关于低温绝热压力容器失效因素与检验评定等级工作技术研究

景关，何旭波，赵智强，李雪洁

（陕西省石化压力容器检验站，陕西 西安 710000）

当前，在工业生产过程中广泛利用低温绝热压力容器，低温绝热压力容器可以在低温环境中对特定物质进行处理和存储，由于其特殊的工作条件，因此，低温绝热压力容器在日常使用过程中很容易出现失效问题，影响周围环境和人员的安全性。为了有效地减少其失效，需要对其失效原因和影响因素进行研究，并构建高效的检测体系。

1 低温绝热压力容器的综合分析

与常规的压力容器相比较，它采用了一种真空夹套式的结构，主要是利用金属材料来进行内胆和壳体的设计，同时还采用了各种原材料来达到保温的目的，其中最重要的就是采用了光纤绝缘和真空粉末绝缘等，确保中间层的真空环境。由于低温绝缘压力容器与常规的压力容器有着本质的区别，所以对它们的检测也要采用不同的检测方法。在对低温隔热压力容器进行检查时，主要是检验其真空度，并且在不损坏容器金属外壳前提下开展各种检验工作，但是，在实际工作中，因为低温绝热压力容器中具有较大时体积的保温液体，而且整体温度比较低，因此提高了火灾和爆炸事故的发生率，相关技术人员需要监测容器，降低各种安全问题的发生率，维持整体生产活动的正常推进。

2 低温绝热压力容器定期检验和评定

2.1 失效因素分析

（1）开裂问题。采用奥氏体不锈钢作为主要材质的低温隔热容器，其直边部极易开裂。这是由于在制造过程中，原始的受力被破坏，形成了新的受力状况，使得直边端部出现了残余应力，从而加剧了裂纹的发生。另外，由于采用的冷却方法和冷却速率存在着很大的差别，因此许多企业采用了自然冷却的方法，这种方法耗时长，并且在冷却过程中极易形成马氏体结构。也有的厂商选择了形变增强处理过的不锈钢，这样的材料既能增强强度，又能节约生产费用，但也会使壁厚变薄，若未采用适当的热处理，则在变形后也会出现马氏结构，两者均会形成淬火组织，导致头部出现裂纹。

（2）真空失效问题。低温绝缘压力容器的使用年限及日内的汽化速度决定着它的使用寿命，而真空又可以根据其类型划分为：①绝缘层内的绝缘材料对其性能的作用，因为保温材料具有不同的物性和物性，因此，它们之间的热导率也存在一定的差别，相同的绝缘材料在真空程度不同的条件下，其热导率也会有所差别，通常真空度越低，热导率就越高。②由于真空中间件的排气问题，当一种物质将会产生放气的情况，真空度因此受到影响。③由于真空层的存在，如果真空程度下降，那么真空层中的气体就会增多，因此提升导热。④因为温度影响，维持传热的稳定性，温度和绝热材料导热系数之间呈现出正比关系，两者将同时降低。

尽管《固定式压力容器安全技术监察规程》（TSG 21-2016）规定，每天的蒸发率与真空度是判断其能否正常使用的关键指标，然而，由于其存在多种形态，若无法对其进行适当的加工，势必会导致测量结果的精度下降，甚至出现错误判断。

（3）夹层和气液相连的管道角焊缝出现渗漏问题。许多冷冻容器检修失败的主要原因就是中间隔层与汽液连接的接头角部焊接处发生泄漏，而制造厂商并未将其作为传热介质。在多次充电过程中，套管与套管接头处的温差会发生变化，并形成交流应力。若采用碳素钢制造，则接头中夹套低碳钢的角部焊接及基体的温度都要比脆化转换温度低，长期运行下，夹套接头的角焊会出现贯穿式裂缝，导致真空破坏。一旦关闭了阀门，就可以防止意外发生在阀门外面的管道上，从而防止发生意外。

