压力容器常见缺陷及处理措施

2024-03-16王聪志

中国设备工程 2024年3期

王聪志

（内蒙古自治区特种设备检验研究院巴彦淖尔分院，内蒙古巴彦淖尔 015001）

压力容器从制造到运行的任一环节都可能产生缺陷，在当时未处理或者处理效果不达标的情况下，小缺陷就会形成大隐患，最终会让压力容器不堪其负，也许会造成腐蚀、蠕变、韧性破裂等问题。这些问题继续扩散下去，就会引发安全事故，导致人员伤亡，给企业带来经济损失，也给企业带来声誉上的不利影响。由于压力容器运行环境具有特殊性，每个企业的生产情况，对于压力容器的运行情况都不同，因此我们有必要从制造源头抓起，结合压力容器运行环境，分析压力容器常见缺陷，以及这些缺陷是如何造成的，并在分析结束后给出缺陷处理措施。了解缺陷成因和处理措施，有利于企业对压力容器开展针对性的巡查检查以及维护保养工作，有助于企业控制生产成本，创造良好社会效益。

1 压力容器在设计制造及使用过程中的特殊性

区别于机电类特种设备，如电梯，常用于住宅小区、写字楼。起重机械，常用于化工企业厂区，其使用地点比较单纯。但是，压力容器使用单位却各式各样，小型企业如食品加工厂，大型企业如多晶硅生产，等等，都会用到压力容器。因此，无论是压力容器设计制造，还是使用，都是特殊且复杂的。

（1）考验设计制造人员对客户需求的把握能力。压力容器在使用过程中正如其名，要承受很大压力，与此同时，还要对周围特殊环境有一定防御力，以防客观环境给压力容器本体造成较大破坏，同时，更要考虑压力容器本身应承担的工作内容。因此，压力容器的设计就要结合设备功能、环境因素、企业需求等综合条件，进行个性化设计。设计人员必须拥有良好的专业素养和较高的设计水平，对于计算机操作和使用、专业软件应用都能得心应手。最重要的是领会客户提出的需求，不仅要设计出能够满足实际需求的设备，还要保证这个设备的质量是可靠的，不能因设备本身的复杂性而默认问题滋生，给企业设备管理工作带来不利影响。

（2）工作环境具有一定的危险性。由于压力容器较多安装在化工企业，这类型企业环境的特点就是高温、高压，偶尔也有潮湿性，压力容器充装介质也存在刺鼻、有毒、有害等特性，在这样的环境条件下，无论是对压力容器本身，还是操作压力容器的人员，都存在一定的危害。为了延长压力容器的使用寿命，保障人员安全，严格按照标准化流程开展作业是十分必要的。根据以上特性可以得知，压力容器在任一阶段如果存在工作上的疏忽，或者程序上的错误，都可能埋下安全隐患，最终小问题造成大隐患，导致压力容器运行走向危险境地。

2 在制造过程中容易出现的缺陷

2.1 由原材料选用引起

压力容器能否发挥出其应有性能，材料选用占据很大影响。在设计制造阶段，就应当结合使用单位具体需求，选取适合该容器的材料。因为材料选用不合理，可能会在压力容器制造过程中影响焊接工艺，导致压力容器产生裂纹，或者在未焊接情况下母材已经产生裂纹，也可能在具体运行过程中发生材质劣化。总之，原材料作为压力容器本体中的重要一部分，如果选用材料不合格，或者材料本身不适应这台压力容器的运行环境，那么就会导致压力容器失效，极易发生泄漏、爆炸等安全事故。

2.2 由焊接工艺引起

据有关数据显示，大部分压力容器安全事故爆发的背后原因，都和焊接缺陷脱不开关系。焊接等于将压力容器各项部件“组装”起来的一个必要手段，因此，其工艺的优劣极大地影响着压力容器的整体性能。焊接作业的要求有难有易，但是工艺水平、工艺质量必须保持在较优秀水准。因为压力容器运行环境一般具备高温、高压特点，而且其被归类到“承压类特种设备”，这显然意味着压力容器最基础的性能保障就是要保证能承受规定内的压力。其压力可以是横向方面的，也可能是纵向方面的，总之，都会对设备发出冲击，并不因其是横向或者纵向就会减少冲击可能性。对此，优良的焊接技术能够让压力容器这个整体变得更加和谐，各部件链接都紧密贴合，促使容器发挥出较好的性能。

