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容器微观缺陷种类及消除方法

2007-09-04   来源:安全文化网    热度:   收藏   发表评论 0
  (一)容器微观缺陷种类
  
  压力容器检修过程中,常见的缺陷种类如下。
  
  1.裂纹
  
  裂纹是压力容器中最危险的一种常见缺陷,是导致容器发生脆性破坏的主要因素。如某石化公司油品车间共有18台液态烃球罐,各球罐的操作压力为1.39~1.87MPa不等,内部分别盛装丙烷、戊烷、含硫液化气和丙烯等介质,罐体材质为16MnR,运行一年后罐检查发现,有11台内表面存在不同程度的裂纹,裂纹深度在0.5~3mm之间,部分裂纹深度超过允许的腐蚀余量(2.0mm)。裂纹形状不规则,宽窄不一,且尖端很钝。裂纹存在于焊缝的熔合区到热影响区范围内。同时它还加速容器的疲劳破裂和腐蚀断裂。压力容器内外部检验发现的裂纹,按其产生的原因可分为:原材料裂纹、焊接裂纹、过载裂纹、热应力裂纹、热疲劳裂纹、蠕变裂纹、腐蚀裂纹、苛性脆化裂纹、氢裂纹等。不同的裂纹产生的位置不同,并且具有不同的形貌。压力容器中腐蚀裂纹及疲劳裂纹是最常见的两种裂纹。
  
  2.腐蚀
  
  腐蚀是压力容器中较常见的一种缺陷,根据产生的现象可以分为:均匀腐蚀、蚀坑、点蚀、应力腐蚀、晶间腐蚀、腐蚀疲劳和氢损伤等。
  
  3.变形
  
  根据变形产生的原因看,内外检验中发现的变形有:超压引起的变形、超温引起的变形及其他原因引起的变形等。变形是一种严重缺陷。
  
  4.磨损
  
  在物料进、出口管与容器连接处,由于流体速度的突然变化等原因,常常在此发现冲刷磨损的缺陷。在内外检验过程中发现的磨损缺陷有均匀磨损和局部磨损两种。
  
  5.渗漏
  
  渗漏不是一种独立的缺陷,而是容器中各种缺陷的一种“症状”,在压力容器理,以免引起大的事故。
  
  6.组织恶化
  
  工作在高温状态下的压力容器,常会发生长期高温状态下的珠光体的球化和碳钢的石墨化。组织恶化是金属材料中较严重的一种缺陷。
  
  (二)缺陷的消除
  
  1.打磨
  
  对表面裂纹等缺陷经严格检查后,较浅的表面裂纹、腐蚀坑、表面机械损伤等缺陷,可采用打磨方法除去,但打磨处的剩余壁厚应满足强度要求,打磨部位圆滑过渡。打磨后需要进行表面探伤检查。
  
  2.补焊或堆焊
  
  焊接裂纹、未焊透等缺陷,可以将缺陷铲除后进行补焊;有衬里容器,如衬里有裂纹、损伤等缺陷,可进行补焊或局部更换,若受压元件出现较大面积的局部腐蚀,剩余壁厚大于1/2壁厚时,可在腐蚀部位进行堆焊修复。
  
  3.挖补
  
  小型工业锅炉,如果裂纹尺寸过大并伴有组织变化,或腐蚀、变形严重,可进行挖补处理,即挖除部件上包括缺陷在内的部分钢板,然后用相同材料和厚度、相同形状的钢板焊补在被挖之处。挖补往往带来新的缺陷及残余应力,现已很少采用。
  
  4.更换
  
  锅炉中的各种受热面管子,换热容器的管子若严重磨损、蠕变粗胀、胀口部位有裂纹等,应局部或整根更换管子。高压容器主螺栓、主螺母局部有毛刺伤痕时,可修磨。但伤痕累计超过螺纹一圈时,则应更换。
  
  缺陷的处理原则是发现缺陷后,应根据在用压力容器运行的参数、介质种类、工作条件和质量状况、缺陷性质、缺陷所在部位和缺陷对容器影响的严重程度等进行综合分析,得出恰当的处理原理和措施。对在用压力容器缺陷处理的原则如下。
  
  (1)设计结构缺陷处理
  
  压力容器的设计缺陷主要是指选材不当、材质不明及结构设计不合理。设计缺陷的处理原则如下。
  
  ①材质问题处理如果锅炉或压力容器用材与原设计不符,但材质清楚,强度校核合格,经检验未发现新生缺陷,则不影响使用;若使用中产生缺陷,并确认是选材不当所致,可监护使用或判废,如果锅炉或压力容器的材质不明,对于无法查明材料牌号的主要受压元件,经检验未查出新生缺陷的,可按该类材料最低性能进行强度校核,合格者可继续使用;若有缺陷或强度校核不合格,应降级使用或判废。对于某些特殊压力容器,如低温容器、剧毒介质容器、高温容器、高压容器,如果材质不明或材料性能不符合设计规范或使用情况不良,应停止使用或改为它用。
  
  ②结构设计缺陷处理不合理的结构往往难于保证焊接质量,并使锅炉、压力容器的受压元件产生过高的局部应力,从而产生疲劳裂纹或导致脆性断裂。所以,对于不合理的结构应进行必要的修复处理,如未按规定开孔补强应做补强处理;角焊缝的凹陷应圆滑过渡等。对于难以修复且不能保证安全运行的,应判废。
  
  设计缺陷处理中应考虑的安全技术措施,如截面变化平缓、连续过渡、薄弱部分不叠加等不仅在制造中而且在安装中加以实施,制造中有关安全技术要求,如材料复验、坡口形状与尺寸及表面凹凸、对接焊缝的间隙大小、对口错边量、对接焊缝形成的棱角、焊后变形量等,安装中也应满足。除此以外,支柱、平台、梯子等附件的制作和安装都应符合有关规定要求。压力容器安装中还应考虑基础沉降对接管等带来的一系列可能危及安全的问题,事前要有相应的措施和方案。
  
