CN114799722A - 压力容器局部应力腐蚀缺陷的快速修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压力容器局部应力腐蚀缺陷的快速修复方法，包括判断是否为应力腐蚀缺陷、确定原始可见裂纹的位置和范围、确定实际应力腐蚀缺陷的范围、焊接修复、检验验收。本发明可快速判断腐蚀类型是否为应力腐蚀并完成修复，判断腐蚀类型可无需依靠仪器，结合压力容器本身情况和经验即可，应力腐蚀缺陷的范围可得到有效确定，局部应力腐蚀缺陷可得到合理、有效地修复，对存在局部应力腐蚀缺陷的压力容器可实现就地维修，维修时间大幅缩短，大幅减少了设备停运时间和由此带来的生产运行损失，及时有效的消除安全隐患，快速修复方法切实可行，修复后的压力容器正常投入生产运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种压力容器检修技术，特别是涉及一种压力容器局部应力腐蚀缺陷的快速修复方法。
背景技术
应力腐蚀断裂(SCC)是指敏感金属材料在拉应力或残余应力和特定的腐蚀介质环境共同作用下引起的破坏。影响应力腐蚀的环境因素、力学因素和材质因素三者缺一不可，需同时具备才能引起应力腐蚀。故应力腐蚀分为整体腐蚀和局部腐蚀。晶间腐蚀是在特定的使用介质中具有晶间腐蚀倾向的材料共同形成的腐蚀失效，沿着金属晶粒间的分界面向内部扩展的腐蚀。晶间腐蚀都是整体腐蚀，有可能在有内应力的地方先开始，晶间腐蚀不可修复。
可见，晶间腐蚀裂纹和应力腐蚀裂纹有的宏观上相似，特别是沿晶裂纹，另一方面压力容器晶间腐蚀和应力腐蚀在产生裂纹前的表面看不出来腐蚀的痕迹且材料的厚度不会减薄。应力腐蚀产生的机理目前尚无统一的定论，从应力因素的角度，运用弹性力学、弹塑性力学、断裂力学给出了KISCC判据；从环境因素方面看，有电化学腐蚀理论、应力吸附理论、表面膜破裂理论和腐蚀物契入理论来解释应力腐蚀；从金属过程材料因素方面看，有位错理论、析出理论、滑移理论来论证应力腐蚀现象。尽管有如此多的理论和假设，但应力腐蚀的规律性问题尚未解决。关于压力容器局部应力腐蚀修理，工程上还没有行之有效的方法。在《压力容器腐蚀与控制》和《过程设备失效分析》等一些专著及相关论文，对形成机理和设计过程控制、使用过程预防控制都有详尽的论述。对应力腐蚀裂纹检验也给出方法，但压力容器发生应力腐蚀缺陷如何修复没有给出明确的方法。
化学和化工生产大都是连续过程，一台设备应力腐蚀开裂会造成整个企业停产(造成事故除外)。运行中的压力容器产生裂纹，存在重大安全隐患，对安全生产危害极大，即使压力容器仍可维修，也要停运设备，而常规的维修耗时长，需在仪器帮助下取样、分析等判断产生裂纹的原因，是哪种腐蚀类型，而后再对症进行修复，最后检验，通常需要几天时间，这对生产经营效益非常不利，所以快速修理极为重要。压力容器产生裂纹时，首先需对腐蚀裂纹进行定性分析，是应力腐蚀裂纹还是晶间腐蚀裂纹，然后再对腐蚀部位进行修复。如果没有分析裂纹产生原因(即对压力容器的失效形式缺少分析验证)，盲目维修，导致修复无效，存在更大的安全隐患。
因此，如何快速判断该裂纹为应力腐蚀，且快速确定应力腐蚀的区域，实现及时有效的修复是十分重要的。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种压力容器局部应力腐蚀缺陷的快速修复方法，判断应力腐蚀，确定腐蚀区域，有效修复裂纹。
技术方案：一种压力容器局部应力腐蚀缺陷的快速修复方法，包括以下步骤：
步骤100，判断是否为应力腐蚀缺陷：结合压力容器的制造材质、使用环境介质、应力分布情况，观察压力容器上的原始可见裂纹的产生位置和宏观形貌特征，综合判断原始可见裂纹是否为应力腐蚀缺陷，若是，则执行步骤200；
