压力容器常见缺陷的检验及处理方法的浅析

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  摘要:本文从压力容器检验中常见的缺陷出发,分析了缺陷的产生原因及相关检验方法,并给出缺陷处理方法,为压力容器的安全运行提供了技术支撑。
  关键词:压力容器 检验缺陷 缺陷处理
  压力容器具有高温、高压、易燃、易爆、有毒、有害的使用环境特征,从事压力容器检验无疑是一个与危险相伴且承担巨大責任的职业,切实提高自己的检验技能水平,做到检的出、检的准,及时发现并排除存在的隐患,做到所检设备零缺陷、零隐患,认识到虽然不是每个安全隐患都会造成安全事故,但每个安全隐患都是一个隐形地雷,一不小心就会让自己粉身碎骨。
  引起压力容器安全隐患主要来自以下三个方面:
  (1)恶劣的运行环境造成的各类腐蚀,如压力容器频繁启动也会造成的疲劳腐蚀,运行过程中的环境腐蚀,运行介质内含硬质颗粒物造成的摩擦、磨损等。
  (2)压力容器操作失误,如操作人员未经过培训,或无证上岗、或误操作造成事故。
  (3)压力容器自身缺陷造成的隐患,此类缺陷如压力容器的设计缺陷、材质缺陷等。虽然我们在检验工作中将检验压力容器的自身的缺陷为检验重点,但同时也要兼顾三方面的隐患才会不放过任何隐患。
  1.压力容器缺陷来源
  (1)设计上的缺陷:包括容器结构的不合理,如需要设置防冲挡板的没有设置,与介质的相容性没有很好的考虑,工艺设计缺陷,造成压力温度不稳定,超温超压,介质倒灌等,虽然通常这类问题一般较少出现,不具有很强的专业知识的检验人员也很难发现,但也要通过认真的资料审查,如质量证明书,日常运行记录等,现场检查发现这些隐藏的问题。
  (2)压力容器制造过程中存在的缺陷:
  一是本体材质缺陷,包括夹层、夹杂等;
  二是制造过程中的焊接缺陷,1、裂纹:(1)器壁母材上裂纹;(2)热影响区裂纹;(3)焊缝区裂纹。 2、焊接缺陷:(1)未熔合;(2)未焊透;(3)夹渣;(4)气孔;(5)咬边;(6)焊瘤;(7)烧穿;(8)弧坑;(9)焊缝外形、尺寸不符合要求[1]。
  (3)在使用过程中产生的缺陷,例如材质劣化、腐蚀、裂纹、减薄等,安全附件未按时校核及检定。同时要明白各类缺陷的检验手段,危害程度出现概率及部位。
  2.压力容器常见缺陷的检验方法及处理方法
  裂纹,腐蚀,焊接缺陷是压力容积常见及具有较大危害性的缺陷。
  2.1裂纹
  裂纹是压力容器中最危险的一种缺陷,它是导致容器发生脆性破坏的因素,同时又会促进疲劳破裂和腐蚀破裂的产生。压力容器中的裂纹,按其生成过程,大致可分为两大类,即原材料或容器制造中产生的裂纹和容器使用过程中产生的裂纹或扩展的裂纹。前者包括钢板的轧制裂纹、容器的拔制裂纹、焊接裂纹和消除应力热处理裂纹;后者包括疲劳裂纹和应力腐蚀裂纹。
  裂纹的检查可以用直观检查和无损探伤。一般是通过直观检查发现或初步发现裂纹的迹象,再通过无损探伤进一步加以确认。无损探伤无论是液体的渗透探伤、荧光探伤和磁力探伤,对检查表面裂纹都有较高的效用,可以根据具体情况适当选用,但根据断裂力学理论,表面裂纹比埋藏缺陷危害更大,检规也规定,铁磁性材料优先选用磁粉。
  由于材料轧制或拔制容器留下的微裂,一般都比较浅,可以用手锉或砂轮等磨去。焊接裂纹应在检查发现时予以铲除。由于结构不良、局部应力过高而产生裂纹的部件一般不宜继续使用。存在腐蚀裂纹的容器,也不应将裂纹铲除或焊补后继续使用。在特殊情况下,由于容器制造或原材料留下的裂纹确实难以消除,经过具有资格的压力容器缺陷评定单位检查鉴定,并根据断裂力学的分析和计算,确认裂纹不会扩展,且具有足够的安全裕度,容器可以采取可靠的监护措施,继续使用,但要缩短检验间隔期限,严密监视裂纹的发展情况。
  2.2腐蚀
  腐蚀是压力容器在使用过程中最容易产生的一种缺陷,特别是在化工容器中。它是由于金属与所接触的介质产生化学或电化学变化作用而引起的。容器的腐蚀可以是均匀腐蚀、点腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀和疲劳腐蚀。不管是哪一种腐蚀,严重时都会导致容器的失效或破坏。
