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摘要:化工設(shè)備壓力容器屬于特種設(shè)備,破壞的因素較多,還需本著具體問題具體分析的原則,采取有效措施積極預(yù)防致命性的化工設(shè)備壓力容器破壞。本文主要對(duì)化工設(shè)備壓力容器的破壞原因及預(yù)防措施進(jìn)行闡述,希望對(duì)化工設(shè)備壓力容器的質(zhì)量控制管理水平的提升起到積極參照作用。
關(guān)鍵詞:化工設(shè)備;壓力容器;破壞原因;預(yù)防措施
引言
化工設(shè)備壓力容器的運(yùn)行環(huán)境相對(duì)復(fù)雜,受腐蝕與裂紋及變形等破壞原因引起的質(zhì)量問題,易引起致命性的傷害。因此,相對(duì)于破壞的事后處理。更應(yīng)當(dāng)注重事前預(yù)防與事中控制,確保化工設(shè)備壓力容器的安全穩(wěn)定運(yùn)行,有效延長(zhǎng)容器的使用壽命。由于化工設(shè)備壓力容器的破壞形式與原因多樣化,需在預(yù)防措施與管理手段等方面加強(qiáng)創(chuàng)新,以切實(shí)發(fā)揮化工設(shè)備壓力容器管理的作用價(jià)值。
1.化工設(shè)備壓力容器的事故特點(diǎn)
壓力容器屬于承壓設(shè)備,是指危險(xiǎn)性較大與涉及生命安全的承壓類特種設(shè)備和安全附件,包括壓力管道與鍋爐等。壓力容器的類型多樣性,可以按照承壓方式對(duì)其進(jìn)行分類,將其分為內(nèi)壓與外壓容器。如果分類方式選擇壓力大小,則可以將其分為高壓、低壓與中壓以及超高壓容器。如果在分類的過程中,選擇的分類方式是工作溫度,那么其包括了低溫、高溫以及常溫容器。如果按照制作方式對(duì)其進(jìn)行分類,其包括了鍛造、焊接以及鑄造容器等不同的分類方式,其所分類出來的內(nèi)容有所區(qū)別,但是任何一個(gè)化工設(shè)備壓力容器在使用的過程中,都不能忽視其安全可靠性的把控。化工設(shè)備壓力容器的事故特點(diǎn),主要體現(xiàn)在以下幾方面:
(1)危險(xiǎn)性大
化工產(chǎn)品有高溫高壓與毒性及易燃易爆等特點(diǎn),壓力容器發(fā)生火災(zāi)與泄漏及爆炸的可能性大,在危險(xiǎn)性上是其他行業(yè)不能比擬的。由于部分化工原料的反應(yīng)性與毒性和易燃性強(qiáng),是促使化工企業(yè)內(nèi)部頻發(fā)惡性事故的主要原因?;て髽I(yè)發(fā)生火災(zāi)爆炸與泄露等惡性事故后,不僅會(huì)造成工作人員受傷或死亡,還會(huì)引起較大的經(jīng)濟(jì)損失。
(2)環(huán)境污染
化工生產(chǎn)時(shí)運(yùn)用到的原料與產(chǎn)品及中間體和副產(chǎn)品等物質(zhì),有一定程度的工業(yè)毒性和腐蝕性。泄漏到水體或空氣中,尤其是未經(jīng)過處理的工業(yè)物質(zhì),不僅會(huì)引起不同程度的環(huán)境污染,也會(huì)引發(fā)經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡等。化工企業(yè)的惡性事故,普遍存在治理難度大與影響時(shí)間長(zhǎng)等特征。
(3)影響設(shè)備正常運(yùn)行
化工企業(yè)對(duì)工業(yè)設(shè)備的運(yùn)行要求較高,但大部分化工設(shè)備壓力容器的運(yùn)行環(huán)境惡劣,長(zhǎng)期在腐蝕與高溫和高壓等環(huán)境中運(yùn)行,受到振動(dòng)與內(nèi)部腐蝕介質(zhì)等因素影響,會(huì)使得設(shè)備金屬產(chǎn)生疲勞感等質(zhì)量問題,會(huì)直接影響化工設(shè)備的正常運(yùn)行,這也是化工企業(yè)在設(shè)備安全使用管理中不能忽視的問題[1]。
