浅析压力容器缺陷成因及对策

梁 俊

（华北油田第二采油厂物资装备中心 河北霸州）

一、压力容器使用现状

对于油田开发来讲，在日常生产过程中，压力容器被普遍应用，几乎贯穿于生产的每一个角落，它担负着油气分离、原油处理、天然气深加工和储存等各项任务，承受着高温、高压、低温和腐蚀性介质的恶劣环境，是一种高危设备，如果管理不善，缺陷不能及时被发现，就可能发生容器失效，造成人员伤害，影响正常生产，同时也给社会带来恶劣的影响。为此，就如何管好和用好压力容器，确保其安全运行，是特种设备管理工作的核心内容。

华北油田第二采油厂目前共有在用压力容器374台，担负着年处理原油44万吨和1.2亿立方米天然气的处理及深加工任务。随着时间的推移，已有93台压力容器连续运行20年以上，占压力容器总数的24.9%。由于使用年限已经超过设计使用寿命，所以，容器本体腐蚀严重，接管腐蚀穿孔现象时有发生，继发性裂纹、裂缝和原始夹渣、气孔等缺陷，不断被发现和消除，这给安全生产带来很大隐患。但是由于资金紧张，短期内不能进行全部有效的更新，故只能靠加强管理，采取可行措施，利用先进检测技术，及时发现和消除缺陷，来避免失效发生，保证容器安全平稳运行。

二、压力容器缺陷存在形态

1.压力容器先天性缺陷

所谓的先天性缺陷是指，压力容器在生产制造过程中，由于焊接工艺不完善或焊接质量未能达到要求，监督检验不到位或检验手段有瑕疵，而造成的天性不足。由于此类缺陷外观检查无法发现，往往被生产单位安装使用，致使设备带病运行，给安全生产带来一定的隐患。如果这些缺陷不能被及时发现和消除，随着使用时间的不断延长，缺陷有可能加重和发展，最后导致压力容器失效，造成事故发生。在实际生产过程中，压力容器先天性缺陷主要以未焊透、气孔和夹渣等形态存在。

2.压力容器后天性缺陷

所谓的后天性缺陷是指，压力容器在生产单位使用过程中，由于介质存在的腐蚀性，介质物性的改变和实际工况的变化，而引发的压力容器缺陷。它主要以腐蚀、裂纹和变形等形态存在。

三、压力容器缺陷成因分析

1.压力容器的先天性缺陷

主要反映在质量保证体系不够完善，焊接工艺评定不够认真，焊接人员执行焊接工艺不够严格，内部质监人员监督不够到位，监检人员现场监督不够及时，对已存在的缺陷评定不够准确，是造成先天性缺陷存在的主要原因。

2.压力容器的腐蚀

腐蚀是压力容器在使用过程中最常见，也是最容易产生的一种缺陷，表现形态各异。

（1）均匀腐蚀。在容器内臂暴露的金属表面上，产生的化学腐蚀或电化学腐蚀，无论是那种腐蚀，都是Fe失去电子，变成Fe离子。这种腐蚀造成容器本体和其他附件及短接均匀减薄，虽然并不是危险很大的腐蚀形态，因为压力容器在使用寿命设计时，已经考虑足够的腐蚀裕度，但也要注意使用工况的变化，尤其是介质物性的变化，适时进行检查，避免事故发生。

（2）坑蚀。坑蚀是容器局部的一种化学腐蚀或电化学腐蚀。在金属表面形成麻坑，坑的大小不一，数量各异，分布不均，有时也呈线状。这种缺陷如果不能被直接观察，探伤仪器很难准确掌握，尤其是容器无法被观察到的“死角”，缺陷不能被及时发现和消除，设备带病运行，直至容器失效为止。

