低溫絕熱壓力容器失效因素及檢驗技術研究
發布時間：2019-04-26 發布作者：
摘要：低溫絕熱壓力容器在使用的過程中，常因為失效產生很大的安全隱患，本文主要針對材料是奧氏體不銹鋼的壓力容器進行分析，首先對絕熱壓力容器的概念進行闡述，并給出了低溫絕熱壓力容器在不同溫度和預應變條件下材料的屈服強度和抗拉強度的變化情況，分析了壓力容器的失效因素，提出了解決辦法。旨在為今后壓力容器的檢驗工作提供參考，為壓力容器檢驗和維修提供理論依據，確保整個系統的可靠運行。
隨著越來越多低溫絕熱壓力容器的應用，使得低溫液態存儲的能源使用范圍得到更大的拓展，低溫絕熱壓力容器在使用日漸普及的同時，也在實際應用中出現了一些安全問題，尤其是失效問題，所以需要做好全面的技術分析，定期進行檢驗評定，確保其能夠正常運行。
1 低溫絕熱壓力容器簡介
和傳統的壓力容器不同，現代低溫絕熱壓力容器的結構為真空夾套。同時，外殼、金屬內膽采用的是隔熱設計方法。達到隔熱的目的是使用了不同的隔熱材料，常用的比如真空粉末絕熱、纖維材料絕熱等等，以確保容器內夾層的真空度。而對于檢驗技術而言，與傳統單層常溫或高溫壓力容器的明顯不同導致檢驗技術也不一樣，其檢驗技術指標為真空度。低溫絕熱壓力容器因為溫度低于常溫，儲存介質多為易燃易爆壓縮氣體，故非常容易引發一系列的如爆炸、火災等安全事故。因此一定要加強有關檢測技術的研究。
2 低溫絕熱壓力容器失效因素分析
為了深入分析低溫絕熱壓力容器的失效因素，針對取奧氏體不銹鋼樣本性能數據進行了分析，采用不同的應變強化過程，考察對材料的影響，在選取 20% 的施加預拉伸彈性形變的處理條件下，分別測量在 -30 ～ -15℃波動范圍內奧氏體不銹鋼的強度數據，表 1 為不同溫度下奧氏體不銹鋼拉伸力學性能數據表。
從表中能看到，由于低溫與應變的作用，在常溫 22℃下材料的屈服強度和抗拉強度分別為 252MP 和 709MP，當僅對母材進行低溫 -15℃處理時，屈服強度和抗拉強度分別增大了 7.1% 和 35%，當在同等溫度下，增加預應變處理時，屈服強度和抗拉強度均增加 73% 和 46%。可以發現，在相同低溫 -15℃的情況 , 同時增加預應變處理，對屈服強度和抗拉強度的提升作用非常顯著。
當溫度降到 -30℃、不增加預應變時，相較于 -15℃增幅為 11% 和 10%，可見控制低溫能夠有效增加 2 個系數，但是作用不明顯。
當溫度在 -15 ～ -30℃的過程中，屈服強度的變化范圍為 7.1% ～ 19%，而抗拉強度范圍為 35% ～ 50%，可見溫度對抗拉強度的影響較大。當增加預應變處理時，屈服強度的增加范圍為 73% ～ 85%，抗拉強度 46% ～ 54%。可以看到屈服強度對于低溫作用不是很明顯，在低溫與應變一起作用之下，屈服強度的作用更加明顯，起著主導作用，但是，對于抗拉強度，溫度與應變的結果并沒有明顯增大，強化效果相近。
3 失效問題
（1）開裂問題分析。低溫絕熱壓力容器的內膽，通常采用不銹鋼材料，因此低溫絕熱壓力容器的內膽封頭的直邊段容易出現斷裂現象，造成容器失效。而問題的原因是在內膽制作中材料形態的變化打破原有應力形態，形成新應力，而原剩余應力依然會有部分殘余進而引發斷裂。除此，由于在加工外內膽時，因采用的冷卻方法不同，不同部位的冷卻速度也不同，極易產生馬氏體組織，馬氏體組織在低溫下容易開裂造成容器失效。
