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压力容器定期检验周期的实践

2022/01/21 阅读:

摘要:压力容器的定期检验是保障设备安全的有效方法。容器壁的腐蚀减薄是一种常见的设备缺陷,也是定期检验中的一项重要内容。不同安全等级压力容器的定期检验周期不同,由于设备使用环境多变、腐蚀的成因复杂,腐蚀规律并不明显。在储气罐的检验中发现,即便是在规定的定期检验周期内,设备壁面也会发生比较严重的腐蚀减薄现象。由此可见,设备的检验周期需要根据实际使用情况适时调整。同时,文章还分析了腐蚀的成因,提出了设备定期检验的建议。

关键词:压力容器;定期检验;检验周期

0引言

压力容器属于特种装备,广泛应用于石化领域。压力容器工作压力高,且部分容器装载的介质是危化品,压力容器的安全问题必须引起重视。压力容器的定检是确保设备安全运行的保障[1-3]。在我国,与压力容器检验相关的法规和标准主要包括《中华人民共和国特种设备安全法》《特种设备安全监察条例》《压力容器定期检验规则》《压力容器安全技术监察规程》(简称《容规》)《钢制压力容器》等。《容规》中对压力容器的安全等级进行了分级,不同等级对应不同定期检验周期。在定期检验中,需要对设备的技术参数、表观、安全附件、注册信息等内容进行审查[4]。设备缺陷的检测技术手段也不断增强[5-7]。腐蚀是一种常见的设备缺陷[8],主要表现是设备壁厚减薄,壁面减薄的速率越快,说明腐蚀越强。尽管法规和标准对容器的分级和检验有详细的规定,但仍需结合设备的实际情况进行调整。本文从实际的压力容器检验出发,对设备腐蚀进行了分析,并对设备的定期检验提出了建议。

1容器壁面腐蚀的检测

1.1容器介绍

检测的容器为在用的储气罐,储存介质为空气,设计压力1.45MPa,设计温度150℃,设计寿命为15年。设备于2013年投入使用,按照《容规》的要求,设备安全等级为2级,规定的定期检验周期为6年。安全等级为3级的容器定期检验周期为3~6年。为了确保设备安全,设备使用公司每3年对设备进行检验,小于规定的定检周期。当前,设备已使用9年,共完成了3次定检。在前两次定检中,设备安全等级均评定为2级,但在第3次定检中发现腐蚀速率超过了规定要求。

1.2壁厚测量方法

工程上要求壁厚每年的变化量不大于0.25mm/a,计算方法为(测量值-名义厚度)/检验周期,壁厚的测量取多点测量的均值。储气罐的壁厚测点分为三个区域,每个区域分别取多点进行测量。三个区域分别为顶部、罐身和底部。在测量点的选择上,既要保证所选的测量点具有代表性,还要有足够的测量点,使测量值能尽可能反映当前储气罐真实的壁厚。测量点的选择遵循如下原则:(1)液位经常波动的部位;(2)易腐蚀或冲蚀的部位;(3)制造成型中壁厚减薄部位和使用中发生变形的位置;(4)外观检查时发现的可疑部位。顶部和底部分别取6个测量点,罐身取12个测量点,共计24个测量点,如图1所示。

1.3测量结果

每个部位的壁厚值取所在部位所有测量点的平均值,如表1所示。测量数据显示,不同部位的腐蚀速率不同。其中,顶部和罐身的腐蚀速率较快,分别为0.26mm/a和0.25mm/a,底部的腐蚀速率为0.16mm/a。按照规定,当腐蚀速率大于0.25mm/a时,需要缩短检验时间。该储气罐在上一次定检时的安全等级为2级,定检周期是6年。但在三年后的检测中发现,该储气罐的顶部和罐身的腐蚀速度已经达到或超过规定要求。显然,如果按照原有的定检周期对储气罐进行检验无法保证储气罐的安全运行。

2大气腐蚀的分析

2.1大气腐蚀的分类

在工作状态下,储气罐长期暴露在环境中,大气腐蚀是不可避免的。大气腐蚀主要可以分为三类。

2.1.1潮湿的大气腐蚀

大气中含有一定的水分,以水汽的形式存在。当大气中的水汽浓度到达容器外壁金属材料的临界湿度时,水汽会在金属表面形成一层很薄的水膜,在这层水膜的作用下,金属逐渐被腐蚀。铁的临界湿度约为65%,铜的临界湿度接近100%。如果大气中含有CO2、H2S和SO2等污染物,这些污染物会溶解在水膜中,加速设备表层金属的腐蚀。

