快开门式压力容器的定期检验思考范文
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摘要：快开门式压力容器作为特种设备的一种，由于其开关时间较短、装卸方便，在频繁间隙式生产行业被广泛应用。但由于其工况复杂，频繁开启，导致安全事故发生的可能性也明显增加。本文将结合实际的检验案例，分析设备的失效模式和产生原因，为设备的定期检验和使用维护提出合理化的建议。
关键词：快开门压力容器;腐蚀裂纹;安全附件
1前言
快开门压力容器由于其开关时间短、装卸方便等优点被广泛应用，但据资料统计，快开门式压力容器发生爆炸事故约占压力容器事故的三分之一左右，虽然快开门压力容器工作压力不大，但由于部分容器体积较大，PV值较大，一旦发生事故，造成的危害是不可估量的[1]。为了杜绝该类事故的发生，保障设备的安全运行，本文将结合快开门压力容器检验的实际情况，介绍设备的检验要点，分析主要的失效模式和产生原因，结合实际的检验案例，为设备的安全运行和维护提出合理化的建议。
2定期检验要点
依据《固定式压力容器安全技术监察规程》，考虑到快开门压力容器一般工况比较恶劣，频繁的升温升压、降温降压易产生疲劳损伤，加之频繁开关门容易导致安全联锁装置失灵，快开门压力容器的定期检验以宏观检验、壁厚测定、表面无损检测、安全附件检查为主，必要时增加埋藏缺陷检测。
2.1宏观检验
快开门压力容器的宏观检验主以目视检查为主，主要检查设备内外表面是否存在机械损伤及明显的腐蚀现象，对接焊缝、接管角焊缝、支撑支座以及釜门釜齿根部等应力集中部位是否存在裂纹，设备本体及支座是否存在变形，对于有保温层的设备查看保温层是否有破损，是否存在保温层下腐蚀及裂纹。设备的排放装置是否存在阻塞。由于快开门压力容器日常使用过程中承受较大的疲劳载荷，宏观检验过程中还应对设备的几何尺寸进行检验，大型快开门压力容器还应检查基础是否存在下沉、倾斜、开裂等安全隐患。
2.2壁厚测定
依据固容规及设备的实际使用状况，壁厚测定重点选择易受磨损、腐蚀、冲蚀的部位（如液位波动部位、腐蚀介质浸没部位、物料进出口及截面突变部位）、制造成型时薄部位、接管部位以及检验过程中发现的保温层破损等可疑部位，一旦不厚小于设计的允许最小壁厚应进行强度校核，确定是否允许继续使用及最高允许工作压力。
2.3表面无损检测
对于快开门压力容器，考虑到其工况其结构的特殊性，表面无损检测应重点关注承受交变载荷、易产生疲劳裂纹的啮齿根部、滑轨角焊缝，安全阀等接管角焊缝，釜体内表面纵环焊缝丁字口等应力集中部位，尤其是筒体下部60°范围内温差应力和交变载荷较大部位。同时，还要对制造和使用过程中的补焊部位、工卡具焊迹等部位进行重点检测。
2.4安全附件检查
与其他压力容器明显不同的是，快开开门压力容器除了确定安全阀、压力表等是否进行定期校验、检定，是否符合设计标准要求外，还需要对快开门联锁装置进行检查，确定其快开门联锁装置是否满足设计文件规定的使用技术要求。尤其是早期制造的设备，要确定其能否实现自动联锁，满足相关标准及使用安全要求。
3检验中发现的问题及处理措施
结合快开门压力容器的实际检验状况，通过分析总结发现其主要失效模式表现为腐蚀、裂纹及安全附件失效。本文将结合实际的检验案例，对设备的失效模式进行分析，提出合理化的防护措施。
3.1腐蚀
对于常用的快开门压力容器，一般工作温度比较高、整体工况比较恶劣，受到设备内冷凝水、污泥、酸性或碱性腐蚀介质的联合作用，特别容易腐蚀减薄而削弱设备的整体强度。
3.1.1保温层下腐蚀