2.化工壓力容器破壞的形式與原因及特征
(1)過度塑性變形
一旦化工壓力容器自身的壓力荷載超過已經(jīng)既定的數(shù)值時(shí),就會(huì)導(dǎo)致化工設(shè)備的壓力容器壁漸漸變薄,甚至處于不穩(wěn)定的狀態(tài)。容器也會(huì)由于其過度的塑形而成現(xiàn)形變,甚至導(dǎo)致容器直接破裂,如果過度塑形而產(chǎn)生的破裂,其斷口的狀態(tài)是一種撕裂的效果,而容器中也會(huì)伴隨著少量的碎塊,或者是不產(chǎn)生破片。與此同時(shí),化工設(shè)備壓力容器爆破的能量,直接決定了容器爆破口的大小。
(2)過度彈性變形
所謂彈性變形,是指當(dāng)化工壓力容器固體受到外力的作用,進(jìn)而產(chǎn)生了一定的形變,這種形變是一種直接表現(xiàn)形式,而當(dāng)外力撤出之后,物體會(huì)漸漸地恢復(fù)到最初原來的形狀。為此,可以將其稱之為彈性性質(zhì)。這是一種可逆性的變形,通常情況下,人們將之稱為彈性變形,但是如果在使用化工壓力容器中,出現(xiàn)了過度彈性變形時(shí),易促使化工設(shè)備壓力容器處于不穩(wěn)定的狀態(tài),隨著外力作用的增強(qiáng),化工設(shè)備壓力容器會(huì)逐步向失穩(wěn)的程度過渡。
(3)大應(yīng)變疲勞
在交變應(yīng)力的作用影響下,局部結(jié)構(gòu)的不連續(xù)處或開孔接管周圍等化工設(shè)備壓力容器的局部區(qū)域,而其中金屬晶粒受到的力最大,會(huì)出現(xiàn)滑移現(xiàn)象,進(jìn)而逐步向呈現(xiàn)微小裂紋過度。隨著裂紋兩端逐步的增加和擴(kuò)展,最終所形成的化工壓力設(shè)備,其自身容易疲勞,并且容易受到明顯的破壞。高壓力的局部本身?yè)碛袠O高應(yīng)力。面對(duì)極高應(yīng)力的局部區(qū)域,首先出現(xiàn)疲勞的現(xiàn)象,高應(yīng)力會(huì)引起大應(yīng)變部位的破壞。為此,也可以將其稱為大應(yīng)變疲勞,在目前分析化工壓力設(shè)備容器在使用的過程中發(fā)現(xiàn)其所具有的疲勞破壞特征主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn),即容器變形不明顯;破裂斷口主要存在于疲勞裂紋產(chǎn)生至擴(kuò)展區(qū)和最后斷裂區(qū)的兩個(gè)區(qū)域;化工設(shè)備壓力容器因開裂泄露而失效;化工設(shè)備壓力容器反復(fù)加卸載后更容易產(chǎn)生疲勞破壞。
(4)腐蝕疲勞
共同作用下,進(jìn)而形成的一種全新破壞形式,如果基于材料的腐蝕疲勞這一角度進(jìn)行分析,能發(fā)現(xiàn)其會(huì)導(dǎo)致金屬表面發(fā)生極為明顯的局部破壞,導(dǎo)致金屬產(chǎn)生疲勞裂紋。二是金屬表面的保護(hù)膜,在交變的拉伸應(yīng)力作用下發(fā)生破壞,從而產(chǎn)生表面腐蝕。交變應(yīng)力在破壞保護(hù)膜之后,保護(hù)模無法再次形成,這也會(huì)導(dǎo)致在腐蝕坑中出現(xiàn)沉積,直接影響到氧的擴(kuò)散,導(dǎo)致保護(hù)膜無法在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù),其最終所形成的是一種惡性循環(huán)。然而腐蝕坑的底部,則始終處于一種相對(duì)較為活躍的活性狀態(tài),易形成腐蝕電池的陽(yáng)極,最終在交變應(yīng)力與腐蝕的雙重作用下,裂紋會(huì)不斷的發(fā)展,直到最終金屬呈現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象。
