含缺陷超期服役压力油罐材料分析及安全评估_胡华胜.pdf

第 卷第 期 年 月广 州 化 工 .化工机械含缺陷超期服役压力油罐材料分析及安全评估胡华胜，张瑞达，李绪丰，李明飞，邓 聪，王 磊（广东省特种设备检测研究院，广东 佛山）摘 要：对某化工厂超期服役压力油罐受压元件开展理化检验（含力学性能试验、化学成分分析、金相分析），以及针对 发现的超标埋藏缺陷进行安全评估，结果表明，该压力油罐主要受压元件的材料性能指标（含力学性能试验、化学成分分析、金相分析）均在标准范围内，超标埋藏缺陷均位于失效评定图的安全区域内，即通过超标缺陷常规评定，允许在监控工况下运行。关键词：超期服役；超标埋藏缺陷；压力油罐；材料分析；安全评估中图分类号：文献标志码：文章编号：（）基金项目：广东省特种设备检测研究院科技项目（：）；广东省特种设备检测研究院科技项目（：）；广东省重点领域研发计划项目：基于超声导波的新型基础感知理论及测试技术研究（：）。第一作者：胡华胜（），男，硕士，高级工程师，主要从事承压特种设备检验检测及安全评估工作。通讯作者：张瑞达。，（，）：（，），.（，）.，.：；随着社会经济的发展，我国在用压力容器数量逐年增加，据统计，已达到 多万台。同时，超期服役的压力容器数量也持续上升，如未综合考量安全使用性，而仅考虑设计使用寿命因素进行报废处理，不符合当前双碳经济的大趋势。根据 固定式压力容器安全技术监察规程第.规定，超设计使用寿命或检验发现超标缺陷的压力容器处理方式包括进行合于使用评价，不同研究者探讨了超期服役压力容器的检验方法及相关案例。本文依据 在用含缺陷压力容器安全评定，结合超期服役压力油罐检验发现的问题，进行案例分析，为超设计使用年限压力容器缺陷处理、及安全使用提供案例参考。超期服役压力容器概况.设备基本情况某化工厂压力油罐投用日期为 年，服役时间远超出设计使用年限，该设备的主要技术参数详见表。表 压力油罐主要技术参数一览表 设备名称操作条件设计条件尺寸介质温度 压力 温度 压力 内径 长（高）壁厚 材质压力容器类别压力油罐油、空气常温.广 州 化 工 年 月.设备现场检验情况综合考虑该设备的服役年限及往年检验情况，制定相应检验方案，其中，现场检验项目包括：主要受压元件壁厚测定、宏观检验、磁粉检测、超声检测、安全附件检验。发现 处 的线性缺陷，经打磨消除，复验合格；发现三处超标埋藏缺陷，详见表。表 压力油罐埋藏缺陷参数 编号缺陷参数深度 指示长度 自身高度 反射波幅评级.超期服役压力容器材料分析厂区中相同规格（制造厂家、材质、尺寸、投用时间、设计参数相同）的一台压力油罐进行报废处理，并在筒体截取试件（含纵焊缝）进行力学性能试验、化学成分分析及金相分析。.力学性能试验.拉伸试验根据 .金属材料拉伸试验第 部分：室温试验方法，以及 承压设备产品焊接试件的力学性能检验标准的相关规定制备压力油罐拉伸试样，及进行拉伸试验，拉伸断裂部位均在热影响区，抗拉强度符合 优质碳素结构钢要求。表 拉伸试验结果 试样编号试样宽度 试样厚度 抗拉强度（标准值：）断裂部位和特征.热影响区.热影响区.弯曲试验根据 焊接接头弯曲试验方法和 承压设备产品焊接试件的力学性能检验标准的相关规定制备压力油罐侧弯试样，及进行侧弯试验，侧弯试验后试样均未见裂纹，试验结果如表 所示。表 弯曲试验结果 试样编号试样类型试样厚度 弯心直径 弯曲角度 试验结果焊道侧弯合格焊道侧弯合格焊道侧弯合格焊道侧弯合格.