低温绝热压力容器失效因素及检验技术研究
发布时间：2019-04-26 发布作者：
摘要：低温绝热压力容器在使用的过程中，常因为失效产生很大的安全隐患，本文主要针对材料是奥氏体不锈钢的压力容器进行分析，首先对绝热压力容器的概念进行阐述，并给出了低温绝热压力容器在不同温度和预应变条件下材料的屈服强度和抗拉强度的变化情况，分析了压力容器的失效因素，提出了解决办法。旨在为今后压力容器的检验工作提供参考，为压力容器检验和维修提供理论依据，确保整个系统的可靠运行。
随着越来越多低温绝热压力容器的应用，使得低温液态存储的能源使用范围得到更大的拓展，低温绝热压力容器在使用日渐普及的同时，也在实际应用中出现了一些安全问题，尤其是失效问题，所以需要做好全面的技术分析，定期进行检验评定，确保其能够正常运行。
1 低温绝热压力容器简介
和传统的压力容器不同，现代低温绝热压力容器的结构为真空夹套。同时，外壳、金属内胆采用的是隔热设计方法。达到隔热的目的是使用了不同的隔热材料，常用的比如真空粉末绝热、纤维材料绝热等等，以确保容器内夹层的真空度。而对于检验技术而言，与传统单层常温或高温压力容器的明显不同导致检验技术也不一样，其检验技术指标为真空度。低温绝热压力容器因为温度低于常温，储存介质多为易燃易爆压缩气体，故非常容易引发一系列的如爆炸、火灾等安全事故。因此一定要加强有关检测技术的研究。
2 低温绝热压力容器失效因素分析
为了深入分析低温绝热压力容器的失效因素，针对取奥氏体不锈钢样本性能数据进行了分析，采用不同的应变强化过程，考察对材料的影响，在选取 20% 的施加预拉伸弹性形变的处理条件下，分别测量在 -30 ～ -15℃波动范围内奥氏体不锈钢的强度数据，表 1 为不同温度下奥氏体不锈钢拉伸力学性能数据表。
从表中能看到，由于低温与应变的作用，在常温 22℃下材料的屈服强度和抗拉强度分别为 252MP 和 709MP，当仅对母材进行低温 -15℃处理时，屈服强度和抗拉强度分别增大了 7.1% 和 35%，当在同等温度下，增加预应变处理时，屈服强度和抗拉强度均增加 73% 和 46%。可以发现，在相同低温 -15℃的情况 , 同时增加预应变处理，对屈服强度和抗拉强度的提升作用非常显著。
当温度降到 -30℃、不增加预应变时，相较于 -15℃增幅为 11% 和 10%，可见控制低温能够有效增加 2 个系数，但是作用不明显。
当温度在 -15 ～ -30℃的过程中，屈服强度的变化范围为 7.1% ～ 19%，而抗拉强度范围为 35% ～ 50%，可见温度对抗拉强度的影响较大。当增加预应变处理时，屈服强度的增加范围为 73% ～ 85%，抗拉强度 46% ～ 54%。可以看到屈服强度对于低温作用不是很明显，在低温与应变一起作用之下，屈服强度的作用更加明显，起着主导作用，但是，对于抗拉强度，温度与应变的结果并没有明显增大，强化效果相近。
3 失效问题
（1）开裂问题分析。低温绝热压力容器的内胆，通常采用不锈钢材料，因此低温绝热压力容器的内胆封头的直边段容易出现断裂现象，造成容器失效。而问题的原因是在内胆制作中材料形态的变化打破原有应力形态，形成新应力，而原剩余应力依然会有部分残余进而引发断裂。除此，由于在加工外内胆时，因采用的冷却方法不同，不同部位的冷却速度也不同，极易产生马氏体组织，马氏体组织在低温下容易开裂造成容器失效。
（2）真空度失效问题。低温绝热压力容器的真空绝热性能和使用的期限相关，性能的决定因素为夹层真空度、日蒸发率。真空类型主要有 2 种：高真空多层绝热型、真空粉末型。导致其真空度失效的原因非常多，常见原因有绝热材料的影响、真空夹层材料漏气、真空夹层气体的影响、低温绝热压力容器失效等等。
（3）焊缝泄漏因素分析。低温绝热压力容器返修过程，较常见的失效模式是焊缝泄露问题，如在夹套焊缝处，多为设计因素引起，主要是因为在设计时，未能重视接管导热情况，故后期使用因为充装、泄放反复操作，温度在壳体、接管中有了变化，产生交变应力。若连接部分为碳钢，则焊缝处容易出现裂纹，导致低温绝热压力容器失效。
4 低温绝热压力容器检验技术研究
在进行低温绝热压力容器检验时，必须要适当地加强检测的力度，尤其是要加强低温绝热压力容器壁的厚度，根据相关检验标准规定，在进行检测的过程中，未要求对其厚度进行检测。而对于气密性检测，我们通常采取常规的目视检查的方法，这样就导致检测结果缺乏严谨性。为防止发生泄漏，所使用方法主要是气密性检测法，检测的过程成本较高，缺乏实用性。
因低温绝热压力容器安装型式多为固定式安装，而检验主要是对壳体进行检验，而实际承压部件为内胆，容易导致结果的不准确。而且真空绝热压力容器无任何入口，对于内层检测无任何有效的无损检测方法。判断内胆完好与否的直观有效的方法只有通过测量真空度，真空度的测量通过真空规管来操作，在测量过程中如果操作不当可能会导致真空规管断裂，造成运行更加困难。此问题是常见的，因此加强有关措施的研究可以减少损失。
5 低温绝热压力容器检验技术应用措施
（1）低温绝热压力容器检验时，为了能够确保检验检测工作的效率，需要提前做好检验方案，确定检验项目，做好使用单位提供的技术资料审查工作。比如低温绝热压力容器的出厂资料与安装资料的真实性和完整性、日常巡检维护保养和应急救援预案和演练实施情况等。结合其运行情况与历年检验报告等资料，针对低温绝热压力容器检验记录中常见的问题，分析其检验的价值性，来确定是否将其作为检测的项目。在设定检验项目时，需要确保检验的全面性与完整性。
（2）做好全面的检测工作，在进行低温绝热压力容器检验时，需要对其本体进行全面的检查，不仅需要对其保温层与外壳等做相应的检查，还需要检查设备是否存在开裂问题或者倾斜问题，检查低温绝热压力容器的地脚螺栓的性能。检查容器的外壳表面，检查其腐蚀程度，若容器存在较为严重的腐蚀情况，则需要做好深度测定工作，检查容器的腐蚀厚度。同时需要检查安全阀与压力表等附件，对于老化的设备附件或者损坏严重的附件，需要及时做好更换工作。要对低温绝热压力容器做定期的强度检验，必要时需进行气密性与耐压试验。
6 结语
以奥氏体不锈钢作为材料的低温绝热压力容器，常常发生失效的问题。为了确保压力容器能够可靠的工作，稳定在一个可靠的区间，本文主要介绍了低温绝热压力容器在不同低温和预应变的条件下对屈服强度和抗拉强度的影响；分析了容器失效因素，只有定期做好低温绝热压力容器检验工作，及时发现容器存在的问题，才能确保其能够稳定的运行，并提出一些具体的应对措施。作为检验工作者，我们需要加强对低温绝热压力容器检验技术要点的控制，确保检验结果的准确性，合理的进行安全等级评定。
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