低温绝热压力容器失效因素与检验评定技术研究.pdf

论石油化工腐蚀与防护 CORROSION PROTECTION IN PETROC. HEMICAI. INDUSTRY2014年第31卷第4期
低温绝热压力容器失效因素与检验评定技术研究
她小静,赵路宁2,韩伟,刘丹',张冰
(1.山东省特种设备检验研究院,山东济南250101;2.山东省特种设备协会,山东济南250101)
摘要:介绍了真空绝热压力容器定期检验和评定过程中存在的问题,首先根据近年来的实际
检验经验,结合TSGR7001-2013《压カ容器定期检验规则》等相关规程、标准,马氏体组织引发的封
头直边端开裂、夹层与气、液相接管接的角焊缝泄漏、夹层真空失效是引发真空绝热压力容器失
效的主要原因;其次结合失效原因,分析了定期检验过程中真空度测量及检验结果的判定进行了
分析,然后就精确测量真空度的方法进行了研究,探讨了真空绝热压力容器的定期检验项目及检
验结果的综合评定要求,并希望通过本文的研究工作,对真空绝热压力容器的检验方案的制定起
到一定的指导作用
关键词;低温绝热压力容器失效因素真空度检验项目检验结论
真空绝热容器是指用于存储液氧、液氮、液
氬、液化天然气等低温液体的压力容器。近年来1定期检验与评定
随着工业气体和燃气的广泛应用,液体的应用已
失效因素分析
从机械、石油、化工等行业,扩展到了能源、环保
TSCR7001-2013《压力容器定期检验规则》
造船、交通、生物、航天等领域,需求量也在逐年快规定,检验机构应根据压力容器的使用情况、损伤
速递增。同时,随着世界各国对能源需求的不断模式及失效模式制定检验方案,因此要进行科学
增长和环境保护意识的日益增强,液氢、液化天然的检验,避免“过度检验,检验不足”,要分清楚真
气等清洁能源的推广与应用,带动了深冷真空绝空绝热压力容器的损伤模式及影响因素。
热容器的快速发展,目前深冷容器已经发展成为1.1.1封头直边端开裂
压力容器行业增速最快、发展最有前景的产业。
真空绝热压力容器内胆多采用06C19i10奥
低温绝热压力容器的结构不同于普通压力容氏体不锈钢,依据制造单位返修设备及常规奥氏体
器,其结构采用独特的真空夹套式结构,即根据不不锈钢容器失效案例可知,封头直边端容易开裂。
同设计要求在密闭金属内胆与外壳体间采用不同其是因为封头压制过程是应力重新分配的过程,
的绝热方式(真空粉末材料绝热、纤维材料绝热
在直边段产生了变形残余应力;其二奥氏体不锈钢
多层绝热等)使夹层达到一定的真空度。双层真供货状态多为固溶,而封头压制过程中,不管是采
空绝热结构具有高度的保冷效果,无法进入内部用冷成型还是采用热成型,均相当于对封头重新进
对内胆及其管路的损伤情况进行检验,故TSG行了加热,但在冷却过程中,冷却速度不同,GB/
R7001-2013《压力容器定期检验规则》中规定
T3280-2007《不锈钢冷轧钢板钢带》?规定,
的无损检测方法及其他的检测方法并不适用于真06Cr19N10奥氏体不锈钢热处理≥1040℃水冷或
空绝热压力容器的检验,与常规压力容器检验其他方式快冷(此处快冷,企业一般采用风冷的方
比存在一定的差别,目前虽然尚未有真空绝热压式),而封头厂则大多采用自然冷却的方式,冷却速
力容器因真空度不合规而导致人员的伤亡事故,
收稿日期:2014-03-17;修改稿收到日期:2014-04-22
但低温液体的特点是盪度低、汽化潜热小、气液体作者简介:姚小静(1980-),高级工程师,山东省特种设备
积比大(1L液氧可气化为300L气氧)、蒸发后局检验研究院,主要从事压力容器及压力管道检验研究工作。
