍存在着资料不全、制造质量低劣、安全状况不良的问题,检验发现存在裂纹,未焊透咬边、错边、夹渣、气孔等超标缺陷数不胜枚举,这些超标缺陷,有些是制造时产生,有些则是在使用过程中产生或扩展的,它们是威协压力容器安全运行的重要隐患,切不可掉以轻心。因此在国家加强对压力容器设计和制造严格控制的同时,严格进行对在用压力容器的检验和缺陷处理,才是保证压力容器安全使用的关键。     国家质检总局颁发的《压力容器安全技术监察规程》、《在用压力容器检验规程》对在用压力容器的检验、缺陷处理和安全使用管理作了具体规定,明确了必须核定压力容器的安全状况等级,才可对压力容器进行登记注册,并对不同安全状况等级的压力容器提出了不同的使用规定,如其中规定了“安全状况等级核定为4级的在用固定压力容器,办理注册手续后,允许在满足检验报告所限定的使用条件和使用检验周期内继续使用,但不发证,经妥善处理安全状况等级达到3级以上后再发使用证”。由此可见,对检验后经缺陷评定确定的超标缺陷(尤其是安全状况等级核定为4级的在用压力容器)进行妥善的处理、修复,还可改善压力容器的安全状况等级,以确保压力容器能在规定的操作条件下,在法规规定的检验周期内安全使用,并对于在用压力容器的合理使用,提高其经济性都有较大的作用。     “在用压力容器的检验和缺陷处理,是通过检验判断其能否安全可靠地使用到下一个检验周期,而不是为了使其恢复到现行(或原来的)设计、制造标准。对在用压力容器的检验和缺陷处理不能完全套用制造标准”。就是说,要从实际情况出发,正确运用理论知识和实践经验,分析和总结事故发生规律,同时要考虑安全可靠与经济合理,对具体问题作具体分析处理,即应掌握“合于使用”的原则,通过分析,消除那些危及安全的超标缺陷,以提高压力容器的安全状况,达到能安全可靠地使用至下一个检验周期的目的。     在处理消除危害缺陷时,我们认为,首先调查容器质量状况与使用情况,弄清该缺陷是制造遗留,还是使用中产生;对于受压元件材质不清的容器,必要时进行化学成份分析,硬度测定和金相分析,为缺陷修复时的选材及制定合理的修复工艺提供依据,做到对症下药,选择缺陷处理的有效办法,以致可以直接判定缺陷修复的可能性与价值。     修复方法要根据不同缺陷的具体情况而定,应依据“合于使用”的原则,一般说,可修可不修的缺陷,即没有什么危害的缺陷尽量不要修,打磨处理能满足要求的就尽量不用补焊,对于裂纹的修复应慎重。有关专业刊物中推荐如下相应的修复方法:(1)打磨消除法:这种方法适用于在用容器的表面缺陷,如表面裂纹、凹坑、电弧擦伤、弧坑、机械损伤、未焊透、未熔合、焊缝气孔、焊缝咬边、工卡具焊迹等的处理。表面缺陷要经打磨完全消除,并与母材或焊缝成圆滑过渡,侧面斜度不大于1∶4。     (2)补焊修复法:补焊修复可消除危害安全的超标缺陷,改善安全状况,以利在用容器的安全使用,它是一种常用的重要修复方法,然而补焊修复较为费工时,如果补焊不当,还可能带来新的不稳定因素,如产生新的裂纹缺陷,接头的组织性能恶化,产生新的焊接应力等,某化工厂就曾因挖补内部气孔缺陷修坏了一台200m 3球罐,因此,对于在用容器缺陷补焊修复一定要慎重。     (3)贴补修复法:《容规》中已明确规定,不允许对主要受压元件进行贴补修理。而这种方法一般仅作为无法停产的容器修复时的应急措施,不可作为一种安全可靠的修复方法应用于停车时的修复。此法用于面积较大、分散、且逐处补焊有难度的局部缺陷修补。