關(guān)于低溫絕熱壓力容器失效因素與檢驗(yàn)評(píng)定等級(jí)工作技術(shù)研究

景關(guān)，何旭波，趙智強(qiáng)，李雪潔

（陜西省石化壓力容器檢驗(yàn)站，陜西 西安 710000）

當(dāng)前，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中廣泛利用低溫絕熱壓力容器，低溫絕熱壓力容器可以在低溫環(huán)境中對(duì)特定物質(zhì)進(jìn)行處理和存儲(chǔ)，由于其特殊的工作條件，因此，低溫絕熱壓力容器在日常使用過(guò)程中很容易出現(xiàn)失效問(wèn)題，影響周圍環(huán)境和人員的安全性。為了有效地減少其失效，需要對(duì)其失效原因和影響因素進(jìn)行研究，并構(gòu)建高效的檢測(cè)體系。

1 低溫絕熱壓力容器的綜合分析

與常規(guī)的壓力容器相比較，它采用了一種真空夾套式的結(jié)構(gòu)，主要是利用金屬材料來(lái)進(jìn)行內(nèi)膽和殼體的設(shè)計(jì)，同時(shí)還采用了各種原材料來(lái)達(dá)到保溫的目的，其中最重要的就是采用了光纖絕緣和真空粉末絕緣等，確保中間層的真空環(huán)境。由于低溫絕緣壓力容器與常規(guī)的壓力容器有著本質(zhì)的區(qū)別，所以對(duì)它們的檢測(cè)也要采用不同的檢測(cè)方法。在對(duì)低溫隔熱壓力容器進(jìn)行檢查時(shí)，主要是檢驗(yàn)其真空度，并且在不損壞容器金屬外殼前提下開(kāi)展各種檢驗(yàn)工作，但是，在實(shí)際工作中，因?yàn)榈蜏亟^熱壓力容器中具有較大時(shí)體積的保溫液體，而且整體溫度比較低，因此提高了火災(zāi)和爆炸事故的發(fā)生率，相關(guān)技術(shù)人員需要監(jiān)測(cè)容器，降低各種安全問(wèn)題的發(fā)生率，維持整體生產(chǎn)活動(dòng)的正常推進(jìn)。

2 低溫絕熱壓力容器定期檢驗(yàn)和評(píng)定

2.1 失效因素分析

（1）開(kāi)裂問(wèn)題。采用奧氏體不銹鋼作為主要材質(zhì)的低溫隔熱容器，其直邊部極易開(kāi)裂。這是由于在制造過(guò)程中，原始的受力被破壞，形成了新的受力狀況，使得直邊端部出現(xiàn)了殘余應(yīng)力，從而加劇了裂紋的發(fā)生。另外，由于采用的冷卻方法和冷卻速率存在著很大的差別，因此許多企業(yè)采用了自然冷卻的方法，這種方法耗時(shí)長(zhǎng)，并且在冷卻過(guò)程中極易形成馬氏體結(jié)構(gòu)。也有的廠商選擇了形變?cè)鰪?qiáng)處理過(guò)的不銹鋼，這樣的材料既能增強(qiáng)強(qiáng)度，又能節(jié)約生產(chǎn)費(fèi)用，但也會(huì)使壁厚變薄，若未采用適當(dāng)?shù)臒崽幚恚瑒t在變形后也會(huì)出現(xiàn)馬氏結(jié)構(gòu)，兩者均會(huì)形成淬火組織，導(dǎo)致頭部出現(xiàn)裂紋。

（2）真空失效問(wèn)題。低溫絕緣壓力容器的使用年限及日內(nèi)的汽化速度決定著它的使用壽命，而真空又可以根據(jù)其類型劃分為：①絕緣層內(nèi)的絕緣材料對(duì)其性能的作用，因?yàn)楸夭牧暇哂胁煌奈镄院臀镄?，因此，它們之間的熱導(dǎo)率也存在一定的差別，相同的絕緣材料在真空程度不同的條件下，其熱導(dǎo)率也會(huì)有所差別，通常真空度越低，熱導(dǎo)率就越高。②由于真空中間件的排氣問(wèn)題，當(dāng)一種物質(zhì)將會(huì)產(chǎn)生放氣的情況，真空度因此受到影響。③由于真空層的存在，如果真空程度下降，那么真空層中的氣體就會(huì)增多，因此提升導(dǎo)熱。④因?yàn)闇囟扔绊?，維持傳熱的穩(wěn)定性，溫度和絕熱材料導(dǎo)熱系數(shù)之間呈現(xiàn)出正比關(guān)系，兩者將同時(shí)降低。

