首次全面检验对压力容器安全的影响
武汉市锅炉压力容器检验研究所 章惠平
摘 要：本文用检验实例说明大型关键压力容器的首次全面检验对压力容器安全及
使用寿命的重要影响。
主题词：压力容器 首次全面检验 压力容器安全 使用寿命
一、前言
大量检验实例证明，在压力容器检验中首次全面检验是非常重要的。通过首次
全面检验，能够确定容器是否存在设计、制造、安装缺陷，并通过对材料腐蚀性的检测
（腐蚀速率、是否存在应力腐蚀及其它严重局部腐蚀）确定材料与介质的相容性。对缺
陷进行分析，找出缺陷产生的原因并进行相应处理，消除隐患，使容器安全运行。用户
根据检测结果和检验结论，可以及时了解容器的安全状况，预知容器的安全隐患及可能
发生的安全问题，及时纠正检验中发现的使用维护问题，更科学地对容器进行管理，从
而提高容器的安全性和容器的使用寿命。
二、典型首检实例
我站对近百台在用球形容器及其它大型容器进行了首次开罐全面检验，统计结果表
明，40%以上的容器因存在较严重的缺陷（以裂纹为主）进行了焊补或返修处理，其中
有一部分存在严重安全隐患。首检的目的就是及早发现事故隐患，控制缺陷的发展，降
低事故率，延长容器的使用寿命，
下面通过三个压力容器首检的典型实例，证实首检对压力容器安全及使用寿命的重
大影响。
例 1 某钢厂一台储氧球罐，材质为15MnVNR，壁厚为 36mm，1985 年 6月投
入使用。1988 年 11 月由原制造单位进行了首次在用无损检测，焊缝内外表面无损检
测没有发现缺陷，焊缝内部无损检测发现了一处超标缺陷并进行了返修处理。1994 年协会之窗 21
7 月，我站对这台球罐进行了全面检验，在内表面焊缝 100%磁粉检测中，发现了 32
处表面裂纹，裂纹累计总长度达 7190mm，最长的三处裂纹长度分别为 450mm、
850mm、1100mm，裂纹深度均超过了 3mm，最深为10mm，均须焊补处理。除 5
处处于赤道带上环缝（CD 缝）外，其余 27 处均处于赤道带下环缝（DE 缝）上，裂
纹均产生于焊缝下熔合线上。外表面100%磁粉检测中仅发现 9 处表面裂纹且深度小于
0.5mm，属正常情况。由于内表面焊缝缺陷严重，除进行磁粉、超声、x射线检测外，
又增加了硬度、金相、声发射三个检测项目。
硬度检测：在CD 缝及DE缝发现裂纹的焊缝上取 5 个部位进行硬度检测，焊缝及
熔合线硬度值无异常。结果见下表：单位（HB）
硬度 焊缝 熔合线 母材
金相检测：裂纹均产生在近表面下熔合线上，因考虑到球罐的损伤未取断口试样，
对裂纹部位焊缝进行金相分析。金相组织分析表明，焊缝组织局部有铁素体沿晶界析出，
形成较为粗大铁素体网状组织（见图 1）；沿裂纹检查，可在裂纹开口较小处发现铁素
体存在（见图 2、3）。这说明裂纹在此薄弱处发生，并沿网状铁素体即晶界扩展，裂纹
开口较大处没有发现铁素体，是因为开裂时间较长的缘故，相连的裂纹有融合扩展的趋
势（见图 4）。由此认为：1）开裂是因为局部焊接缺陷所致。2）此类裂纹与局部焊接22 协会之窗
温度过高或焊接时间过长有关。
图 1 局部焊缝较粗大铁素体网状组织 图 2 焊缝开裂处有铁素体存在
图 3 焊缝开裂处有铁素体存在 图 4 相连裂纹有融合扩展趋势
声发射检测：在水压试验的同时进行了声发射检测。水压试验压力为3.3MPa，保
压 15分钟。结果显示在赤道带下环缝上有5 个活动源。对这 5个活动源做进一步检测
发现，均为下熔合线近表面裂纹。水压试验后再次对内表面环缝进行 100%磁份检测，
又发现了 18 处裂纹，除 1 处在赤道带上环缝外，其余均在赤道带下环缝上，其中 12
处深度大于 2.5mm，有 3 处深度为 7mm，长度最长为 150mm。从检测及裂纹消除
情况分析，这些裂纹均为近表面裂纹，由于水压试验的超压运行作用，使裂纹在水压过
程中向表面扩展，开口成为表面裂纹。有些扩展至近表面没有开口的裂纹，也被检出。
综合以上检测结果可以得出结论：裂纹源是制造时产生的，在这些部位还存在没有
被检测出的细小裂纹源。由于容器的工作压力在1.7MPa～2.7MPa 范围内波动，属低
