对基于失效模式的在役压力容器检验探讨

朱小勇

安徽省特种设备检测院 安徽合肥 230051

当设备或是零件由于损毁或是各种原因而不能发挥其设计的作用时，就意味着该设备或是零件失效。目前，常见的失效模式主要有七种，包括塑性破裂、脆性破裂、疲劳损伤、腐蚀与冲蚀、氢损伤、蠕变、失稳。而失效分析就是通过对失效机制、发生过程等进行分析，找出失效的原因的过程，主要目的是延缓设备或零件的失效。在特定的环境中，压力容器承受着一定的压力，会出现变形、裂纹等情况。为了控制运行成本，提升运行稳定性，在缺陷发生前对压力容器可能出现的失效模式进行预判，并进行检验方案的确定，是十分重要的工作。

1 基于失效模式的在役压力容器检验方案设计

在役压力容器的失效通常是由于容器材料性能、受力状况、运行工艺、周围环境的共同作用所导致的，而不同的因素组合有着不同的失效模式。其中，在役压力容器的材料性能包括材料的韧性、脆性、热稳定性、耐腐蚀性；受力状况包括应力集中的有无、交变应力的有无、边缘应力的有无等等，是在役压力容器应力状态的确定；运行工艺包括主要介质的特性、氢气的有无、与材料的匹配程度等等周围环境就是在役压力容器的外部环境，包括雨水的有无、温度变化剧烈程度等等。笔者在进行基于失效模式的在役压力容器检验时，设计的方案流程为，通过控制受力状况、材料性能、工艺流程以及周围环境这四项因素，对于在役压力容器产生的失效模式进行分析，并确定出可能的缺陷类型，最终制定出相应的检验方案。

2 基于失效模式的在役压力容器检验方法选用

通常情况下，在对在役压力容器进行检验时，使用的检验项目包括VT检验（宏观检验）、MT检验（磁粉检验）、PT检验（液体渗透检验）、表面缺陷、强度、壁厚、气密性等等。其中，以VT检验、壁厚测定、表面无损检验（MT、PT）为主。结合失效模式对于在役压力容器可能出现的缺陷形式进行分析，并确定出检验方法，具体为：对于塑性断裂、脆性断裂、疲劳断裂、腐蚀疲劳、应力疲劳，使用VT、MT、PT进行检测；对于蠕变断裂，使用VT、光谱及金相分析进行检测；对于冲蚀、均匀腐蚀、点蚀、失稳，使用VT、测厚进行检测；对于氢损伤、晶界腐蚀，使用VT、MT、PT、测厚、金相进行检测；对于泄露，使用VT、气密性以及氢捡漏进行检测。

3 在役压力容器检验

3.1 宏观检查

进行宏观检查时，要使用放大镜、灯光、内窥镜等工具进行，也可以使用重250克防爆铜锤对在役压力容器壁进行敲击，对在役压力容器的腐蚀、变形、裂纹、机械性损伤等进行检测。

在进行宏观检查时，要结合使用介质、温度等参数，对重点位置进行确定。这些重点位置主要包括：连接结构中容易形成缝隙的死角，例如设备内承件、胀接结构等；易产生液体残留或固体沉淀的位置，例如在役压力容器底部及底封头等；应力集中的部位；局部温差变化相对较大的位置；破损的保温层；在役压力容器气液相交的位置等等。

3.2 超声波测厚

在役压力容器运行的过程中，介质会对容器内壁造成磨损、腐蚀、冲蚀等问题，或者当压力容易长期闲置但没有进行可靠性较高的防护处理时，都会导致在役压力容器的内壁腐蚀[1]。同时，机械损伤也有可能造成在役压力容器的内部减薄。在这样的情况下，使用超声波测厚就能够对内部腐蚀问题是否存在、腐蚀严重程度等进行检测。相关人员要选取合适的位置展开超声波测厚，例如液位长期波动的位置、表面缺陷检查中较为可疑的位置、容易受到腐蚀磨损的位置、有机械损伤的位置等等。在使用超声波测厚仪时，要对材料、声速、被测物体温度等参数进行修正与平衡。

3.3 内外壁检测

在役压力容器最常见的缺陷为裂纹，所以必须要对表面检测进行重点的控制。由于人类肉眼的灵敏度有限，所以无法观测到一些裂纹，利用MT、PT就能弥补这一问题。由于MT检测的灵敏度相对较高，且成本相对低廉，所以对于磁性材料要优先使用MT的方式[2]。但是，并不是所有的材料都是磁性材料，对于非磁性材料，或者是受到空间限制无法展开MT的零件，可以使用PT的方式进行检测，并要控制PT剂对于在役压力容器没有损害。对于低温以及有应力腐蚀倾向的容器，要使用湿荧光磁粉进行内壁检测。另外，对于在役压力容器中的各个焊接处，都要进行100%磁粉检测。

3.4 埋藏缺陷检测

利用射线或是超声波，就能够实现对于在役压力容器的埋藏缺陷检测。为了控制检测成本、提升却缺陷检测的效率，可以在埋藏缺陷检测中优先使用超声波检测的方式。对于在役压力容器中的不锈钢结构、有色金属容器焊头等位置展开埋藏缺陷检测时，要使用射线检测的方式。对于压力较高的厚壁容器进行超声波检测后，一旦发现存在危险性缺陷时，要及时更换探头K值进行复检。

3.5 光谱及金相分析

对于在役压力容器中合金钢材质或是材质不明的部位，可以使用光谱分析。相关人员要对在役压力容器的以下位置进行金相分析，包括：工作温度高于220℃的、运输临氢介质的低合金钢以及碳钢；工作温度高于370℃的铁素体不锈钢以及碳素钢；工作温度高于430℃的 奥氏体不锈钢以及低合金钢；工作温度高于450℃的铬钼钢以及钼钢；工作介质中包含湿H2S的、或者是能够引起应力腐蚀的低合金钢以及碳钢；使用年限即将到期或是已经过期的在役压力容器材质。利用金相分析，能够对于相应材质的劣化进行判断。

4 结语

综上所述，对于在役压力容器失效模式的检验有着重要的意义，特别是在故障发生前进行的失效检验，对于失效模式能够展开预判。针对不同的缺陷类型，可以对检验过程中使用的方法进行确定。通过基于失效模式的在役压力容器检验方法的实行，大幅提升了在役压力容器的缺陷检出率，提升了在役压力容器的运行安全性、稳定性。