步骤200，确定原始可见裂纹的位置和范围：根据压力容器上已发生泄漏位置、宏观观察原始可见裂纹位置、PT渗透检验，三者结合，确定原始可见裂纹的位置和范围；
步骤300，确定实际应力腐蚀缺陷的范围：
步骤301，沿步骤200确定的原始可见裂纹的位置和范围的边缘一圈，以手工电弧焊及焊材进行间断焊接，形成焊缝；
步骤302，焊缝冷却后，进行PT渗透检验，检查焊缝及其周边区域是否出现次生裂纹，若是，则沿次生裂纹的位置和范围的边缘一圈，重复步骤301、步骤302，直至没有再出现次生裂纹；
步骤303，以原始可见裂纹和所有次生裂纹的位置和范围，确定为实际应力腐蚀缺陷的范围，执行步骤400；
步骤400，焊接修复：将实际应力腐蚀缺陷的范围作为修补区域，挖除压力容器上该修补区域的板材，并按照所挖除板材的形状、大小，用与该压力容器原来相同制造标准、相同牌号、相同壁厚、相同曲率半径的板材制作成修补材料块，将该修补材料块焊接到修补区域；
步骤500，检验验收：对压力容器焊接后的修补区域焊缝及其周围的压力容器原母材，进行渗透检验、压力试验检验，若检验不合格，则重复步骤200～步骤400直到检验合格，则完成该修补区域的应力腐蚀缺陷的修复。
进一步的，步骤100中，判断原始可见裂纹是否为应力腐蚀缺陷时，还可对压力容器原始可见裂纹处的板材进行取样，结合扫描电镜观察取样进行判断，借助仪器进一步帮助判断和确认腐蚀类型。
进一步的，步骤301中，根据压力容器原始可见裂纹处的板材实际厚度所允许的最大线能量，选择焊材及焊接电流。
进一步的，步骤400中，确定修补区域时，将实际应力腐蚀缺陷的范围其边缘一圈外延至少5mm后，作为修补区域，以免遗漏实际应力腐蚀缺陷的范围内的裂纹末梢。
进一步的，步骤500中，压力试验检验的要求为：缓慢升压至设计压力，确认无泄漏后缓慢升压至试验压力，保压三十分钟以上，然后降压至设计压力，保压符合要求后进行检查，整个试压过程中，压力容器无泄漏、无变形、无异常声响为合格。
进一步的，步骤500中，渗透检验为PT渗透检验、UT渗透检验。
本发明的原理是：依据应力腐蚀产生原理判断压力容器上的原始可见裂纹是否为应力腐蚀缺陷；对原始可见裂纹边缘施焊，巧妙运用焊接溶池的高温热影响区及溶池中液态金属在冷却凝固过程中会产生变形和热应力，使高温的热影响区原本隐藏的裂纹扩展且显露出来，并对显露出来的次生裂纹边缘施焊，逐渐使应力腐蚀造成的未显露的隐性裂纹完全显现，从而准确确定应力腐蚀缺陷范围以进行修复。
有益效果：本发明的优点是：1、判断腐蚀类型可无需依靠仪器，结合压力容器本身情况和经验即可，减少了仪器检测判断所需的大量时间；2、应力腐蚀缺陷的范围可得到有效确定，应力腐蚀造成的未显露的隐性裂纹能够得以完全显现，局部应力腐蚀缺陷可得到合理、有效地修复；3、对存在局部应力腐蚀缺陷的压力容器可实现就地维修，维修时间大幅缩短，大幅减少了设备停运时间和由此带来的生产运行损失，及时有效的消除安全隐患，快速修复方法切实可行，修复后的压力容器正常投入生产运行。
附图说明
图1为本发明方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
本发明的一种压力容器局部应力腐蚀缺陷的快速修复方法，所适用的场景通常为：所发生故障的压力容器，已发生泄漏，即具有原始可见裂纹，但尚不清楚是哪种腐蚀缺陷，需减少设备停运的时间，快速判断腐蚀类型以便维修。本发明方法提供了如何快速判断是否为应力腐蚀缺陷且对应力腐蚀缺陷如何快速完成修复。结合附图1所示，具体步骤如下：
步骤100，判断是否为应力腐蚀缺陷。
对于发生故障的压力容器，分析以下几方面，综合判断是否为应力腐蚀缺陷：
(1)压力容器的制造材质、使用环境介质：可与表1所列的易于发生应力腐蚀的某些金属-介质体系对照，需相符；
