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講解下壓力容器制造缺陷對安全性的影響

更新時間:2019-08-24 10:45:53 星期六
摘要:

壓力容器缺陷對于裝備性能以及安全影響非常大,出了事故后悔不過來不及的。壓力容器究竟均有哪些缺陷?你知道該如何避 […]

壓力容器缺陷對于裝備性能以及安全影響非常大,出了事故后悔不過來不及的。壓力容器究竟均有哪些缺陷?你知道該如何避免嗎?

 

★ 壓力容器的常見缺陷★

1、裂紋CRACK

2、焊接缺陷WELDING DEFECTS

3、其他缺陷OTHER DEFECTS

(1)分層缺陷;

(2)表面張口型缺陷;

(3)沖刷缺陷;

(4)腐蝕缺陷;

(5)變形缺陷。

 

★ 壓力容器制造缺陷對于其安全性的影響★

容器于制造過程之中產生的另一種缺陷是造成殼體幾何形狀的絕不連接,如凹凸不平、接縫角變形等。各種回轉殼體于內壓作用之下的應力和它的曲率半徑有關。

曲率半徑不同的兩種殼體連接于一起時,因為應力不同,所產生的變形亦絕不一樣。但是它們亦互相約束,并且從此于交接處引起剪力與彎矩,使殼體產生附加彎曲應力,造成這么高的局部應力。

一般說來,直徑大因而深度小的凹陷,幾何形狀的變化較緩和,所產生的影響亦小。于容器制造過程之中產生的封頭凹凸絕不平,一般均是變化較緩和的。

 

內應力的影響

一般來說,冷變形量愈大,所產生的內應力亦愈大。容器殼體之上殘存的內應力即便不致產生裂紋,亦會加劇壓力容器的疲勞破裂與應力腐蝕破裂。

 

★ 化工容器進行氣密試驗試驗壓力如何確定★

對于化工容器進行氣密試驗重要是借以檢驗容器的嚴密性。作過氣壓強度試驗,并且經過檢查合格的容器可絕不另外做氣密性試驗。

氣密性試驗必需于液壓試驗合格之后進行,其試驗壓力作為設計壓力的1.05倍。試驗時壓力應緩慢上升,達到規定試驗壓力之后保壓10min,接著降至設計壓力,于焊縫與連接部位進行滲漏檢查。

小型容器亦可浸入水中檢查。例如有泄漏,修補之后再次進行液壓試驗與氣密試驗。

 

★ 低、之中、高壓容器之內、內部狀況等級檢查的內容★

1、內部檢查

(1)壓力容器的本體、接口部位、焊接接頭等的裂紋、這么熱、變形、泄漏等;檢漏孔、信號孔的漏液、漏氣、檢漏管疏通。

(2)之外表面的腐蝕,保溫層破損、脫落、潮濕、跑冷;相鄰管道或是構件的非常振動、響聲、互相摩擦。

(3)支承或是支座的損壞,基礎沉降、傾斜、開裂,緊固螺栓的完好情況。

(4)檢查確認安全附件是否符合規定要求。

2、結構檢查(試點檢查下列部位)

(1)筒體和封頭的連接、角接、搭接、布置絕不合理的焊接;

(2)方形孔、人孔、檢查孔和補強;

(3)封頭、支座、支承;

(4)法蘭以及排污口。

3、幾何尺寸檢查可依據原始資料進行下列內容檢查)

(1)縱、環焊縫對于口錯邊量、棱角度,焊縫余高,角焊縫的焊縫厚度與焊角尺寸以及布置絕不合理的焊縫;

(2)同一斷面之上最為大直徑和最為小直徑,封頭表面、直邊高度與縱向皺折,不等厚板(鍛)件對于接接頭未曾進行削薄過分的超差情況;

(3)直立壓力容器與球形壓力容器支柱的垂直度;

(4)繞帶式壓力容器相鄰鋼帶間隙。

4、表面缺陷檢查

(1)腐蝕和機械損傷測定其深度、直徑、長度和分布,并且標圖記錄。對于非正常的腐蝕,應查明原因。

(2)表面裂紋

1)之內表面的焊縫(包括近縫區),應以此肉眼或是5~10倍放大鏡檢查裂紋。

有下列情況之一的,應進行絕不小于焊縫長度20%的表面探傷檢查;

材料強度級別b>540MPa的;Cr-Mo鋼制的;

有奧氏體不銹鋼堆焊層的;

介質有應力腐蝕傾向的;

其他有懷疑的焊縫。

如發現裂紋,檢驗員應依據可能存在的潛在缺陷,確定增加表面探傷的百分比;

