低温绝热压力容器失效因素与检验评定技术思考

2016-11-30郭素琴

中国新技术新产品 2016年17期

关键词：气密性真空度校核

郭素琴周　静

（河南省锅炉压力容器安全检测研究院，河南郑州 450000）

低温绝热压力容器失效因素与检验评定技术思考

郭素琴周静

（河南省锅炉压力容器安全检测研究院，河南郑州 450000）

在运行过程中低温绝热压力容器很容易出现失效的问题，这时候就需要认真分析失效的原因，选择恰当的检验和评定方式，只有这样才能妥善处理失效的低温绝热压力容器。本文对导致低温绝热压力容器失效的因素进行了分析，并且对其检验评定技术进行了探讨。

低温绝热压力容器；失效因素；真空度；检验评定

真空绝热容器是用来对液态的氮气、氧气和氩气进行存储的容器，近年来人们环保意识的不断增强，推动了深冷真空绝热容器的发展，也带动了相关产业的进步，目前的压力容器行业中深冷容器是发展最快的，也是最有前景的产业。

低温绝热压力容器和普通压力容器的结构不同，具有独特的真空夹套式结构，也就是说以设计要求为依据使用不同的隔热方式来隔开密闭金属内胆和外壳体，例如纤维材料绝热、多层绝热、真空粉末绝热等，为夹层的真空度提供保障。该类容器从其设计、制造到使用均有异于普通压力容器，因此，相应的检验技术也不同，双层真空绝热结构有良好的保冷效果，由于其全封闭式的结构，在不拆除外壳体的条件下，无法检验其金属内胆的损伤情况，《压力容器定期检验规则》（TSGR7001—2013）虽然有提供无损检测方法，但是对于真空绝热压力容器来说并不适用。目前主要以真空度来作为检验评定的主要依据，虽然还没有出现真空绝热压力容器因为不合格的真空度而造成人员伤亡的情况，但是低温液体具有温度较低、较大气液体积比等特点，所以可能会带来严重的爆炸、火灾事故等，因此需要对其检验以及评定方法进行认真地研究。

1.定期进行检验和评定

1.1失效因素分析

1.1.1开裂问题

真空绝热压力容器多使用奥氏体不锈钢制作内胆，但是对于不锈钢容器来说，经常会出现封头直边端断裂的情况。造成这种现象的原因一是因为在制作封头的过程中原有的应力形态被打破，形成新的应力形态，直边处出现了残余应力，增加了断裂的几率。另外，奥氏体不锈钢在加工的过程中，冷却方式不同，导致冷却速度不一样，大多数厂家采用自然冷却的方式，冷却时间较长，在此过程中可能会有马氏体组织的出现。同时很多厂家选择形变强化后的不锈钢板，这种材料不仅可以保证强度提升，还能大幅降低生产成本，但是壁厚有所减薄，如果热处理不当，变形之后会有马氏体组织的出现，这两种情况都会有淬硬组织的出现，从而导致封头开裂。

1.1.2真空失效问题

低温绝热压力容器使用寿命以及其真空绝热性，可以说是由夹层真空度和日蒸发率这两个因素决定的，真空可以根据类型分为两种，真空粉末型以及高真空多层绝热型，很多原因都能造成真空度丧失，具体包括：（1）夹层中绝热铝箔等绝热材料带来的影响，因为绝热材料具有不同的物理性能和物理性状，所以在导热率方面也有差异，而且同样的绝热材料处于真空度不同的情况下的时候，也会有不同的导热性能，一般来说真空度降低的时候导热率会上升。（2）真空夹层材料出现放气情况带来的影响，材料在放置一段时间以后难免会出现放气现象，这必然会降低真空度。（3）真空夹层气体的影响，降低了真空度的话会增加真空夹层内所含的气体，导致导热上升。（4）温度带来的影响，传热情况稳定的话，温度和绝热材料的导热系数是成正比的，会共同降低。

虽然在《容检规》中判断真空绝热压力容器能否继续使用的主要依据是日蒸发率以及真空度，但是真空规管形式多样，如果不能合理的处理内部介质，对于真空检测的结果带来的影响是非常不利的，很容易造成错判。

1.1.3夹层和气、液相连接的管道角焊缝出现泄漏情况

返回制造单位进行修理的低温容器中，很多都是因为夹套与气、液相连接的接管角焊缝出现了泄漏的问题，因为厂家在对低温容器进行设计的时候，忽略了接管是导热体这个情况。在反复充装的过程中，接管与壳体连接处有一定的温度变化，易产生交变应力；低温容器的夹套如果是碳钢的话，连接部分的夹套低碳钢角焊缝温度以及母材温度有时候会比他们的脆性转变温度还低。低温容器经过了长时间的使用，夹套连接接管的角焊缝可能就会有穿透性裂纹的产生，使得夹层的真空性失效。关闭阀门可以控制在控制阀以外的管路发生事故的情况，降低其危险性，但是火灾除外。