不过，实际作业中，由于人为操作，难免会存在一些问题，造成一些缺陷。比如，因工艺选择不合理，焊接流程不严谨、操作手法不娴熟等，使得咬边、气孔、焊瘤、未焊透等缺陷产生。在此简要说一下这些缺陷的表现形式和产生原因：咬边，就是两个部件间的焊接缝隙表露出来的凹陷现象。产生这个问题的原因有很多，比如焊接作业没有按照规程进行，比如焊丝与焊接部位发生偏移，导致受焊部位的熔池出现时间较长，比如焊接电流过大，导致焊接部位受到较大冲击，又比如焊接速度没有保持匀速，存在时快时慢的情况等。咬边的出现，使得母材有效截面面积有所减少，同时，咬边位置承受的应力相较其他位置而言更严重、更集中。设想一下，用安全锤砸向玻璃四角，此时玻璃四角因为承受较大应力，就会导致裂纹出现，从而破坏了整块玻璃。咬边遭受集中应力后也会如此，使得焊缝边缘出现裂纹的可能性比较大。

气孔，从形象上也可以看作气泡，是一个呈“空穴”状的缺陷。当焊接母材外表面没有清理干净，其氧化膜和污垢还停留在上面时，或者焊接工艺参数设置不符合实际要求时，就容易产生焊接气孔。业内学者对焊接气孔进行研究，认为焊接气孔的产生与焊接时所产生的氢气（元素）有关。也有人认为是在焊接过程中发生了一定的波动，使得焊接部位发生收缩和衰竭的情况，使得气孔产生。总之，我们可以这样理解，因操作问题，使得焊接过程中产生的气体被快气体一步而完成收缩的金属包容在里面，导致气体没有溢出，就形成一个气孔，也就是空穴。当然，造成气孔产生的原因不只是上面提到的两点，也有可能是坡口四周有未清理的污垢；坡口表面存在水滴、油滴等液态物质；焊条和焊剂呈现潮湿状态；焊芯有生锈情况；焊接工作人员操作手法有问题等。这些原因都会给气体逸出形成阻碍，造成逸出迟滞，从而产生气孔。

焊瘤，就是焊接部位金属溢出，并且凝固成一个圆球状形态。可以借助家庭调料瓶来想象，比如蚝油，如果瓶口有溢出，并且没有及时处理，就会在瓶口周围，或者瓶身上留下一道印记，痕迹尾端就是已经凝结的一处圆球状、水滴状形态。与之相比，焊瘤并不会向四周溢出太多，只是在焊接部位存在。也正是因为这样，焊瘤的存在使得焊接部位无法紧密贴合起来，直接影响焊接强度，还有焊接美观程度。焊瘤出现的原因主要是速度不够均匀，同时因为放置位置不稳，在重力影响下，熔池中的金属液体往下滑落，最终形成焊瘤。未焊透和未熔合，顾名思义，就是焊缝不够紧密。就像是用胶水黏连两个物体，没有紧紧黏连在一起，在一直施加强力后，必然会让两个物体重新分开。这种缺陷的存在，直接给焊缝的承压性能带来不小的冲击。导致这种缺陷产生的原因有可能是焊接速度过快，或者焊接坡口角度不恰当，又或者工件装配间隙问题等等。

2.3 由加工作业引起

因为压力容器运行环境具有复杂性，因此，在设计阶段就应该好好考量如何设计才能发挥压力容器最佳性能，有了设计方案，制造工艺也应该具备较高的水平，才能将容器效能最大化发挥出来。压力容器制造流程是复杂的，十分考验技术水平，对于原材料的选用更是有着极大要求。如果缺乏作业流程的管控，还有质量问题的把控，将会直接影响压力容器的效果。对压力容器部件焊接完成进行组装时，也许会存在错边和角变形的问题，这两个问题直接导致部件间无法紧密切合，也就形成了容器的“弱点”。还有分层缺陷，这是隐藏在结构内部的问题。由于选用的原材料问题不过关，使得轧制钢板时出现分层。从生活化角度来试着理解，我们可以用纸巾类比，普通纸巾为完整性的一体，坚韧耐用，不易破坏，质量极差的纸巾可轻易被分成三层，还伴随着纸屑问题。在原材料质量问题的影响下，钢板少则被分成两层，操作水准过差的，甚至能将钢板分成好几层。轧制以后无法第一时间发现分层问题，直到卷板、弯管环节，才可能暴露出这一缺陷。分层钢板完全无法满足压力容器制作性能要求，其强度不堪一击，因此，在压力容器制造过程中，这是一个严重到决不允许出现的问题。