图1为某化工厂硫化罐检验过程中发现的保温层下腐蚀，设备外表面均匀腐蚀减薄，腐蚀减薄厚度1.5mm。经分析发现，该设备正常工作温度高达150℃，2005年投入使用，使用年限高达15年，且保温层破损严重，虽然使用过程中使用单位对其保温层进行修复，但修复效果并不理想，加之设备频繁的升温升压、降温降压，导致保温层下积聚大量蒸汽冷凝水，由于岩棉对水较高的吸附性导致设备外表面长期保持湿润的状态。当车间内挥发性比较强的酸性介质溶于保温层下水膜之后就产生电化学腐蚀：所以，针对有保温层的快开门压力容器，定期检验过程中必须检查保温、隔热层是否完好，对于有破损、腐蚀的部位必须进行壁厚测定确保其不超过设备的腐蚀裕量。对于保温完好的设备，必要时也应对存在腐蚀和外表面开裂倾向的部位进行局部拆保温检测。
3.1.2碱腐蚀
除了保温层下腐蚀之外，对于建材行业常用的蒸压釜还常常发生碱腐蚀。图2为某建材有限公司蒸压釜检测过程中发现的凹坑腐蚀图片，腐蚀部位主要集中在釜体内部两侧进蒸汽管附近，最大凹坑深度达5mm左右。设备2018年投入使用，工作温度198.3℃，设计压力1.3MPa，工作介质饱和蒸汽及冷凝水。通过分析发现，发生凹坑腐蚀的主要原因是由于其工作温度比较高，设备频繁的进行开关，且在设备停车期间两侧釜门处于开启状态，造成在釜体内部两侧蒸汽管表面积聚大量的冷凝水，加之车间环境比较差，蒸汽管上表面沉积大量的Ca（OH）2等物质，这样在被覆盖与未被覆盖区域形成氧浓度差，为腐蚀创造了条件。同时，蒸压釜加工的砖坯主要是有Ca（OH）2等碱性物质加压成型，由蒸汽进行加热，在加热过程中砖坯吸收热量而产生一定量的冷凝水同样会积聚在蒸汽管表面，在高温高压作用下冷凝水会溶解大量的Ca（OH）2等碱性物质，从而造成蒸汽管表面电化学腐蚀-碱腐蚀。加之碱腐蚀的主要特点是点蚀，形成的腐蚀凹坑在高温作用下会将碱浓缩，加快腐蚀速率，这就导致即使该设备仅仅投用3年，蒸汽管附近腐蚀也特别严重，需要对整个管子进行更换。图2蒸压釜凹坑腐蚀针对建材行业此类蒸压釜设备，设备停用期间要对其进行通风晾干，确保釜体内表面没有冷凝水积聚，定期对设备进行清理、排污，清除设备内残渣及积灰，定期修理疏水阀，保证排污畅通。定期检验过程中一旦发生凹坑腐蚀应根据固容规8.5.4条要求确定是否在允许范围内，否则应由有资质单位进行补焊，且补焊深度超过1/2壁厚，还应进行耐压试验。
3.1.3晶间腐蚀
除了硫化罐、蒸压釜之外，纺织行业常用的高温高压染色机、医院的灭菌器、食品行业常用的肉制品杀菌蒸煮锅也属于快开门压力容器，并且此类设备常采用奥氏体不锈钢制成。相比于其他设备，此类快开门压力容器还有发生晶间腐蚀的风险。主要是因为奥氏体不锈钢在450~850℃属于晶间腐蚀的敏化温度区间，固溶处理过的奥氏体不锈钢若在此温度区间重新加热就会使过饱和的碳向晶界扩散在晶界形成Cr23C6，造成晶界贫铬，一旦铬含量低于12%不锈钢的耐腐蚀性明显下降，发生晶间腐蚀。且晶间腐蚀会降低不锈钢晶粒间的结合力，大大降低金属的机械强度，一旦发生危险巨大。虽然此类设备使用过程中一般达不到敏化温度，但奥氏体不锈钢的焊接必然会经过此温度，如果焊接工艺不当，发生晶间腐蚀的可能性很大，所以在此类设备的定期检验过程中，要重点对法兰与筒体及封头连接处、安全阀角焊缝处、支座垫板连接处等可能发生晶间腐蚀的焊缝位置进行重点检测。
3.2裂纹
3.2.1疲劳裂纹