盡管《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（TSG 21-2016）規(guī)定，每天的蒸發(fā)率與真空度是判斷其能否正常使用的關(guān)鍵指標(biāo)，然而，由于其存在多種形態(tài)，若無(wú)法對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸?，?shì)必會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的精度下降，甚至出現(xiàn)錯(cuò)誤判斷。

（3）夾層和氣液相連的管道角焊縫出現(xiàn)滲漏問(wèn)題。許多冷凍容器檢修失敗的主要原因就是中間隔層與汽液連接的接頭角部焊接處發(fā)生泄漏，而制造廠商并未將其作為傳熱介質(zhì)。在多次充電過(guò)程中，套管與套管接頭處的溫差會(huì)發(fā)生變化，并形成交流應(yīng)力。若采用碳素鋼制造，則接頭中夾套低碳鋼的角部焊接及基體的溫度都要比脆化轉(zhuǎn)換溫度低，長(zhǎng)期運(yùn)行下，夾套接頭的角焊會(huì)出現(xiàn)貫穿式裂縫，導(dǎo)致真空破壞。一旦關(guān)閉了閥門，就可以防止意外發(fā)生在閥門外面的管道上，從而防止發(fā)生意外。

2.2 檢測(cè)評(píng)定過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)題

（1）真空規(guī)管損壞。經(jīng)過(guò)多年的研究，一些研究人員發(fā)現(xiàn)，低溫容器大多是設(shè)置在戶外的，這樣就不可避免地會(huì)遭受到多種自然災(zāi)害的干擾。在真空規(guī)管的某些部位，會(huì)有一定程度的水蒸氣生成，因此，在使用的時(shí)候，真空規(guī)管容易發(fā)生破損、腐蝕等問(wèn)題。在這一過(guò)程中，無(wú)法直接連接和使用真空計(jì)。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)此方面還沒(méi)有制定詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致許多企業(yè)在制造時(shí)對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量不夠重視，連防護(hù)罩墊片都沒(méi)有安裝，嚴(yán)重影響真空規(guī)管的性能。

（2）級(jí)別判定依據(jù)不合理。《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（TSG 21-2016）有對(duì)固定式壓力容器的檢測(cè)工作進(jìn)行了較為詳細(xì)的規(guī)定，主要包括檢驗(yàn)資料、宏觀檢驗(yàn)、檢查筒體與車架的連接情況、檢驗(yàn)附件的連接狀況、絕緣層、安全附件的安裝、氣密性和耐壓試驗(yàn)，并檢查其強(qiáng)度。

在進(jìn)行強(qiáng)度檢驗(yàn)前，必須先檢驗(yàn)其壁厚，但由于沒(méi)有規(guī)定要測(cè)量其壁厚，因此無(wú)法對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度檢驗(yàn)，另外，雖然做過(guò)氣密性試驗(yàn)，但大多數(shù)管子都是隱蔽的，因此無(wú)法進(jìn)行氣密性檢驗(yàn)。就算有泄漏，也不能準(zhǔn)確判斷，因?yàn)樾孤?huì)對(duì)真空造成一定的影響，因此，要檢測(cè)密封性，是一項(xiàng)費(fèi)時(shí)費(fèi)力的工作。

另外，在對(duì)靜止式絕緣壓力容器進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，其真空程度和日蒸發(fā)速率與其安全性水平密切相關(guān)，由于沒(méi)有進(jìn)口，所以不能對(duì)其進(jìn)行細(xì)致的檢測(cè)，也不能按照有關(guān)規(guī)范準(zhǔn)確地判斷其安全性。

（3）錯(cuò)誤判斷真空度。由于真空計(jì)量器的型式多樣，各檢查機(jī)構(gòu)使用的測(cè)試儀器大多采用同一種型式，這就不方便進(jìn)行介面的配合。另外，測(cè)試環(huán)境及罐內(nèi)的液體成分對(duì)測(cè)試工作也有一定的影響。因?yàn)橐恍┭芯咳藛T因?yàn)榻橘|(zhì)成分決定著真空度合格標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)法只是根據(jù)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)完成判定工作，否則，將會(huì)錯(cuò)誤判斷真空度，這就要求相關(guān)工作人員在檢驗(yàn)設(shè)備的時(shí)候，結(jié)合具體的檢驗(yàn)結(jié)果確定真空度是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

