在役压力容器局部凹坑的安全性评定研究

刘禾　唐伟　王傲

摘 要：针对在役压力容器局部凹坑进行安全性评定有助于强化压力容器使用性能，故而应予以重视。在此之上，本文简要分析了在役压力容器的特点及凹坑条件，并通过采用无量纲参数计算法、精准检测局部凹坑深度、强化在役压力容器检验效果、明确局部凹坑安全评定目的等方法，以此增加在役压力容器安全性。

关键词：在役压力容器;局部凹坑;安全性

压力容器作为化工石油企业不可或缺的重要特种设备，它往往用于承载易燃易爆类气液体物质。而在其出现局部凹坑后，很容易遭受安全风险。为了确保压力容器发挥出最大化作用，应对其局部凹坑安全性加以评定，以此在提高运行效率的基础上保证压力容器实现合理化利用。

1 在役压力容器的特点及凹坑条件

1.1 特点

通常情况下，在役压力容器是处于运行状态下的压力容器。石化企业所使用的压力容器多半处于高温或高压、腐蚀性运行环境下，一旦在役压力容器出现破损或断裂，将引发大型安全事故。常见的事故缘由包括不规范的管理、温度压力超出极限负荷、运行期间出现局部凹坑、破损等，这些都会造成压力容器无法正常运行。所以，对在役压力容器进行安全性评定很有必要。

1.2 凹坑要求

在役压力容器所产生的局部凹坑，一旦无法通过安全评定，将增加压力容器的操作风险，甚至会降低压力容器的安全性。在对其进行安全评定时常需要遵循以下流程：首先需对在役压力容器局部凹坑的尺寸进行测量，并知晓压力容器的材质与自身规格，然后计算出相关无量纲参数，若具体数值低于0.1，可判定此局部凹坑处于安全范围内，只需定期检查即可。而在无量纲计算参数高于0.1的情况下，需再次对在役压力容器的极限负荷与容压极限值进行确定，在超出最大值时，局部凹坑则会对压力容器带来严重损害，此时应立即停止使用，并且对其进行修复。在役压力容器局部凹坑在利用无量纲参数计算法对其进行安全性评定时还应满足以下要求：

①在役压力容器局部凹坑凹陷平缓且较为平滑，且半宽度≥3倍局部凹坑深度，周边未发生深度埋藏类缺陷;②局部凹坑具有明显的尖锐棱角，此时也适用于无量纲参数计算法;③在役压力容器未受到外力冲击、挤压，又或是在遭受疲劳载荷;④局部凹坑区域压力容器的壁厚与压力容器半径的商值不高于0.18的圆筒壳体，以及商值低于0.1的球状薄壁壳体;⑤局部凹坑未造成压力容器呈现材料劣化趋势;⑥局部凹坑深度未超过1/3倍壁厚数值，并且还应低于12mm。同时，局部凹坑的厚度最小极限值也应≥3mm;⑦压力容器中产生的局部凹坑半长不超于1.4数值。

只有符合上列条件，才能在无量纲参数计算法的协助下判断局部凹坑是否超出了安全范围。

2 在役压力容器局部凹坑安全性评定方法

2.1 采用无量纲参数计算法

无量纲参数计算法是在役压力容器局部凹坑安全性评定的主要方法。所以，相关人员在发现在役压力容器出现局部凹坑现象时，应根据实际情况从无量纲参数计算结果中评定压力容器局部凹坑安全等级，最终确定是否需要对压力容器的局部凹坑进行修复处理，以此最大化保障压力容器的使用安全性。

以某企业容量为2000m3的压力容器为例，其使用温度为常温状态，且主体厚度为42mm、内径值为15600mm，

工作压力为1.8MPa，经过判断后发现该压力容器出现了深度可达6mm的局部凹坑。在分析后得知它的平均半径为7842mm，凹坑壁厚是42mm，凹坑半径数值计算后为210mm。在与0.1进行比较后发现其未超过0.1，经过相关验证后发现，该局部凹坑适用于无量纲参数计算法。

无量纲参数的计算公式如下：

局部凹坑无量纲=凹坑深度/凹坑壁厚×[凹坑半长/）]