周疲劳，裂纹在使用过程中扩展。因此检验周期定为一年，使用一年后再次开罐检验，
以发现和消除裂纹源。
1995 年 9 月再次开罐检验，这次检验的重点部位是赤道带下环缝（DE 缝）。对
DE 缝进行 100%磁粉检测，使用荧光磁粉，本次检验发现了 18 处表面裂纹，有 9 处协会之窗 23
深度大于等于 2.0mm，最深为 7.0mm，裂纹长度最长为 80mm。对焊缝内部进行超
声波检测及χ射线检测，考虑到裂纹的取向性，对 DE 环缝进行内外两面 4 侧超声波探
伤（对有些波幅较低的缺陷用二次波检测容易漏检）。在检测中发现，由于一些裂纹缺
陷的波幅很低在记录时被忽略，因此要求记录所有缺陷波的部位，并对这些部位进行χ
射线检测。在进行χ射线检测时为提高内表面裂纹检出率，使用了能穿透钢板的最低管
电压，增加了爆光时间，并将胶片贴在内表面环缝上。DE 环缝共拍片 80 张，检出近
表面裂纹 6 处。这次检出裂纹的部位均为上次检验未发现缺陷部位。对这些部位返修处
理后进行了水压试验。水压试验后对内表面球罐进行 100%磁粉检测，没有发现缺陷。
这次检验缺陷已明显减少。
通过这次检验，缺陷最严重的 DE环缝制造时产生的裂纹源已基本消除。检验结论
为球罐在目前的工作条件下可以安全运行。
根据厂方要求，1996 年 11 月再次开罐对内表面进行磁粉检测，本次检测在赤道
带下环缝（DE 缝）上仅发现 1 处表面裂纹，但在其它部位又发现多处表面裂纹，其中
有两处深度为 5mm，长度为 30mm。均为上次检验未发现缺陷部位。
根据检验周期在 1999 年、2002 年对该球罐进行了两次开罐检验。这两次检验均
发现少量表面裂纹，裂纹深度均在0.5~5mm，检验后进行了焊补处理，球罐运行正常。
对于材质为 15MnVNR的球罐，由于材料焊接性能不及16MnR，在制造时易产生
焊接缺陷，主要是焊接裂纹。这类球罐均为 20世纪 80 年代制造，已使用 20 年左右。
部分球罐和上述这台球罐情况类似，由于当时检验工作刚刚开展，球罐没有按期进行首
检或检验单位不正规，没有及时发现制造时产生的焊接缺陷，使缺陷在使用条件下长时
间扩展，特别是裂纹的融合扩展，成为严重安全隐患。这些缺陷往往长度和消除深度较
大，由于多次返修及热处理使材料性能下降，影响了容器的正常使用寿命。
例 2 某钢厂一台 400m3 储氧球罐，材质为 07MnCrMoVR（CF-62）， 壁 厚
38mm，1998 年 9月建成并投入使用。组焊时，没有进行预热，焊接后进行了整体热
处理，热处理温度为 555~585 ℃。2000 年 5 月首次开罐全面检验。在内表面焊缝上
发现 18 处表面裂纹，累计长度为 17275mm，最大消除深度为 8.5mm，其中一处为
赤道带上环缝整圈表面裂纹。而同时开检的另一台球罐没有发现表面裂纹。这两台球罐24 协会之窗
设计与球壳板供货均相同，制造安装单位不同。为此我们查阅了相关资料并了解了当时
的组装情况。两个安装单位的组装工艺及组装水平不同，这台球罐有强行组装现象，上
环缝强行组装造成了很大的残余应力。由于CF-62 钢在 580℃左右温度下进行热处理，
残余应力分布状况及数值没有很大改变，因此无法通过热处理有效消除组装造成的残余
应力[1][2]。
本次检验对焊缝的残余应力进行了测定，在赤道带上环缝及赤道带纵缝上布置了两
个应力测定点，结果表明在上环缝点径向测定值为 346.8MPa，纵缝周向测定值为
301.6MPa，均处于较高水平。消除缺陷后进行了焊补处理，并进行了水压试验。
一年后开罐对内表面焊缝进行 100%磁粉检测，发现了 32 处表面裂纹，深度在
0.5~2.0mm。2004 年 7 月按检验周期进行开罐全面检验，内表面仅发现 8 处表面裂
纹，而且深度仅为 0.5~1.5mm。
由于按时进行首次检验，消除了严重表面裂纹。裂纹开裂释放了部分残余应力，通
过水压试验又进一步释放了部分残余应力。由于及早发现并消除了裂纹，消除深度较小，
补焊产生的残余热应力也相应较小。因此由于残余应力造成开裂的几率大大减小。在第