(5)應(yīng)力腐蝕
在分析應(yīng)力腐蝕時(shí),考慮到應(yīng)力腐蝕主要是指拉伸應(yīng)力與金屬腐蝕介質(zhì)聯(lián)合作用,進(jìn)而形成一種獨(dú)特的破壞形式。當(dāng)化工壓力容器出現(xiàn)金屬應(yīng)力腐蝕這一現(xiàn)象后,由于應(yīng)力腐蝕兩個(gè)不同的作用因素,處于一種相互促進(jìn)的狀態(tài),其中腐蝕會(huì)直接減少金屬本身的有效截面積,并且在金屬的表面漸漸形成一個(gè)缺口,促使其應(yīng)力更加集中。同時(shí)也需要考慮到基于預(yù)應(yīng)力的作用下,腐蝕的進(jìn)度會(huì)漸漸的被加速,基礎(chǔ)造成的結(jié)果就是金屬表面的缺口會(huì)越來越大,直到最后的斷裂。
(6)脆性破裂
脆性破裂是指未顯著塑性變形的斷裂,脆性破裂的容器部位常有碎片飛出,并呈現(xiàn)出碎塊狀;通常在低溫狀況下發(fā)生破裂事故;中低強(qiáng)度制造的厚壁容器與高強(qiáng)度鋼制的壓力容器上,更容易發(fā)生脆性斷裂。
(7)氫腐蝕破裂
由于大部分的工業(yè)設(shè)備,其壓力容器在制作和使用的過程中均屬處在高溫、高壓的情況下。為此,鋼的表面會(huì)吸附大量的氫分子。而氫分子會(huì)漸漸的分解成為氫離子或原子,導(dǎo)致在鋼表面層出現(xiàn)固溶現(xiàn)象,甚至?xí)蜾搩?nèi)擴(kuò)散,并通過氫腐蝕與氫脆等形式,不斷破壞鋼的性能。從氫腐蝕入手分析,氫離子或原子擴(kuò)散到鋼內(nèi),會(huì)結(jié)合成氫分子,部分會(huì)與非金屬夾雜物或碳及碳化物產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),生成不容易溶解的氣體生成物。而生成物再晶界原有的微小縫隙中會(huì)漸漸的聚積,進(jìn)而逐步形成局部高壓以及用力集中,促使晶界逐步變寬,并且產(chǎn)生一定的微裂紋,而鋼的機(jī)械性能也在這一階段漸漸地被弱化。
(8)蠕變
金屬容器在外部溫度與應(yīng)力作用的持續(xù)性變化影響下,經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間累計(jì)極易引起器壁的破損。蠕變與塑性變形不同,溫度是蠕變的重要影響因素,高溫會(huì)弱化金屬材料的剛性。除此之外,產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力會(huì)逐步弱化壓力容器的性能與質(zhì)量,從而促使其出現(xiàn)損壞的現(xiàn)象。
3.壓力容器破壞事故的分析方法
壓力容器發(fā)生事故的幾率大,一旦發(fā)生惡性事件,會(huì)引起停工停產(chǎn),腐蝕作用等屬于工業(yè)設(shè)備壓力容器事故的直接原因,而壓力容器設(shè)備治理混亂與技術(shù)檔案資料不完整、安全生產(chǎn)職責(zé)落實(shí)不到位、安全生產(chǎn)整改監(jiān)視檢查不足等要素,是引起容器事故的間接原因。除了需要通過簡(jiǎn)單的調(diào)查分析之外,還需要提供檢驗(yàn)容器是否具有斷裂,其破裂處的斷口又是一種怎樣的狀態(tài),容器的理化性能。要想真正找到事故發(fā)生的原因,必要時(shí)可進(jìn)行容器破壞性的模擬試驗(yàn)等。在技術(shù)檢驗(yàn)與事故調(diào)查的同時(shí),制定針對(duì)性的處理和預(yù)防措施。