  容器内壁可能有各种形式的腐蚀。对均匀腐蚀和局部腐蚀也可以通过直观检查的方法。经直观检查发现容器内壁或外壁有均匀腐蚀或局部腐蚀时应测量被腐蚀处的剩余厚度,从而确定器壁的腐蚀厚度和腐蚀速率。如发现壁厚增值,应考虑氢腐蚀的可能性。对晶间腐蚀和断裂腐蚀(应力腐蚀和疲劳腐蚀),除了严重的晶间腐蚀可以用锤击检查有所发现外,一般用直观检查是难以判断的,常用金相检验、化学成分分析和硬度测定。一般衬里要作气密性检验,检验时有妨碍检验的构件应予以拆除。
  对腐蚀缺陷的处理要根据容器的具体使用情况而定,一般原则是:
  (1)内壁发现晶间腐蚀、断裂腐蚀等缺陷时,不易继续使用。如果腐蚀是轻微的,允许根据具体情况,在改变原有工作条件下使用。
  (2)当发现分散点腐蚀,但不妨碍工艺操作时(不存在裂纹、腐蚀深度小于计算壁厚的一半),可对缺陷不作处理继续使用。
  (3)均匀腐蚀和局部腐蚀按剩余厚度不小于计算厚度的原则,确定其继续使用、缩小检验间隔期限、降压使用或判废。
  2.3焊接缺陷
  焊接质量的好坏,直接影响着压力容器的气密性能是否优良,以及其强度大小是否能够符合压力容器技术要求。若压力容器的气密性较小,或强度等级不高,在实际的运行中就很有可能引起气体泄漏或液体渗漏,给企业造成一定的经济损失,严重时还会引发各种安全事故[2]。
  2.3.1压力容器焊接质量缺陷成因分析
  通常压力容器出现质量缺陷的部位主要可以分为容器外部和容器内部两种。其各自的质量缺陷现象和缺陷成因分别如下所示:
  (1)焊接的外部质量缺陷成因   ①错边。就是指在焊接时,相互连接的焊接工件没有完全结合在一起,而是错开了一定的位置。一般产生错边这种质量缺陷都是产生在组装阶段,产生原因可能是因为设计问题,或者是焊接工的技术问题。错边会使压力容器在受到应力作用时产生变形现象,这在某种程度上会极大的影响到压力容器的安全性。
  ②咬边。当焊接时所按照的焊接参数有问题时,或者焊接技术方法使用不当时,会使母材上沿着焊趾的方向出现一定的沟槽,或者凹陷,这种现象我们一般称之为咬边。产生咬边的原因有很多种。例如焊接时电流过大、电弧太长、焊机轨道不平整等等,都有可能引起咬边问题。
  (2)焊接内部质量缺陷成因
  ①气孔。若在焊接时有气泡停留在熔池中,并且在凝固的过程中这些气泡也没有完全逸出,就可能会在该处形成一定的空穴,这就是焊接气孔。其形成的主要原因是因在焊接时电弧过长,或者焊条受潮,电弧保护与气体保护工作没有做好,或者坡口没有清理干净,这些都可能会引发气孔的发生,给容器的气密性造成很大影响。
  ②夹渣。这通常指的是焊缝中的不同形状的熔渣,最容易出现夹渣现象的焊接部位是在坡口边缘与焊道的非圆滑部位。另外,焊道形状突然发生变化,也会在深沟处产生夹渣。出现夹渣这种质量缺陷的原因主要有:电流过小,焊接速度过快,运条不合理,没有分清熔渣和铁水,埋弧焊封底时焊丝没有保持在焊接中心等等,都有可能会引起夹渣现象的发生。夹渣对压力容器的危害性较大,极大的影响着焊缝的强度和密封性。
  ③未焊透,未熔合。所谓未焊透主要是指在焊接的过程中,焊接接头的根部并没有完全熔透;而未熔合则是指焊接金属和基体母材之间没有完全焊接,留下有一定的焊接缝隙。未熔合的现象还常常发生在相邻的焊道之间,或者是焊缝层之间。这种质量缺陷的危害也是极大的,产生的原因也較多。如坡口的角度较小,间隙小,而钝边则较大。或者是电流小的焊接速度快,金属还没有来及熔化,或者是焊接损失较大等等。
  ④焊接裂纹。在焊接应力及其它致脆因素共同作用下,材料的原子结合遭到破坏,形成新界面而产生的缝隙称为裂纹。它具有尖锐的缺口和长宽比大的特征,易引起较高的应力集中,而且有延伸和扩展的趋势,所以是最危险的缺陷。按裂纹形成的条件,可分为热裂纹、冷裂纹、再热裂纹和层状撕裂等四类。其产生的主要原因是焊接熔池中存在低熔点杂质,由于这些杂质熔点低,结晶凝固最晚,凝固后的塑性和强度又极低,焊件及焊条内含硫、铜等杂质多时,收弧过于突然,在形成的凹坑上产生裂纹。
  2.3.2压力容器焊接质量缺陷的控制措施
  (1)错边
