快開門式壓力容器的定期檢驗思考范文

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摘要：快開門式壓力容器作為特種設備的一種，由于其開關時間較短、裝卸方便，在頻繁間隙式生產行業被廣泛應用。但由于其工況復雜，頻繁開啟，導致安全事故發生的可能性也明顯增加。本文將結合實際的檢驗案例，分析設備的失效模式和產生原因，為設備的定期檢驗和使用維護提出合理化的建議。

關鍵詞：快開門壓力容器;腐蝕裂紋;安全附件

1前言

快開門壓力容器由于其開關時間短、裝卸方便等優點被廣泛應用，但據資料統計，快開門式壓力容器發生爆炸事故約占壓力容器事故的三分之一左右，雖然快開門壓力容器工作壓力不大，但由于部分容器體積較大，PV值較大，一旦發生事故，造成的危害是不可估量的[1]。為了杜絕該類事故的發生，保障設備的安全運行，本文將結合快開門壓力容器檢驗的實際情況，介紹設備的檢驗要點，分析主要的失效模式和產生原因，結合實際的檢驗案例，為設備的安全運行和維護提出合理化的建議。

2定期檢驗要點

依據《固定式壓力容器安全技術監察規程》，考慮到快開門壓力容器一般工況比較惡劣，頻繁的升溫升壓、降溫降壓易產生疲勞損傷，加之頻繁開關門容易導致安全聯鎖裝置失靈，快開門壓力容器的定期檢驗以宏觀檢驗、壁厚測定、表面無損檢測、安全附件檢查為主，必要時增加埋藏缺陷檢測。

2.1宏觀檢驗

快開門壓力容器的宏觀檢驗主以目視檢查為主，主要檢查設備內外表面是否存在機械損傷及明顯的腐蝕現象，對接焊縫、接管角焊縫、支撐支座以及釜門釜齒根部等應力集中部位是否存在裂紋，設備本體及支座是否存在變形，對于有保溫層的設備查看保溫層是否有破損，是否存在保溫層下腐蝕及裂紋。設備的排放裝置是否存在阻塞。由于快開門壓力容器日常使用過程中承受較大的疲勞載荷，宏觀檢驗過程中還應對設備的幾何尺寸進行檢驗，大型快開門壓力容器還應檢查基礎是否存在下沉、傾斜、開裂等安全隱患。

2.2壁厚測定

依據固容規及設備的實際使用狀況，壁厚測定重點選擇易受磨損、腐蝕、沖蝕的部位（如液位波動部位、腐蝕介質浸沒部位、物料進出口及截面突變部位）、制造成型時薄部位、接管部位以及檢驗過程中發現的保溫層破損等可疑部位，一旦不厚小于設計的允許最小壁厚應進行強度校核，確定是否允許繼續使用及最高允許工作壓力。

2.3表面無損檢測

對于快開門壓力容器，考慮到其工況其結構的特殊性，表面無損檢測應重點關注承受交變載荷、易產生疲勞裂紋的嚙齒根部、滑軌角焊縫，安全閥等接管角焊縫，釜體內表面縱環焊縫丁字口等應力集中部位，尤其是筒體下部60°范圍內溫差應力和交變載荷較大部位。同時，還要對制造和使用過程中的補焊部位、工卡具焊跡等部位進行重點檢測。

2.4安全附件檢查

與其他壓力容器明顯不同的是，快開開門壓力容器除了確定安全閥、壓力表等是否進行定期校驗、檢定，是否符合設計標準要求外，還需要對快開門聯鎖裝置進行檢查，確定其快開門聯鎖裝置是否滿足設計文件規定的使用技術要求。尤其是早期制造的設備，要確定其能否實現自動聯鎖，滿足相關標準及使用安全要求。

3檢驗中發現的問題及處理措施

結合快開門壓力容器的實際檢驗狀況，通過分析總結發現其主要失效模式表現為腐蝕、裂紋及安全附件失效。本文將結合實際的檢驗案例，對設備的失效模式進行分析，提出合理化的防護措施。