4.壓力容器破壞的預(yù)防措施
定期檢驗(yàn)與預(yù)防化工設(shè)備壓力容器發(fā)生破壞的意義,是及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在與潛在的設(shè)備缺陷和隱患,查清容器的安全狀況,消除與監(jiān)控各種危險(xiǎn)因素,降低化工設(shè)備壓力容器發(fā)生事故的幾率,促使壓力容器能夠安全運(yùn)行。
(1)預(yù)防疲勞性破損
疲勞破損是典型的壓力容器破壞,預(yù)防出現(xiàn)疲勞破損的措施,是避免工業(yè)設(shè)備壓力容器的長(zhǎng)期超負(fù)荷操作。工業(yè)設(shè)備壓力容器承受的作用力局限,需適當(dāng)減輕容器的加壓,以此控制壓力容器的損壞可能性。
(2)預(yù)防韌性變形與脆性損壞
根據(jù)運(yùn)行工況等實(shí)際,合理選擇容器制備的強(qiáng)度材料,避免出現(xiàn)韌性變形與脆性破壞。針對(duì)于出現(xiàn)變形的工業(yè)設(shè)備壓力容器,除非是輕微的局部凹陷,其它的變形需停止容器的繼續(xù)使用。工業(yè)設(shè)備壓力容器發(fā)生變形后,容器壁厚會(huì)變薄,變形材料的耐腐蝕性與韌性隨之弱化。針對(duì)于輕微的鼓包與面積較小與對(duì)其它部位影響小和容器材料有較好焊性的工業(yè)設(shè)備壓力容器,可挖去鼓包部位后,補(bǔ)焊相同的材料與形狀板塊,同時(shí)檢驗(yàn)焊縫質(zhì)量。
(3)預(yù)防腐蝕性破壞
在制作工業(yè)設(shè)備壓力容器時(shí),建議選擇高品質(zhì)的金屬材料,降低體內(nèi)雜質(zhì)的含量,以確保工業(yè)設(shè)備壓力容器的耐腐蝕性達(dá)標(biāo)?;て髽I(yè)在壓力容器的投入使用前,建議在器壁內(nèi)安裝阻隔材料,避免容器壁直接接觸有腐蝕性的化學(xué)物質(zhì)。使用完畢后及時(shí)清理,做好工業(yè)設(shè)備壓力容器的檢查養(yǎng)護(hù)工作,及時(shí)發(fā)現(xiàn)與替換處理出現(xiàn)裂縫的壓力容器。從防腐作業(yè)入手分析,可有效解決工業(yè)設(shè)備壓力容器的表面腐蝕現(xiàn)象,表面防腐以表面噴砂和表面噴劑的兩種方案為主,在表面防腐作業(yè)前,需利用噴砂機(jī)去除表面鋼材上的銹跡與氧化物等預(yù)處理操作,確保表面干凈清潔無異物后,再合理調(diào)配防腐劑,嚴(yán)格控制調(diào)配的比例。防腐作業(yè)步驟與方法,需嚴(yán)格按照國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。
(4)預(yù)防蠕變
壓力容器的蠕變問題,主要受高溫環(huán)境與應(yīng)力作用的影響。因此,要想高效解決蠕變破裂問題,需避免應(yīng)力作用與高溫條件同時(shí)出現(xiàn)在容器內(nèi)。要想規(guī)避蠕變的影響因素,首先需定期檢查維護(hù)。其次,及時(shí)替換處理?yè)p壞的工業(yè)設(shè)備壓力容器,避免蠕變問題逐步擴(kuò)張。最后,加強(qiáng)對(duì)工業(yè)設(shè)備壓力容器自身品質(zhì)的控制,制定完善的工業(yè)設(shè)備壓力容器采購(gòu)計(jì)劃,引進(jìn)高質(zhì)量的工業(yè)設(shè)備壓力容器,降低安全事故發(fā)生率,延長(zhǎng)工業(yè)設(shè)備壓力容器的使用壽命[2]。
5.壓力容器破壞的質(zhì)量控制