（2）真空度失效問題。低溫絕熱壓力容器的真空絕熱性能和使用的期限相關，性能的決定因素為夾層真空度、日蒸發率。真空類型主要有 2 種：高真空多層絕熱型、真空粉末型。導致其真空度失效的原因非常多，常見原因有絕熱材料的影響、真空夾層材料漏氣、真空夾層氣體的影響、低溫絕熱壓力容器失效等等。
（3）焊縫泄漏因素分析。低溫絕熱壓力容器返修過程，較常見的失效模式是焊縫泄露問題，如在夾套焊縫處，多為設計因素引起，主要是因為在設計時，未能重視接管導熱情況，故后期使用因為充裝、泄放反復操作，溫度在殼體、接管中有了變化，產生交變應力。若連接部分為碳鋼，則焊縫處容易出現裂紋，導致低溫絕熱壓力容器失效。
4 低溫絕熱壓力容器檢驗技術研究
在進行低溫絕熱壓力容器檢驗時，必須要適當地加強檢測的力度，尤其是要加強低溫絕熱壓力容器壁的厚度，根據相關檢驗標準規定，在進行檢測的過程中，未要求對其厚度進行檢測。而對于氣密性檢測，我們通常采取常規的目視檢查的方法，這樣就導致檢測結果缺乏嚴謹性。為防止發生泄漏，所使用方法主要是氣密性檢測法，檢測的過程成本較高，缺乏實用性。
因低溫絕熱壓力容器安裝型式多為固定式安裝，而檢驗主要是對殼體進行檢驗，而實際承壓部件為內膽，容易導致結果的不準確。而且真空絕熱壓力容器無任何入口，對于內層檢測無任何有效的無損檢測方法。判斷內膽完好與否的直觀有效的方法只有通過測量真空度，真空度的測量通過真空規管來操作，在測量過程中如果操作不當可能會導致真空規管斷裂，造成運行更加困難。此問題是常見的，因此加強有關措施的研究可以減少損失。
5 低溫絕熱壓力容器檢驗技術應用措施
（1）低溫絕熱壓力容器檢驗時，為了能夠確保檢驗檢測工作的效率，需要提前做好檢驗方案，確定檢驗項目，做好使用單位提供的技術資料審查工作。比如低溫絕熱壓力容器的出廠資料與安裝資料的真實性和完整性、日常巡檢維護保養和應急救援預案和演練實施情況等。結合其運行情況與歷年檢驗報告等資料，針對低溫絕熱壓力容器檢驗記錄中常見的問題，分析其檢驗的價值性，來確定是否將其作為檢測的項目。在設定檢驗項目時，需要確保檢驗的全面性與完整性。
（2）做好全面的檢測工作，在進行低溫絕熱壓力容器檢驗時，需要對其本體進行全面的檢查，不僅需要對其保溫層與外殼等做相應的檢查，還需要檢查設備是否存在開裂問題或者傾斜問題，檢查低溫絕熱壓力容器的地腳螺栓的性能。檢查容器的外殼表面，檢查其腐蝕程度，若容器存在較為嚴重的腐蝕情況，則需要做好深度測定工作，檢查容器的腐蝕厚度。同時需要檢查安全閥與壓力表等附件，對于老化的設備附件或者損壞嚴重的附件，需要及時做好更換工作。要對低溫絕熱壓力容器做定期的強度檢驗，必要時需進行氣密性與耐壓試驗。
6 結語
以奧氏體不銹鋼作為材料的低溫絕熱壓力容器，常常發生失效的問題。為了確保壓力容器能夠可靠的工作，穩定在一個可靠的區間，本文主要介紹了低溫絕熱壓力容器在不同低溫和預應變的條件下對屈服強度和抗拉強度的影響；分析了容器失效因素，只有定期做好低溫絕熱壓力容器檢驗工作，及時發現容器存在的問題，才能確保其能夠穩定的運行，并提出一些具體的應對措施。作為檢驗工作者，我們需要加強對低溫絕熱壓力容器檢驗技術要點的控制，確保檢驗結果的準確性，合理的進行安全等級評定。
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