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第二节
基于损伤的检验

一、概述

基于损伤的检验是一种预防性的检验。压力容器在使用过程中,由于受到应力、温度、介质、载荷等外界各种因素的作用,容易出现腐蚀减薄、环境开裂、材质裂化、机械损伤等损伤模式,损伤积累到一定程度,往往使容器面临失效的风险。这些损伤或缺陷是影响压力容器安全运行的重大安全隐患,寻找出这些损伤或缺陷并判别这些损伤或缺陷是否允许存在是基于损伤的检验的核心思想。

基于损伤的检验通过对压力容器设备资料、生产工艺、设备工况等资料的审查,对压力容器的损伤模式进行分析和识别,根据损伤的性质,制订具有针对性的检验方案,利用宏观检查、壁厚测定、无损检测等各种手段对容器的重点部位进行检测,对检测出的缺陷进行评定,判别该缺陷是否允许存在,并根据缺陷的性质对容器进行评定级别,由此确定压力容器的下次检验周期。基于损伤的检验在提高检验效率的同时,也提高了缺陷的检出率,保证了压力容器在设计使用寿命内的安全运行,确保了企业的连续生产。

国家也正是基于这种检验理念,相继颁布了《压力容器安全技术监察规程》《压力容器定期检验规则》《固定式压力容器安全技术监察规程》等用于指导压力容器的定期检验。多年来,压力容器通过基于损伤的检验大幅地减少了安全事故的数量,保障了设备的安全、稳定运行。经过多年的发展和完善,基于损伤的检验已经成为一种成熟、可靠的检验理念。

目前我国有压力容器检验员、检验师共计 12 800 多名,他们正是基于这种理念从事着压力容器的定期检验工作。这一理念对检验人员的要求低,其执行难度低,所以我国大多数压力容器的定期检验都是基于这种检验理念。

二、主要的检验流程及项目

基于损伤的检验,核心思想就是用不同的方法去寻找容器可能存在的缺陷,然后评估缺陷是否允许存在,其主要的检验流程和检测项目。

(1)主要检验流程:识别损伤模式,制订检验方案,根据方案实施检验,对缺陷进行评估。根据检验结果对容器进行评定级别,确定检验周期。

(2)检验项目主要以宏观检查、壁厚测定、表面缺陷检测、安全附件检验为主,必要时增加埋藏缺陷检测、材料分析、密封紧固件检查、强度试验、泄漏性试验等项目。

找出缺陷及对缺陷进行判定是检验项目的核心内容。如何检测,重点对哪些部位进行检测,以及如何对缺陷进行评定,《固定式压力容器安全技术监察规程》都进行了详细的规定。宏观检查主要是看容器的本体结构、几何尺寸、表面情况以及焊缝、隔热层、衬里等是否存在问题,在检验的时候重点是要对压力容器的内、外表面进行全面的检查,以此判断是否存在肉眼可见的异常和缺陷,必要时可以借助内窥镜、放大镜等其他辅助仪器设备进行宏观检查;壁厚测定主要是找出容器的厚度最小点,借此判断容器的厚度是否满足强度要求,并通过壁厚减薄情况判断容器是否存在腐蚀及腐蚀速率如何;表面缺陷检测主要是对应力集中区域、环境开裂的内表面进行检测,看看有没有表面裂纹;埋藏缺陷检测主要是看焊缝的内部是否存在超标缺陷。所有的这些检测手段,目的只有一个——找缺陷,所有的检测手段都以找缺陷为中心。通过排除缺陷,来确保容器的安全运行。

这些检测项目执行起来很容易,因为相关的法规、标准都做了详细的规定。宏观检查应该怎么看,看哪里,测厚应该测哪里,表面检测应该做哪里,只要按照标准的要求一步一步执行就行了。但是值得注意的是,基于损伤的检验其有效性取决于检验员对法规、标准的执行情况。虽然其检测项目易于执行,但是如果在执行中偏离了法规、标准的要求,未严格按照法规、标准进行检验,其有效性也就难以得到保障。

