一种快速评价火灾后压力容器的方法研究①

2020-10-29张巨银王学平牟龙龙赵志琦甘肃省特种设备检验检测研究院甘肃兰州730050

建材技术与应用 2020年5期

□□ 张巨银，王学平，牟龙龙，赵志琦 (甘肃省特种设备检验检测研究院，甘肃兰州 730050)

引言

火灾是石化装置较为常见的事故，受火灾影响的压力容器能否正常使用是检验机构和用户最为关注的问题之一。发生火灾后，受火灾影响压力容器内的设备、管线等均有不同程度的损伤，如何在短期内完成设备、管线的评估和恢复生产是企业较为关注的问题。因火灾影响区域不同，火灾后的设备、管线并非要全部更换或拆除，这就需要检验机构能够制定一套短时受火设备的评价方法，较快地判断火灾损伤程度，完成压力容器的评价分级。

1 某石化企业受火搅拌釜基本情况

2019年，某冶炼企业发生火灾，火灾燃烧点距离搅拌釜30 m，事故发生于室内，风向无影响；消防员第一时间组织灭火，2 h后大火被扑灭，灭火方式为高压水。该搅拌釜保温层被熏黑，拆除保温层后漆面基本完好，保温层破损部位，容器器壁可见部分熏黄；搅拌装置附着的油污被大火烧烤后结焦起泡；安全阀正常起跳，悬挂其上的照明灯泡完好，线路完好；法兰面未见泄露痕迹，保温棉局部焦黄变色。火灾后的图片如图1～图4所示。

图1 受火后搅拌釜全貌

图2 搅拌釜器壁熏黑及漆色

图3 搅拌釜搅拌装置油污起泡

图4 搅拌釜顶部照明装置

2 受火压力容器检验及评价程序

参考API 579-1/ASME FFS-12007《合于使用》[1]以及GB/T 35013—2018《承压设备合于使用评价》[2]，受火容器的评价一般分为三级，通过火灾资料及燃烧物的燃烧特性确定热暴露等级。热暴露等级一般分为6个等级，具体见表1。

表1 火灾损伤的热暴露等级

受火部件的火灾温度可以通过火灾现场的残留物烧损情况来判断，石化、冶炼企业常见火灾温度残留物烧损温度见表2。当同一部件不同部位都受火灾影响时，以各烧损特性确定的最高温度作为火灾损伤的评价温度。

表2 燃烧物烧损特征

根据收集的火灾信息，确定热暴露等级。一般碳钢和低合金钢，在热暴露Ⅳ级以内者，免于评定；否则将通过必要的宏观检查、无损检测、硬度及金相评价确定材料的许用应力并对承压设备进行强度校核；如果该条通不过将通过直接在受火部件上取力学性能试样(微试样)，或者模拟火灾发生时受火部位的热暴露温度、时间、灭火方式热模拟试验，并进行力学性能测试，根据模拟试验确定损伤材料的许用应力，并对受火容器进行强度校核。

3 受火搅拌釜的评价

3.1 受火温度判断

图1、图2中显示搅拌釜漆色基本完整，少许部位有熏黑痕迹，未见有氧化皮生成，判断漆面完好区域温度≯400 ℃，熏黑部位通过回火色试验及硬度检测来确定热暴露温度。由图3可知，无机硅酸锌蓝色完整，未见熔化、沸腾、流动，仅部分油污起泡烧焦，根据表1判断搅拌釜该部件的最后受火温度≯400 ℃，图4中搅拌釜顶部灯泡未熔化，电缆合成橡胶蒙皮完好，未见软化、熔化及燃烧痕迹，根据表1判断该压力容器顶部受火温度≯175 ℃。

3.2 熏黑部位热暴露温度确定

为判断熏黑部位热暴露温度，设定了热暴露回火色试验，试验参数及结果见表3。

表3 Q345R回火色试验条件及结果

通过表3观察，回火黄色出现在200 ℃，随保温时间延长而加深；回火褐紫色出现在300 ℃，随保温时间延长而减弱向蓝色转变；400 ℃出现回火蓝色，随保温时间逐渐向灰色转变；500 ℃开始出现氧化皮，随保温时间氧化皮增厚。图2熏黑部位未见氧化皮，根据模拟试验结果，该部位热暴露温度不会超过500 ℃。TSG G0001—2012《锅炉安全技术监察规程》[3]中规定，Q345R钢可用在金属壁温<430 ℃的承压设备工况，430～500 ℃范围内的Q345R是否正常使用需要单独评价。

3.3 受火搅拌釜的评价

如上所述，受火搅拌釜的大部分热暴露区域都<400 ℃，属中度热暴露区，GB/T 35013—2018《承压设备合于使用评价》[2]规定，碳钢及低合金钢热暴露区中度及以下可以免于评定，对该台设备进行必要的无损检测后仅需评定>400 ℃时的部件损伤程度，现场打磨熏黑部位及周边底漆完好部位使其露出金属光泽，并在远离熏黑部位判断未受火灾影响区域打磨相似区块进行硬度测定，测得熏黑部位的布氏硬度值为170HB，其他部位布氏硬度值在165～170HB之间，硬度值基本无变化，参照GB/T 35013—2018《承压设备合于使用评价》[2]附录D中Q345R材料的硬度值一般在128～178 HB之间，故该搅拌器热暴露最严重区域材料的力学性能符合标准要求，可以满足使用要求。