多层包扎压力容器的结构、损伤和检验研究

多层包扎压力容器的结构、损伤和检验研究

徐伟

德阳市特种设备监督检验所  四川德阳  618000

【摘要】近些年，我国化工行业正在朝着飞速发展方向迈进，压力容器作为化工行业的常用特种设备，也正在趋于大型化、高参数化方向发展。此类设备具有单层、多层两种结构，其中的多层包扎式压力容器显示出更强的安全性，并且不容易受到生产设备、加工性能以及原材料的限制，具有非常好的经济效应，已经越来越广泛地应用于化工生产当中。本文主要针对多层包扎压力容器的结构、损伤以及检验进行研究与分析，以供业内参考。

【关键词】多层包扎压力容器；结构；损伤；检验

前言

在新时代发展背景下，石油化工以及钢铁行业均得到了快速发展，多层包扎压力容器正凭借自身独特优势获得较为广泛的应用。多层压力容器作为重要特种设备，相较于单层包扎结构，具有结构系统复杂的特征表现，不仅可以在相同的壁厚下显示出更大的承载能力，还可以显示出丰富的包扎类型，常见如多层绕带式、多层绕板式以及多层螺旋板式结构，在制造强度、经济性上均显示出优势表现。但在应用多层包扎容器的过程中，容易受到检修周期较长这一问题的影响，并且在检修时会受到内部催化剂未到期无法开罐检验问题的限制。因此，想要实现多层包扎压力容器可持续应用，需重点关注容器的结构与损伤类型，提出合适的检验方法。

1. 多层包扎压力容器的结构

对于多层包扎压力容器而言，内筒、多层层板是构成其结构的主要组成，部分设备还会在二者之间设置盲层。从结构形式入手，可以按照包扎形式划分为分段、整体两种类型。分段包扎结构于上世纪三十年代投入到使用当中，具有投入时间较早的特点，其封头与筒节以及各筒节之间的连接都显示出深环焊缝。为对深环焊缝问题进行解决，本世纪初的国内外设计人员均针对焊接结构进行优化处理，整体包扎结构由此出现[1]。此种结构在包扎的过程中将每层层板的纵、环焊缝错开，并利用液压钳实施逐层包扎，不容易受到深环焊缝影响。

2. 多层包扎压力容器的损伤与检验

2.1制造中产生的损伤与检验方法

在制造多层包扎压力容器的过程中，容易受到的损伤有夹渣、气孔、未焊透、未熔合及裂纹等，需针对焊缝内部、表面损伤实施差异化检验。

焊缝内部损伤的检验以射线或超声检验为主。首先，合理选择透照方式。纵焊缝以单壁透照为主，环焊缝以中心透照为主，对接焊缝以环缝外透照为主；其次，科学选择射线能量。需以X射线能穿透作为前提，尽可能选择较低的射线能量；三是选择焦距。以“mm”为单位，“d”为有效焦点尺寸，“b”为受检部位射线源侧表面与胶片的距离，将最小焦距确定为≮10d·b2/3；四是合理控制散射线。特别是针对环缝、纵缝开展透照处理的时候，需重点关注背散射的防护与检查工作；最后，暗室处理。需将显、定影液的温度、浓度、处理时间做好严格控制，确保获得的底片黑度、灰雾度与相关要求一致。

焊缝表面损伤的检验以磁粉或渗透检测为主。（1）开展磁粉检测工作之前，需对磁悬液的浓度情况进行一定检查，若处于过高状态，易受到伪磁痕现象影响，若处于过低状态，易对检验灵敏度产生不利影响。接着，要对磁轭的提升力情况进行检验，针对是否达到标准要求进行特别关注；开展现场检查工作时，需利用标准试片针对检验系统的灵敏度实施相应检验，确定其符合相关标准后才可开展相关作业[2]。在应用交叉磁轭时，需重点关注4个磁极端面与检测面之间的贴合度，其最大间隙≯1.5mm，最大程度地保持二者之间的贴合。实施连续性拖动检测时，需将速度控制在≯4m/min的均匀状态当中。此外，在检测工作开始之前，针对焊缝、两侧磁轭接触表面进行打磨处理，避免其受到油脂、铁锈、氧化皮等物质影响。（2）渗透检验的应用以磁粉检验无法应用的部位为主，常见如小直径接管角焊缝、奥氏体不锈钢焊接接头等。通常而言，此种检验开始之前，首先要重点关注环境温度，当温度不处于10～50℃时，需利用非标准温度实施相应检测；其次要注意被检表面的清洁问题，铁锈、氧化皮、焊接飞溅等现象，均会对检验结果产生不利影响；三是具备足够的渗透时间，一般≮10 min；四是喷涂显像剂，需要保持轻薄与均匀的状态，观察时间一般是是在喷涂7～60min后。