3.1腐蝕

對于常用的快開門壓力容器，一般工作溫度比較高、整體工況比較惡劣，受到設備內冷凝水、污泥、酸性或堿性腐蝕介質的聯合作用，特別容易腐蝕減薄而削弱設備的整體強度。

3.1.1保溫層下腐蝕

圖1為某化工廠硫化罐檢驗過程中發現的保溫層下腐蝕，設備外表面均勻腐蝕減薄，腐蝕減薄厚度1.5mm。經分析發現，該設備正常工作溫度高達150℃，2005年投入使用，使用年限高達15年，且保溫層破損嚴重，雖然使用過程中使用單位對其保溫層進行修復，但修復效果并不理想，加之設備頻繁的升溫升壓、降溫降壓，導致保溫層下積聚大量蒸汽冷凝水，由于巖棉對水較高的吸附性導致設備外表面長期保持濕潤的狀態。當車間內揮發性比較強的酸性介質溶于保溫層下水膜之后就產生電化學腐蝕：所以，針對有保溫層的快開門壓力容器，定期檢驗過程中必須檢查保溫、隔熱層是否完好，對于有破損、腐蝕的部位必須進行壁厚測定確保其不超過設備的腐蝕裕量。對于保溫完好的設備，必要時也應對存在腐蝕和外表面開裂傾向的部位進行局部拆保溫檢測。

3.1.2堿腐蝕

除了保溫層下腐蝕之外，對于建材行業常用的蒸壓釜還常常發生堿腐蝕。圖2為某建材有限公司蒸壓釜檢測過程中發現的凹坑腐蝕圖片，腐蝕部位主要集中在釜體內部兩側進蒸汽管附近，最大凹坑深度達5mm左右。設備2018年投入使用，工作溫度198.3℃，設計壓力1.3MPa，工作介質飽和蒸汽及冷凝水。通過分析發現，發生凹坑腐蝕的主要原因是由于其工作溫度比較高，設備頻繁的進行開關，且在設備停車期間兩側釜門處于開啟狀態，造成在釜體內部兩側蒸汽管表面積聚大量的冷凝水，加之車間環境比較差，蒸汽管上表面沉積大量的Ca（OH）2等物質，這樣在被覆蓋與未被覆蓋區域形成氧濃度差，為腐蝕創造了條件。同時，蒸壓釜加工的磚坯主要是有Ca（OH）2等堿性物質加壓成型，由蒸汽進行加熱，在加熱過程中磚坯吸收熱量而產生一定量的冷凝水同樣會積聚在蒸汽管表面，在高溫高壓作用下冷凝水會溶解大量的Ca（OH）2等堿性物質，從而造成蒸汽管表面電化學腐蝕-堿腐蝕。加之堿腐蝕的主要特點是點蝕，形成的腐蝕凹坑在高溫作用下會將堿濃縮，加快腐蝕速率，這就導致即使該設備僅僅投用3年，蒸汽管附近腐蝕也特別嚴重，需要對整個管子進行更換。圖2蒸壓釜凹坑腐蝕針對建材行業此類蒸壓釜設備，設備停用期間要對其進行通風晾干，確保釜體內表面沒有冷凝水積聚，定期對設備進行清理、排污，清除設備內殘渣及積灰，定期修理疏水閥，保證排污暢通。定期檢驗過程中一旦發生凹坑腐蝕應根據固容規8.5.4條要求確定是否在允許范圍內，否則應由有資質單位進行補焊，且補焊深度超過1/2壁厚，還應進行耐壓試驗。

3.1.3晶間腐蝕

除了硫化罐、蒸壓釜之外，紡織行業常用的高溫高壓染色機、醫院的滅菌器、食品行業常用的肉制品殺菌蒸煮鍋也屬于快開門壓力容器，并且此類設備常采用奧氏體不銹鋼制成。相比于其他設備，此類快開門壓力容器還有發生晶間腐蝕的風險。主要是因為奧氏體不銹鋼在450~850℃屬于晶間腐蝕的敏化溫度區間，固溶處理過的奧氏體不銹鋼若在此溫度區間重新加熱就會使過飽和的碳向晶界擴散在晶界形成Cr23C6，造成晶界貧鉻，一旦鉻含量低于12%不銹鋼的耐腐蝕性明顯下降，發生晶間腐蝕。且晶間腐蝕會降低不銹鋼晶粒間的結合力，大大降低金屬的機械強度，一旦發生危險巨大。雖然此類設備使用過程中一般達不到敏化溫度，但奧氏體不銹鋼的焊接必然會經過此溫度，如果焊接工藝不當，發生晶間腐蝕的可能性很大，所以在此類設備的定期檢驗過程中，要重點對法蘭與筒體及封頭連接處、安全閥角焊縫處、支座墊板連接處等可能發生晶間腐蝕的焊縫位置進行重點檢測。