3 在运行过程中容易出现的缺陷

上文讨论的压力容器在制造过程中容易产生的缺陷，虽然影响力甚重，但是也不必感到恐慌。因为我国特种设备制造工艺日益进步，配套的法律法规也已经趋向完善，再加上人们对特种设备安全运行意识日益加重，因此，除了一些不可避免的人为因素，其原材料质量问题已经很少出现了。因此，我们现在就压力容器运行过程中容易出现的缺陷进行阐述。

3.1 表面缺陷

表面缺陷，就是表露在压力容器的外表面的缺陷。表面缺陷几乎用目视法即可检测出来，比如，腐蚀、裂纹等，都是具有明显表征的。表面缺陷的存在，容易造成压力容器受力不均匀，造成应力集中，然后围绕该部位就容易出现裂纹，继而引发事故。造成表面裂纹产生的直接因素就有机械损伤，如果发现裂纹，第一时间应当打磨消除缺陷。压力容器表面也会经常受到腐蚀作用，根据其腐蚀状况，可以分为点状的、均匀的、局部的。点状腐蚀较为轻微，如果其腐蚀范围在规定允许范围内，是不会对压力容器运行产生影响的；均匀腐蚀出现后，需要对壁厚进行测量，如果测量结果显示剩余壁厚可以承受相应压力，那么也不会对容器定期造成影响；如果发生局部腐蚀，检验员就需要测量腐蚀深度，腐蚀形状和腐蚀尺寸，然后对其进行打磨，打磨结束后，对凹坑（腐蚀区域）进行无量纲计算，如果得出常数＜0.1 的结果，则表示腐蚀区域尚在可控范围内。

3.2 内部缺陷

内部缺陷通常发生在容器内部，隐蔽性较强，不易直观显现出来，比如，内部裂纹、杂质、焊接问题、钢板分层问题。对于内部缺陷的具体描述，可见上文。

4 对于压力容器缺陷的处理措施

压力容器的内部缺陷很难用目视法查看，此时，需※※要选用无损检测方法，常用的有超声波、射线探伤。压力容器安全状况评定等级对于内部缺陷等级有所显示，因此，检验员在开展检验工作前，有必要了解受检设备的等级情况和内部缺陷状况，对于其使用年限、使用环境等情况也要有所掌握，为后续检验工作和处理缺陷工作做好准备。处理焊缝缺陷时，必须保持审慎的态度，不能完全依靠自身经验就随便对焊缝进行判定。对于深度较大，且一直受温度影响有所扩张的裂纹，就要选用止裂孔或者止裂槽来阻止裂纹持续蔓延。修补焊缝时，必须做好部位清洁工作，必要时采用焊接手段。全部处理完成后，就要重新对容器进行检验，对缺陷部位进行鉴定，以检测容器的可靠性。

此外，使用单位管理人员也要对缺陷以及处理手法有正确的认知。首先，一旦发现压力容器暴露出缺陷，必须及时向上级反映，并和检验员做好沟通，将自己掌握的所有情况如数告知，切忌隐瞒不报，试图蒙混过关，放任缺陷扩大。其次，企业要制定严谨的特种设备管理制度，对压力容器操作流程作出规定。凡是操作快开门式压力容器，负责气瓶充装等的人员，必须取得经市场监管局颁发的《特种设备作业人员证》，才能持证上岗。企业内部也要经常组织人员开展学习交流会、意见讨论会等，增进人员对特种设备的认识，对压力容器缺陷，以及因缺陷扩大，或者人为因素造成的事故的认识，使相关人员培养出高度的事故防范意识。