压力容器缺陷的处理

压力容器缺陷的处理
第一部分在用压力容器定期检验
一、检验目的
压力容器是一种广泛使用且具有爆炸危险的特种设备。

它承担着一定的压力、温度，且盛装的多是易燃、易爆、有毒的介质。

在使用中尽管没有运转机械那样的剧烈磨损、震动或高周次疲劳，但其工作条件十分恶劣，在使用中损坏的可能性专门大。

这是因为：（1）容器使用温度、压力的波动或频繁加载、卸压、使器壁受到较大的交变应力，因此在结构不连续部位（如焊接缺陷部位等应力集中处）会引起疲劳裂纹；
（2）腐蚀介质使器壁减薄，造成受压时容器薄膜应力加大，或由于晶间腐蚀使材料的塑性、韧性变差；
（3）部分容器的器壁长期在高温下承担压力载荷的作用，材料会发生蠕变；
（4）用碳素钢、一般低合金钢等制造低温容器时，因这类钢材的韧性在低温下会大大降低，有脆性破裂的可能；
（5）由于容器的支座、管道等安装不当或受震动造成容器附加应力增大；
（6）压力容器停用时爱护保养不当，器壁内外部都将受到腐蚀，而且腐蚀速度又往往比使用时更快；
（7）压力容器由于结构不合理或制造缘故存在着一些缺陷，这些缺陷有可能在使用中不断进展。

由于上述种种因素，即使是一台设计、制造质量符合规范的容器，投用以后随着时刻的延长，也会不断产生如此或那样的缺陷。

因此，必须对每台容器进行定期检验，以便通过检验，及早发觉缺陷，及时排除，确保压力容器安全运行，防止事故发生。

二、压力容器的定期检验分类
容器的定期检验分为外部检验、内外部检验和耐压试验。

1.压力容器的定期检验期限
（1）外部检查：是指在压力容器运行中的定期在线检查，每年至少一次；外部检查可由检验单位的资格的压力容器检验员进行，也可由特种设备安全监督治理部门认可的使用单位压力容器专业人员进行。

（2）内外部检验：是指在压力容器停机时的检验。

其期限分为：安全状况等级为1～2级的，每隔6年至少1次；安全状况等级为3级的，每隔3年至少1次。

内外部检验应由检验单位有检验资格的压力容器检验员进行。

（3）耐压试验：指压力容器停机检验时所进行的超过最高工作压力的液压试验或气压试验。

对固定式压力容器每两次内外部检验期间内至少进行一次耐压试验，对移动式压力容器每6年进行1次耐压试验。

2.投用后首次内外部检验周期一样为3年，以后的内外部检验周期，由检验单位依照前次内外部检验情形与使用单位协商确定，并报当地特种设备安全监督治理部门备案，有下列情形之一的压力容器内外部检验期限应适当缩短
（1）介质对压力容器材料的腐蚀情形不明，介质对材料的腐蚀速率大于0.25mm/a，以及设计者所确定的腐蚀数据与实际不符的；
（2）材料表面质量差或内部有缺陷、材料焊接性能不行，在制造时曾多次返修的；
（3）搪玻璃设备；
（4）使用条件恶劣的或介质中硫化氢及硫元素含量较高的（一样指大于100mg/L时）；
（5）使用周期已超过20年，经技术鉴定后或由检验员确认按正常检验周期不能保证安
（6）停止使用时刻超过两年的（不包括修理、改造时刻）；
（7）经常改变使用介质的；
（8）经缺陷安全评定合格后连续使用的；
（9）球形储罐（σb≥540MPa材料制造的，投用1年后应开罐检验）；
（10）介质为液化石油气且有氢鼓包等应力腐蚀倾向的，每年或依照需要进行内外部检验；
3.安全状况等级1～2的压力容器，有下列情形之一时内外部检验期限可适当延长
（1）非金属衬里完好的，其检验周期可延长，但不超过9年；
（2）介质对材料腐蚀速率低于0.1mm/a（实测数据）、有可靠的耐腐蚀金属衬里（复合钢板）或热喷涂金属（铝粉或不锈钢粉）涂层的压力容器，并通过一至二次内外部检验，确认腐蚀轻微或衬里完好的，检验周期可延长，但不超过12年。