将相关数值代入到计算式中可得出无量纲参数计算结果为0.037，因其低于标准值0.1，故而可判断此局部凹坑符合安全范畴，无需安排人员对其进行修复[1]。

2.2 精准检测局部凹坑深度

在役压力容器局部凹坑的深度也会影响其安全性。故而在对其进行安全性评价阶段还需精准检测凹坑深度，以此为后期评定工作提供重要参考数据。

其一，可对在役压力容器实施定期检测手段，若局部凹坑深度不大于壁厚余量，将不会对压力容器安全评定等级带来负面干扰。其中壁厚余量是指壁厚与实际壁厚数值间的差值。凹坑深度只有超出标准范围才会引发大型危险事件。所以，凹坑深度也是最直观的安全检测方法。

其二，在对局部凹坑深度进行检测时还应保证所选用的检测设备精准度较高，否则极易破坏检测结果的可信度。在实践操作中还可采用“边界法”或“有限元法”结合局部凹坑的长短轴向数值判断凹坑是否已经对压力容器造成安全危害。同时，还可在符合无量纲参数计算法条件的情况下计算凹坑安全等级。另外，在根据凹坑深度检测压力容器安全性时还应考虑到压力容器自身的延展特征与抗剪应力。为了保证压力容器具有较强的安全性，在实际设计阶段还需对比凹坑深度与壁厚的大小，在其不超过1/3倍壁厚且低于12mm时则可视为压力容器的设计尺寸与实际使用需求相匹配。

其三，在对凹坑深度进行测量时，若其未超出壁厚余量的可允许范围，可将该凹坑看成良性凹坑，并不会对压力容器的正常使用带来不利影响。如若安全评定等级为四级或五级，可借助焊接或者其他修复工艺进行完善，便于压力容器能够再次投入到企业生产项目中。

2.3 强化在役压力容器检验效果

一般情况下，压力容器出现爆炸事故属于一个逐渐劣化的过程。比如在压力容器出现局部凹坑时，未能对其安全性进行科学评定，直到该凹坑不断塌陷或遭受腐蚀，最终加剧凹坑破坏性，由此引发安全事故。因此，在评定在役压力容器局部凹坑安全性期间，还需随时关注压力容器的检验效果，最大程度上保障压力容器的使用安全。

具体内容如下：为了确保压力容器局部凹坑不会对压力容器实际运行质量带来较大影响，需在其运行期间对其实施运行检验，它主要是针对在役压力容器所采用的一种检验手法。一方面，可按照企业生产周期与运行规律对其性能进行检验，必要时可邀请专业检验人员进行检验。另一方面，可在运行期间对各元件运行状态进行判断，一旦出现局部凹坑需立即展开安全评定工作[2]。当所获得状态检验结果处在压力容器安全运行范围内，可判断局部凹坑在短时间内不会破坏压力容器运行秩序。

2.4 明确局部凹坑安全评定目的

在役压力容器局部凹坑常见的有单凹坑、多凹坑两种类型。在对前者进行安全评定时，应确定压力容器在出现局部凹坑后的最大容压值与圆筒容器极限负荷间的差距，若在运行阶段实际压力值低于最大容压值，代表该凹坑并不会对压力容器带来较大破坏，且处于安全范围内。

至于多凹坑，在对其安全性进行评定过程中需意识到多凹坑之间的干涉性，应对其综合压力进行计算，并建立“有限元模型”，便于对排列分布特点进行全面了解，这样才能知晓多凹坑是否在协同状态下增加了压力容器安全风险。由于通过局部凹坑与强度的关系可得出最佳修复规格，故而是省时节能的重要途径。

综上所述，在役压力容器局部凹坑的安全性评定是保证压力容器使用效果及使用质量的重要因素。所以，应采取有效措施对压力容器缺陷处进行安全评定。一般可从无量纲参数计算法、局部凹坑深度、在役压力容器检验、局部凹坑安全评定目的等方面着手，以此为在役压力容器的相关研究提供重要参考依据。

参考文献：

[1]张广兴.火力发电厂压力容器制造中产生的典型缺陷及处理措施[J].焊接技术，2020，49（04）：86-89.

[2]謝阳，龙伟，赵波.压力容器缺陷安全评定研究进展和衰减路径速度积方法[J].机械，2019，46（11）：8-15+28.

作者简介：

刘禾（1985- ），男，民族：汉，籍贯：山东省济南市，学历：本科，毕业于山东省艺术学院 武汉工程大学研究生在读，现有职称：中级工程师，研究方向：质量工程。