(1)制造前的質(zhì)量檢驗(yàn)
首先,嚴(yán)格審查施工圖紙。圖紙是壓力容器投入生產(chǎn)的技術(shù)參考和重要依據(jù)。因此,應(yīng)當(dāng)加大審查工業(yè)設(shè)備壓力容器設(shè)計(jì)圖的力度,確保其符合我國(guó)現(xiàn)行的規(guī)范要求和制造標(biāo)準(zhǔn)及制造條件等。其次,加工工藝流程的合理編制。壓力容器的生產(chǎn)流程與制造工藝,需嚴(yán)格依據(jù)相應(yīng)的工藝流程進(jìn)行。統(tǒng)一編制批量生產(chǎn)的壓力容器的加工工藝,以提高生產(chǎn)效率,促使加工流程有序?qū)嵤?。?yīng)用新技術(shù)與新工藝和新材料的容器,圍繞加工需求合理制定工藝流程。最后,加強(qiáng)對(duì)原材料的質(zhì)量檢驗(yàn)。要求工藝設(shè)備壓力容器選用的材料達(dá)標(biāo),符合加工工藝與生產(chǎn)條件的要求。生產(chǎn)企業(yè)需盡快完善監(jiān)管體制和制度,加大集中監(jiān)管化工設(shè)備壓力容器材料質(zhì)量的力度。
(2)控制焊接質(zhì)量
首先,從焊接材料的質(zhì)量控制入手分析。焊接材料的管理控制環(huán)節(jié)較多,涉及采購(gòu)與驗(yàn)收和復(fù)驗(yàn)及烘干與發(fā)放等控制點(diǎn)。嚴(yán)格按照壓力容器材料的規(guī)定選用焊接材料,要求焊接材料的質(zhì)量符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定。其次,從焊接工藝控制入手分析。要求焊工具備焊工合格證件,能夠得心應(yīng)手的展開焊接工作。嚴(yán)格按照焊接工藝書或焊接工藝卡施焊。壓力容器施焊前,合理編制焊接工藝方案,方案內(nèi)容涉及坡口形式與焊接方法選定、焊接材料、無損檢測(cè)等內(nèi)容。要想確保工藝的貫徹執(zhí)行與焊縫的質(zhì)量,要求責(zé)任工程師加強(qiáng)對(duì)工藝規(guī)程執(zhí)行情況的監(jiān)督,嚴(yán)格控制焊接順序和焊前預(yù)熱及焊材選擇等細(xì)節(jié)問題。加強(qiáng)焊縫檢驗(yàn),包括無損探傷檢驗(yàn)與外觀檢驗(yàn),本著引進(jìn)來與走出去的原則,引用先進(jìn)的探傷方法與技術(shù)設(shè)備,避免出現(xiàn)誤判等情況,以提高工業(yè)設(shè)備壓力容器的整體質(zhì)量。
(3)加強(qiáng)設(shè)備的質(zhì)量控制
化工設(shè)備壓力容器在生產(chǎn)與投入使用中的安全隱患問題不能忽視,化工設(shè)備壓力容器屬于危設(shè)備,在使用中需加強(qiáng)對(duì)容器的質(zhì)量控制,并將質(zhì)量控制的理念與制定和措施,貫穿容器使用的各環(huán)節(jié)。在制定質(zhì)量控制制度前,廣泛收集工作人員的意見想法,促使質(zhì)量控制更貼近于化工設(shè)備壓力容器應(yīng)用的實(shí)際情況。為提高質(zhì)量控制的有效性,建立完善的自我檢查流程與互相檢驗(yàn)程序,引入精細(xì)化與流程管理等現(xiàn)代化的管理手段,及時(shí)發(fā)現(xiàn)與處理化工設(shè)備壓力容器的裂紋等破壞因素。化工企業(yè)需強(qiáng)化壓力容器事故的預(yù)防觀念,根據(jù)化工設(shè)備壓力容器的使用情況,建立完善的監(jiān)測(cè)使用體系,將容器事故的可能性降到最低。根據(jù)監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量問題,采取針對(duì)性的措施進(jìn)行維護(hù)處理,實(shí)現(xiàn)資源的整合優(yōu)化與高效利用。