二次和第三次检验中裂纹数量和深度大幅下降，目前容器在设计条件下可以安全运行。
由于 CF-62 钢良好的机械性能和焊接性能，我国近年来建成的大型压力容器大量
采用 CF-62 钢制造。我站对 20 台 CF-62 钢制球罐进行了检验，在这 20 台球罐中，
发现严重焊缝表面裂纹的有 5 台（5 台均为同单位制组装），发现严重焊缝内部裂纹的
有台 2 台（2 台为同一单位组装），由此可见CF-62 钢在安装工艺不当或制造安装质量
不良时容易产生严重表面裂纹或焊缝内部裂纹。
例 3 某钢厂一套电解氢装置中有一台氢分离器和一台氧分离器，于 1997 年投入
使用。材料原设计为 0Cr18Ni9Ti，但制造时改为 1Cr18Ni9Ti，使用条件为 Pw≤
1.5MPa，操作温度 90 ℃，氢分离器介质为氢气+碱液（KOH、NaOH），氧分离器介
质为氧气+碱液（KOH、NaOH）。1998 年氧分离器发生泄漏。1999年1月更换，更
换的氧分离器材质为 0Cr18Ni9Ti，2000 年 5 月氧分离器又发生泄漏。我们对容器进
行了相关检验并进行了失效分析。检验发现氧分离器在内表面封头下半部直边与筒体连
接的焊接热影响区有密集横向表面裂纹，其中1 处裂穿。进气管与容器连接处发生一处协会之窗 25
泄漏。氢分离器没有发现裂纹。我们对介质进行了化验，发现氯离子溶度达到了20ppm。
进行断口分析，通过金相和电镜对裂纹进行分析，裂纹形貌为枯树枝状穿晶裂纹，裂纹
为典型的应力腐蚀开裂。
图 5 裂纹部位 50倍金相照片 图 6 裂纹部位 500 倍电镜照片
应力腐蚀产生原因为：封头压制和焊接过程中造成的残余应力和热应力使封头与筒
体连接处的残余应力较高；使用温度 90℃，为奥氏体不锈钢产生应力腐蚀裂纹的敏感
温度范围；封头在压制过程中产生的微小缺陷，如划伤、皱折等，氯离子容易聚集在这
些微小缺陷上；以上情况使这两台容器具备了应力腐蚀的先天条件。在氢分离器中由于
氧浓度极低，氯离子浓度为20ppm 时一般不会产生应力腐蚀，而在氧分离器中介质为
氧气+碱液（KOH、NaOH），在氧的作用，20ppm的氯离子含量足以引起应力腐蚀开
裂[3]。
在氯离子应力腐蚀的同时伴有碱脆现象，对裂纹尖端腐蚀物进行能谱分析，主要有
K 和 Na（见图 7）。
图 7 裂纹尖端腐蚀物能谱 26 协会之窗
以上分析说明氧分离器材质与介质不相容，不能继续使用，且无修理价值，该容器
判废。氢分离器没有发生应力腐蚀，可以继续使用。氧分离器因没有按时首检，及时地
发现应力腐蚀现象，使容器发生泄漏，在氢气站发生这种情况非常危险。
三、结语
1．合理地进行首检能确保容器的安全使用并延长容器的使用寿命。按《容规》规
定：使用σb≥540MPa材料制造的球罐，投用一年后应开罐检验。 对于强度级别高、
裂纹敏感度高的 15MnVNR 及 CF-62 钢制球罐应严格按这一条款执行。《容规》另一
条规定：介质为液化石油气且有氢鼓包等应力腐蚀倾向的，每年或根据需要进行内外部
检验。这一条款同样适用与氢氧分离器等应力腐蚀倾向较大的容器。这类容器应在投用
后 1年内进行。对于曾经出现过安装质量问题的安装单位或首次安装大型钢制压力容器
的安装单位安装的大型钢制压力容器的首检尤其重要。
2．对不同设计条件和使用条件的压力容器，首次检验应针对可能产生的缺陷情况
确定合理的检验项目和检测工艺。对裂纹敏感或易产生应力腐蚀的容器，应使用荧光磁
粉进行磁粉检测等方法提高检测灵敏度。
3．在缺陷处理过程中，对裂纹应用机械方法消除，不宜用碳弧气刨。在确保缺陷
消除的同时，应尽量减少消除深度。消除裂纹时应打止裂孔。水压实验后对易产生裂纹
的部位应进行磁粉检测。
4．合理地进行首检，及时发现并消除隐患，可以保证容器在设计条件下安全使用。
参考文献
［1］袁 榕、《压力容器》、2003 年第 3 期、38 页
［2］CF 钢应用研究课题协作组 、《压力容器》、1987 年第 3 期、16 页
［3］罗晓明、《压力容器》，2001 年第 5 期、67 页