而壓力容器夾層真空度和絕熱性能的影響因素比較多，一些技術(shù)人員認(rèn)為珠光砂的熱導(dǎo)率是決夾層真空度及隔熱效果的主要原因，由于真空下降，導(dǎo)熱系數(shù)增加，中間層的氣體成分增加，中間層內(nèi)的各類物質(zhì)都會(huì)出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，從而導(dǎo)致真空下降。所以，在試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)綜合考慮試驗(yàn)的結(jié)論，把不合格的真空處理分為兩個(gè)階段。首先，要認(rèn)真查閱使用者的操作紀(jì)錄，查看操作期間有無(wú)異常結(jié)霜和結(jié)露現(xiàn)象；有沒(méi)有不正常的氣壓上升，安全閥和爆破片有沒(méi)有頻繁的跳動(dòng)和破裂，如果有不正常的情況，并且頻繁地有安全防護(hù)設(shè)備的不正常解除，那么就要考慮到是否存在真空失效。為了獲得真實(shí)的真空度，技術(shù)人員選擇已經(jīng)判定思路：首先，根據(jù)溫容器滿足不同的真空達(dá)標(biāo)要求，中間層的真空下降速度對(duì)其起決定性的影響。本文提出了“負(fù)壓下降速度”這一概念，它不僅可以反應(yīng)中層介質(zhì)的泄漏，而且可以反應(yīng)中層介質(zhì)的氣體釋放狀況。這樣，就能判斷出中間層的真空程度滿足不合格的要求。詳細(xì)的準(zhǔn)則是：

①計(jì)算低溫容器夾層的真空度降低速率：

其中，e 代表真空度降低速率。Pt代表夾層震動(dòng)度。Po代表實(shí)際檢測(cè)是的夾層真空度。V 代表幾何容積。T代表檢驗(yàn)周期。

②下一檢驗(yàn)周期時(shí)的可能會(huì)達(dá)到的真空度。

其中，Pn代表下一檢驗(yàn)周期過(guò)程中的真空度。

③結(jié)果判定。結(jié)合公式（2）計(jì)算Pn和闡明說(shuō)明書(shū)規(guī)定的重新抽真空的P 規(guī)，并且進(jìn)行比較，如果Pn＜P 規(guī)，說(shuō)明符合規(guī)定。否則，說(shuō)明需要重新抽真空。

3 低溫絕熱壓力容器的檢驗(yàn)評(píng)定技術(shù)

3.1 明確檢測(cè)項(xiàng)目

在檢驗(yàn)低溫絕熱壓力容器的過(guò)程中，需要全面分析各種影響因素，確定檢驗(yàn)過(guò)程中很容易出現(xiàn)問(wèn)題，并且對(duì)問(wèn)題原因進(jìn)行分析。由于采用常規(guī)的測(cè)試手段不夠科學(xué)、不合理，特別是在測(cè)試管道的氣密性、配件、隔熱等問(wèn)題上，難以進(jìn)行反復(fù)的仔細(xì)檢查，從而影響了耐壓測(cè)試的精度。在進(jìn)行氣密性測(cè)試時(shí)，要對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)及連接部分進(jìn)行安全檢查，確認(rèn)它們之間的密封性有沒(méi)有重疊，若氣密性參數(shù)達(dá)不到額定限度，就會(huì)對(duì)內(nèi)膽和夾層的真空度進(jìn)行準(zhǔn)確的測(cè)量，如果在實(shí)際工作中如果只是利用工作經(jīng)驗(yàn)，指的是判斷結(jié)露、結(jié)霜的情況，這種判定方法是不夠科學(xué)和確定的。此外，壓力容器在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中很容易產(chǎn)生泄漏問(wèn)題，如果只是開(kāi)展氣密性檢驗(yàn)工作，不利于精確定位泄漏點(diǎn)。如果產(chǎn)生的泄漏問(wèn)題，在判斷和處理過(guò)程中需要利用真空劑。

如果壓力容器產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕問(wèn)題，在生產(chǎn)和加工外架集裝箱時(shí)，既不能保證其結(jié)構(gòu)的合理性，也不能使有關(guān)檢驗(yàn)人員判斷出有關(guān)的影響因子，所以要加大校驗(yàn)工作的力度，并對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析，以確保其在使用中的穩(wěn)定與安全。

3.2 完善技術(shù)方案

從目前國(guó)內(nèi)的低溫絕緣壓力容器測(cè)試評(píng)價(jià)工作現(xiàn)狀來(lái)看，其技術(shù)計(jì)劃是否完善、是否優(yōu)質(zhì)，是推進(jìn)有關(guān)工作高效有序進(jìn)行的根本條件，而其成果又直接影響測(cè)試評(píng)價(jià)工作的生成。為此，有必要制訂一項(xiàng)完整的技術(shù)計(jì)劃，具體做法如下。