表1易于发生应力腐蚀的某些金属-介质体系
(2)压力容器的应力分布情况：可核查原始可见裂纹的产生位置是否为封头拉伸部位、管孔焊接部位等，需是，且压力容器的制造工艺中未进行过整体热处理；
(3)可依据压力容器在所运用的生产行业的运行经验、依据压力容器承压标准等，核查压力容器运行过程中有无压力波动较大的情况发生，需有。
根据应力腐蚀的产生原理，观察压力容器上显露出的原始可见裂纹的产生位置和宏观形貌特征，如至少同时满足(1)和(2)，则可判断原始可见裂纹为应力腐蚀缺陷，则执行步骤200。
在判断原始可见裂纹是否为应力腐蚀缺陷时，还可对原始可见裂纹处的板材进行取样，结合扫描电镜观察取样进行判断，借助仪器进一步帮助判断和确认腐蚀类型。
步骤200，确定原始可见裂纹的位置和范围。
根据压力容器上已发生泄漏位置、宏观观察原始可见裂纹位置、PT渗透检验，三者结合，确定原始可见裂纹的位置和范围。
步骤300，确定实际应力腐蚀缺陷的范围，具体过程为步骤301～步骤303。
步骤301，沿步骤200确定的原始可见裂纹的位置和范围的边缘一圈，以手工电弧焊及焊材进行间断焊接，形成焊缝。焊材及焊接电流的选择，根据压力容器原始可见裂纹处的板材实际厚度所允许的最大线能量来选择。
步骤302，焊缝冷却后，进行PT渗透检验，检查焊缝及其周边区域是否出现次生裂纹，若是，则沿次生裂纹的位置和范围的边缘一圈，重复步骤301、步骤302，直至没有再出现次生裂纹。
由于步骤301中施焊时，在焊接溶池内产生高温，若高温的热影响区原本存在隐藏的裂纹，焊接溶池中的液态金属在冷却凝固过程中会产生变形和热应力，使高温的热影响区原本隐藏的裂纹扩展，且显露出来，即次生裂纹。次生裂纹可以是肉眼可见的，也可以是需借助仪器可见的。通过在原始可见裂纹的位置和范围的边缘递进施焊，以增加观察和检测范围，使由于应力腐蚀缺陷在该原始可见裂纹周围宏观观察不可见或还未贯穿的未显露裂纹得以显露出来。
步骤303，以原始可见裂纹和所有次生裂纹的位置和范围，确定为实际应力腐蚀缺陷的范围，执行步骤400。
步骤400，焊接修复。
将实际应力腐蚀缺陷的范围作为修补区域，挖除压力容器上该修补区域的板材。确定修补区域时，一方面可根据实际应力腐蚀缺陷的范围的大致形状形成例如圆形、矩形、不规则形状等的修补区域，以便挖除板材，一方面还需将实际应力腐蚀缺陷的范围其边缘一圈外延至少5mm后作为修补区域，适当扩大修补区域的范围，以免遗漏实际应力腐蚀缺陷的范围内的裂纹末梢。
然后按照所挖除板材的形状、大小，用与该压力容器原来相同制造标准、相同牌号、相同壁厚、相同曲率半径的板材制作成修补材料块，将该修补材料块焊接到修补区域。修补材料块的制作应根据压力容器的设计标准来选择，为压力容器设计单位同意，且焊接工艺选择需恰当。
步骤500，检验验收。
对压力容器焊接后的修补区域焊缝及其周围的压力容器原母材，进行渗透检验、压力试验检验，若检验不合格，则重复步骤200～步骤400直到检验合格，则完成该修补区域的应力腐蚀缺陷的修复。渗透检验根据原母材的材质，选择PT渗透检验、UT渗透检验或两者结合。
压力试验检验的要求为：缓慢升压至设计压力，确认无泄漏后缓慢升压至试验压力，保压三十分钟以上，然后降压至设计压力，保压足够长时间符合要求后进行检查，整个试压过程中，压力容器无泄漏、无变形、无异常声响为合格。
如发生故障的压力容器上有多于一个的原始可见裂纹，应对每个原始可见裂纹分别使用本发明的快速修复方法进行处理。