2.1.2干燥的大气腐蚀

这种大气腐蚀,通常是指大气中含水量较低,大气非常干燥,不会在容器的表面形成水膜。这种大气腐蚀通常是金属在大气中氧化的结果,会在金属表面形成一种氧化膜。而且这种大气腐蚀的特点是作用缓慢,危害性低。

2.1.3可见液膜条件下大气腐蚀

在一些特殊地区,如海上或临海、雨量充沛且无防潮措施的地区,大气的相对湿度达到100%。在这种工作条件下,在容器的表面会形成肉眼可见的水膜,或储气罐表面已经有液滴聚集。在这种情况下,容器外层的金属极易发生腐蚀,且长期暴露在这种潮湿的环境下,腐蚀速率也会加快,需要对设备的表层进行防腐处理。

2.2大气腐蚀的影响因素

2.2.1水的影响

在大气环境下,水是引发金属腐蚀的主要媒介也是主要影响因素。一般情况下,湿度越大,腐蚀性越强。在腐蚀过程中,水作为一种电解质,能离解为H+或OH-离子,使与其接触的金属发生腐蚀。

2.2.2海洋大气影响

在海洋或临海环境下,受海洋大气的影响,大气中含有一定的盐分,盐分的成分主要是NaCl,其中的Cl-离子具有很强的腐蚀性。设备暴露在这种大气环境下,会加速金属的腐蚀。

2.2.3污染物的影响

在石油、天然气等化工领域,工业园区排放的废气中很可能含有CO2、H2S和SO2等污染物,特别是硫化物会对金属造成较严重的腐蚀。此外,在石化生产的大气环境中,可能含有大量的氯气、氨气等有害物质,这些物质会溶于水汽中,加速容器金属的腐蚀。设备的腐蚀也会随着这些污染物含量的上升而增加,几种物质的协同效应也会加速金属的腐蚀。

2.3被检储气罐的大气腐蚀分析

检测的储气罐在使用过程中长期暴露在大气环境下,所在地区环境较为干燥,容器表面的腐蚀属于干燥的大气腐蚀。但近年来,储气罐所在地区的雨量更充沛,导致在部分时间段内大气相对湿度较大。在设备日常维护中,忽略了储气罐表面的干燥处理,导致储气罐长期处于潮湿的环境中。且在储气罐的工作环境下,存在工业废气排放,极有可能加速储气罐表面的腐蚀速率。在第3次定检中,储气罐的宏观检查并未出现显著的缺陷,只在壁厚检测中发现腐蚀速率超过规定要求。由此可见,腐蚀具有一定的隐蔽性,不易察觉,且仅通过表观很难判断腐蚀情况。

3压力容器定检的建议

在对储气罐进行安全评级时,主要依据《容规》。安全等级2级和3级的评级标准归纳如表2所示。由表2可见,安全等级2级和3级的评级标准存在差异,但对于运行时间不长的容器而言,很容易满足2级的要求。容器的腐蚀是一个复杂且长期作用的过程,一些腐蚀现象很难通过肉眼发现。单纯的依赖规定中的定检周期,很容易发生安全隐患。因此,在实际的生产运行中,不能盲目依从相关规定,应结合工程实际调整设备的检测计划。这也对设备的安全负责人提出了更高的要求:一方面,设备安全负责人要了解设备可能发生的风险,即设备的风险识别,同时还要分析风险成因,以便及时了解设备的健康状态;另一方面,要了解设备当前的工作环境,分析不同工作环境下容器可能发生的风险,针对不同的风险适时调整设备的检测计划。当设备处于已知的可能造成设备缺陷的环境时,需要做好设备的保护和后期维护。

4结语

现有的压力容器法规对定期检验周期有详细的规定。在实际的检验过程中发现,在规定的检验周期内,一些压力容器也会出现壁面腐蚀减薄现象。壁面腐蚀成因复杂,与所处的工作环境关系密切。在设备的安全保障期间,应关注设备的工作环境,及时评估设备可能出现的风险。不应盲目的依据相关规定等待设备的定期检验周期,要根据工作实际调整检验周期,确保设备的安全运行。

作者:张磊 师文静 曹仲武 单位:国家管网集团西部管道公司塔里木输油气分公司

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