2.2 检测评定过程中产生的问题

（1）真空规管损坏。经过多年的研究，一些研究人员发现，低温容器大多是设置在户外的，这样就不可避免地会遭受到多种自然灾害的干扰。在真空规管的某些部位，会有一定程度的水蒸气生成，因此，在使用的时候，真空规管容易发生破损、腐蚀等问题。在这一过程中，无法直接连接和使用真空计。目前，国内对此方面还没有制定详细的标准，导致许多企业在制造时对产品的质量不够重视，连防护罩垫片都没有安装，严重影响真空规管的性能。

（2）级别判定依据不合理。《固定式压力容器安全技术监察规程》（TSG 21-2016）有对固定式压力容器的检测工作进行了较为详细的规定，主要包括检验资料、宏观检验、检查筒体与车架的连接情况、检验附件的连接状况、绝缘层、安全附件的安装、气密性和耐压试验，并检查其强度。

在进行强度检验前，必须先检验其壁厚，但由于没有规定要测量其壁厚，因此无法对其进行强度检验，另外，虽然做过气密性试验，但大多数管子都是隐蔽的，因此无法进行气密性检验。就算有泄漏，也不能准确判断，因为泄漏会对真空造成一定的影响，因此，要检测密封性，是一项费时费力的工作。

另外，在对静止式绝缘压力容器进行检测时，其真空程度和日蒸发速率与其安全性水平密切相关，由于没有进口，所以不能对其进行细致的检测，也不能按照有关规范准确地判断其安全性。

（3）错误判断真空度。由于真空计量器的型式多样，各检查机构使用的测试仪器大多采用同一种型式，这就不方便进行介面的配合。另外，测试环境及罐内的液体成分对测试工作也有一定的影响。因为一些研究人员因为介质成分决定着真空度合格标准，无法只是根据一个标准完成判定工作，否则，将会错误判断真空度，这就要求相关工作人员在检验设备的时候，结合具体的检验结果确定真空度是否符合相关标准。

而压力容器夹层真空度和绝热性能的影响因素比较多，一些技术人员认为珠光砂的热导率是决夹层真空度及隔热效果的主要原因，由于真空下降，导热系数增加，中间层的气体成分增加，中间层内的各类物质都会出现漏气现象，从而导致真空下降。所以，在试验时，应综合考虑试验的结论，把不合格的真空处理分为两个阶段。首先，要认真查阅使用者的操作纪录，查看操作期间有无异常结霜和结露现象；有没有不正常的气压上升，安全阀和爆破片有没有频繁的跳动和破裂，如果有不正常的情况，并且频繁地有安全防护设备的不正常解除，那么就要考虑到是否存在真空失效。为了获得真实的真空度，技术人员选择已经判定思路：首先，根据温容器满足不同的真空达标要求，中间层的真空下降速度对其起决定性的影响。本文提出了“负压下降速度”这一概念，它不仅可以反应中层介质的泄漏，而且可以反应中层介质的气体释放状况。这样，就能判断出中间层的真空程度满足不合格的要求。详细的准则是：

①计算低温容器夹层的真空度降低速率：

其中，e 代表真空度降低速率。Pt代表夹层震动度。Po代表实际检测是的夹层真空度。V 代表几何容积。T代表检验周期。

②下一检验周期时的可能会达到的真空度。

其中，Pn代表下一检验周期过程中的真空度。

③结果判定。结合公式（2）计算Pn和阐明说明书规定的重新抽真空的P 规，并且进行比较，如果Pn＜P 规，说明符合规定。否则，说明需要重新抽真空。

3 低温绝热压力容器的检验评定技术

3.1 明确检测项目

在检验低温绝热压力容器的过程中，需要全面分析各种影响因素，确定检验过程中很容易出现问题，并且对问题原因进行分析。由于采用常规的测试手段不够科学、不合理，特别是在测试管道的气密性、配件、隔热等问题上，难以进行反复的仔细检查，从而影响了耐压测试的精度。在进行气密性测试时，要对各个节点及连接部分进行安全检查，确认它们之间的密封性有没有重叠，若气密性参数达不到额定限度，就会对内胆和夹层的真空度进行准确的测量，如果在实际工作中如果只是利用工作经验，指的是判断结露、结霜的情况，这种判定方法是不够科学和确定的。此外，压力容器在实际运行过程中很容易产生泄漏问题，如果只是开展气密性检验工作，不利于精确定位泄漏点。如果产生的泄漏问题，在判断和处理过程中需要利用真空剂。