本发明的快速修复方法，基于局部应力腐蚀缺陷通常都会表现出局部的可见的裂纹着手，首先宏观查看裂纹外貌，根据应力腐蚀三要素进行定性分析，其次运用焊接原理确定实际应力腐蚀缺陷的范围，然后再对腐蚀部位进行修复，最后运用无损检测对修理部位进行检测，合格后进行水压试验，最终交付客户。该方法避免了按教科书上对裂纹处取样分析、试件制作周期长、需要高精度光(电)显微镜、需专业工程师来判断，有的局部应力腐蚀还不好取样，如接管焊缝处，该方法判断腐蚀类型可无需依靠仪器，结合压力容器本身情况和经验即可，减少了仪器检测判断所需的大量时间，隐性的应力腐蚀缺陷的范围可得到有效确定，该方法已在多个故障压力容器的维修上进行了实施和验证，对奥氏体不锈钢、碳钢和低合金钢的封头和接管进行修理，经第三方检验合格，达到预期效果，局部压力腐蚀缺陷能够达到合理、有效的修复，切实可行，效果明显，不仅可实现就地维修，而且维修时间可控制在2-3小时完成，大幅减少了设备停运时间和由此带来的生产运行损失，及时有效的消除安全隐患，修复后的压力容器正常投入生产运行。
Claims (6)
1.一种压力容器局部应力腐蚀缺陷的快速修复方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤100，判断是否为应力腐蚀缺陷：结合压力容器的制造材质、使用环境介质、应力分布情况，观察压力容器上的原始可见裂纹的产生位置和宏观形貌特征，综合判断原始可见裂纹是否为应力腐蚀缺陷，若是，则执行步骤200；
步骤200，确定原始可见裂纹的位置和范围：根据压力容器上已发生泄漏位置、宏观观察原始可见裂纹位置、PT渗透检验，三者结合，确定原始可见裂纹的位置和范围；
步骤300，确定实际应力腐蚀缺陷的范围：
步骤301，沿步骤200确定的原始可见裂纹的位置和范围的边缘一圈，以手工电弧焊及焊材进行间断焊接，形成焊缝；
步骤302，焊缝冷却后，进行PT渗透检验，检查焊缝及其周边区域是否出现次生裂纹，若是，则沿次生裂纹的位置和范围的边缘一圈，重复步骤301、步骤302，直至没有再出现次生裂纹；
步骤303，以原始可见裂纹和所有次生裂纹的位置和范围，确定为实际应力腐蚀缺陷的范围，执行步骤400；
步骤400，焊接修复：将实际应力腐蚀缺陷的范围作为修补区域，挖除压力容器上该修补区域的板材，并按照所挖除板材的形状、大小，用与该压力容器原来相同制造标准、相同牌号、相同壁厚、相同曲率半径的板材制作成修补材料块，将该修补材料块焊接到修补区域；
步骤500，检验验收：对压力容器焊接后的修补区域焊缝及其周围的压力容器原母材，进行渗透检验、压力试验检验，若检验不合格，则重复步骤200～步骤400直到检验合格，则完成该修补区域的应力腐蚀缺陷的修复。
2.根据权利要求1所述的压力容器局部应力腐蚀缺陷的快速修复方法，其特征在于：步骤100中，判断原始可见裂纹是否为应力腐蚀缺陷时，还可对压力容器原始可见裂纹处的板材进行取样，结合扫描电镜观察取样进行判断。
3.根据权利要求1所述的压力容器局部应力腐蚀缺陷的快速修复方法，其特征在于：步骤301中，根据压力容器原始可见裂纹处的板材实际厚度所允许的最大线能量，选择焊材及焊接电流。
4.根据权利要求1所述的压力容器局部应力腐蚀缺陷的快速修复方法，其特征在于：步骤400中，确定修补区域时，将实际应力腐蚀缺陷的范围其边缘一圈外延至少5mm后，作为修补区域。
5.根据权利要求1所述的压力容器局部应力腐蚀缺陷的快速修复方法，其特征在于：步骤500中，压力试验检验的要求为：缓慢升压至设计压力，确认无泄漏后缓慢升压至试验压力，保压三十分钟以上，然后降压至设计压力，保压符合要求后进行检查，整个试压过程中，压力容器无泄漏、无变形、无异常声响为合格。
6.根据权利要求1所述的压力容器局部应力腐蚀缺陷的快速修复方法，其特征在于：步骤500中，渗透检验为PT渗透检验、UT渗透检验。
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