l概述 需要内壁防腐的多层包扎压力容器往往采用衬里、堆焊或复合钢板结构。万一内壁复合层损伤造成介 质泄漏,多层壁内会在任意部位形成腐蚀空洞。此时如何检测这些空洞,达到什么程度时必须修补 ,如何作安全评定,常常是困扰工厂设备技术人员的难航本文将通过一台复合钦板多层包扎容器发生泄漏喷液事故后的检验、检测与安全评定工作的实践来探讨这类间题的共性。该复合钦板多层包扎容器的内径为1300mm,设计压力为9.SMPa,设计温度为280‘C ,总高为2100omm,属三类容器。内筒由.12mm厚的低碳钢板和3mm厚的钦板经爆炸 复合后卷焊而成。外层用3层各厚12mm的低合金钢调质钢板包扎而成,总厚度为51mm。多 层筒体的复合及检漏管焊接结构如图1所示。钦复合钢板多层包扎容器腐蚀泄漏后的检测与评定若 钦盖板的密封焊发生泄漏,则腐蚀介质应通过检漏管引流到外而被及时发现,此为正常泄漏通道。 若不能通过检漏管导出而是引起基体钢材大量快速腐蚀,形成空洞后会引起穿孔喷液事故,此为非正常泄漏。投用8年后多次通过检漏管发生正常泄漏,虽经修复,但不彻底,最终酿成泄漏喷液事故。事后查明 是由于腐蚀介质局部冲蚀钦层而使钦焊缝中的针孔露头,出现泄漏通道,介质使基体钢材腐蚀成大 的空洞,最后局部剩余强度不足而爆裂喷液。事故紧急处理时用一块等厚的低合金钢板镶嵌在空洞 中焊好,然后在内壁用3n,m厚钦板复盖焊好迅速投用。X射线和玲2的y射线拍片.若有空洞 则可在底片上显示出黑影,根据黑度差可以判断不同深度的空洞。仪\\\\\\\、阶///’ ///,~~lres1F一一,一了lrJ.」曰浏{卜火多.姿入’洲{叼/),日/:叼封心、\\l叹\、性盖板门牛二一月压-一一一一黑图l多层包扎筒体的局部结构 令人担忧的是,由于筒体是多层的,泄漏通道是随机性的,除已发现和修补的空洞外是否还存在其它 的腐蚀空洞?复合钦板的焊缝中是否还有未经发现的泄漏源?这些空洞与泄漏源如何检测?什么样 的空洞必须修补,即如何评定空洞的安全性?对这些间题,工厂特委托我所进行研究以提供检测与评定的可行方案并参与工程全过程。检测方法与方案的确定2.1腐性空洞的检浏方法可行性研究 多层包扎筒体中腐蚀空洞若采用超声方法检测则因层间介面的反射而无法进行、最多只能查得最内层或最外层是否存在空洞。要查明空洞的形状、大小,采用射线检查方法较为合适。 在试验研究中设计了一组多层试板,预制出若干不同直径不同深度的模拟腐蚀空洞的圆形缺陷。总厚度与原容器相同,如图2所示。用.216. 图2模拟腐蚀空洞的射线试板 理论分析可知,当其它条件相同时,由于材料对X射线和y射线的吸收系数及反射比各不相同,因此用3ookVp的X射线比采用I:”2了射线对筒身检测的灵敏度高,但X射线的穿透力较低。试验也表明,例如对必10mm x 3mm深的孔,用300kVp的X射线曝光gmin(分2次曝光),底片上显示的黑度差为0.4,而用丫艺80居里的T射线曝光25rnin,底片上的黑度差为。2。对于曰6mm x lmm的浅孔.用相同的X射线拍片黑度差为0.1,而用同样的丫射线拍片时缺陷的黑度差已为零 。这些试验说明了射线的灵敏度明显底于X射线。X射线与y射线是检测空洞的有效方法。X射线 的灵敏度虽高,但只能单张拍片,不适合现场大规模拍片。7射线的灵敏度虽低,但适合于现场大规模拍片,而灵敏度基本上能达到要求。2.2超声检测方法的可行性试验 如果与钦板复合的基体钢材受腐蚀而发生贴合面分离,这种缺陷若可以用超声方法检测出来,则说明 在缺陷处或其附近存在泄漏通道和泄漏源。当射线底片上出现空洞显示时,也需用超声方法确定缺 陷是否在内壁附近以及在内壁钦板背后空洞的范围,因此需研究超声检测对这些缺陷的响应特性和灵敏度。可从理论上分析钦复合钢板的超声特性。钦和钢的密度对纵波或横波的传播速率及阻抗均有明显差异 。当钦与钢爆炸贴合后达到焊后状态时,结合面对超声波纵波的声强透射率可高达93,56%,反射率仅为6.43%。因此基体压力容器第12卷第3期压力容器钢板的B,波在适当的探伤灵敏度余量下总是可以出现的,而且幅度很高。 但当结合面仅有分层缺陷时,理论计算表明,对于仅有微米级的结合不良时透射率一般为20%左右 ,则B,波会有大幅度下降,但不会消失。而当结合面严重腐蚀出现空洞时,基体层的B,波会突 然消失,但铁板底面的回波信号会大大增强。因此,利用这些差别可以将结合面分离缺陷的大体性质和范围用超声方法检测出来。同时还进行了以下的试验研究。取爆炸复合的钦复合钢板(12mml6MnR+艺mmTi),预 制出不同直径的平底孔缺陷(如图3所示).孔深均为n.smm,然后注入盐酸使16MnR的 剩8(堆焊smm)的复合钢板试样进行了试验。在无缺陷时界面不出现明显的反射波,而底波十 分明显。