钛复合板反应釜使用中的常见缺陷及对策

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摘要 鉴于钛复合板反应釜在工作中承受的高温高压，一旦发生泄露或破裂，往往造成人员伤亡或设备破坏事故；针对钛复合板反应釜在日常检测中发现的常见缺陷，分析了缺陷产生的原因，并提出了钛复合板反应釜在使用，检测与修复中应注意的问题。

关键词 钛复合板反应釜；常见缺陷；对策

中图分类号TG457 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）86-0060-02

0 引言

鉴于钛复合板优良的抗腐蚀性，良好的热传导性，较高的强度等级及大幅下降的制造成本等特性，钛复合板反应釜被应用于各种高温高热及高压的化工场所。在检测过程中，发现该种类型的反应釜存在的缺陷类型基本相似，下面以眉山市某厂的一台反应釜为例进行说明。

眉山市某厂2009年11月投入使用的一台立式反应釜，规格为Φ2600×（18+3）×5400mm，壳体材质钛复合板：基板16MnR+复合板TA2（18+3mm），管程材料：钛管TA2（Φ76×3 mm）， 腐蚀裕度：基板1.0mm/钛板0.1mm。工作压力：壳程1.3Mpa/管程1.0MPa，工作温度：壳程120℃/管程183℃，工作介质：壳程浓硫酸、硫化铜，空气/管程蒸汽，水。2012年10月发现钛复合板连接部位泄漏检查管有介质泄漏。如下图1所示。

1 反应釜存在的常见缺陷

针对反应釜连接部位泄漏检查管有介质泄漏情况，经特种设备检测人员的检测，发现存在以下缺陷。

1）基板壳体外侧宏观检验发现底层筒体纵焊缝部位检漏管处有介质流出形成的污垢物质，机械清除污垢后，该处厚度测量最小值17.5mm，其他部位壁厚测量最小值17.8mm。可见污垢物并未对基板造成腐蚀，但相对应的钛复合层存在穿透性裂纹。钛层经多点测厚，测量最小值2.9mm，故钛层属于正常的使用状态；

2）基板壳体外侧对接焊缝及检漏管角焊缝经磁粉探伤检测未发现缺陷；

3）壳体内侧钛板（厚度3mm，称钛盖板，以下同）宏观检验发现上封头人孔附近内壁鼓包2处，且一处有裂口。壳体内壁中部以下结生坚硬的硫酸盐垢。内壁光滑，无划伤、凹坑等表面缺陷；

4）对壳体内侧钛盖板及其焊缝、钛盖板内侧焊缝（含人孔、接管角焊缝）处的硫酸盐垢进行机械清除，露出钛金属光泽，对该部位进行荧光渗透检测发现钛盖板对接焊缝只有个别圆形缺陷显示，且评定为Ⅰ级，缺陷部位对应的基板未发现腐蚀现象；

5）有介质渗漏的泄漏检查管对应部位的钛盖板中心发现一条纵向裂纹，长260mm，下封头与筒体环焊缝钛盖板上横焊缝中心裂纹400mm，纵环缝钛盖板相接处的横焊缝上两条焊趾裂纹60mm ，钛盖板表面两处隆起和一重皮处发现线性缺陷显示；

6）对钛盖板存在裂纹的对应基板进行超声波探伤检测未发现缺陷。

2 反应釜缺陷原因分析

造成上述缺陷的原因，经系统分析，可知：

1）设备运行时壳程介质反应压力来源于空气压力和介质被盘管加热后的膨胀压力，反应过程中有搅拌器工作，反应结束后关闭空气源，排放废气、用水间接冷却降温降压。整个运行过程中，有很大的温差变化，故存在很大的热应力。设计时，考虑到制造后会存在残余的焊接应力和运行中存在的温差热应力，易使钛盖板焊缝处因疲劳开裂而使介质发生泄漏，所以在钛盖板焊缝对应的基板外侧焊有泄漏检查管，检查管与钛盖板和基板间存在的缝隙相通。运行时泄漏检查管发现介质泄漏，说明盖板或基板存在穿透性缺陷；

2）因钛盖板与基板的热膨胀系数不同，在介质长期冷热交替作用下使钛盖板一张一缩出现钛盖板中心和应力集中部位疲劳开裂，纵环钛盖板相接处的焊缝和焊缝边缘是易产生应力集中部位。同时由于制造时，未按焊接工艺进行施焊，焊接后存在部分的表面焊接缺陷（如焊瘤、咬边等），造成局部应力集中现象，另外存在纵缝与环缝相交处的复合应力，在容器长时间使用后，使钛焊缝在应力集中区长期疲劳而致焊缝开裂失效；

3）内壁鼓包2处，且一处有裂口，经了解是用户为了检漏由外部检漏管通入压缩空气压力过高失稳而使钛盖板鼓起造成。根本原因为用户未按操作规程要求违规操作所致，为人为操作产生的缺陷；

4）钛盖板表面隆起和有重皮，说明钛盖板材质存在缺陷，强度和抗疲劳性能差，易产生疲劳裂纹。原因在于制造厂验收板材时疏忽外观质量所致。

3 反应釜缺陷应对措施及建议

针对上述检查出的缺陷，及缺陷原因，根据压力容器有关国家标准及行业标准[1-4]，反应釜在检查及维护保养、修理及制造过程中应注意以下问题：

1）基板壳体壁厚最小值17.5mm，在腐蚀裕量范围内，能满足使用要求，可不进行处理。使用单位还应定期对基板壳体壁厚进行测定，特别是钛盖板对应的部位，目的是防止泄漏介质对基板腐蚀；

2）内壁鼓包损坏处应修复，不得从外部检漏管通入压缩空气对钛盖板进行检漏。使用单位应加强操作人员的培训，严格按照操作规程要求进行日常操作；

3）存在表面隆起和有重皮及裂纹的钛盖板应更换，对开裂的焊缝进行修理，修理工作应由有相应资格的单位进行并经质监部门许可的特种设备检验机构进行监督检验；

4）使用单位在修复后投入运行时加热和减温、升压和降压应尽量减缓，还应加强运行中的检查、监督，检验周期应适当缩短，定期对钛盖板进行渗透检测。如发现有异常现象，及时停车作全面检查；

5）制造钛容器时，制造厂应严格按照的质保体系要求，对钛板进行严格外观复验和复合层的超声波复验，确保板材符合要求。组对要求、施焊要求、焊后外观和无损检测要求均严格按标准要求进行，尽量减少残余应力和焊缝表面和内部存在的缺陷，确保制造质量合格。

参考文献

[1]国家质量技术监督总局.压力容器定期检验规则[S].TSG R7001-2004.

[2]中华人民共和国国家标准.钢制压力容器[S].GB150—1998.

[3]中华人民共和国行业标准.钛制焊接容器[S].JB/T4745-2002.

[4]国家质量技术监督总局.固定式压力容器安全技术规程[S].TSG R0004-2009.