摘要：压力容器在实际投入运行的过程中，受各种条件的制约通常存在着诸多问题，长期使用还可能会产生裂纹以及变形等缺陷。为保证压力容器能够长期安全运行，需要在问题出现前就对可能出现的缺陷进行科学预判并加以及时修复。针对各类缺陷要有针对性研究，根据其特点来进行检验，这样就能够进一步提升缺陷检出率，以确保压力容器能够正常安全运行。
关键词：压力容器；检验方法；缺陷分析
前言
压力容器是承压类特种设备的一种，广泛的应用于机械、化工、石油、冶金、轻工、航空航天等各工业生产领域以及医院、商场、宾馆等各类服务型场所。随着我国经济建设的飞速发展，企业规模化、工业化、自动化水平的日益提高，带来了压力容器使用量的快速增长，随之而来的预防压力容器因失效而发生事故的特种设备检验检测工作就显的尤为重要，对于储罐类压力容器缺陷主要分为两类：1）生产、安装过程产生的缺陷；2）使用过程中产生或发展的新生缺陷。
第一类可视为微小的超标缺陷，主要包括：非金属夹杂、拉痕、白点、断裂、折叠、气孔、夹渣、夹层、咬边、弧坑、未熔合、未焊透、应力裂纹等，以及在制造及安装监检过程中，由于检验人员的水平有限导致的对标准把握不准确、检验仪器本身问题、检验人员责任心等问题；第二类主要包括：第一类缺陷的扩展使未超标缺陷发展为超标缺陷、使用管理较差、使用环境恶劣、变载荷工况、多次返修及检修不当产生的新生缺陷。
1 设备及缺陷检验方法
1.1 设备简介
以在役运行的某氯气储罐为例，由于氯气属于高度危险化学介质，依据《固定式压力容器安全技术检查规程》规定属于第一组介质，根据压力与容积乘积判定该容器属于第三类压力容器，其主要参数如表 1 所示。
表 1 氯气储罐参数
1.2 检验方法
根据压力容器盛装介质的特点，判断可能发生的损伤模式为：盐酸腐蚀、氯化物应力腐蚀开裂等，通过对容器进行无损检测（磁粉探伤、超声波探伤等），重点检测焊缝及热影响区范围内的表面及近表面裂纹情况及材料内部的埋藏缺陷，并通过宏观及壁厚测量对内外表面的腐蚀状况进行评估判断，通过硬度测量发现应力较高区域，采取相应对策进行消除或预防。
磁粉探伤检测主要应用于检测铁磁性材料表面及近表面的缺陷，其原理是被检工件被磁化后，如被检工件存在不连续或者缺陷，磁力线则只能绕过不连续或缺陷，形成漏磁场，将依附在工件表面的磁粉吸附聚集，在适宜的光照条件下，可以得到肉眼可见的磁粉痕迹，可以清楚地反映出不连续的位置和形状以及缺陷严重程度等。该探伤方法的特点是简便、显示直观。
渗透无损检测是一种基于毛细现象来检查工件表面开口缺陷的无损检测方法，即在检测材料表面使用一种液态染料，使其在表面保留至预设时间，此液态染料则由于“毛细作用”进入材料表面开口的缺陷。“毛细作用”一直贯穿于染色剂停留过程中，直到将多余的染料清洗完全。此时将某种显像剂应用于被检工件表面，渗透到缺陷令其着色，从而显现。该探伤方法的特点是适用范围广，不受被检工件限制。
超声波无损检测是指用超声波技术来检测工件，并以超声检测显示仪作为表达方式的一种无损检测方法。当对被测工件施加超声探头时，超声会沿被测物的表面传递到内部，并在内部界面的边缘发生反射，使用相关仪器设备采集反射波数据，可以在荧屏上形成脉冲波形，从而能够通过反射波形的特点来判定损伤性质和缺陷部位。该探伤方法的特点是易操作、简便便捷，受外界影响小。
射线无损检测主要是利用射线在不同物体中衰减程度不一的原理对被测工件缺陷进行检测，并以胶片显影记录信息的技术。检测时不断改变射线的透照部位，缺陷处对透照的吸收能力较差，反应在底片上的感光度较其他部位偏大，缺陷的投影图像能直观地反映在底片上。该探伤方法的特点是缺陷显示直观，定性定量定位准确。金相检验分为现场金相检验和实验室金相检验。现场金相检验是指在检验现场不对设备造成破坏性损伤、不影响设备的正常使用的前提下，对材料的金相组织进行观察，并对所用材料在运行一段时间后的组织情况进行分析和评价。现场金相检验的特点是不会对设备造成破坏，并且能在现场对设备组织进行分析评价。