部浓度大,因此一旦发生事故可能造成火灾、爆E-mal; tiaojingyac234c163,com
炸、窒息、中毒等严重事故,因此亟需研究真空绝*基金项目:国家质检总局科技计灲项目《低温绝热压力容
热压力容器定期检验及评定方法。
器定期檢验方法的研究》(2012QK240
第4期
姚小静等.低温绝热压力容器失效因素与检验评定技术研究
论
度过小,因此在冷却过程中可能会产生马氏体组使用的检测设备型号单一,因此接口不匹配;其
织,此外为了提高强度,降低质量及制造成本,大部测量环境与容器内介质含量多少均可能影响真空
分厂家使用形变强化后的不锈钢钢板,则强度提度的检测结果;其三,郑连学等人的认为介质成
高,壁厚减薄,制造成本降低,但是奥氏体形变强化分决定真空度合格标准,不能实施一刀切的判定
后,若热处理工艺控制不当,也会产生马氏体组织,方法,否则可能会造成真空度误判。而真正影响
上述两种情况均产生淬硬组织,进而在应力作用下夹层真空度和绝热性能的影响因素有很多,蒋吉
产生微缺陷,从而导致封头开裂。
林等?人为在用真空容器真空度和绝热性能的
1.1.2夹层与气、液相接管连接的角焊缝泄漏影响因素为珠光砂的热导率,其中真空度下降,热
在制造单位返修的低温容器中,夹套与气、液导率上升、夹层气体含量増加,夹层内各种材料漏
相接管连接的角焊鏠泄漘的情况较多。主要原因放气现象,也会导致真空度下降。因此在用设备
是厂家设计低温容器时,忽视了接管是导热体。检测过程中,针对检测结果应综合分析,真空度超
由于反复充装,接管与壳体的连接处存在温差变标不合格的处理情况应该一分为二。首先应该仔
化,导致接管与壳体的连接部位产生交变应力;对细调阅用户的运行记录,检査运行过程中是否有
夹套为碳钢的低温容器,与接管连接部位的夹套异常结霜、结露现象;有无压力异常升高的情况,
低碳钢角焊缝及母材处的温度,有时低于脆性转安全、爆破片有无频繁起跳、破裂的情况,若有
变温度。低温容器经过长期运行后,夹套与接管异常现象,且经常出现安全保护装置异常释放动
连接的角焊缝易出现穿透性裂纹,造成夹层真空作,此时则成怀疑真空失效。若要得到真实的真
度丧失。低温容器控制阀门以外的管路发生的事空度,蒋吉林的判定方法更适合在用压力容器的
故(除了发生火灾事故外),可以通过关闭阀门得评判要求,即定真空度判定标准的思路应如下:首
到控制,危险性次之。
先明确每台低温容器的真空度合格标准并不相
真空失效
同,它取决于夹层真空度降低速率。引人“真空
夹层真空度和口蒸发率是衡量低温绝热压力度降低速率”的概念。主要是因为此概念综合考
容器真空绝热性能和使用寿命的重要技术指标。虑了夹层的泄漏和夹层内材料的放气现象。因此
按照《压力容器定期检验规则》的规定,真空度和需要通过计算来确定夹层的真空度是否合格。过
日蒸发率是作为能否继续使用的唯一依据。但是程如下:
在真空度检测过程中,由于真空规管型式多样,内
(1)计算该低温容器夹层的真空度降低速率
部介质处理不当等,往往导致真空测不准,出现误
[(P-P。)W]/な
判的现象。
e一真空度降低速率,Pa?L/s;
检验与评定存在问题
P-一本次定检实际测量的夹层真空度,Pa;
1.2.1真空规管损坏
最近一次定期檢验时实际测量的夹
韩海涛“认为绝大多数低温容器安装在室层真空度,Pa
外,经受风吹雨打,局部积累的水汽、潮气在规管
V一几何容积(设计给定或实际测量),
针脚上析出,造成针脚腐蚀断裂,无法连接真空计
检验周期
接头。主要原因是现行的国家标准对真空规管外
注:计算的前提是假定真空度降低速率不随
部保护罩并无规定,有些厂家甚