三、主要的适用场景和特点

基于损伤的检验理念比较成熟,具有完善的理论基础及法规、标准的支撑,实施这么多年来,被普遍运用于各种压力容器的定期检验中,有力地保障了特种设备的安全。这种检验理念对检验员的技术水平要求相对较低,检验员在取得检验资质后,按照相关法规、标准的要求一步一步进行操作即可。按照这种理念的要求,只要能发现容器的潜在缺陷,就能确保容器的安全。其主要的优点有以下几个方面。

(1)检验理念成熟、可靠,相关的法规、标准体系完善,应用普及度较高。多年的检验实践证实了基于损伤的检验的可靠性和安全性。这种理念经过不断发展和完善,同时也得到了相关法规、标准的支撑,逐渐走向成熟。这种理念是指导我国压力容器定期检验的重要指导思想,保证了压力容器的安全运行和企业的正常生产。

(2)对检验机构、检验员要求低。目前从事基于损伤的检验的检验资质取证比较容易,有很多检验机构,而且特种设备检验也逐步民营化,允许民营机构参与压力容器的定期检验。对检验员的要求也相对较低,只需取得相关的检验资质后即可从事相应资质的压力容器定期检验,对其专业知识和经验限制较少。也正是由于这些原因,全国大部分压力容器的定期检验都适用基于损伤的检验。

(3)检验流程简明,检测项目易于执行。与检验流程和检测项目相关的法规和标准都进行了详细的规定,检验员只需按照法规、标准执行即可。对于缺陷的判定及处理,相关的法规、标准也做了详细的规定,检验员不需要有高深的理论知识及专业的软件知识即可处理。

(4)单台及小批量检验,检验成本低,检验效率高。大部分企业的设备是零散分布的,这种分布特点非常适合基于损伤的检验,逐台检验、逐批检验,灵活、高效,检验成本低,不像基于风险的检验,检验费用动辄几十万甚至上百万。

四、局限性

基于损伤的检验由于其自身的优点,得到了极大推广和普及,成为我国压力容器定期检验的重要指导思想。但在其检验易于执行、对检验要求低的优点之外,也存在着局限性,这些局限性都是从检验实践中总结出来的深刻教训,我们应该对这些局限性进行深刻的思考,从而在实际的检验中能注意这些问题。在平时的检验中,我们应该发挥主观能动性来规避这些局限性,从而提高检验的安全性。基于损伤的检验其局限性主要体现在以下几个方面。

1.检验刚性强,无法满足企业连续生产的需求

(1)检验前要求全部停车开罐(除了一些特殊的压力容器),检验时机不灵活。基于损伤的检验,要求检验前压力容器应该停车,做好清洗、置换、打磨、搭设脚手架等检验辅助工作,这就意味着检验只能在停车状态下进行,不能根据企业的检修时间灵活调整检验的时间。另外,这种做法不能根据容器的特点进行分类对待。比如有的容器不存在任何损伤模式,容器失效后果极其轻微,这类容器就应该放低检验要求,在保证容器检验安全的情况下,尽量不影响企业的正常生产。

(2)检验方法具有刚性,需采用全面检验。基于损伤的检验要求对压力容器进行整体性的检验,以寻找出压力容器所有可能存在的缺陷。根据《固定式压力容器安全技术监察规程》的 8.3.2 条和 8.3.6 条的规定,要对压力容器的内、外表面情况进行 100%的宏观检查;要对“应力集中部位、变形部位、宏观检验发现裂纹的部位,奥氏体不锈钢堆焊层,异种钢焊接接头、T型接头、接管角接接头、其他有怀疑的焊接接头,补焊区、工卡具焊迹、电弧损伤处和易产生裂纹部位”等区域进行 100%的表面检测。一方面,这些部位真的是重要检测位置吗?对这些部位进行重点检测后,真的就能降低容器的失效风险吗?对压力容器事故的调查、统计发现,往往是一些不重要的位置、不起眼的位置,却一而再,再而三地引起压力容器事故。另一方面,这种刚性规定在实际的检验中很难执行,也直接导致了检验缺乏重点。检验比例如此之高,检验员如何把握哪些是重要部位?检验员将大部分精力放在了具体的检验项目中,却很少去思考该检验项目到底是否必要,该检验部位到底是否重要,该检验项目到底能不能降低压力容器的失效风险。在检验员检验精力一定的情况下,为了应付必检的项目,往往忽视了其他一些更加重要的检测部位,这也是难以避免的。