（3）装有触媒的反应容器及装有充填特的大型压力容器，其检验周期依照设计图样和实际使用情形，由使用单位和检验单位协商确定，报当地安全监察机构备案。

4.有下列情形之一的压力容器，内外部检验合格后必须进行耐压试验
（1）用焊接方法修理或更换要紧受压元件的；
（2）改变使用条件且超过原设计参数并经强度校核合格的；
（3）需更换衬里的（重新更换衬里前）；
（4）停止使用两年重新使用的；
（5）使用单位从外单位拆来新安装的或本单位内部移装的；
（6）使用单位对压力容器的安全性能有怀疑的。

设计图样注明无法进行内外部检验或耐压试验的压力容器，由使用单位提出申请，直辖市特种设备安全监督治理部门审查同意后报省级特种设备安全监察部门备案。

因情形专门不能按期进行内外部检验或耐压试验的压力容器，由使用单位提出申请，经单位技术负责人批准，征得原设计单位和检验单位同意，向办理压力容器使用登记的特种设备安全监督治理部门备案后，方可推迟或免除。

对无法进行内外部检验和耐压试验或不能按期进行内外部检验和耐压试验的压力容器，均应制定可靠的监护措施和抢险措施，如因监护措施不落实显现问题，应由使用单位负责。

三、在用压力容器内外部检验前应符合的条件
（1）必须将容器内部介质排除洁净，用盲板隔断所有液体、气体或蒸汽的来源，设置明显的隔离标志，并切断有关电源。

（2）具有易燃、助燃、毒性或窒息性介质的，必须进行置换、中和、消毒、清洗，并取样分析，分析结果应达到有关规范、标准的规定。

人孔和检查孔打开后，必须注意清除所有可能滞留的易燃、有毒、有害气体。

压力容器内部空间的气体含氧量应在18～23%（体积比）之间。

必要时，还应配备通风、安全抢救等设施。

具有易燃介质的压力容器，严禁用空气置换。

（3）能够转动的或其中有可动部件的压力容器，应锁住开关，固定牢靠。

（4）需要进行检验的容器表面，专门是腐蚀部位和可能产生裂纹缺陷部位，应完全清扫洁净。

（5）检验用灯具和工具的电源电压，应符合GB 3805《安全电压》的规定。

（6）内部检验时，应有专人监护，并有可靠的联络措施。

四、在用压力容器一样常用检验方法
1.宏观检验：目视检验、锤击检验、量具检验、内窥镜检查
3.理化检验：化学成分分析、光谱分析、硬度测定、金相检验
4.无损检测：表面探伤：磁粉探伤、渗透探伤；
内部探伤：超声波探伤、射线探伤（γ射线、X射线）
5.声发射检验
6.应力测定
7.压力试验：耐压试验：液压试验、气压试验
致密性试验：气密性试验、渗漏试验
五、检验结论
在用压力容器经检验后，检验单位一样应在容器投入使用前，将检验报告送给使用单位。

其检验结论至少应包括以下几个方面内容：
（1）容器安全状况等级；
（2）容器承诺连续使用的参数（如：压力、温度、介质）；
（3）连续使用至下一个检验周期的时刻；
（4）监控使用的限制性条件（含安全附件）；
（5）判废的依据；
（6）检验员及审核人员的签字和检验单位的印章等；
（7）其他（如检验单位法人、检验范畴、检验许可证号）。