2 氯气储罐缺陷分析
2.1 储罐内部宏观检验
通过对氯气储罐内部宏观检验发现大量瘤状物质及腐蚀坑，瘤状物质剥落后为小腐蚀坑。针对该缺陷建议使用单位对进入氯气储罐的气源工艺进行排查，保证罐体内部的干燥。
2.2 焊缝表面无损检测
对储罐内表面焊缝区域进行磁粉探伤检测发现裂纹。焊缝区域为罐体设备的高应力区，在安装及使用过程中极易发生裂纹缺陷。
2.3 材料金相分析
对焊缝区域进行金相分析，母材区域组织清晰，为典型铁素体珠光体组织，未发现沿晶或晶间裂纹；焊缝区域组织，典型网状铁素体，晶粒粗大，未发现沿晶或穿晶裂纹。可以判断裂纹属于非典型性氯化物应力腐蚀开裂，主要原因为该区域应力高度集中加之罐内氯气环境，及开罐后氧气掺杂等诸多环境因素导致，其他未发现裂纹的焊缝可以正常使用。
3 氯气储罐缺陷消除方法
3.1 储罐缺陷常规消除方法
1）裂纹的处理。
a．表面及近表面的裂纹：此类裂纹一般由于使用及制造焊接时产生，采用打磨的方法进行消除，根据母材材料性质选用磁粉或渗透探伤确认裂纹完全消除为止，打磨部位应圆滑过渡，必要时应进行补焊。
b．埋藏裂纹：一般因为制造成型时造成，危害性大，应采用超声波探伤或射线探伤找出裂纹的位置及埋藏深度，然后采用打磨的方法来进行处理，打磨区应能完全覆盖裂纹区，并采用射线和表面探伤方法进行确认裂纹完全消除，由持证焊工依据评定合格的焊接工艺评定进行焊补，对补焊区再次进行射线及表面无损探伤检验，验证裂纹已完全消除。
2）腐蚀缺陷处理。
a．点状缺陷：在金属材料表面分散发生的局部腐蚀，一般点腐蚀的直径均小于 1mm，深度全部小于直径。表面为瘤状物腐蚀区，经打磨后为腐蚀坑，经强度校核能满足使用要求；密集麻点腐蚀，腐蚀区无裂纹；上述 2 种情况可不做处理监控使用或进行堆焊。如点状腐蚀坑较大较深，可进行打磨处理，打磨后壁厚校核应能满足使用要求，对无法满足要求的应进行焊补。
b．局部腐蚀，分为电偶腐蚀、磨损腐蚀、孔蚀、缝蚀、选择性腐蚀、沿晶腐蚀、应力腐蚀、疲劳腐蚀等。局部腐蚀比较常见，易在某个部位急剧发生、破坏速度快、隐蔽性强、难以预见、防范难度大、危害性大，易造成突发事故，因此对局部腐蚀的研究及防护更为重要。局部腐蚀可根据腐蚀的深度、面积等情况，采用打磨、焊补、挖补及更换进行处理。
c．全面均匀腐蚀是腐蚀缺陷中危险性较小的一种，一般应进行壁厚测量监控并采取相应的防腐措施，可不做处理。
d．晶间腐蚀是局部腐蚀的一种。晶间腐蚀会破坏晶粒间的结合，能大大降低金属机械强度，是一种很危险的腐蚀，主要采取预防措施，若发现这种缺陷，容器应停用并更换。
3.2 氯气储罐缺陷消除
1）对内表面腐蚀产物进行的打磨消除，通过厚度测量（厚度约 18.8mm），不影响容器的定级及使用。
2）对裂纹进行了打磨消除，打磨深度已经低于母材约 10mm，并对打磨处进行了补焊处理。
结语
长期运行的压力容器在失效环境下会出现各种缺陷问题，能真正发现这些缺陷的存在与否就需要对压力容器进行科学检验。上文以某氯气储罐为例对其进行缺陷检验，并对存在的缺陷原因进行了分析，提出了消除缺陷的解决措施和方法。研究结果可为压力容器的长周期、安全、稳定运行提供理论基础和技术支撑。
参考文献：
[1]盛水平，韩树新，杨象新，等．基于失效模式的在役压力容器检验[J]．石油化工设备，2012，41（2）：88－94．
[2]高成岩．压力容器的破坏形态与检验方法[J]．中国新技术新产品，2010，（16）：48－49．
论文作者:王鹤
论文发表刊物:《基层建设》2017年第34期
论文发表时间:2018/4/2
标签：缺陷论文; 裂纹论文; 金相论文; 表面论文; 压力容器论文; 氯气论文; 工件论文; 《基层建设》2017年第34期论文;