  错边常会引起几何应力集中,产生附加弯曲应力。错边在制造大型压力容器过程中很难避免,而且完全消除也较困难。正确的处理方法是要严格执行压力容器制造标准,把焊接缺陷限制在条件允许的范围之内。
  (2)咬边
  防止产生咬边的办法是:选择合适的焊接电流和运条手法,随时注意控制焊条角度和电弧长度;埋弧焊工艺参数要合适,特别要注意焊接速度不宜过高,焊机轨道要平整;焊条摆动时,在坡口边缘运条稍慢些中间运条速度要快些,焊条角度适当。
  (3)气孔
  预防产生气孔一是设法杜绝有害气体来源,不让气体进入熔池;二是一旦气体进入熔池,就想办法保证液态金属有足够的高温停留时间,使进入的气体外溢。具体措施:一控制气体来源。焊条防潮和烘干。加强对焊件表面的清理工作,如焊件表面的油污、氧化膜等;二加强防护。如起弧接头时,焊条端头药皮熔化不好、保护差,易产生气孔,要有足够的加热;三正确选用焊条。焊条应符合国家标准,要有质量保证书。特别重要的焊件或对焊条有怀疑时,应进行复验;四选择低氢焊接方法。不论是酸性焊条还是碱性焊条,均推荐采用直流反接法进行焊接;五严格按焊接工艺规程调节焊接规范等。
  (4)夹渣
  防止夹渣产生首先应提高焊接操作技术,焊接过程中始终要保持熔池清晰、熔渣与液态金属良好分离;彻底清理坡口及两侧的油污、氧化物等;按焊接工艺规程正确选择焊接规范;选用焊接工艺性好、符合标准要求的焊条;接头时要先清渣且充分加热,收弧时要填满弧坑、将渣排出。
  (5)未焊透或未熔合
  防止未焊透或未熔合的方法是正确选取坡口尺寸,合理选用焊接电流和速度,坡口表面氧化和油污要清除干净;封底焊清根要彻底,运条摆动要适当,密切注意坡口两侧的熔合情况。
  (6)焊接裂缝
  为防止焊接裂缝,焊前认真组装,检验组装质量合格后再焊接。定位焊焊缝要焊透焊牢,对过高的定位焊缝,要磨修好再焊。不使用偏心焊条,防止电弧偏吹,始终保持好焊条角度。运条速度要均匀,安排多层焊时每层厚度要合适,加强操作技术练习,提高操作水平等。当焊件拘束度大时将预热温度相应提高;严格控制焊接参数,减慢冷却速度适当提高焊缝系数,尽可能采用小电流多层多道焊以避免焊缝中心产生裂纹;认真执行工艺规程,选取合理的焊接程序,以减小焊接应力。
  3.结论
  压力容器缺陷的处理是容器检验中另一项重要的任务,它体现着检验工作的质量和服务水平,在缺陷处理工作中应本着“确保安全,方便客户”的原则,严格按照《压力容器定期检验规则》对缺陷进行判定和处理,不对缺陷进行放大处理,对客户造成不必要的损失,缺陷的处理一般分为三种,一是安全附件及易损件的校核、修理和更换。二是根据压力容器等级要求用户降低压力容器的使用条件,更正设计中压力容器的缺陷如加装防冲挡板等,更正压力容器使用过程中违规的行为,超压超温使用,操作人员无证操作等,整理压力容器的使用档案,运行记录,建立质量体系。三是对压力容器自身的危害性缺陷处理消除。
  在处理消除危害性缺陷时,首先调查容器质量状况与使用情况。弄清该缺陷是制造遗留,还是使用中产生;对于制造过程中产生的缺陷,判定缺陷在使用过程中有无扩展是判定该压力容器有无使用价值的重要参考。对于受压元件材质不清的容器。必要时进行化学成份分析。硬度测定和金相分析,为缺陷修复时的选材及制定合理的修复工艺提供依据。
  修复方法要根据不同缺陷的具体情况而定,应依据“合于使用”的原则。一般说,可修可不修的缺陷,即没有什么危害的缺陷尽量不要修,打磨处理能满足要求的就尽量不用补焊,对于裂纹的修复应慎重。压力容器受压元件的缺陷,有打磨,焊补,加强圈加固等,在用容器的表面缺陷,如表面裂纹、凹坑、电弧擦伤、弧坑、机械损伤、未焊透、未熔合、焊缝气孔、焊缝咬边、工卡具焊迹等的处理。
  总之,不断提高自身的检验的服务意识和提高自己的检验水平,从源头找出压力容器缺陷的产生原因,有针对性的解决问题,形成一套完整的缺陷检验与处理方法,为压力容器安全使用保驾护航。
  参考文献
  [1]常引娣.谈压力容器焊接中常见缺陷的成因和防止措施[J].科技信息,2007(29).
  [2]董建峰等.压力容器焊接质量缺陷成因及控制措施[J].中国高新技术企业,2008(16).
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