如大面积点蚀,局部均匀减薄,表面多处微裂等,且该在用容器工作应力水平较低,并能作定期检验,同时监控便利。它可用“贴板”覆盖缺陷,然后周边进行角接补焊,必要时也可在“贴板”上钻小孔,孔外装上阀门以便检查器壁缺陷的发展情况。     如何保证修复质量是我们共同关注的焦点,按《条例》《容规》要求,我们以为:承担修理单位其修复方案应征求使用单位意见,并经单位技术负责人批准,呈报主管部门和同级监察部门备案,必要时当地的锅炉压力容器监察部门应对容器的修复进行监督。     对于修复后的检验,可作如下规定:①打磨消除表面缺陷后,需经外观与表面探伤检查,确定缺陷完全消除,且打磨侧面应与母材或焊缝成圆滑过渡,侧面斜度应不大于1∶4。     ②缺陷补焊修复后,应对补焊部位进行外观检查和无损探伤检查,必要时还应进行硬度测定检查及压力试验与气密性试验。补焊质量应符合《容规》等的有关要求。修复质量的检验结果应详细整理,经技术负责人审鉴后,归入该容器质量档案。现仅简述一检测实例:大港油田某厂一台70m 3原油电脱水器,是1987年由某金属结构厂制造,连续运行14年至2001年首次停车全面检验,该设备图纸及质量证明文件和设计参数无处可查。     检验过程中发现以下主要缺陷:①壳体对接纵、环焊缝X射线探伤拍片存在未焊透等缺陷,不合格片率100%;②经超声波探伤复查,未焊透主缺陷全部位于焊肉之间部位,距母材表面深5~8mm处;③人孔及各接管采用外表侧单面填角焊,壳内成型未焊透;④封头拼接焊缝与筒体封头对接焊缝棱角、错边缺陷最大值11.0mm;⑤实测筒体最小壁厚11.2mm,封头最小壁厚12.1mm。     根据以上缺陷表现出是先天制造缺陷,已无修理价值,正常情况要做报废处理,但是使用单位介绍购置这样一台设备需要70万元,且制造周期长,一旦报废直接影响企业的生产。急企业之所需,为了尽可能发挥设备潜能,结合实际做了以下分析和工作:①该设备在0.4MPa压力连续运行14年,现检验未发现缺陷扩展。     ②进行强度校核,结果筒体与封头的实测最小壁厚仍能满足压力需求(此时焊缝系数为0.5)。     ③按照《容规》有关耐压试验条款规定,水压试验也未发现渗漏和异常现象。     ④对拼接焊缝棱角错边缺陷而形成的结构形状突变,破坏了材料的连续性,在尖角、错边位置会产生峰值压力,该处的一次压力和二次弯曲应力共同叠加组成应力峰值。理论上由于其应力区分布很小与容器壁厚为同一量级,在运行中虽不会引起容器结构明显变形,但组合形成的局部高应力却能导致容器疲劳破坏和脆性破坏。但实际调查发现生产工艺系统中电脱水器工作压力稳定,基本无承受交变载荷作用的问题,不易发生疲劳破坏,且水压试验后经表面磁粉探伤复查没有发现裂纹缺陷。     ⑤从电脱水器整体强度考虑,最恶劣部位是封头与筒体对接焊缝区域存在的二次应力,即筒体与封头相互约束面而产生的正应力和剪应力,这一局部将发生塑性变形,根据“安定准则”,电脱水器在运行中二次应力值不许大于材料屈服极限的两倍,即遵循σ≤2σst=3[σ]其求证结果σ值略大于2σst,足见局部强度不够,需要采取加强措施。     基于以上分析和工作的基础,做出如下检验结论:①封头与筒体对接焊缝区采取外部钢带加固;壳体开孔接管部内侧补焊消除未焊透缺陷;②运行压力不得超过0.4MPa;③校定安全阀开启压力为0.4MPa并合乎设备排量要求;④只有满足上述三条件方可投用,3年内建议更新。