（3）缝隙腐蚀。缝隙腐蚀是暴露在电介质溶液中的金属表面，在其缝隙和其他隐蔽区域渗入并聚集浓缩，从而发生局部腐蚀，不锈钢极易产生缝隙腐蚀。

（4）点蚀。点蚀是在金属表面某些部位形成较小的且深度大于直径的蚀孔。点蚀一般易产生于静止的介质中，沿重力方向发展，是破坏性最大的腐蚀形态之一。

（5）晶间腐蚀。Cr-Ni不锈钢处于一定温度（400～850℃）时，由于在晶界形成复杂的Cr23C6，而使晶界贫Cr，当Cr含量降到钝化所需的极限（12%）以下时，贫Cr区就处于活化状态，由于晶格内存在电位差，形成原电池，晶界是阳极，晶粒是阴极，产生晶间腐蚀。该种腐蚀使材料的机械性能显著下降，极易造成容器突然失效，危害很大。

（6）应力腐蚀。应力腐蚀是特定的材料在特定的腐蚀介质和静拉应力的作用下，发生的以裂纹形式出现的极危险的腐蚀形态。它往往在没有先兆的情况下，发生局部腐蚀，裂纹一旦形成，其扩展速度比其他局部腐蚀快得多，是压力容器低应力破坏的主要原因之一。

3.裂纹

裂纹是压力容器中最危险的一种缺陷，是导致容器脆性破坏的主要因素。主要包括腐蚀裂纹和疲劳裂纹两种。

腐蚀裂纹是腐蚀介质在一定的操作压力和温度下，对材料产生腐蚀而逐渐形成的一种裂纹。这种裂纹往往和应力有关，应力与腐蚀相互促进，腐蚀在材料表面形成缺口或使原有缺口扩大而产生应力集中，消弱金属的晶间结合力，加速腐蚀的进展，使表面缺口向纵深发展。腐蚀裂纹的产生必须具备一定的条件（介质、温度和压力），只能在某类材料中形成。

疲劳裂纹是由于结构设计欠缺或材料本身有缺陷，造成局部应力过高，加之设备在使用过程中承受交变载荷，经过多次反复变载，形成疲劳裂纹。

4.变形

变形是容器在使用过程中，整体或局部发生几何形状的改变。局部凹陷是容器筒体或封头的某一部位，在受到外力的作用下，而发生的几何形状的改变。这种缺陷往往发生在薄壁容器上，它不改变容器的壁厚，只改变原有的几何外形。

鼓包是容器的某一部位发生了严重的局部腐蚀，壁厚减薄明显，在内压作用发生罐壁向外凸变。主要是罐壁太薄，不能满足正常生产所需要的耐压强度。但有时因容器局部过热，材料的机械性能下降而导致鼓包产生。

整体膨胀是容器设计时，壁厚不能满足实际工况要求，或设备超压运行，致使容器或某些截面发生屈服变形而成。如果容器长期在高温下运行，材料选择不当，也可发生整体膨胀，但这种缺陷不易被发现。

四、压力容器缺陷控制及对策

（1）参数准确。设计严谨。使用单位给设计部门除提供所需的技术特性参数外，还需提供详细的介质物性，同时设计部门要现场复核，根据生产实际工况，选择合适的容器材料，提出合理的技术要求，如应力消除、内壁防腐等，避免因设计而造成缺陷。

（2）加强监造，严把质量。制造厂家在容器制造过程中，要严格按照质量保证体系进行运行，无论材料管理，还是焊接质量把关，都要责任到人，做到事事有人管，项项有记录，检查有依据。使用单位和监检部门共同搞好监造工作，实施安装监督，避免先天性缺陷的产生。

（3）提高素质，按章操作。在日常管理工作中，加强操作人员的基本常识和专业技术培训，持证上岗。同时要制定切实可行的操作规程和制度，使他们在生产过程中，懂原理，会操作，能应急，严禁超限运行，避免因管理而造成的压力容器缺陷的生成和事故的发生。

（4）按期检验，消除缺陷。压力容器的定期检验是对容器整体安全状况等级评定的唯一手段，也是发现缺陷最直接的方法。所以，使用单位必须按照国家的有关规定，认真做好检验计划编制，协调组织实施，要求检验单位严格检验方案和程序，做到容器不漏检，缺陷不放过。针对发现的缺陷，要按照正规修理程序，及时进行消缺处理，保证设备正常运行。