依照《特种设备安全监察条例》规定，特种设备检验、检测机构，应当依照本条例规定，进行检验、检测工作，对其检验结果、鉴定结论承担法律责任。

《条例》还规定，未经定期检验或者检验不合格的特种设备，不得连续使用。

第二部分在用压力容器修理技术
一、压力容器缺陷的处理方法
(一)裂纹的处理方法
1.器壁母材上的裂纹
(1)表面及近表面的裂纹
用圆弧过渡的打磨方法排除，然后用磁粉探伤检验和复验。

(2)内部裂纹
先用超声波探伤找出裂纹位置，再用射线探伤找出裂纹的实体图形，然后采纳截断法或挖补法来处理这一裂纹。

截断法处理：适用于单一线状裂纹。

其处理过程如下：对裂纹部位作表面清理和打磨，直至露出裂纹→用磁粉或着色或射线探伤或放大镜判定裂纹的走向、并找出裂纹的两个尖端→在沿裂纹延伸走向距尖端约40～50mm处，各钻一个“截止孔”，当器壁厚≤16mm时，孔径为6～8mm，厚度＞16mm时，先钻6～8mm的孔，然后再扩大→焊补。

挖补法处理：常用于星状裂纹和分枝状裂纹的处理。

其处理过程如下：找裂纹所在区域，用气割挖出裂纹，所割面积比原裂纹面积每边大40～50mm,→补以新板，或将有裂纹的那块板整体换掉。

2.热阻碍区裂纹
一样用打磨法排除，并用磁粉或着色探伤确认已无裂纹为止。

3.焊缝区裂纹
用射线或超声波探伤找出裂纹的尖端→用截断法在裂纹两端钻截止孔，孔深稍大于裂纹深度→铲去整条裂纹，修磨成合适的坡口→用射线探伤验证裂纹已完全挖尽→焊补。

(二)其它焊接缺陷的处理方法
在焊接过程中，一经发觉，即铲除重焊。

2.未焊透
超标缺陷铲除重焊，双面焊时可铲至一面露出焊根后焊补。

3.夹渣
超标缺陷铲除重焊。

4.气孔
(1)内部气孔——超标缺陷铲除重焊。

(2)表面气孔——用砂轮打磨除去，并用磁粉探伤或着色探伤验证已不存在表面气孔，然后焊补。

5.咬边
焊补。

6.焊瘤
铲去重焊；
7.烧穿
(1)单面焊时的烧穿，铲去缺陷，重新焊接。

(2)双面焊时的烧穿，在背面铲除缺陷后，重焊。

8.弧坑
铲除后焊补。

9.焊缝外形、尺寸不符合要求
焊缝加强高过高或过宽，可用砂轮打磨；焊缝加强高过低，应清理表面，然后焊补。

(三)其它缺陷的处理方法
1.分层缺陷
这类缺陷属于材料原有的缺陷，发觉后，应更换整块材料。

2.表面张口型缺陷
这类缺陷有，表面裂纹，咬边，表面气孔、未焊透、划痕和重皮裂纹等乙其中后二者的处理方法如下：
(1)划痕
这类缺陷有①压力容器服役前器壁内外表面上已存在的划痕；②装有内件的容器筒体器壁内表面上因装配或检修而造成的划痕；③容器密封面上的划痕。

对①和②两种划痕：如其深度未超过材料厚度承诺的负偏差值之半时，可不作处理；如其深度超过材料厚度承诺的负偏差值之半时，一样采纳圆弧过渡打磨法，打磨深度不应超过材料厚度的承诺的负偏差值，且应保证器壁在强度方面所要求的最小厚度，如打磨后，器壁厚度减薄过多时：可用砂轮或其它工具，将缺陷区修磨成V形或U形的坡口状，然后在坡口内堆焊，堆焊后，应对表面修磨，使形状与原图样要求接近，并进行磁粉或着色探伤。