通过几年来对近300台在用压力容器进行检验的情况看,有相当部分属于20世纪80年代制造并投入使用的产品,普遍存在着资料不全、制造质量低劣、安全状况不良的问题,检验发现存在裂纹,未焊透咬边、错边、夹渣、气孔等超标缺陷数不胜枚举,这些超标缺陷,有些是制造时产生,有些则是在使用过程中产生或扩展的,它们是威协压力容器安全运行的重要隐患,切不可掉以轻心。因此在国家加强对压力容器设计和制造严格控制的同时,严格进行对在用压力容器的检验和缺陷处理,才是保证压力容器安全使用的关键。

 

  国家质检总局颁发的《压力容器安全技术监察规程》、《在用压力容器检验规程》对在用压力容器的检验、缺陷处理和安全使用管理作了具体规定,明确了必须核定压力容器的安全状况等级,才可对压力容器进行登记注册,并对不同安全状况等级的压力容器提出了不同的使用规定,如其中规定了“安全状况等级核定为4级的在用固定压力容器,办理注册手续后,允许在满足检验报告所限定的使用条件和使用检验周期内继续使用,但不发证,经妥善处理安全状况等级达到3级以上后再发使用证”。由此可见,对检验后经缺陷评定确定的超标缺陷(尤其是安全状况等级核定为4级的在用压力容器)进行妥善的处理、修复,还可改善压力容器的安全状况等级,以确保压力容器能在规定的操作条件下,在法规规定的检验周期内安全使用,并对于在用压力容器的合理使用,提高其经济性都有较大的作用。

 

  “在用压力容器的检验和缺陷处理,是通过检验判断其能否安全可靠地使用到下一个检验周期,而不是为了使其恢复到现行(或原来的)设计、制造标准。对在用压力容器的检验和缺陷处理不能完全套用制造标准”。就是说,要从实际情况出发,正确运用理论知识和实践经验,分析和总结事故发生规律,同时要考虑安全可靠与经济合理,对具体问题作具体分析处理,即应掌握“合于使用”的原则,通过分析,消除那些危及安全的超标缺陷,以提高压力容器的安全状况,达到能安全可靠地使用至下一个检验周期的目的。

 

  在处理消除危害缺陷时,我们认为,首先调查容器质量状况与使用情况,弄清该缺陷是制造遗留,还是使用中产生;对于受压元件材质不清的容器,必要时进行化学成份分析,硬度测定和金相分析,为缺陷修复时的选材及制定合理的修复工艺提供依据,做到对症下药,选择缺陷处理的有效办法,以致可以直接判定缺陷修复的可能性与价值。

 

  修复方法要根据不同缺陷的具体情况而定,应依据“合于使用”的原则,一般说,可修可不修的缺陷,即没有什么危害的缺陷尽量不要修,打磨处理能满足要求的就尽量不用补焊,对于裂纹的修复应慎重。有关专业刊物中推荐如下相应的修复方法:(1)打磨消除法:这种方法适用于在用容器的表面缺陷,如表面裂纹、凹坑、电弧擦伤、弧坑、机械损伤、未焊透、未熔合、焊缝气孔、焊缝咬边、工卡具焊迹等的处理。表面缺陷要经打磨完全消除,并与母材或焊缝成圆滑过渡,侧面斜度不大于1∶4。

 

  (2)补焊修复法:补焊修复可消除危害安全的超标缺陷,改善安全状况,以利在用容器的安全使用,它是一种常用的重要修复方法,然而补焊修复较为费工时,如果补焊不当,还可能带来新的不稳定因素,如产生新的裂纹缺陷,接头的组织性能恶化,产生新的焊接应力等,某化工厂就曾因挖补内部气孔缺陷修坏了一台200m 3球罐,因此,对于在用容器缺陷补焊修复一定要慎重。

 

  (3)贴补修复法:《容规》中已明确规定,不允许对主要受压元件进行贴补修理。而这种方法一般仅作为无法停产的容器修复时的应急措施,不可作为一种安全可靠的修复方法应用于停车时的修复。此法用于面积较大、分散、且逐处补焊有难度的局部缺陷修补。如大面积点蚀,局部均匀减薄,表面多处微裂等,且该在用容器工作应力水平较低,并能作定期检验,同时监控便利。它可用“贴板”覆盖缺陷,然后周边进行角接补焊,必要时也可在“贴板”上钻小孔,孔外装上阀门以便检查器壁缺陷的发展情况。