当用人工在高温高压下充氢,再以急冷方法使堆焊层与基体结合面剥离而制备出微米级的 剥离缺陷时,则超声的底面回波大幅度下降,波形与图5中的左图相似,说明对这种缺陷用超声波方法完全可以检测出来。性板下空润较小时有B,波性板下空润较大,时B:波消失图3超声试块图4结合面无缺陷时的波形余部分全部腐蚀,直至显露出呈波纹形的钦复合面。然后用SN14窄脉 冲探头从铁板一侧做超探试验。无缺陷处基板底面回(B、波)波幅达80%显示屏幅度时,衰减 数为46db,其回波图形如图生所示。在有缺陷处,当缺陷较小时,显示屏上能显示幅度大大减 小了的B,回波,而当缺陷明显大于探头直径时Bl则不再显示。但不管在什么情况下,原结合面处的反射波(FL波)均有一定显示,见图5。为模拟结合面仅有微米级分离时的超声响一J十.,,、~。~~_1~,、,应特性,还采用了“亩Cr‘MO(“smm)+‘8-CPVT Vol.12 No.3 1995 闪5钦面下有空洞时的波形 2.3内壁铁层表面液休渗透检浏方法的选择 钦焊缝中存在的针孔可能成为现有的或潜在的泄漏源,必须用液体渗透检测方法将其检测出来。渗透 液有荧光型和着色型,清洗剂有后乳化型、溶剂去除型及水洗型。结合本次检测特点,要求有尽可 能高的灵敏度,而且钦材对水洗型的水质不敏感,所以选用了水洗型荧光渗透检测方案,经济上也较合理。2.4检浏方案的确定 根据以上试验结果,与委托工厂、当地压力容器检验站共同确定了检验方案。除常规检验以外,主要的检测方案是: (1)腐蚀空洞的检测用U”y射线和360mm X 36ommmm大感光底片从上至下进行100%射线检测。按底片中黑度显示确定空洞缺陷的位置 和范围尺寸。以黑度差大体判断缺陷的自身高度。辅以内外壁超探以判断空洞在厚度方向的位置,即是否已发展到最外层层板。(2)内壁钦复合层分离缺陷的检测从内壁在钦板密封焊缝两侧各300mm范围内以及射线检测中发现有缺陷的部位进行超探,以确定钦板下是否有分层,为寻找泄漏源和泄漏通道提供依据。(3)内壁泄漏源的检测采用水洗型荧光21了钦复合钢板多层包扎容器腐蚀泄漏后的橙测与评定检 测方法对内壁钦板密封焊缝进行全长度检测,以确定泄漏源或潜在泄漏源,尤其对有介质冲蚀的部位更要仔细检测。此外还进行了材料金相、基体材料强度、硬度、冲击性能和断裂韧性的取样实测试验。现场检测与泄漏源的修补 按上述方案由检验站实施检测,我所进行全过程和24小时跟踪检测.基本上查明了钦复合板表面的 裂纹与针孔和105处缺陷。经反复鉴别.其中102处未焊透缺陷系在复合钢板对接焊缝的钦垫 板两侧的密封焊缝上,也有部分是在钦盖板的角焊缝上,均属结构所允许而不需进行处理。另外3 处缺陷则是先前事故后抢修时挖补焊接时遗留下的腐蚀空洞,基中最大缺陷在底片上显示的尺寸为140mmX45mm。用人工敲击方法在内外壁敲击检查中怀疑12处可能有腐蚀空洞的缺陷,经与y射线底片对照均排除了疑点。 对内壁钦层中的表面裂纹与针孔,经打磨消除或焊接修补,直到反复确认所有表面缺陷均已消除。 对1川mm x 45mn、的遗留腐浊空洞则由我所进行安全评定后确定是否安全和是否要进行返修。蚀而减去一个层板厚度,其强度也不会出现问题。 4.2有空洞时的整体屈服强度与爆破失效分析 当腐蚀介质进入内筒与第一层板的间隙时(或者甚至进入2~3层板的间隙时),筒身外层层板上承 受压力载荷时应分析筒身整体屈服压力(按Mises屈服式)及爆破压力(按FuPel式)。计算结果见表1。表l最外三层层板承载最外二层层板承载最外一层层板承载P,(MPa)P。(MPa)P,/P工作P。/P工作21.730.12 .94 .014.31 9.91 .92 .67 .19 .80。951 .3腐蚀空洞的安全评定 腐蚀空洞属体积型缺陷.在准静载荷卜过载时不会引发裂纹的扩展而失效,通常会引起局部弹塑性失 效甚至局部达到极限载荷而发生塑性失稳以至局部鼓胀失效。对这种缺陷显然不能采用断裂力学方 法进行评定。虽然对体积型的塑性失稳我所和其它单位进行过不少研究,但尚未形成可用的评定规程。经研究,本次采用了如下的方法。4.1筒休静强度分析 按GB15。一89《钢制压力容器》进行了强度校核,必须保证的筒体i十算厚度为31.6mm。无缺陷处的现有筒体强度是足够的,即使被腐 ·2 18。 由表1可见,仅由最外三层层板承载时,其整体屈服压力和爆破压力均可满足所需的安全裕度。仅由 最外二层层板承载时,整体屈服压力的安全裕度尚可,而爆破压力的安全裕度不够,但不会爆破。仅最外层承压时将进入整体屈服,而爆破压力与操作压力之比仍有1.3,不会爆破。4.3腐蚀空洞的允许尺寸 任何腐蚀空洞均可视为凹坑形缺陷,可按下面方法进行研究评定。 (1)按含凹坑平板的应力集中系数和塑性失效准则求解部分球形的凹坑应力集中系数K,
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