对③所述的划痕，着眼于密封性，一样采纳研磨法以保证密封面光滑或平坦。

(2)重皮裂纹
高压管道采纳磁粉探伤发觉重皮裂纹，其处理方法同器壁上的表面裂纹。

3.冲刷缺陷
这类缺陷常发生在容器入口对侧的壁面，由于液体或气体介质长期而定点冲刷，壁厚减薄，多见于中、低压容器中。

处理时先测量壁厚，然后按下述二种情形进行处理：
(1)剩余壁厚值尚能满足强度安全要求时，暂不处理。

(2)剩余壁厚值已不能满足强度安全要求时，关于第一类压力容器，如冲刷部位面积小于φ20mm而最薄剩余厚度不小于4mm时，可用堆焊处理，如冲刷部位面积大于φ20mm而最
薄剩余厚度大于原厚度的40%时，也可堆焊处理；如冲刷部位面积可大可小而最薄剩余厚度小于上述两种情形的数值或设计壁厚小于10mm的容器时，均应采纳挖补处理。

关于第二类容器，如冲刷部位面积小于φ120mm而剩余壁厚不小于原厚度的40%时，可用堆焊处理，如冲刷部位面积大于φ120mm而剩余壁厚大于原厚度的50%时，可用堆焊处理，如冲刷面积可大可小而剩余厚度小于前述二情形时，采纳挖补处理。

4.腐蚀缺陷
注：金属腐蚀分类
①按腐蚀机理分：化学腐蚀、电化学腐蚀
②按腐蚀环境分：介质腐蚀、海水腐蚀、土壤腐蚀
③按腐蚀破坏形状分：
平均腐蚀（全面腐蚀）
局部腐蚀：电偶腐蚀、孔蚀、选择性腐蚀、磨损腐蚀、缝隙腐蚀等
晶间腐蚀
断裂腐蚀：应力腐蚀、疲劳腐蚀等
氢损害：氢鼓包、氢脆、脱碳、渗碳、氢腐蚀等
(1)点状腐蚀
下列3种情形，属于轻微者，可暂不处理：
①面积较大的麻点腐蚀区，但无裂纹。

