基于失效模式的压力容器检验方案编制研究

2014-11-29赵路宁姚小静

石油化工腐蚀与防护 2014年5期

赵路宁，姚小静

(1.山东省特种设备协会，山东济南 250101;2 .山东省特种设备检验研究院，山东济南 250101)

石油化工行业是国民经济的重要支柱，据统计，石化装置中压力容器和压力管道比重高达40%以上，使用相对集中且条件苛刻，承受着高压、高温，介质易燃易爆、有毒、有腐蚀性，一旦发生爆炸泄漏事故，会引发环境污染并对设备和人员造成伤害，因此保障压力容器的安全运行具有极其重要的作用，《特种设备安全法》及TSG R7001-2013《压力容器定期检验规则》(以下简称《容检规》)明确规定检验前，应当根据压力容器的使用情况、损伤模式及失效模式制定检验方案。制定科学的检验方案是检验机构必须面对的问题，就检验方案的制定，提出一些想法，希望能对检验人员制定检验方案提供一些帮助。

1 检验检测作业文件与检验方案的关系

《特种设备检验检测机构核准规则》明确规定检验机构应有健全的检验、检测管理制度。制定相应的检验文件，用以指导检验检测实施，规范检验检测过程，减少因人员、设备、环境等因素导致结果偏离，确保检验检测结果的准确性和正确性，有利于实现检验检测作业标准化。笔者认为检验检测作业文件是指确保检验检测过程的有效组织、实施和控制，依据相应的检验检测标准所编制的通用工艺;而检验方案则是因为设备比较特殊或者检验项目和内容等方面有特殊要求时(如含项目的减少或检验要求的降低)等其他情况，在熟悉了解受检设备的相关资料，依据相应的检验检测法规标准及客户的要求制定检验检测技术文件。

检验检测作业文件依据相应的法规标准编制的通用检测工艺，对于一般压力容器可以在通用检测工艺的基础上编制检测工艺卡，注明无损检测部位、方法及比例，作为受检产品的实施检验方案;检验方案指设备特殊(主要是指结构特殊、有特殊要求、特殊工况、特殊用途或特殊材料)、关键设备或客户提出的检验要求与相应法规标准不一致时而编制的专用检测方案。

2 检验方案的编制原则及失效机理判断

法规标准是依据事故经验教训或理论研究而制定的，有一定的局限性，机械地使用往往会造成“检验不足，过度检验”;按照《容检规》的要求，笔者认为检验方案的编制应由相应检验资质且具实际检验经验的检验人员查阅相关文献资料及法规标准对受检设备的要求，并结合受检设备具体使用工况及特点来编制;其内容至少包括适用范围、制定依据、受检对象信息、检验前准备工作、失效模式和损伤机理、检验项目和无损检测方法的选择、检验结果的处理等内容。

2.1 适用范围

检验方案是针对具体设备，而非通用工艺文件，因此应明确检测的对象及检验检测性质。

2.2 受检对象信息

检验前，通过资料审查、现场检查、与设备安全管理人员交谈等方式了解受检对象的技术参数、使用情况及至少两个检验周期内的检验报告(主要记载检验报告中发现的问题及使用单位对问题的处理情况)等。为检验项目、无损检测方法及比例、重点检验部位做好技术准备。

2.3 制定依据

制定依据至少应包含《容检规》、相关制造与检验的产品标准、设计图纸及合同要求。

2.4 检验前准备工作

依据检验项目确定仪器设备的测量范围及精度要求，检验人员资质及人员数量，同时应采用工作危害分析方法对检验过程的危害因素和控制措施。

2.5 失效模式及损伤机理

分析设备运行及其与化学、机械环境的相互作用后，结合检验经验及相关文献资料，判断其失效模式、重点检验部位、检验方法和比例。笔者认为制定失效机理应考虑以下两个因素:

(1)首次检验时，不仅要对使用环境下可能发生的损伤进行检验，还应补充对制造、安装质量的检验抽查，以便与下次检验时进行对比，判断其原生缺陷是否为活缺陷;

(2)根据设备潜在的损伤机理及其严重程度确定检验部位、方法和比例，不同的检验方法的有效性和检验比例。

有关失效机理，宋明大［1］有关承压类设备失效模式的观点，即不管哪种失效模式均是“应力、性能、缺陷和环境”交互作用的结果有说服力。材料本身的化学成分、热处理状态、金相组织、屈服和抗拉强度、低温冲击性能等决定了材料的本质安全状态。需要强调的是，即使化学成分、金相组织和拉伸性能符合相关的要求，如果材料的热处理过程存在问题，微量有害元素会在材料显微组织的微区聚集，造成材料的冲击性能受到损害，导致发生严重事故。

采用GB/T26610.1-2011《承压设备系统基于风险的实验实施第1 部分:基本要求和实施程序》规定的失效模式的分类方法，即腐蚀减薄(包括内部和外部)、环境开裂、材质劣化、机械损伤，具体见表1～表4。

表1 腐蚀减薄Table 1 Corrosion thinning

续表1 腐蚀减薄Table 1 Corrosion thinning

表2 环境开裂Table 2 Environmental cracking

续表2 环境开裂Table 2 Environmental cracking

表3 材质劣化Table 3 Material deterioration

续表3 材质劣化Table 3 Material deterioration

表4 机械损伤Table 4 Mechanical damage

续表4 机械损伤Table 4 Mechanical damage

2.6 检验项目技术要求及方法

没有可以包罗万象的法规和标准，由于法规和标准要针对所有压力容器，要考虑普遍性，所以只能提出最基本的要求。对于许多特殊情况，法规只要求检验员根据具体情况选择一些特珠的检验方法。因此要求检验员除了能够按照《容检规》要求的那样熟练运用法规和标准对压力容器进行检验外，应针对设备的失效模式来选择检验方法和检验部位，这与法规标准不矛盾，只是在法规标准的基础上进行的补充，为了更好地选择无损检测方法，在方案制定过程中，建议参照GB/T26610.1-2011《承压设备系统基于风险的检验实施导则第2 部分:基于风险的检验策略》中有关停机检验的要求见表5。

表5 停机状态下不同检测方法针对不同损伤机理的检验Table 5 Effectiveness of different methods for different failure mode of stop status

2.7 检验结果的处理

检验方案中应规定发现问题的处理方式和要求，《容检规》规定检验过程中发现问题，应及时出具《特种设备检验意见通知书(1)～(2)》，但并未明确出具意见通知书的具体要求，笔者认为应结合国质检法［2003］206 号和国质检特函［2007］910 号的要求，发生以下情况时，出具《特种设备检验意见通知书(2)》即:

(1)使用非法生产特种设备的;

(2)超过特种设备的规定参数范围使用的;

(3)缺少安全附件、安全装置，或者安全附件、安全装置失灵而继续使用的;

(4)使用应当予以报废或者经检验检测判为不合格的特种设备的;

(5)使用有明显故障、异常情况的特种设备，或者使用单位经责令改正而未予以改正的特种设备的;

(6)特种设备发生事故不予报告而继续使用的;

(7)使用未经定期检验的特种设备;

(8)作业人员无证上岗。