1.2检验评定中出现的问题

1.2.1真空规管因素

一些研究人员认为因为低温容器安装的地方多为室外，外界相对容器来说有较高的温度，真空规管局部会有水汽出现，受到腐蚀作用可能会出现断裂的情况，无法将其和真空计连接起来。对于这一方面我国并没有详细的标准和规定，有的厂家甚至没有进行保护罩垫片的安装，真空规管就更容易被损坏了。

1.2.2级别判定依据不合理

在《容检规》中已经比较全面地阐述了移动式真空绝热压力容器检验的各个方面，其检验项目主要包括以下几点：审查资料、宏观检验、对筒体与底盘连接情况的检验、检验附属设施的连接情况、检验隔热层、安全附件、组装情况并且进行气密性以及耐压程度的相关试验，最后要对其强度进行校核。

在有实测壁厚的前提下才能进行强度校核，但是真空绝热压力容器不需要进行壁厚测定，这样一来就不能进行强度校核，另外虽然检测了其气密性，但是绝大多数的管线都是隐蔽起来的，这些隐藏的管路无法进行气密性检验。如果内胆出现泄漏，也没办法进行判断，有泄露情况出现以后真空度同样会产生变化，如果要检验其气密性的话资金投入方面是比较大的。

另外在检测固定式真空绝热压力容器的时候，其安全等级的判断与真空度以及日蒸发率相挂钩，因为真空绝热压力容器没有入口，所以不能检查其内部实际情况，也没办法按照《容检规》种的规定来判定安全等级。

1.2.3错误判断了真空度

一是因为真空规管形式的多样性，而检验单位使用的都是型号单一的检测设备，所以不能顺利地匹配接口；二是因为真空度的检测可能会受到测量环境以及容器内介质的含量多少的影响；三是因为有的学者认为真空度合格标准是由介质成分决定的，不能单纯地以某一标准来进行判定，否则可能会失误判断真空度，所以在检测设备的过程中，应该综合的分析检测结果，区别对待真空度超标的情况。

2.设定检验项目以及检验结论

2.1设定检验项目

和普通压力容器类似，首先要审查技术资料，包括设备的出厂资料、制造、安装资料、日常运行记录、历次检验报告等，保证这些资料齐全，重点留意上一次的检验报告中有没有记载问题，对于低温绝热压力容器来说要注意其运行记录，可以对绝热性能进行一定的反应。

其次对容器本体进行宏观检验，除了常规检查还要对容器的保温层、外壳、隔热层进行检查，确认是否有损伤情况，设备基础有没有出现开裂、倾斜等问题，容器地脚螺栓的稳定性如何等。还要确定外壳表面的腐蚀情况，严重腐蚀的话需要测定其腐蚀厚度。安全阀、温度计、压力表、紧急切断阀等都是低温液体储存容器的安全附件，需要做好检查工作并且定期更换爆破片和安全阀。有必要时进行强度校核（外壳），耐压试验和气密性试验在有需要时进行（移动式应进行气密性试验）

检验气密性一般要检查容器各个部件是否紧密连接起来了，同时检查是否有泄漏情况，这样做的目的是如果内胆或者其中任何一个夹层有泄漏问题，就不能保证仪器整体的真空度，这样一来外壳也可能会出现异常情况例如结露等，对容器使用性能造成负面的影响。其次是如果有泄漏情况发生的话，也只能检查露在外面的管线，内部情况无从得知，只检查气密性是无法确定泄露点的。再次是如果泄露情况不严重的话，可以检测真空度从而进行判断。最后是检验气密性需要的成本资金是比较高的，所以尽量不要使用这种方法来检查真空绝热压力容器的气密性。低温绝热容器不仅结构形式比较特殊，管路系统也比一般的压力容器更复杂，所以尤其要重视气密性试验，对图纸上有要求的部分必须检测气密性。如果是惰性介质例如液氮等，可以用介质直接进行，其他的必须按照检验规程中的介质来进行试验。

当出现了腐蚀深度超出了腐蚀裕量、存在不合理结构或者检验人员对其强度有怀疑时，需要进行强度校核，所以说对于定期检验来说，强度校核是用于判断缺陷会不会为压力容器的正常运行带来影响。但是不管是常规的强度校核计算还是对其应力进行分析，壁厚测定都是前提，而真空绝热压力容器的壁厚是无法进行检测的，所以对于真空绝热压力容器来说强度校核这种方法并不适用。

2.2检验结论

评定安全状况等级的时候主要是从材质使用过程中出现的劣化、裂纹、机械损伤、腐蚀、母层分层、原始焊接时有否缺陷、结构不合理等缺陷方面进行考虑，从评定项目可以看出来，主要是对受压元件进行评定，而对于真空绝热压力容器，内胆封头容易出现脆化的情况，进而导致失去了真空度的效果。在使用的时候是没有办法对内胆封头进行检验，因此《容检规》第四十七条列出了真空度及日蒸发率的测量结果范围，以此来进行级别判定。