冲击试验根据 金属材料 夏比摆锤冲击试验方法标准的相关规定制备压力油罐冲击试样，其中，冲击试验温度：，试样缺口形状：型，试验结果如表 所示，试样的吸收冲击功满足 压力容器要求。表 冲击试验结果 试样编号试样尺寸 夏比 型缺口位置试验温度 吸收冲击功（标准值）焊缝中心热影响区母材.化学成分分析采用全定量光谱仪对截取的压力油罐试件（取样 处）进行化学成分分析，压力油罐试件各元素化学成分指标均在相关标准值范围内，如表 所示。表 母材化学成分 各元素化学成分标准值.金相分析在试件化学成分分析位置进一步机械研磨、以及深度抛光后，用 硝酸酒精溶液进行浸蚀，在金相显微镜下对压力油罐试件进行组织观察（放大 倍），显示压力油罐的微观组织为铁素体珠光体，未见材质劣化现象，如图、图 所示。图 母材金相组织图（）.（）综上，根据上述压力容器材料分析结果，可得该超期服役压力容器的主要受压元件材料化学成分及力学性能指标在相关标准范围内。第 卷第 期胡华胜，等：含缺陷超期服役压力油罐材料分析及安全评估 图 母材金相组织图（）.（）超期服役压力容器合于使用评价根据 ，采用常规评定法对 发现的压力油罐三处超标埋藏缺陷进行合于使用评价。常规评定采用的通用失效评定图所需参数为断裂比 及载荷比。（）（）（）（）（）式中：埋藏缺陷中心与板厚中心的偏移量 椭圆形缺陷长半轴 椭圆形缺陷短半轴 一次薄膜应力 一次弯曲应力 压力油罐的计算厚度 压力油罐主要受压元件屈服强度 埋藏缺陷距压力油罐主要受压元件表面距离（）断裂比 （）（当 .时（当.时）（当 .时）（）式中：相邻两裂纹间弹塑性干涉效应系数 强度因子（由一次应力引起）二次应力引起的强度因子 评定用材料断裂韧性 塑性修正因子中间参量 塑性修正因子由式（）（）得出压力油罐三处埋藏缺陷的断裂比 及载荷比，详见表。计算得到的平面缺陷断裂比 和载荷比 绘制在通用失效评定图中，如图 所示。处超标埋藏缺陷位于失效评定图的安全区域内，即通过超标缺陷常规评定，检验所发现的埋藏缺陷不影响压力油罐在操作工况的安全使用，允许保留。表 压力油罐超标缺陷处的载荷比、断裂比结果汇总 缺陷编号载荷比 断裂比.图 失效评定图.结 论通过对相同规格（制造厂家、材质、尺寸、投用时间、设计参数相同）压力油罐主要受压元件的材料分析，及对检验发现的超标埋藏缺陷进行合于使用评价，可得如下结论：（）超期服役压力容器的主要受压元件材料化学成分及力学性能指标在相关标准范围内。（）超标埋藏缺陷位于失效评定图的安全区，能够通过平面缺陷常规评定，上述缺陷不影响压力油罐在操作工况下的安全使用，允许保留。（）在未来的运行周期内，使用单位应加强监管该压力油罐，严格按照允许使用工况运行，避免操作工况（压力、温度）剧烈波动，防止疲劳失效的发生，同时缩短压力油罐下次检验周期，对上述埋藏缺陷进行复测，监控缺陷是否扩展。参考文献 田金龙，刘奉东，杨文博，等.超期设计使用年限的压力容器检验案例分析设备管理与维修，（）：.中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.固定式压力容器安全技术监察规程北京：新华出版社，.刘新尚.超过设计使用年限的压力容器检验问题探讨化工机械，（）：.杜好阳，孙学海，唐永贺，等.超设计服役年限压力式除氧器的强度校核与缺陷处理机械强度，（）：.国家市场监督管理总局.含缺陷压力容器安全评定北京：中国标准出版社，.