  (2)制造缺陷的处理
  
  压力容器的制造缺陷主要是成型组装缺陷和焊接缺陷。
  
  ①成型组装缺陷。处理成型组装缺陷主要有错边、棱角、简体不直度、椭圆度,对压力容器安全运行影响较大的是错边和棱角。如果一般的超标可不做处理;严重超标时应做无损探伤检查,确认是否还存在其他缺陷。当确认无其他缺陷时,通过应力分析来做出能否继续使用的结论。如果存在裂纹、未熔合、未焊透等缺陷,应消除缺陷,补焊修复。
  
  组装焊件不得用强力使焊件对正,否则会产生很大的安装应力,组装所需的焊接吊耳,拉筋板等应采用与容器相同的或焊接性能相似的材料,相应的焊接工艺。吊耳和拉筋板等割除后,留下的焊疤应打磨平滑,现场组装的焊接容器及高强度材料的钢制焊接容器耐压试验后,应对焊缝总长的20%做表面探伤,若发现裂纹则应对所有焊缝做表面探伤。
  
  ②焊接缺陷处理。低温容器、交变载荷或频繁间歇操作容器的焊缝咬边,都应打磨消除;其他容器若焊缝表面咬边深度不大于0.5mm,咬边的连续长度不大于l(E)mm及焊缝两侧咬边总长度不超过该焊缝长度的10%时,可不做处理。超过上述规定则应打磨消除。对于裂纹和近表面的未熔合、未焊透以及沿焊缝柱状晶呈“八”字形分布的气孔等危险缺陷,均应挖除并补焊,严重者应判废;气孔、夹渣等体积性缺陷一般可按现行规范放宽1~2级处理;条状夹渣、内部未熔合、未焊透,也可适当放宽,但对于低温容器、高压容器、剧毒介质容器、易燃介质容器、承受交变载荷或频繁间歇操作的容器,其缺陷的放宽处理必须十分慎重。受压元件材料不明时,可按压力容器同类材料的最低标准值进行强度校核。对于特殊压力容器,如低温容器、剧毒介质容器、高温容器、高压容器等,如果材料不明或材料性能不符合设计规范或作用情况不良时,应停止使用或改做它用。
  
  (3)运行缺陷的处理
  
  ①腐蚀缺陷处理。腐蚀缺陷的处理原则是:对检查发现有腐蚀缺陷的压力容器,应根据缺陷的严重程度和设备的具体使用情况而进行不同的处理。具体处理方法如下。
  
  a.对于分散的点腐蚀,若腐蚀深度不超过壁厚(不包含腐蚀余量)的1/5;在直径为200mm的范围内,沿任一条直线上的点腐蚀长度之和不超过40mm;且在此范围内,点腐蚀的总面积不超过40~m2。如果同时满足这些条件,一般可不做处理。
  
  b.均匀腐蚀和局部腐蚀(包括片状腐蚀和密集斑点腐蚀),如按最小剩余壁厚(扣除至下一次检验期腐蚀量的2倍)校核强度合格,可不做处理。否则,根据具体情况降压使用或判废处理。
  
  c.内壁发现有晶间腐蚀、应力腐蚀裂纹等缺陷的压力容器,一般不宜继续使用。如果腐蚀程度轻微,则根据具体情况,可改变原有操作条件使用。
  
  d.受压元件局部腐蚀面积不超过25cm2。残余厚度不小于原有厚度的60%,可采用堆焊处理;局部腐蚀深坑长度不超过40mm,且相邻两个腐蚀坑面之间的距离在120mm以上,任何腐蚀深度都可采用堆焊处理。超过上述范围的,应进行挖补修理或更新。
  
  ②裂纹缺陷处理。对于裂纹缺陷的处理,首先分析裂纹产生的原因,对表面裂纹应予以消除,对于由于结构不合理产生裂纹的容器,一般不宜继续使用,特殊情况下,可做安全评定后监护使用。
  
  压力容器在定期检验中,发现有裂纹缺陷时,首先应根据裂纹所在的部位、尺寸、数量、分布情况以及压力容器的工作条件等分析裂纹产生的原因,然后再根据缺陷的严重程度确定对缺陷或对存在缺陷的锅炉、压力容器的处理方法。
  
  裂纹缺陷的处理原则如下:
  
  a.压力容器上的焊接裂纹、过载裂纹等不伴随组织变化的裂纹,如果尺寸较小,不是密集性的或大面积分布的,可以进行铲除,并打磨成平滑过渡。若剩余的最小壁厚大于强度校核所需的最小壁厚加预计使用限期内两倍腐蚀裕量之和,则不必补焊。
  
  b.对于受压元件上下裂纹缺陷,可进行挖补。裂纹伴随着严重组织变化,如过热裂纹、苛性脆化裂纹;裂纹尺寸过大,如出现于炉胆及管板扳边圆弧上的环向裂纹长度超过周长的25%;管板上管孔间封闭状、辐射状裂纹或靠近边缘的管孔带裂纹。
  
  c.由于结构不良,局部应力过高而产生疲劳裂纹的容器,不应继续使用。存在腐蚀裂纹的容器,也不应继续使用。
  
  因为铲除裂纹后留下的坑痕或补焊操作都将引起该处局部应力进一步增加,而产生新的疲劳裂纹,并加剧应力腐蚀。
  
  ③变形缺陷的处理。一般产生变形缺陷的容器,除了不很严重的凹陷外,不宜继续使用。对于材料可焊性好的容器,发生轻微的且面积不大的鼓包可用挖补的方法消除。