②分散的腐蚀坑点，其最大腐蚀深度尚未超过容器强度运算所需壁厚值(不包括腐蚀裕度的运算厚度)的一半。

③在分散的点蚀区内，不存在严峻的链状点蚀，
(2)单个表皮下腐蚀缺陷和面积不大于φ40mm的个别凹坑腐蚀缺陷，有3种处理方法：
①较浅时，可暂不处理。

②较深时，可采纳打磨法，但壁厚在打磨后应满足强度要求。

③如打磨后不能满足强度要求，应用堆焊处理。

(3)单个面积不大于φ40mm的几个较大的凹坑缺陷同时存在时，有二种情形：
①相邻两缺陷间距大于120mm时，可按个别凹坑腐蚀缺陷处理。

②相邻两缺陷间距小于120mm而大于50mm，且腐蚀深度未超过器壁原厚度的60%时，可用堆焊处理。

(4)局部腐蚀缺陷
其深度不阻碍强度要求而画积较大(如大面积斑点或溃疡性腐蚀)时，可用金属喷镀处理。

(5)局部平均腐蚀缺陷
可按下列3种情形处理，
①腐蚀面积可大可小，只要缺陷深度不超过器壁原厚度的40%，可用堆焊处理。

②几块平均腐蚀的缺陷同时存在，单块面积不大于50*50mm2，且相邻两块腐蚀区间距大于50mm，缺陷深度不超过器壁原厚度的60%时，可用堆焊处理。

③腐蚀片过多或分布过广时，可采纳挖补处理或对有缺陷的筒节或简体更换处理。

(6)全面平均腐蚀缺陷
它是腐蚀缺陷中危险性最小的一种。

一样只作防腐措施，不作其它处理。

(7)晶间腐蚀缺陷
属于最危险的缺陷之一，关于这种缺陷，要紧采纳预防措施，否则产生了这种缺陷，只能整体更换。

5.变形缺陷
(1)较严峻的局部凹陷和鼓疱等壳体变形缺陷，不宜连续服役。

(2)轻微的局部凹陷和鼓疱等壳体变形缺陷，变形面积不大，它的存在对壳体整个受力情形或容器其它区域可不能有阻碍，且容器材料可焊性较好的情形下，可用挖补处理。

这种变形所在区域如下：
①壳体上某一局部区域因外物顶碰而形成的表面凹坑，即硬伤区。

②壳体上某一局部区域因局部片状腐蚀使壁厚显著减薄，在压力作用下，壳体在该区向外凸起，即局部腐蚀区鼓疱。

③壳体上某一局部区域因结构缘故或局部温度过高，使该区机械性能急剧下降而产生区域性变形，即局部小面积过热区鼓疱。

三、压力容器的修理技术
（一）修理原则
（1）对压力容器实施修理的单位必须有相应资格，即修理单位应经省级以上特种设备安全监督治理部门许可。

（2）容器修理前应先认真检查缺陷的性质、特点、范畴及产生的缘故。

（3）对压力容器的焊补、挖补、更换筒节及热处理等技术要求，均应按现行技术规范和制造技术文件制定具体施工方案。

方案应经原设计单位或具备相应资格的设计单位同意，并书面告知当地特种设备监督治理部门后方可施工。

（4）压力容器受压元件修理时，必须保证其结构和强度满足安全使用的要求。

（5）容器的修理所使用的材料，必须与原设计、制造所选用的材料相适应，即修理用材与容器制造用材相同或者强度级别、焊接性能相近。

修理用材必须有质量证明书。

（6）容器经修理后应经专业的检验单位检验合格。

修理单位应向使用单位提供修理后的图样、施工质量证明文件等技术资料。

（二）修理方法
1.挖补法
（1）补板
①筒体上的挖补板——其形状尽可能采纳圆形或椭圆形；若必须采纳长方形或正方形补板时，补板四角应为圆弧形，且圆弧半径应大于或等于100mm。

②封头上的挖补板——其形状必须采纳圆形或椭圆形，使焊缝呈环状；而且其补板直径不应大于Di的一半（≤0.5Di）。

③补板的最小尺寸——为了分散焊接应力和收缩应力，圆形补板的直径应不小于100mm；方形或长方形补板边长均不应小于250mm。

（2）补板的焊接
采纳双面对接焊或单面焊双面成型。

2.堆焊法
（1）应采纳平焊位置堆焊，以保证堆焊质量。

（2）堆焊面积大于150*150mm2时，应采纳分区堆焊法。

分区可为正方形；也可为三角形。

各分区的焊接次序应尽量隔开和交错，且焊波应互成60°～90°，以幸免由于热应力的过分集中而产生的焊接变形或新的裂纹。

图15—1 分区堆焊法
3.更换法
更换筒节时应按下列规定：
①更换时采纳对接焊。

②两相邻筒节的纵缝应错开，错开间距应大于筒体厚度的3倍，且不小于100mm。

③待更换筒节的纵缝对口错边量应小于筒节厚度的1/10，且不大于3mm。

④环缝对口错边量：当两筒节等厚且厚度≤6mm时，错边量≤筒节厚度的1/4：壁厚为6～10mm时，错边量≤筒节厚度的1/5，壁厚>10mm时，错边量≤筒节厚度的1/10+1mm，但不大于6mm。

当两筒节壁厚不等时，错边量应≤较薄筒节厚度的1/5+较大壁厚与较小壁厚之差值的一半，且不应大于6mm。

4.补板与筒节不等厚的处理
应将厚件边缘平均削薄，使之与薄件平滑相接，削薄长度应大于厚薄件厚度差值的4倍，若厚薄件厚度差值小于薄件厚度的30%，且小于5mm时，则可不削薄，但应将两板厚度的中心线重合，以保证尽可能平滑过渡。