(3)检验周期的规定比较刚性。基于损伤的检验依据缺陷的性质、大小,对容器进行评定级别,以确定检验周期。容器本身是否存在缺陷,以及这种缺陷的大小和性质决定了容器的评级,而容器的评级又直接决定了检验周期。归根到底,就是容器本身的缺陷直接决定了检验周期。

首先,这种检验周期的确定方法没有考虑缺陷对容器的危害程度,不同缺陷对容器的危害程度不同,从而也影响检验周期内容器的安全使用,但是这些不同类别的缺陷很有可能使得容器的评级相同,得到相同的检验周期,但是这明显是不科学的。比如腐蚀减薄和环境开裂这两种损伤,如果没发生过减薄或开裂,那么容器都可以定为 1 级,检验周期定为 6 年。但是这两种损伤模式的性质不同,对容器的危害也不同,对检验周期内容器的安全运行也有着不同的影响。以腐蚀减薄损伤为主的压力容器,可以利用对壁厚监控的方式,确保检验周期内压力容器的安全运行;以环境开裂为主要损伤模式的压力容器,对环境开裂很难进行监控,这种开裂的随机性严重影响压力容器在检验周期内的安全运行,如果不考虑这些因素,检验周期还是定为 6 年,那么很难保证在这 6 年内容器不会失效。

其次,它没有考虑其他因素对检验周期的影响。影响容器安全运行的因素非常多,这些因素也往往影响着压力容器检验周期内的安全运行,因此下次检验周期的确定应该充分考虑这些因素。比如应力、容器内存在的未超标缺陷,等等,都对检验周期有着重要的影响。南通某公司的 1 台球罐,前面 2 次检验都因为发现开裂而进行了修理,修理合格后,定期检验评定为 1 级,检验周期为 6 年。但是,该球罐仅用了 2 年又再次发生了开裂。可见,这台球罐的级别评定和检验周期的确定只是机械地执行了相关标准的规定,并没有考虑导致球罐开裂的相关因素对检验周期的影响,因此难以保证容器在整个检验周期内的安全使用。

最后,这种检验周期的刚性规定还会导致设备的检验周期与企业的停车检修周期不一致,破坏了企业的正常生产,特别是对大型石化成套装置的影响非常大。2022 年 4 月,南京某大型石化公司全厂停车检修,并借此机会进行全部压力容器的定期检验。该公司下次停车检修的时间为 2026 年 4 月,所以使用单位希望本次所有容器的下次检验周期都能在 2026 年 4 月,好与下次大修的时间保持一致。但是本次检验中有一部分容器按照相关标准的规定,只能把检验周期硬性地放到 2025年 4 月或者 2024 年 4 月,打乱了企业的检修计划,破坏了企业生产的连续性。

2.检验环节与风险相脱节,难以有效控制风险

基于损伤的检验以寻找缺陷为导向,忽视了风险对检验安全的重要作用,导致在检验中抓不住重点,无法有效规避压力容器的失效风险。基于损伤的检验要求对最容易发生缺陷的部位加强检测,提高检测比例,但并没有考虑该部位所导致的压力容器失效后果的严重程度。如果该处缺陷即使导致压力容器发生了失效,但是并不会造成大的人员伤亡和财产损失,那么该处就不应该是检验的重点。相反,那些不重要、不起眼的部位,虽不容易产生缺陷,但是一旦产生缺陷,就会造成较大的人员伤亡和财产损失,那么这些部位反而应该是检验的重点,这就是基于损伤的检验不考虑风险因素的最直接的体现。在实际的检验中,那些所谓的不重要、一旦产生缺陷将导致严重后果的部位,更应该引起足够的重视,这是从事故中得出的深刻教训。为了说明这一点,下面讲解一个发生不久的实际案例。