（1）在對(duì)低溫絕熱壓力容器進(jìn)行檢驗(yàn)和評(píng)估的時(shí)候，需要有針對(duì)性的選用技術(shù)類型，如果在使用技術(shù)的過(guò)程中產(chǎn)生問(wèn)題，要立即進(jìn)行處理，避免長(zhǎng)期積累失效隱患。（2）在工藝作業(yè)過(guò)程中，要及時(shí)全面地收集與壓力容器工作中有關(guān)的數(shù)據(jù)和信息，以便能有目的地補(bǔ)償壓力容器失效問(wèn)題，充分發(fā)揮出檢驗(yàn)和評(píng)估工作的作用。

3.3 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)

隨著科技的快速發(fā)展，檢驗(yàn)和評(píng)定技術(shù)都在不斷地向更高層次發(fā)展，將NDT 技術(shù)合理地運(yùn)用于低溫絕熱壓力容器的故障診斷和性能評(píng)估中，具有十分重要的意義。其原因可以從以下兩個(gè)方面進(jìn)行分析。（1）利用NDT檢測(cè)方法，在不破壞容器結(jié)構(gòu)完整性的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)容器外部和內(nèi)部結(jié)構(gòu)功能的準(zhǔn)確檢測(cè)與評(píng)價(jià)，為容器的維修和維護(hù)工作奠定基礎(chǔ)。比如，利用紅外線檢測(cè)方式，不僅可以檢測(cè)各種部位，還可以得到較為完整的資料，有著巨大的優(yōu)勢(shì)。在實(shí)際應(yīng)用階段，可有效地提高承壓容器檢測(cè)和評(píng)價(jià)工作的可信度，保障檢測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)性。（2）為了全面檢測(cè)低溫絕熱壓力容器，檢驗(yàn)人員必須具備長(zhǎng)期發(fā)展的戰(zhàn)略性思維，并根據(jù)實(shí)際需要，將各種NDT 方法與實(shí)際需要相結(jié)合，從而充分發(fā)揮出壓力容器檢驗(yàn)評(píng)定工作的作用。同時(shí)需需要加強(qiáng)研究力度，積極創(chuàng)新自身只是體系，在實(shí)際工作中可以操作相應(yīng)的設(shè)備，同時(shí)需要積極學(xué)習(xí)各種先進(jìn)的技術(shù)手段，持續(xù)性的提高檢測(cè)水平，獲得精準(zhǔn)性的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為后續(xù)相應(yīng)的工作開(kāi)展奠定技術(shù)和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3.4 氣密性檢測(cè)

氣密性是決定壓力容器工作效能的重要因素，同時(shí)也關(guān)系到低溫絕熱壓力容器的安全性，即使出現(xiàn)了極小的問(wèn)題，也很難及時(shí)得到解決。因此，強(qiáng)化低溫絕緣壓力容器的氣密性是檢驗(yàn)，應(yīng)該成為容器檢驗(yàn)和評(píng)估工作的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是提高容器運(yùn)行效率，推動(dòng)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展和發(fā)展的一種有效途徑，也是對(duì)壓力容器檢驗(yàn)和評(píng)估工作體系的健全。在實(shí)際檢驗(yàn)過(guò)程中，必須強(qiáng)化對(duì)其各個(gè)部件的特性參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，以減小或避免發(fā)生泄漏問(wèn)題，從而保證其在使用過(guò)程中達(dá)到安全性和高效性的目的。同時(shí)在檢測(cè)和評(píng)估過(guò)程中，必須強(qiáng)化對(duì)其內(nèi)部工作狀況的評(píng)估，全面地掌握相關(guān)的相關(guān)資料，這對(duì)于降低壓力容器中泄漏問(wèn)題的發(fā)生率，對(duì)提高壓力容器的功能和結(jié)構(gòu)完整性等具有重要意義。

4 結(jié)語(yǔ)

由于真空絕熱壓力容器具有特殊性的結(jié)構(gòu)，所以它的檢測(cè)方法也有很大的區(qū)別，在實(shí)際工作中，相關(guān)技術(shù)人員已經(jīng)無(wú)法通過(guò)傳統(tǒng)的直接的檢測(cè)手段來(lái)對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)和處理，反而會(huì)給測(cè)試工作帶來(lái)極大的困難。因?yàn)闄z驗(yàn)人員需要積極利用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)等，在這個(gè)過(guò)程中，要特別指出的是，對(duì)于各種壓力容器，其檢驗(yàn)的方式也各不相同，所以要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分析和選擇相應(yīng)的技術(shù)，這樣才可以發(fā)揮出容器檢驗(yàn)工作的的價(jià)值。