基于失效模式的在役压力容器检验

陈超

摘 要：压力容器作为化工领域应用最为常见的设备之一，在服役过程中因设计、制造考虑不当，运行过程中服役环境、管理水平等影响，就会产生过度变形、断裂、表面损伤等问题，严重影响压力容器的运行安全性及人民财产安全。基于失效模式的检验，需要全面分析压力容器设计、制造、运行的实际信息，制定针对性的检验方案，并严格实施。基于此，结合失效模式的相关概念，提出在役压力容器检验策略。

关键词：失效模式;损失模式;风险评估

0 引言

失效模式分析（Failure Modes Analysis，FMA）主要是通过研究和分析失效的机制、失效的发生和发展过程，找出导致失效的主导因素和可控因素，提出相应的对策，以防止设备或零部件失效或延缓其失效。1862年，英国在总结大量蒸汽锅炉爆炸事件后，建立了世界上第一个蒸汽锅炉监察局，把失效分析作为仲裁事故的法律手段和提高产品质量的技术手段。近代随着材料学、力学、腐蚀学、制造水平及工艺水平的提高，失效模式形成了完整的组成体系及有效的分析方法。在役压力容器的检验中，分析压力容器潜在的失效模式，找出压力容器可能失效的原因，对延长压力容器的使用寿命，提高生产效率，发挥着重大作用。

1 失效模式

1.1 概念

在2008版API581中，设备失效可能性按照以下公式计算[2]：

POF=Gff×DF（t）×FM

POF为设备失效可能性

Gff同类设备平均失效概率，API581给出

FM管理水平影响系数，参照API581评估给出

DF（t）指与时间相关的失效机理造成的可能性参数，其失效分类可以划分为多个类型，包括腐蚀、断裂、磨损等失效，不同类型的表现形式也有所差异。GB/T30579-2014《承压设备损失模式识别》中将承压设备常见损失模式划分为5大类73种，例如环境开裂失效指在腐蚀性介质作用下材料发生的开裂，常见的碳钢和低合金钢在湿硫化氢腐蚀开裂环境下会产生氢鼓泡、氢致开裂、应力导向氢致开裂和硫化物应力腐蚀开裂，检验过程中应根据实际使用工况及介质组分判断是否存在相应的损失模式，在多种损失机理共存的情况下，应判断其主要损失模式，选择针对性的检验方法。同时对影响设备失效的参数Gff、FM，查找API581数据库及相关资料确定其影响程度大小，根据结果在不同的检验周期，不同的运行状态下有侧重的进行检验。

2 基于失效模式的在役压力容器检验方案

在压力容器检验前，必须要做好准备工作，包括检验方案设计、确定检验方法等，并着重对各种检验方法进行对比，选择技术成熟、应用便捷的方法，降低人力、财力的投入，让检验效果更加符合压力容器失效的实际情况。

2.1 检验方案

结合压力容器的具体使用情况制定检验方案，这是压力容器检验的前提工作。结合失效的不同表现，其出现问题原因也有所差异，制定方案需要以造成失效的原因为基础，同时也要减少外界因素对方案制定的影响。从而更加合理的判断检验方案是否能够解决问题。所以，检验人员必须要加强对检验方案制定的重视。

2.2 检验方法

方案设计完成后，对大型成套装置、长周期运行的装置，优先展开以基于风险的检验、定期检验、年度检验相结合的方法展开工作，在装置运行之初通过基于风险的检验识别设备风险等级、失效概率、潜在失效损失模式等状况。随之通过年度检验、定期检验不断丰富完善基于风险检验的数据库，对基于风险检验的结果进行不断修正，同时根据基于风险检验结果指导定期检验工作，制定针对性的检验方案。这样不仅能够第一时间找出压力容器现存问题，同时也可以对设备整个运行周期进行管理，对推动企业发展有着重要意义。

3 在役压力容器检验

在役压力容器检验工作主要分为三个环节，包括资料审查方案制定、检验项目的实施、检验结果的评定，每个环节之间都环环相扣，需要工作人员抓住每个检验环节的要点，从而发挥检验工作的作用。

3.1 资料审查方案制定

①材质审查。判定所运行的温度、压力、工作介质是否能够满足工艺需求，以及耐高温、耐腐蚀、韧性、刚性是否可以满足需求;②介质审查。主要对介质组成元素以及杂质进行审查，判定可能出现腐蚀的可能性以及腐蚀率;③温度与荷载变化审查。判定是否存在着蠕变、疲劳、脆裂问题的可能性;④运行记录审查。主要包括压力容器的启动/停机、操作环境变化、过量充装、化学反应、压力失衡等各项内容。

3.2 检验项目实施

金属压力容器的定期检验项目，以宏观检验、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、密封紧固件检验、强度校核、耐压试验、泄漏试验等项目。其中宏观检验、壁厚测定最为普遍、有效。

3.2.1 宏观检验

在资料审查工作完毕之后，即可展开宏观检验工作，也就是对压力容器整体进行全面检测，初步判定压力容器可能出现失效的原因。在宏观检验当中，需要辅以相应的检测仪器完成，并结合检验人员的视听能力综合判定失效原因。在视觉层面上，工作人员看可以采用灯光放大的过程判定设备内部宏观失效的形态及程度;在听觉方面上，可以采用专业的检验小锤对容器进行敲打，并判定与正常敲击声之间的差异，从而判定失效问题。宏观检验对工作人员的专业素质以及实践经验要求非常高，人为因素对最终的检验质量有着直接影响。所以，需要提（下转第247页）（上接第244页）前做好培训和审核工作，确保宏观检验工作保质保量完成。

3.2.2 壁厚测定

在压力容器检验当中，超声波测厚是十分常见的一种方法，在长期使用当中也更加成熟。该方法可以对容器厚度进行检验，对比正常的容器厚度判定失效问题。造成壁厚变薄的因素有很多，例如磨损、腐蚀等。如果压力容器厚度變薄，可能造成容器泄露问题，很容易造成安全事故。在实际应用当中，需要特别注意温度以及不同材料介质间的声波修正，对表面缺陷部位、机械损伤部位进行重点检查，确保超声波测厚技术应用的针对性。一旦发现问题所在，需要立刻处理，这对延长压力容器使用寿命、提高使用安全性有着重要意义。

4 结束语

综上所述，压力容器在长期使用中可能出现失效问题，影响工业生产效率和安全。而采用基于失效模式的压力容器检验可以有效解决这一问题，通过做好方案、方法选择，对压力容器运行状态进行精准判定，从而消除压力容器的隐患问题，保证工业生产质量。

参考文献：

[1]陈学东，崔军，章小浒，关卫和，寿比南，谢铁军.我国压力容器设计、制造和维护十年回顾与展望[J].压力容器，2012（241）：1-23.

[2]艾志斌，陈学东，杨铁成，胡久韶.复杂介质环境下承压设备主导损伤机制的判定与失效可能性分析[J].压力容器，2010（211）：52-58.

[3]丑作仁.基于失效模式的在役压力容器检验[J].科学技术创新，2016（13）：120-122.

[4]周吉军，牛君鹏.基于失效模式的在役压力容器检验[J].化工管理，2016（24）：192-194.

[5] TSG 21-2016，固定式压力容器安全技术监察规程[S].北京：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2016.