2024 年 2 月,江苏某公司的一台蒸压釜的封头脱落,导致一名操作工死亡。事故的直接原因是釜臂与封头连接的角焊缝开裂,导致封头在上开后发生脱落,刚好砸到位于其下方进行作业的操作工,导致该操作工死亡,如图 2-1、图 2-2 所示。

图 2-1 封头脱落

图 2-2 事故现场

事故调查组对该容器的检验报告进行了调查,检验报告显示对所有对接焊缝进行了 100%的磁粉检测和100%的超声检测,并对釜齿进行了表面检测和硬度检测,所有检测均未发现异常,检测不存在缺项、漏项问题。该台压力容器的定期检验从法规、标准的角度看不存在问题,但是存在的主要问题是该检验没有根据风险的大小去识别出该检验的重点部位。该检验基于对接焊缝非常容易出问题的过往经验,所以把对接焊缝当作重点检验部位,而忽视了那个开裂的角焊缝。那个开裂的角焊缝确实不重要,因为在全国范围内从来没有因为该焊缝开裂导致事故的先例,所以之前的检验未对该焊缝进行重点检测。这种做法正是没有考虑到风险,才导致检验中没有抓住重点,导致了事故的发生。对接焊缝固然重要,但是即使其开裂了,釜内介质是蒸汽,也不会造成大的人员伤亡和财产损失,所以该处风险低,不应该是检验重点;反而开裂的那个角焊缝,虽然不是重要和容易产生缺陷的焊缝,但是一旦发生开裂,将造成大的人员伤亡和财产损失,所以这个角焊缝才应该是检验的重点部位,应加强检验。这个事故的教训非常大,检验不能与风险相脱离,否则检验抓不住重点,无法有效规避压力容器的失效风险。

3.具有较大的主观性,难以保证检验的客观性

基于损伤的检验非常依赖检验员的经验和责任心,对检验员的知识面的广度也有一定的要求。不同的检验员知识结构不同,在检验时所关注的重点也会不同,导致检验的主观性太强,削弱了检验的客观性。检验员的能力和水平也参差不齐,有经验的检验员会在一些关键的部位进行精细的宏观检查或者无损检测,从而能发现容器存在的缺陷。发现这种缺陷一方面靠经验,另一方面也要靠一点儿运气。如果运气差一点儿或者稍微粗心一点儿,很有可能就发现不了容器可能存在的各种缺陷。但是,检验不能光靠经验和运气,这样肯定会降低缺陷的检出率,从而无法保证所检容器的安全使用。

大多数压力容器检验员都对自己检验过的压力容器缺乏信心,最主要的原因在于担心有缺陷被漏检了,这也是很好理解的,毕竟容器那么大,产生缺陷的部位又是难以预判的,想把所有的缺陷全部都找出来确实是相当困难。他们在检出缺陷后,又都会有这种感受:能发现这个裂纹太幸运了,如果当时粗心一点儿可能就发现不了,如果因为自己粗心,发现不了开裂,万一发生了事故该怎么办?为了更好地说明这个问题,我们举出下面 3 个真实的检验案例,希望对各位读者有所启发。

案例一:2022 年 2 月 22 日,在对一台储气罐进行定期检验中,对外表面进行宏观检查时,在上环缝与纵缝交界处下方 100 mm的地方,发现了一个倒三角的小凹坑,于是对该凹坑附近进行打磨,并做磁粉检测,发现了 1 条裂纹。裂纹长约 60mm,深约5 mm,裂纹位于纵缝的中间部位。检验结束后,设备停止使用,立即出具了意见通知。储气罐外表面发现开裂如图 2-3 所示。