(4)提供人才保障
化工企業(yè)應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)完善人才培養(yǎng)考核機(jī)制,要求工作人員深入了解化工設(shè)備壓力容器的運(yùn)行原理和結(jié)構(gòu)體系及技術(shù)參數(shù)等內(nèi)容,將其從傳統(tǒng)的工作模式與態(tài)度及觀念中脫離出來,加強(qiáng)對(duì)化工設(shè)備壓力容器安全運(yùn)行的重視。輔助監(jiān)測(cè)化工設(shè)備壓力容器的使用情況,及時(shí)發(fā)現(xiàn)與處理各種質(zhì)量問題,為化工設(shè)備壓力容器破壞問題的管理方案完善獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策。尤其是化工設(shè)備壓力容器安全狀況的檢查與試驗(yàn)人員,需了解《壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》等法規(guī)的內(nèi)容,定期檢驗(yàn)化工設(shè)備壓力容器,并熟練掌握水壓試驗(yàn)和內(nèi)外部檢驗(yàn)及外部檢驗(yàn)等方法。
(5)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)危險(xiǎn)因素
提高工作人員的信息素養(yǎng),靈活操作檢驗(yàn)系統(tǒng),建立數(shù)據(jù)庫(kù),將化工設(shè)備壓力容器在運(yùn)行中常出現(xiàn)的破壞形式及原因和危險(xiǎn)因素及處理等內(nèi)容,整理到數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi),為信息技術(shù)智能與自動(dòng)監(jiān)測(cè)化工設(shè)備壓力容器的破壞情況和安全事故等質(zhì)量問題奠定基礎(chǔ)[3]。如化工設(shè)備壓力容器部件損害的原因,或是熱應(yīng)力與交變的溫度引起的疲勞裂紋;因高溫蠕變使部件產(chǎn)生裂紋或塑性變形;壓力波動(dòng)或頻繁加卸壓導(dǎo)致的低周疲勞損害和低周疲勞裂紋;長(zhǎng)期高溫導(dǎo)致鋼材組織惡化,包括熱脆與石墨化及珠光體球化等,逐步弱化鋼材的機(jī)械性能等。檢驗(yàn)人員將這些部件損壞的危險(xiǎn)因素,整理并歸置于數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi),為后續(xù)化工設(shè)備壓力容器破壞的預(yù)防工作展開提供價(jià)值參照,促使質(zhì)量控制與預(yù)防方案,更具有針對(duì)性和有效性及可行性,這也對(duì)工作人員的職業(yè)素養(yǎng)和業(yè)務(wù)能力提出了更高要求。
6.總結(jié)
在化工工業(yè)中,工業(yè)設(shè)備壓力容器惡性事故的危害與影響不能忽視。要求工作人員提高對(duì)壓力容器使用的認(rèn)知度,嚴(yán)格按照規(guī)定要求,加強(qiáng)對(duì)密封質(zhì)量與容器破裂危險(xiǎn)因素的控制,同時(shí)提升容器的生產(chǎn)技術(shù)及管理技術(shù)水平,確保容器的安全性能,有效預(yù)防壓力容器破裂的情況發(fā)生。
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作者:紀(jì)賢炎 單位:福建眾和利達(dá)化工裝備有限公司