如果压力容器产生严重的腐蚀问题，在生产和加工外架集装箱时，既不能保证其结构的合理性，也不能使有关检验人员判断出有关的影响因子，所以要加大校验工作的力度，并对出现的问题进行分析，以确保其在使用中的稳定与安全。

3.2 完善技术方案

从目前国内的低温绝缘压力容器测试评价工作现状来看，其技术计划是否完善、是否优质，是推进有关工作高效有序进行的根本条件，而其成果又直接影响测试评价工作的生成。为此，有必要制订一项完整的技术计划，具体做法如下。

（1）在对低温绝热压力容器进行检验和评估的时候，需要有针对性的选用技术类型，如果在使用技术的过程中产生问题，要立即进行处理，避免长期积累失效隐患。（2）在工艺作业过程中，要及时全面地收集与压力容器工作中有关的数据和信息，以便能有目的地补偿压力容器失效问题，充分发挥出检验和评估工作的作用。

3.3 无损检测技术

随着科技的快速发展，检验和评定技术都在不断地向更高层次发展，将NDT 技术合理地运用于低温绝热压力容器的故障诊断和性能评估中，具有十分重要的意义。其原因可以从以下两个方面进行分析。（1）利用NDT检测方法，在不破坏容器结构完整性的前提下，实现对容器外部和内部结构功能的准确检测与评价，为容器的维修和维护工作奠定基础。比如，利用红外线检测方式，不仅可以检测各种部位，还可以得到较为完整的资料，有着巨大的优势。在实际应用阶段，可有效地提高承压容器检测和评价工作的可信度，保障检测结果的精准性。（2）为了全面检测低温绝热压力容器，检验人员必须具备长期发展的战略性思维，并根据实际需要，将各种NDT 方法与实际需要相结合，从而充分发挥出压力容器检验评定工作的作用。同时需需要加强研究力度，积极创新自身只是体系，在实际工作中可以操作相应的设备，同时需要积极学习各种先进的技术手段，持续性的提高检测水平，获得精准性的监测数据，为后续相应的工作开展奠定技术和数据基础。

3.4 气密性检测

气密性是决定压力容器工作效能的重要因素，同时也关系到低温绝热压力容器的安全性，即使出现了极小的问题，也很难及时得到解决。因此，强化低温绝缘压力容器的气密性是检验，应该成为容器检验和评估工作的一个关键环节，是提高容器运行效率，推动行业可持续发展和发展的一种有效途径，也是对压力容器检验和评估工作体系的健全。在实际检验过程中，必须强化对其各个部件的特性参数进行测试，以减小或避免发生泄漏问题，从而保证其在使用过程中达到安全性和高效性的目的。同时在检测和评估过程中，必须强化对其内部工作状况的评估，全面地掌握相关的相关资料，这对于降低压力容器中泄漏问题的发生率，对提高压力容器的功能和结构完整性等具有重要意义。

4 结语

由于真空绝热压力容器具有特殊性的结构，所以它的检测方法也有很大的区别，在实际工作中，相关技术人员已经无法通过传统的直接的检测手段来对其进行检测和处理，反而会给测试工作带来极大的困难。因为检验人员需要积极利用无损检测技术等，在这个过程中，要特别指出的是，对于各种压力容器，其检验的方式也各不相同，所以要根据实际情况进行分析和选择相应的技术，这样才可以发挥出容器检验工作的的价值。