 

  如何保证修复质量是我们共同关注的焦点,按《条例》《容规》要求,我们以为:承担修理单位其修复方案应征求使用单位意见,并经单位技术负责人批准,呈报主管部门和同级监察部门备案,必要时当地的锅炉压力容器监察部门应对容器的修复进行监督。

 

  对于修复后的检验,可作如下规定:①打磨消除表面缺陷后,需经外观与表面探伤检查,确定缺陷完全消除,且打磨侧面应与母材或焊缝成圆滑过渡,侧面斜度应不大于1∶4。

 

  ②缺陷补焊修复后,应对补焊部位进行外观检查和无损探伤检查,必要时还应进行硬度测定检查及压力试验与气密性试验。补焊质量应符合《容规》等的有关要求。修复质量的检验结果应详细整理,经技术负责人审鉴后,归入该容器质量档案。现仅简述一检测实例:大港油田某厂一台70m 3原油电脱水器,是1987年由某金属结构厂制造,连续运行14年至2001年首次停车全面检验,该设备图纸及质量证明文件和设计参数无处可查。

 

  检验过程中发现以下主要缺陷:①壳体对接纵、环焊缝X射线探伤拍片存在未焊透等缺陷,不合格片率100%;②经超声波探伤复查,未焊透主缺陷全部位于焊肉之间部位,距母材表面深5~8mm处;③人孔及各接管采用外表侧单面填角焊,壳内成型未焊透;④封头拼接焊缝与筒体封头对接焊缝棱角、错边缺陷最大值11.0mm;⑤实测筒体最小壁厚11.2mm,封头最小壁厚12.1mm。

 

  根据以上缺陷表现出是先天制造缺陷,已无修理价值,正常情况要做报废处理,但是使用单位介绍购置这样一台设备需要70万元,且制造周期长,一旦报废直接影响企业的生产。急企业之所需,为了尽可能发挥设备潜能,结合实际做了以下分析和工作:①该设备在0.4MPa压力连续运行14年,现检验未发现缺陷扩展。

 

  ②进行强度校核,结果筒体与封头的实测最小壁厚仍能满足压力需求(此时焊缝系数为0.5)。

 

  ③按照《容规》有关耐压试验条款规定,水压试验也未发现渗漏和异常现象。

 

  ④对拼接焊缝棱角错边缺陷而形成的结构形状突变,破坏了材料的连续性,在尖角、错边位置会产生峰值压力,该处的一次压力和二次弯曲应力共同叠加组成应力峰值。理论上由于其应力区分布很小与容器壁厚为同一量级,在运行中虽不会引起容器结构明显变形,但组合形成的局部高应力却能导致容器疲劳破坏和脆性破坏。但实际调查发现生产工艺系统中电脱水器工作压力稳定,基本无承受交变载荷作用的问题,不易发生疲劳破坏,且水压试验后经表面磁粉探伤复查没有发现裂纹缺陷。

 

  ⑤从电脱水器整体强度考虑,最恶劣部位是封头与筒体对接焊缝区域存在的二次应力,即筒体与封头相互约束面而产生的正应力和剪应力,这一局部将发生塑性变形,根据“安定准则”,电脱水器在运行中二次应力值不许大于材料屈服极限的两倍,即遵循σ≤2σst=3[σ]其求证结果σ值略大于2σst,足见局部强度不够,需要采取加强措施。

 

  基于以上分析和工作的基础,做出如下检验结论:①封头与筒体对接焊缝区采取外部钢带加固;壳体开孔接管部内侧补焊消除未焊透缺陷;②运行压力不得超过0.4MPa;③校定安全阀开启压力为0.4MPa并合乎设备排量要求;④只有满足上述三条件方可投用,3年内建议更新。

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