如仍然發現裂紋,亦應進行全部焊縫的表面探傷檢查。除此之外要更進一步的檢查之外表面的焊縫可能存在的裂紋缺陷。

之內表面的焊縫已經有裂紋的部位,對于其相應之外表面的焊縫應進行抽查。

2)對于應力集中部位、變形部位、異種鋼焊接部位、工卡具焊跡、電弧損傷處與易產生裂紋部位,應試點檢查。

3)有晶間腐蝕傾向的,可采用金相檢驗或是錘擊檢查。錘擊檢查時,用0.5~1.0kg的手錘,敲擊焊縫兩邊或是其他部位。

4)繞帶式壓力容器的鋼帶始、末端焊接接頭,應進行表面裂紋檢查。

(3)焊縫咬邊上檢查

(4)其他對于焊接敏感性材料,也應注意檢查可能發生的焊趾裂紋。

變形以及變形尺寸測定,可能伴生的其他缺陷及變形原因分析

5、壁厚測定

(1)測定點的位置應有代表性,并且有足夠的測定點數。

測定之后應標圖記錄。測定點的位置,一般應選擇下列部位:

1)液位常常波動部位;

2)易腐蝕、沖蝕部位;

3)制造成型時,壁厚減薄部位與使用之中產生變形的部位;

4)檢查表面缺陷時,發現的可疑部位。

(2)利用超聲波測厚儀測定壁厚時,例如遇到母材存在夾層缺陷,應增加測定點或是使用超聲波探傷儀,查明夾層分布的情況,及和母材表面的傾斜度。 測定臨氫介質的壓力容器壁厚時,例如發現壁厚增值,應考慮氫腐蝕的可能性。

6、材質

(1)重要受壓元件材質的種類與牌號一般應查明。

材質不明者,對無特殊要求的鋼制壓力容器,允許按照鋼號Q235材料強度的下限值,進行強度校核;

對槽、罐車與有特殊要求的壓力容器,必需查明材質。 對已進行過此項檢查,而且已經作出明確處理的,不必重復檢查。

(2)重要受壓元件材質是否劣化,可依據具體情況,采用化學分析、硬度測定、光譜分析或是金相檢驗等,予以確定。

7、有覆蓋層的壓力容器

(1)保溫層是否拆除,應依據使用工況與外部環境條件因而定。有下列情況之一者,可絕不拆除保溫層。

1)制造時對于焊縫全部表面已經探傷合格;

2)對于有代表性的部位局部抽查,未曾發現裂紋等缺陷;

3)外部環境沒侵入或是跑冷;

4)外部環境有可靠的防腐蝕措施;

5)有類似使用經驗的;

6)檢驗員認為沒有必要的。

(2)有金屬襯里的壓力容器,例如發現襯里有穿透性腐蝕、裂紋、局部鼓包或是凹陷,檢查孔已經流出介質,應局部或是全部拆除襯里層,查明本體的腐蝕狀況或是其他缺陷。

(3)使用奧氏體不銹鋼堆焊襯里的,例如發現襯里破壞、龜裂、剝離與脫落等。對非金屬材料作襯里的,例如發現襯里破壞、龜裂或是脫落,或是于運行之中本體壁溫出現異常,應局部或是全部拆除襯里,查明本體的腐蝕狀況或是其他缺陷。

(4)對上下表面有覆蓋層的,應先行按照本題2、4檢查之內表面,例如發現有裂紋等嚴重缺陷,亦應于之外表面局部或是全部拆除覆蓋層,進行檢驗。

8、焊縫埋藏缺陷檢查

(1)有下列情況之一時,一般應進行射線探傷或是超聲波探傷檢查,必要時也應互相復驗。

1)制造中焊縫歷經兩次超過返修或是使用過程之中焊縫補焊過的部位;

2)檢驗時發現焊縫表面裂紋,認為需要進行焊縫埋藏缺陷檢查的;

3)錯邊量與棱角度有嚴重超標的焊縫部位;

4)使用之中出現焊縫泄漏的部位和兩端延長部位;