图 2-3 储气罐外表面发现开裂

案例二:2022 年 3 月 24 日,对南通某公司的一台反应器进行开罐检验,在对容器封头顶部的一个接管处进行宏观检查的时候,隐隐约约发现疑似裂纹,于是对该处进行渗透检测,发现存在开裂现象。随后对该部位进行打磨,打磨后裂纹完全消除,从打磨的位置判断,裂纹长约50 mm,深约 7 mm,容器板厚 12 mm,位于接管角焊缝附近的热影响区。该裂纹的表面不明显,而且还有一些介质覆盖在其上面,很隐蔽,很不容易被发现。何况这是台 200 立方米的储罐,想完全发现所有位置的缺陷还是有相当大的难度的。接管角焊缝处发现开裂如图 2-4 所示。

图 2-4 接管角焊缝处发现开裂

案例三:2023 年 1 月,在对南通江山农化的一台氯化器进行检验时发现,夹套壁厚存在严重减薄现象,不满足强度要求,容器报废,夹套外表面测原数据异常如图 2-5所示。夹套内表面发现严重腐蚀如图 2-6 所示,厚度从12 mm腐蚀到最薄 6 mm左右。由于是局部腐蚀,再加上无法对夹套内表面进行宏观检查,因此在测厚的时候很难准确定位到这些部位,也很难发现这些异常部位。

图 2-5 夹套外表面测厚数据异常

图 2-6 夹套内表面发现严重腐蚀

通过这 3 个案例不难发现基于损伤的检验具有很大的局限性,因为它非常依赖检验员的经验和责任心,如果检验员没有经验,或者责任心不强,就很难发现容器内、外表面存在的各种缺陷。

4.检验项目受制于各种因素而很难完全被落实

这种检验对于准备工作要求高,宏观检查内容看似少,很简单,但是严格做到却非常难,导致很多检验员在检验时困难重重。比如,图 2-7 和图 2-8 中的塔器,高达 100 多米,塔器外部只在人孔处设置了检修平台,并且塔器带有保温。如果要对塔器的外表面进行宏观检查,存在非常大的困难:首先,很多地方没有检修平台,无法进行外表面的宏观检查。其次,如果全部拆除保温,代价大,使用单位只愿意部分拆除,导致不能对塔器进行整体性的宏观检查,从而导致缺陷漏检。在实际的检验中,也确实存在很多容器因拆保温不到位,最后没拆保温的部位恰恰是容器修理过的部位;还有的搪玻璃容器,如果保温拆除不到位,就不知道夹套外表面的腐蚀情况到底如何,更严重的是,如果使用单位私自进行过复搪,也很难被发现。另外,有些容器由于结构特殊,也很难对之进行宏观检查。比如某些不可拆卸的换热容器、石墨容器,没有人孔及检查孔,不但无法对容器的内表面进行有效的宏观检查,而且能检验的部位极其有限,这就导致了缺陷的漏检,给容器的使用埋下了安全隐患,这也是基于损伤的检验最突出的局限性。

图 2-7 大型塔器的检验

图 2-8 塔器的入罐检验

另外,基于损伤的检验,对检验前期的准备工作要求也非常高。根据《固定式压力容器安全技术监察规程》的要求,在压力容器的定期检验中,要对容器的内、外表面进行 100%的宏观检查,但在实际的检验中,总会因为各种情况而无法做到对内、外表面进行 100%的宏观检查。比如,不可能让使用单位完全拆除保温层;母材内表面的浮锈,使用单位也不可能完全清除掉。即使保温完全被拆除,浮锈被完全打磨掉,也会给使用单位带来极大的负担。在最理想的情况下,即使有条件对容器内、外表面进行 100%的宏观检查,但是,也不可能发现所有的表面裂纹,毕竟检验员的能力、水平是有差异的。同时,虽然很多容器并不一定要进行埋藏缺陷检测,但是有一些容器因为各种情况存在一些埋藏缺陷,这些缺陷也许压根就与容器的工况无关,所以很难利用相关的损伤失效模式来预判缺陷可能出现的位置,从而使对埋藏缺陷的检测失去了针对性,导致了缺陷的漏检。 x7iD4x7ZKcqFlDPRGBljGvVobo6DVXASI/1o5C2Ghx4qYgvn22ZGKrrs1fUGmGAI

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