(三)焊补工艺
1.焊补方法的选择
焊补方法的适用场合：
(1)手工电弧焊补法
适用于各种复杂程度的补焊坡口以及各种焊接位置和各种焊接材料，应用最广。

(2)埋弧自动焊补法
可改善焊补处的塑性，常用于较长纵缝和环缝的焊补。

(3)钨极氩弧焊补法
用于被焊材料冷裂倾向大；焊接位置不利于操作，焊补后又不进行热处理的场合。

关于穿透性缺陷，可用作打底焊。

2.焊补坡口的预备
(1)焊补坡口数量的确定
依照下列情形确定：
①缺陷尺寸不大，缺陷数量不多，各缺陷间距较大时，各开单个坡口逐一分别焊补。

②缺陷数量一定，间距小于20～30mm时，合开一个焊补坡口。

③缺陷数量一定，其大小不一且分布不匀，如挖成一条补焊坡口，则形状不规则、局部专门深或局部专门宽时，先将深、宽部位焊补，使之形成一条深，宽平均一致的焊补坡口，然后再完成焊补。

图15-2 挖出的坡口形状复杂时的焊补规则
(d)局部专门宽 (b)局部专门深
图15-3 环缝中缺陷较长，较深时的焊补规则
(a)按缺陷挖成的补焊坡口 (b)应挖出的补焊坡口
④容器的环缝或大接管环形角焊缝中缺陷专门多或专门长时，除挖去缺陷部格外，还需将完好的焊缝也挖去一部分，形成了一条平均的补焊坡口，以减少焊补变形和应力(图15-3)。

(2)对补焊坡口的要求
①所挖制的坡口形状依缺陷性质不同而各异。

②未焊透、气孔和夹渣等类缺陷，对补焊坡口无专门要求。

③穿透性裂纹等类缺陷，可挖制双面补焊坡口，即在一面挖出大半深度，焊补后再挖反面坡口，也可将补焊坡口挖穿，但坡口根部的间隙不能过大，以保证焊补质量。

④焊补层状撕裂缺陷时，应将坡口边与钢板分层线呈某一角度。

(3)挖制补焊坡口的方法
①风枪批铲或机械加工(采纳通用机床或动力头)——适用于厚大的低合金高强度钢压力容器。

②碳弧气刨(气刨前所用的预热温度应不低于该钢种焊接所用的预热温度，气刨后用
砂轮去除增碳层和淬硬层)——适用于缺陷专门大、且受焊补材料的可焊性不专门差的场合。

3.焊补材料的选用
(1)手工电弧焊补
多数采纳原焊接所用的焊条，但如遇到结构复杂、刚性大或坡口较深时，为防止根部裂纹，常采纳强度等级稍低的焊条打底，双面焊补时，也用低强度焊条打底，待一面焊补后，反面铲焊根后再焊补，注意铲焊根时可将低强度打底层全部铲尽。

(2)埋弧焊补
焊补材料同原焊接材料。

(2)钨极氩弧焊补
填充材料接近于母材。

4.焊补规范及热处理
(1)热输入量
尽可能小，致使焊接应力及变形减至最小。

(2)预热温度
低合金高强度钢压力容器焊补时，必须预热。

坡口大而深时，预热温度应高些，容器大接管环形角焊缝的一定部位进行焊补时，为减少热应力，要沿大接管整周预热。

(3)层间温度
操纵层间温度对低合金高强度钢容器在补焊坡口不长的情形下专门有意义。

(4)后热
低合金高强度钢压力容器焊补后或焊补过程因故停顿后，必须赶忙进行后热处理，以去除扩散氢。

后热处理后缓冷。

(5)中间热处理
对结构刚性专门大的部位进行焊补时，需进行中间热处理，以降低焊接应力。

(6)消应力处理
低合金高强度钢压力容器的重要部位和要紧焊缝焊补后，必须进行热处理以排除应力，如焊补部位有多处，则在焊补完毕后，将工件整体进炉消应力处理，如为局部焊补，则用局部热处理。

热处理温度通常不高于原先的焊后消应力处理温度。

捎应力处理的温度为600～680℃。