壓力容器定期檢驗(yàn)中對(duì)局部減薄缺陷安全評(píng)定的相關(guān)問(wèn)題討論

金學(xué)峰，沈成業(yè)，楊帆，邵冬冬，尹建斌

（寧波市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院 ，浙江 寧波 315202）

在壓力容器定期檢驗(yàn)過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到由于局部腐蝕、機(jī)械損傷等超標(biāo)缺陷需要打磨處理，并對(duì)打磨后的凹坑進(jìn)行評(píng)定的情況，評(píng)定的結(jié)果直接影響該容器是否可以繼續(xù)使用還是需要進(jìn)行返修處理[1]。對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)，返修處理意味著檢修費(fèi)用的增加和停工時(shí)間的延長(zhǎng)，因此，如何對(duì)此類缺陷進(jìn)行更加合理的評(píng)定，從而在保證安全的前提下滿足企業(yè)希望盡早開工的需求，成為擺在檢驗(yàn)人員面前的問(wèn)題。

筆者對(duì)某臺(tái)壓力容器定期檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的局部減薄缺陷問(wèn)題進(jìn)行安全評(píng)定，同時(shí)根據(jù)這種情況引出另外2 種類似減薄情況的安全評(píng)定，最后對(duì)這3 種情況的安全評(píng)定結(jié)果進(jìn)行分析，為今后同類缺陷情況的安全評(píng)定提供借鑒。

1 容器概況

寧波某單位于2010 年10 月新安裝一臺(tái)臥式冷凝罐，容器規(guī)格為φ1 400 mm×14 mm，材質(zhì)為Q245R，設(shè)計(jì)壓力1.6 MPa，設(shè)計(jì)溫度140 ℃，腐蝕余量1.0 mm，于2013 年9 月進(jìn)行首次定期檢驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)異常情況，實(shí)測(cè)壁厚值為13.4 ～13.6 mm，安全狀況等級(jí)為1 級(jí)，下次檢驗(yàn)周期6 年；于2019 年9 月再次進(jìn)行定期檢驗(yàn)，檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)筒節(jié)中下部外保溫破損，保溫拆除后發(fā)現(xiàn)筒體底部存在局部腐蝕，初步判斷為保溫層下腐蝕，打磨后形成一個(gè)長(zhǎng)軸70 mm、短軸60 mm、深度為3 mm 的橢圓形凹坑，凹坑附近實(shí)測(cè)壁厚值為13.2～13.5 mm，其余部位未見(jiàn)異常情況。

2 缺陷安全評(píng)定分析

針對(duì)以上缺陷情況，按照TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》第8.5.4 條規(guī)定，計(jì)算無(wú)量綱參數(shù)G0，各參數(shù)取值如下：A=35 mm，B=30 mm，C=3 mm，T=13.2-3=10.2 mm（下次檢驗(yàn)周期按6 年來(lái)計(jì)算），R=700 mm[2]。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，凹坑表面光滑、過(guò)渡平緩，并且其周圍無(wú)其他表面缺陷或者埋藏缺陷，凹坑不靠近幾何不連續(xù)或者存在尖銳棱角的區(qū)域，同時(shí)不承受外壓或者疲勞載荷，材料也未發(fā)現(xiàn)劣化；同時(shí)凹坑半寬B=30 mm 大于3 倍的凹坑深度（3×C=9 mm），T/ R=10.2/700 = 0.015 ＜0.18；另外也滿足C=3 ＜T/3= 3.4、T - C = 7.2 ＞3 和A=35 ＜1.4 RT = 118.3；根據(jù)公式計(jì)算：

得出此凹坑不在允許范圍內(nèi)，需要對(duì)該容器進(jìn)行進(jìn)一步的處理。

筆者發(fā)現(xiàn)，在上述計(jì)算過(guò)程中，對(duì)計(jì)算結(jié)果影響最大的就是T 的取值，T 為實(shí)測(cè)壁厚減去至下次檢驗(yàn)日期的腐蝕量，也就意味著至下次檢驗(yàn)日期的腐蝕量的大小直接影響了無(wú)量綱參數(shù)G0值的大小，如何選取至下次檢驗(yàn)日期腐蝕量的數(shù)值成為最核心的問(wèn)題。筆者根據(jù)多年工作經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)企業(yè)針對(duì)保溫層下腐蝕采取不同的措施，再考慮此類腐蝕的形成機(jī)理和今后的發(fā)展趨勢(shì)，假設(shè)了以下幾種情況來(lái)設(shè)置不同的至下次檢驗(yàn)日期的腐蝕量，具體詳見(jiàn)表1（下次檢驗(yàn)周期按6 年來(lái)計(jì)算）。