对于快开门压力容器来说要经常的启闭进出物料会产生交变应力，频繁的升温升压、降温降压过程中会产生交变热应力，设备长时间承受疲劳载荷，就会产生疲劳裂纹，尤其是在啮齿、支座与釜体连接部位、滑轨与釜体连接处、釜体纵环焊缝的丁字口等应力集中部位发生开裂。尤其是早期的快开门压力容器，釜体法兰与筒体、封头连接处采用不合理的角接甚至搭接结构，釜齿采用焊接方法制造，釜门未采用整体锻造存在拼接焊缝，使设备在焊接部位存在较大的应力集中，在交变载荷的作用下，发生疲劳开裂的风险大大增加[3]。图3为某高温高蒸煮锅检验过程中发现的滑轨与筒体间焊缝开裂。检验过程中发现，该单位每天要用此设备加工3-4次肉制品，且每次加工肉制品的重量都比较大，在频繁的进出物料过程中产生交变应力，造成多条滑轨与筒体间焊缝疲劳开裂。通过对开裂处进一步无损检测发现确认此焊缝并未伤及设备筒体，所以建议使用单位找有资质单位进行补焊加固，并要求使用过程中加强维护，滑轨处焊缝状态，确保设备安全运行。对于快开门压力容器来说安全阀的角焊缝也是容易产生疲劳损伤的位置之一。图4为某脱蜡釜检验过程中发现的安全阀支座角焊缝裂纹。此设备一般工作压力在0.6MPa左右，安全阀整定压力0.8MPa，但设备实际在工作运行过程中，压力经常超过0.8MPa，安全阀开启频率比较高，加之设备频繁启闭，经常升温升压、降温降压，此处承受较大的疲劳载荷，加之设备投用时间长达10年，最终造成安全阀处角焊缝整圈开裂。因此快开门压力容器定期检验过程中一定要对啮齿根部、滑轨、接管角焊缝，焊缝丁字口等应力集中部位重点进行表面无损检测，必要时增加埋藏缺陷检测，确保及时发现设备运行过程中产生的疲劳裂纹。
3.2.2应力腐蚀开裂
图5为某蒸压釜检验过程中在釜体环焊缝处发现的裂纹且经打磨后没有消除。该设备工作温度180℃，工作压力1.0MPa，工作介质为饱和蒸汽及冷凝水，材质345R。通过观察可以发现此裂纹细小且呈蜘蛛网状，结合设备的使用工况分析总结确定此裂纹为碳酸盐应力腐蚀裂纹。由于设备的整体运行温度比较高，Q34R在高温下与水蒸汽产生化学反应：
3Fe+4H2O→Fe3O4+4H2（3）
反应生成的Fe3O4覆盖在釜体内表面，形成一层保护膜，但由于设备频繁的升温升压、降温降压产生交变应力，尤其在釜体焊缝部分造成应力集中，当拉伸应力过高时就将保护膜撕裂破坏，形成最初的腐蚀裂纹。在设备频繁开关期间，碱液就会在裂纹处富集，形成电偶腐蚀，裂纹的尖端区域为阳极，裂纹周围的保护层为阴极，形成小阳极大阴极的结构，加上拉应力的影响最终造成裂纹的迅速扩展[4]。除了碳酸盐应力腐蚀开裂之外，不同工况设备内存在的碱性物质、酸性物质、氯离子等的存在都会增加应力腐蚀开裂的可能性，所以定期检验过程中一定要结合实际使用状况对应力集中部位开展有效的无损检测。
3.3安全附件
对于快开门压力容器来说，安全附件的检查是检验过程中至关重要的一项。区别于其他压力容器，此类容器除了要检查安全阀是否定期校验、整定压力是否符合要求，爆破片是否定期更换之外，还需要确认快开门安全联锁装置是否满足技术要求，保证釜门未关闭设备不能升压，釜内压力未降为0MPa釜门无法打开，且使用单位要定期对安全联锁装置进行检查，确定联锁功能运行正常。
4总结
（1）快开门压力容器由于其频繁开关，产生较大的交变应力，加之工况恶劣，使用过程中特别容易发生腐蚀、裂纹、安全联锁装置失灵等现象，定期检验过程中应结合实际使用状况有针对性的制定检验方案，重点关注容易产生缺陷的薄弱部位；（2）快开门压力容器管理人员要做好设备的维护保养，定期排污、清除残渣，保持设备内无腐蚀物质的积聚，保温、防腐层完好，定期对联锁装置功能进行校验，保证安全联锁装置正常工作。
作者：卢玉秀 刘元胜 李振兵 周生存 单位：泰安市特种设备检验研究院