2.1使用中产生的损伤与检验方法

多层包扎压力容器的主要功能即存储氢气、氮气，上述介质进出过程中容易产生压力波动表现，进而引发载荷疲劳。介质不存在腐蚀性效果，因此在使用多层包扎压力容器的过程中，比较容易出现的损伤即裂纹。为对压力容器的运行安全性进行保障，需开展定期检验，检验方法以宏观检验、壁厚测定为主，同时包括各种无损检测手段。但是从多层包扎压力容器的特点可看出，无法从内表面实施检测，并且除了外层层板之外，各层纵焊缝均处于包扎状态，常规无损检测无法实现全面化监测，声发射是最适合的检测手段。

声发射检验即固体材料在断裂的时候会将存储的能力释放出来，并以弹性波的形式表现出来，对此种现象进行利用，可形成一整套动态评估材料或结构检验技术

[3]。（1）针对分段包扎结构开展检验工作时，首先要以检验对象的尺寸、受力分布为依据，将探头布置队列确定出来。从分段多层包扎容器的结构特征可知，其最为薄弱之处即环焊缝，属于检测重点。探头需沿着环焊缝进行具体布置，然后利用衰减试验、现场背景噪声来对探头间的间距做出明确；其次要以材质发射特性和现场噪声为依据，对声发射检验参数做出具体设定，同时将HB铅心折断（φ0.5mm）作为声发射信号，将探头灵敏度分贝值差＜3dB数值确定出来；三是依照两次升压多次保压的方式开展加载试验，需将第2次升压达到的最高压力控制在略低于第1次升压达到的最高压力的状态。同时，要对声发射信号的做好及时采集，并且将各类参数、数据文件名，压力大小和现场情况做好清晰标记；最后要对检验的结果进行综合性分析。多层包扎压力容器在第1次升压中会显示出丰富的声发射信号，且具有较大的信号幅度与能力，此种现象与多层层板加载过程中产生的相互摩擦力相关。在对声发射定位源头进行确定时，需关注到升压、保压阶段的信号情况，据此做好分级处理。针对比较危险的声发射定位源，可以采取其他检验方式实施复验。（2）对于整体包扎结构的压力容器而言，并无从外部检测内部的有效方法，可将基于风险的检验技术（RBI）应用其中，针对装置的风险状况实施检测。具体来说，可分为在线检验、停车开罐检验与停车不开罐检验。对于化工生产而言，若在线检验可获得有效检验结果，可利用此种方式或停车不开罐检验，并且依照规定确定下次的容器检验周期。上述两种检验合法且合规，不仅可以节约检修时间，还可强化企业市场竞争力。

结语

与单层厚壁容器相比，多层包扎容器在生产与加工都显示出难度较低、原材料采购方便的特点，显示出较好的经济性优势。但在检验方面显示出较大难度，因为多层包扎压力容器的分段式结构容易出现环焊缝，需要使用到超声检验、声发射检验等手段。而整体包扎结构无外部检测内部的有效方法，需要借助RBI技术实施检测。无论采用何种检验手段，都需在检验前重点查阅并分析设备的基础资料与可能存在的损伤，依照损伤类型选用适合的检验方法，消除设备可能存在的隐患。

【参考文献】

[1]沈仲卿,林萍,杨森皓等.多层包扎式储氢压力容器研究进展[J].化工装备技术,2023,44(02):8-12.

[2]王通,秦国民,钱才富.多层包扎高压容器筒体的优化设计[J].节能技术,2022,40(05):387-391+402.

[3]王春发.多层包扎高压容器定期检验中发现裂纹的原因分析[J].质量安全与检验检测,2021,31(04):44-46.