表1 不同情況下的至下次檢驗(yàn)日期的腐蝕量Table 1 Corrosion amount to next inspection date in different cases mm

出于對(duì)設(shè)備安全風(fēng)險(xiǎn)的考慮，筆者從容器極限載荷角度，根據(jù)GB/T 19624—2004《在用含缺陷壓力容器安全評(píng)定》對(duì)該凹坑按照最嚴(yán)重的情況（即保溫層基本未進(jìn)行修復(fù)，至下次檢驗(yàn)日期的腐蝕量取3 mm）進(jìn)行安全評(píng)定，無(wú)凹坑缺陷殼體塑性極限載荷：

其中vlr 查表為210 MPa，此處B 即為T=10.2 mm，得出pL0=3.53 MPa；

帶凹坑缺陷容器極限載荷：

在上述案例的基礎(chǔ)上，筆者又引出了另外兩種缺陷情況，來(lái)對(duì)比分析至下次檢驗(yàn)日期的腐蝕量取值的不同對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果的影響。為了方便對(duì)比分析，筆者把前面所述的缺陷情況稱為案例1，同時(shí)假設(shè)案例2 為該凹坑是由于機(jī)械損傷原因引起的，其余條件均不變，假設(shè)案例3 為該凹坑是由于內(nèi)部介質(zhì)腐蝕原因 引起的，其余條件均不變。

表面上看，3 個(gè)案例為同一臺(tái)容器，凹坑打磨后的大小均一致，唯一不同的就是至下次檢驗(yàn)日期的腐蝕量的取值。

案例2 中，凹坑是由于機(jī)械損傷所產(chǎn)生，因此下次檢驗(yàn)日期的腐蝕量按13.6-13.2=0.4 mm 取值，根據(jù)公式計(jì)算：

得出凹坑在允許范圍內(nèi)。

案例3 中，筆者認(rèn)為由于腐蝕機(jī)理的不同，至下次檢驗(yàn)日期的腐蝕量的取值應(yīng)不僅按照上一周期的腐蝕進(jìn)行計(jì)算，考慮到內(nèi)表面介質(zhì)沖刷或者其他機(jī)理腐蝕的不可避免性，還需要再加上一定的腐蝕擴(kuò)展量。筆者根據(jù)壓力容器設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范中的有關(guān)規(guī)定，取其擴(kuò)展量為1 mm[4]，則T = 13.2-3-1= 9.2 mm，根據(jù)公式計(jì)算：

得出凹坑不在允許范圍內(nèi)。

3 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)以上幾種案例情況的計(jì)算，結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

通過(guò)對(duì)以上3 種案例的對(duì)比分析，可以發(fā)現(xiàn)：

（1）凹坑產(chǎn)生原因的不同和處理方式的不同將直接影響至下次檢驗(yàn)日期的腐蝕量的取值。

（2）對(duì)于保溫層下腐蝕情況來(lái)說(shuō)，如果對(duì)該容器采取一定的整改措施，破壞了原先的腐蝕機(jī)理，把這類缺陷歸類到偶發(fā)性缺陷，類似于機(jī)械損傷缺陷，最終將得出結(jié)果為凹坑在允許范圍內(nèi)。

（3）如果腐蝕機(jī)理無(wú)法阻斷，由于凹坑的存在，該部位的腐蝕情況可能加重，在至下次檢驗(yàn)日期腐蝕量的取值上還需要加上一定的腐蝕擴(kuò)展量，根據(jù)計(jì)算最終將得出結(jié)果為凹坑不在允許范圍內(nèi)。

表2 案例情況結(jié)果匯總Table 2 Summary of case results

因此，如何把握好該取值的度量，既能保證容器的安全運(yùn)行，又盡可能避免過(guò)于保守產(chǎn)生不必要的修復(fù)是檢驗(yàn)人員需要面對(duì)的問(wèn)題。

[1] 王毅. 壓力容器定期檢驗(yàn)局部腐蝕凹坑的安全狀況等級(jí)評(píng)定[J]. 中國(guó)設(shè)備工程， 2019， 35（14）：224-225.

[2] TSG 21—2016， 固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].

[3] GB/T 19624—2004， 在用含缺陷壓力容器安全評(píng)定[S].

[4] HG/T 20580—2011， 鋼制化工容器設(shè)計(jì)基礎(chǔ)規(guī)定[S].