5)用戶要求或是檢驗員認為有必要的部位。 已經進行過此項檢查,再度檢驗時,如無異常情況,一般可不必復查。

(2)檢驗方法與抽查數量,改由檢驗員依據具體情況確定。

9、安全附件檢查

依照有關安全附件規定,進行安全附件檢查。

10、緊固件檢查

對于高壓螺栓應逐一清洗。檢查其損傷與裂紋情況,必要時應進行表面無損探傷。應試點檢查螺紋以及過渡部位的無環往裂紋。

低、之中、高壓容器之內、內部安全狀況等級檢查周期

(1)內部檢查。

是指專業人員于壓力容器運行之中的定期在線檢查,每年大約一次。

(2)內外部檢驗。

是指專業檢驗人員,于壓力容器停機時的檢驗,其期限分為: 安全狀況等級為1~3級的,每隔6年到少一次; 安全狀況等級作為3~4級的,每隔3年到少一次。

(3)耐壓試驗。

是指壓力容器停機檢驗時,所進行的超過最高工作壓力的液壓試驗或是氣壓試驗,其周期每10年大約一次。內部檢查與內外部檢驗內容以及安全狀況等級的規定,見《于使用壓力容器檢驗規程》。

有下列情況之一的壓力容器,內外部檢驗期限應適當縮短:

(1)介質對于壓力容器材料的的腐蝕情況不明、介質對于材料的腐蝕速率大于0.25mm/a,及設計者所確定的腐蝕數據嚴重絕不準確的;

(2)材料焊接性能差,于制造時曾經多次返修的;

(3)首次檢驗的;

(4)使用條件差,管理水平低的;

(5)使用期限超過15年,經過技術鑒定,確認絕不能按照正常檢驗周期使用的;

(6)檢驗員認為應該縮短的。

有下列情況之一的壓力容器,內外部檢驗期限應適當延長:

(1)非金屬襯里層完好的,但是其檢驗周期絕不應超過9年;

(2)介質對于材料的腐蝕速率低于0.1mm/a或是有可靠的耐腐蝕金屬襯里的壓力容器,透過一到二次之內內部檢驗,確認符合原要求的,但是絕不應超過10年;

(3)裝有觸媒的反應器及裝有充填物的大型壓力容器,其定期檢驗周期改由使用單位依據設計圖樣與實際使用情況確定。

 

★ 壓力容器焊接之中產生熱裂紋的原因★

熱裂紋均是沿著焊縫金屬中樹狀結晶的交界處發生并且發展的。

最為常見的情況是于焊縫下方沿著焊縫長度方向開裂,有時候于焊縫外部分布兩個樹枝狀晶粒間。熱裂紋均產生于晶界處,這說明于焊縫結晶過程之中晶界是個薄弱地帶。

產生熱裂紋的原因便是焊縫之中有液態間層存在,與結晶過程之中焊縫受到拉應力的作用。存在液態間層是發生熱裂紋的根本原因,因而拉應力是熱裂紋的必要條件。

并且絕不是整個結晶過程的末期,于固相線鄰近便是產生熱裂紋的危險溫度區。

近縫區的金屬一樣加熱到非常高溫度(略低于熔點),假如近縫區母材的晶界有雜質或是低熔點共計晶存在,于熱的作用之下便于熔化,在晶界處形成液態間層,冷卻過程之中出現的拉應力便會使近縫區產生熱裂紋。

于焊縫熱裂紋與近縫區的熱裂紋存在著相互依存的關系,近縫區熱裂紋可能是焊縫熱裂紋的延續,亦可能是焊縫熱裂紋的起源。

 

★ 高壓容器脆性破壞產生缺口影響的原因★

缺口和端部小面積材料的狀態是決定一個構件是否呈脆性狀態破壞的重要因素,常見的許多脆性破壞皆始在缺口或是裂紋的端部。

其原因在于,如果受拉伸的構件存在缺口(裂口)時,因為其不連續性,亦拉伸應力絕不可能傳到裂紋的橫>截面,加到裂紋區域的載荷,亦遭傳到裂紋尾部的一個小區域之內,這樣于該處便產生一個高的局部集中應力與應變。

或許裂紋愈來愈長,亦局部應力與應變愈大。 裂紋端部的局部應力隨著施加應力增加因而增大,不久達到材料的屈服強度,這便會使橫截面積縮小。

因而鄰近裂紋面的材料,于拉伸方向是沒有應力的,這部分材料把阻止裂紋端部小體積金屬的變形,這種約束把產生另外兩個方向的二次應力,這便于裂紋端部小體積材料之內產生三向拉伸應力,此三向應力狀態絕不允許材料厚度方向產生收縮或是變形,乃所謂平面應變狀態。

依照第三強度理論,如果三個主應力之中最為大和最為小主應力也為拉伸應力,因此最為大主應力可以超過材料單向拉伸時的屈服應力,也即因為缺口的存在,在缺口端部小體積材料產生一個三向拉伸應力系統。

它提高了屈服應力,除此之外反而降低了延性,故而于一定條件之下產生脆性破壞。

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