一起衬里高压反应釜鼓包的成因分析及预防

撰文/张海

■325007 温州市特种设备检测研究院 浙江 温州



一起衬里高压反应釜鼓包的成因分析及预防

撰文/张海

■325007 温州市特种设备检测研究院 浙江 温州

在高压反应釜的定期检验过程中发现了一处鼓包，进行了正确的检验处理，分析了鼓包的形成原因，采取了缺陷的处理方法，最后提出了鼓包的预防措施。高压反应釜；衬里；鼓包；成因分析；预防

高压反应釜是一种危险性较大的压力容器，一旦发生爆炸事故，将对人身生命和财产安全造成巨大的损失，因此国家对压力容器的设计、制造、安装、改造、维修、检验和监察等环节均采取严格的监管。近日，笔者在对温州某化工厂的一台高压反应釜进行定期检验时，发现该容器上法兰衬里层脱离基层，形成均匀性的鼓包变形现象。该容器的主要技术参数如下：P=12.5MPa，T=300℃，PW=11.0Mpa ，TW=260℃介质：苯胺、硫磺、硫化氢。该容器采用的材料是16MnR为基层，304衬里，属于复合材料。

检验处理

a容器整体外观检查

对该容器整体借助肉眼以及手电筒直射光检查确认，该容器只存在上述一处鼓包，范围大小为200x100x30mm（长x宽x高），且基层和衬里层均有不同程度的鼓起现象。

b鼓包部位厚度测定

由于高温高压反应釜的壁厚都较大，如果采用功率相对较小的超声波测厚仪进行测厚时，声波衰减过大，直接影响了所得结果的准确性。因此，对于厚壁容器应采用功率相对较大的超声波探伤仪进行测厚。在本次检验中，鼓包处304衬里层以及基层16MnR所测的厚度与名义厚度相比均无明显的变化。

c鼓包部位PT检测

对鼓包表面以及其周边50mm范围内采用了渗透（PT）无损检测方法检查其有无裂纹，检查结果显示鼓包表面存在一条长50mm左右的裂纹磁痕显示。

d其他部位UT检测

对外观检查没有发现衬里层剥离现象的其他部位主要采用超声波的方法，主要有两个目的：一是剥离检测，二是层下裂纹检查。对于剥离检测，从筒体外壁采用单晶直探头，双晶探头从内表面只作抽查。对于层下裂纹，用斜探头从外壁进行扫查。在实际检验中，我们采用这两种方法对该容器进行了检测，未发现剥离和层下裂纹现象。

原因分析

金属复合材料是由两种或两种以上的不同金属经过爆炸焊接的特殊加工工艺复合而成的产品，在温差应力作用下，基层16MnR与304衬里层的热膨胀系数不同，复合钢板制造过程中未贴合的区域变形也不同，使复合板产生微小变形，原有的未贴合部位在反复的热胀冷缩导致衬里层脱离基层，形成鼓包，并最终产生裂纹。

紧接着，工作介质中含有的硫化氢随着泄漏的304衬里层进入基层16MnR，高压反应釜在高温高压条件下操作所吸收的氢在在界面上积存，界面上氢浓度较高，氢扩散入钢内。其过程为：

水溶液中所含的H2S离解为：

腐蚀反应中阳极反应为：

阴极反应为：

式中 Had—吸附氢，Hab—吸收氢

高压反应釜在氢扩散和温差应力共同作用形成了均匀性的鼓包变形现象。

缺陷处理

按照TSG R7001-2013《压力容器定期检验规则》第四十六条的规定，使用过程中产生的鼓包，应当查明原因，评断其稳定状况，如果能查清鼓包的起因并且确定其不再扩展，而且不影响压力容器安全使用的，可以定为3级；无法查清起因时，或者虽查明原因但是仍然会继续扩展的，定为4级或者5级。由于304衬里层在设计时主要考虑防腐蚀的作用，对容器的强度作用并未涉及，如鼓包表面无裂纹，安全状况等级可定为3级，缩短检验周期为1年，下次检验时重点检查鼓包有无扩展，有无泄漏。但本次检验已发现鼓包304衬里层产生裂纹，衬里层的防腐功能失效，且基层16MnR也存在鼓起现象，硫化氢随着泄漏的304衬里层进入基层16MnR，16MnR在湿硫化氢环境和残余应力的共同作用下发生了应力腐蚀现象，导致材料受损，产生了鼓包，最终可导致容器失效，甚至发生爆炸等恶性事故。因此本次检验安全状况等级定为5级，该高压反应釜不得继续投入使用。使用单位应当请有压力容器相应资质的单位对该鼓包部位进行修理合格后，方可重新申请该高压反应釜投入使用。

总结建议

根据对鼓包产生原因的分析，今后应从以下几个方面预防压力容器产生鼓包：

提高钢板的制造质量，提高金属复合材料的粘合度，减少钢板内部的制造缺陷。降低硫化氢的浓度，控制硫化氢对压力容器的应力腐蚀。建议在采购使用介质时对硫化氢的含量进行测定和控制。如果生产时间宽裕，建议压力容器运行一段时间后，停用一段时间，让钢板中的氢原子逸出。加强压力容器的法定定期检验工作，以便及时发现和处理缺陷。

参考：

［1］国家质监总局.TSG R7001-2013压力容器定期检验规则［S］.新华出版社，2013