3.2裂紋

3.2.1疲勞裂紋

對于快開門壓力容器來說要經常的啟閉進出物料會產生交變應力，頻繁的升溫升壓、降溫降壓過程中會產生交變熱應力，設備長時間承受疲勞載荷，就會產生疲勞裂紋，尤其是在嚙齒、支座與釜體連接部位、滑軌與釜體連接處、釜體縱環焊縫的丁字口等應力集中部位發生開裂。尤其是早期的快開門壓力容器，釜體法蘭與筒體、封頭連接處采用不合理的角接甚至搭接結構，釜齒采用焊接方法制造，釜門未采用整體鍛造存在拼接焊縫，使設備在焊接部位存在較大的應力集中，在交變載荷的作用下，發生疲勞開裂的風險大大增加[3]。圖3為某高溫高蒸煮鍋檢驗過程中發現的滑軌與筒體間焊縫開裂。檢驗過程中發現，該單位每天要用此設備加工3-4次肉制品，且每次加工肉制品的重量都比較大，在頻繁的進出物料過程中產生交變應力，造成多條滑軌與筒體間焊縫疲勞開裂。通過對開裂處進一步無損檢測發現確認此焊縫并未傷及設備筒體，所以建議使用單位找有資質單位進行補焊加固，并要求使用過程中加強維護，滑軌處焊縫狀態，確保設備安全運行。對于快開門壓力容器來說安全閥的角焊縫也是容易產生疲勞損傷的位置之一。圖4為某脫蠟釜檢驗過程中發現的安全閥支座角焊縫裂紋。此設備一般工作壓力在0.6MPa左右，安全閥整定壓力0.8MPa，但設備實際在工作運行過程中，壓力經常超過0.8MPa，安全閥開啟頻率比較高，加之設備頻繁啟閉，經常升溫升壓、降溫降壓，此處承受較大的疲勞載荷，加之設備投用時間長達10年，最終造成安全閥處角焊縫整圈開裂。因此快開門壓力容器定期檢驗過程中一定要對嚙齒根部、滑軌、接管角焊縫，焊縫丁字口等應力集中部位重點進行表面無損檢測，必要時增加埋藏缺陷檢測，確保及時發現設備運行過程中產生的疲勞裂紋。

3.2.2應力腐蝕開裂

圖5為某蒸壓釜檢驗過程中在釜體環焊縫處發現的裂紋且經打磨后沒有消除。該設備工作溫度180℃，工作壓力1.0MPa，工作介質為飽和蒸汽及冷凝水，材質345R。通過觀察可以發現此裂紋細小且呈蜘蛛網狀，結合設備的使用工況分析總結確定此裂紋為碳酸鹽應力腐蝕裂紋。由于設備的整體運行溫度比較高，Q34R在高溫下與水蒸汽產生化學反應：

3Fe+4H2O→Fe3O4+4H2（3）

反應生成的Fe3O4覆蓋在釜體內表面，形成一層保護膜，但由于設備頻繁的升溫升壓、降溫降壓產生交變應力，尤其在釜體焊縫部分造成應力集中，當拉伸應力過高時就將保護膜撕裂破壞，形成最初的腐蝕裂紋。在設備頻繁開關期間，堿液就會在裂紋處富集，形成電偶腐蝕，裂紋的尖端區域為陽極，裂紋周圍的保護層為陰極，形成小陽極大陰極的結構，加上拉應力的影響最終造成裂紋的迅速擴展[4]。除了碳酸鹽應力腐蝕開裂之外，不同工況設備內存在的堿性物質、酸性物質、氯離子等的存在都會增加應力腐蝕開裂的可能性，所以定期檢驗過程中一定要結合實際使用狀況對應力集中部位開展有效的無損檢測。

3.3安全附件

對于快開門壓力容器來說，安全附件的檢查是檢驗過程中至關重要的一項。區別于其他壓力容器，此類容器除了要檢查安全閥是否定期校驗、整定壓力是否符合要求，爆破片是否定期更換之外，還需要確認快開門安全聯鎖裝置是否滿足技術要求，保證釜門未關閉設備不能升壓，釜內壓力未降為0MPa釜門無法打開，且使用單位要定期對安全聯鎖裝置進行檢查，確定聯鎖功能運行正常。

4總結

（1）快開門壓力容器由于其頻繁開關，產生較大的交變應力，加之工況惡劣，使用過程中特別容易發生腐蝕、裂紋、安全聯鎖裝置失靈等現象，定期檢驗過程中應結合實際使用狀況有針對性的制定檢驗方案，重點關注容易產生缺陷的薄弱部位；（2）快開門壓力容器管理人員要做好設備的維護保養，定期排污、清除殘渣，保持設備內無腐蝕物質的積聚，保溫、防腐層完好，定期對聯鎖裝置功能進行校驗，保證安全聯鎖裝置正常工作。

作者：盧玉秀 劉元勝 李振兵 周生存 單位：泰安市特種設備檢驗研究院