压力容器的安全评价

压力容器的安全评价

作者：郭一欣锋蒋绍英杜泉

来源：《大东方》2017年第02期

摘要：随着工业技术的发展，压力容器越来越多地出现在化工石油以及能源等工业领域，推动了工业的发展，同时也是一种极易发生重大事故的特殊设备。所以开展压力容器的安全评价非常必要。本文对压力容器的安全评价的必要性、安全评价方法进行介绍，并分析了压力容器缺陷与失效方面的问题。

关键词：压力容器；安全评价；必要性；失效分析；缺陷

一、压力容器安全评价的必要性

随着科技与社会经济的进步，各种先进设备在我们的生活中发挥着重要作用，与此同时这些设备也易发生事故，对我们的生活造成威胁。压力容器就是其中的一种，而且多用于石油化工行业，所以一般由压力容器引发的事故带来的灾害比较严重，因为压力容器事故引发的二次事故难以遏制。[1]

压力容器的工作条件恶劣，容易发生事故。压力容器的工作介质常常具有较强的腐蚀性、氧化性；压力容器通常需要开孔或有其他结构，容易产生复杂的局部应力，可能导致承压部件破裂；压力容器的压力可能由于操作失误超出其承受范围；压力容器多采用钢制焊接结构，在焊缝部位常出现漏检或标准允许缺陷，在使用过程中，压力容器不便停用检查，常因缺陷扩展导致破裂。[2]所以压力容器的安全评价应引起人们的重视。

二、压力容器安全评价方面的法律、法规和标准体系

目前，世界各国都结合本国实际情况和管理要求，制订了适合本国国情的法律、法规和标准体系。我国结合我国国情制订了从法律（《中华人民共和国特种设备安全法（草案）》）、法规、规章（管理规定、办法）、综合技术法规至技术标准的完整体系，并不断的改进、完善。[3]我国先后制订了《特种设备安全检查条例》、《压力容器安全技术监察规程》、

GB150-1998《钢制压力容器》、GB151-1999《管壳式换热器》等法规和技术标准。[4]其中，《炼油厂腐蚀在线监测管理系统》已经在我国多数石油化工企业进行广泛使用。[5]

三、评价目的与意义

压力容器广泛用于电力、机械、石油化工、冶金、轻工、采矿以及核电等，渗透在工业和社会生活的各个领域，但是由于其承压大小、局部应力、恶劣的工作环境以及接触腐蚀性介质等因素的共同作用，压力容器易发生事故，且事故造成的后果不仅是设备报废，严重地危及工作人员与工厂，甚至对周围环境产生恶劣的影响。通过对压力容器的安全评价，可降低事故发生的概率，减少损失，提高设备的安全可靠性与企业的经济效益。[6]

四、评价方法

世界各国陆续开展了含缺陷结构完整性评定方法的研究。目前，国内外科学家对各种金属在腐蚀环境下的断裂失效进行了多方面的研究，取得了丰硕的成果。我国在1984年出台了我国的压力容器缺陷评定技术标准（CVDA-1984）。该标准归纳总结了国内外研究比较完善的方法理论。[7]由线弹性断裂力学发展到今天的弹塑性断裂力学已日益完善，其中J积分理论显示出最有发展前途。我国在1995年颁布了以J积分为基础的《在役含缺陷压力容器安全评定规程》（SAPV-1995），SAPV-1995既有CVDA-1984的优点，又对平面缺陷有了进一步准确的评定。结合CVDA-1984 与SAPV-1995的优点，我国在2004年正式发布了GB/T19624-2004《在用含缺陷压力容器安全评定》。[8]

五、缺陷分析

目前，我国石化企业里面的压力容器普遍存在超期服役的现象，均匀腐蚀与局部腐蚀的比例偏高，凹坑与局部偏薄较多，主要失效形式由塑性极限荷载控制的。凹坑和局部偏薄不易发生改变，是死缺陷，但是容易被检测到，危害较小。在使用中产生的凹坑不易控制，而且由于容器内介质一般具有腐蚀性以及介质的冲刷，凹坑和局部偏薄不易检测与控制，是活缺陷，需要定期检测。[7]

检查到压力容器存在缺陷后，应对压力容器进行常规力学性能参数和韧性参数进行实验测量，建立材料性能参数数据库；对在役压力容器进行有限元分析，测定其应力分布状态；运用无损探伤技术确定缺陷的位置、大小以及类型；依据BS7910标准，运用VB编制缺陷评定专家系统，并将之前得到的数据和参数嵌在专家系统里。随着数据库的不断完善，其适用范围也不断夸大。[9]对于具有缺陷的压力容器进行立即停机返修或报废的措施，但是返修会降低材料的性能，需再次进行评价。

六、失效分析

失效是指设备零件损坏或其他结构破坏而不能发挥其设计功能。如断裂、表面破坏、塑性变形、均匀或局部腐蚀等。失效形式根据材料发生变化的物理化学过程可分为变形失效、断裂失效、腐蚀失效、磨损失效以及泄露失效等。[10]压力容器的失效分析内容一般包括失效诊断、失效预测以及失效预防。失效预防预测是事故发生前进行的，失效诊断是事故发生后进行的。失效诊断是压力容器安全评价的核心内容。[6]在失效诊断前需保护失效现场并调查失效现场，然后对收集到的资料进行分析诊断。

七、结语与展望

压力容器是具有泄露和爆炸的承压设备，同时也广泛运用于工业生产和社会生活各个领域。一旦发生事故，直接影响设备的安全运行与工作人员的生命安全，其带来的直接损失和间接损失不可估量。压力容器的安全评价，尤其是在役压力容器的安全评价尤为困难。但是我

国经济迅速发展，需要我们迫切完成此项任务。由于压力容器在工业生产中的重要地位，对其研究将逐步加深，随着数学、断裂力学、计算机的发展，压力容器的安全评价将逐渐智能化。

[11]为了满足人们对科学发展的需要，在压力容器安全评价方面还需要引入更多先进的科学技术，这对压力容器的发展具有重要意义。

参考文献

[1]孙立哲.简析锅炉压力容器安全评价研究能源与节能 2013年5月）

[2]谢世波，覃雄，压力容器失效分析，民营科技，2011年第一期

[3]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压力容器第29卷第12期

[4]豆怀鹏，高晓云压力容器的安全技术管理当代化工 2013年3月第42卷第3期

[5]孙立国，压力容器与压力管道的安全管理措施化工管理 2015年3月

[6]张光翔压力容器失效分析与安全评定技术现状与展望工作探讨 2008年2月第9期

（作者单位：1.武汉科技大学理学院，2.武汉科技大学资源与环境工程学院）