圧力容器においてよく見られる欠陥
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圧力容器は定期的に技術検査を受けなければならず、その目的は容器に存在する欠陥を早期に発見し、潜在的な危険を迅速に除去して、欠陥がさらに悪化・拡大し、最終的に破壊事故を引き起こすのを防ぐことです。圧力容器においてよく見られる欠陥は、腐食、き裂、および変形です。 1. 腐食 腐食は、圧力容器が使用される過程で最も発生しやすい欠陥であり、特に化学工業用の容器においてそうです。それは、金属が接している媒体との間で化学的または電気化学的な反応が起こることによって引き起こされます。容器の腐食には、均一腐食、点腐食、粒界腐食、応力腐食、および疲労腐食がある。どのような腐食であっても、深刻になると容器の機能不全や破壊を引き起こします。 圧力容器の内面と外面の両方で腐食が発生することがあります。容器の外壁は一般的に大気による腐食を受けます。この大気による腐食の程度は、地域や季節などと密接な関係があり、乾燥した地域や季節では、湿潤な地域や多雨の季節に比べて腐食がはるかに軽微です。圧力容器の外壁の腐食は、常に湿潤な状態にあり、水分や湿気がたまりやすい部分で多く発生します。容器と支持架の接続面、および容器と地面が接する部分では、腐食が生じやすい。容器内壁の腐食は、主に作動媒体やそれに含まれる不純物の影響によって生じる。一般的に、作業媒体が強い腐食作用を持つ容器では、設計段階で耐腐食対策が講じられる。例えば、耐腐食性のある材料を使用したり、表面処理やコーティングを施したり、内壁にライニングを取り付けたりするのである。したがって、これらの容器の内壁の腐食は、防食対策が破壊されることによって引き起こされることが多い。容器の内壁の腐食は、通常の工程条件が破壊されることによっても引き起こされる可能性があります。例えば、乾燥した塩素は鋼製容器に腐食を引き起こしませんが、塩素ガス中に水分が含まれていたり、塩素ガスを入れた容器が水圧試験の後に乾燥されていなかったり、その他の理由で水分が侵入した場合、塩素ガスと水が反応して塩酸や次亜塩素酸が生成され、容器の内壁に強い腐食をもたらします。構造上の理由によっても腐食が引き起こされたり、悪化したりすることがあります。例えば、腐食性の沈着物を含む容器や、排出管が容器の底面よりも高い位置にある場合、容器の底部に腐食性の沈着物が長期間蓄積され、それによって腐食が生じます。また、溶接部や熱影響部、リベット式容器のリベット周辺および接合部も、腐食が起きやすい場所です。 容器の外壁の腐食は一般的に均一腐食または局部腐食であるため、目視検査によって容易に発見できる。外壁に塗料の保護層が施されている容器では、その保護層が無傷であり、他に疑わしい兆候も見られない場合、通常は保護層を除去して金属壁の腐食状況を調査する必要はありません。断熱層やその他の被覆層を持つ容器の場合、断熱材が容器の内壁材料に腐食を引き起こさない、または容器本体に防食層がある場合は、断熱層が無傷の状態であれば取り外す必要はありません。しかし、漏れやその他の腐食を引き起こす可能性のある兆候が見られた場合は、少なくとも疑わしい部分の断熱層を取り外して点検する必要があります。 容器の内壁には、さまざまな形態の腐食が生じる可能性があります。均一腐食と局部腐食も、目視検査によって確認することができる。粒界腐食およびき裂腐食（応力腐食および疲労腐食）については、重度の粒界腐食は打撃検査によって発見できるものの、一般的には目視検査だけでは判断が難しく、金属組織検査、化学組成分析、硬度測定がよく用いられる。一般的なライニングには気密性試験を行う必要があり、試験の妨げとなる部品は取り外さなければならない。 目視検査により、容器の内壁または外壁に均一腐食または局部腐食があることが確認された場合、腐食箇所の残存厚さを測定し、器壁の腐食厚さおよび腐食速度を求める必要がある。 腐食欠陥の処理は、容器の具体的な使用状況に応じて決定されるが、一般的な原則は以下の通りである： (1)内壁に粒界腐食や割れ腐食などの欠陥が見つかった場合、引き続き使用することは適切ではない。腐食が軽度の場合は、具体的な状況に応じて、元の作業条件を変更して使用することが許可される。 (2)散在性点腐食が見られるが、プロセス操作に支障がない場合（亀裂がなく、腐食深さが計算上の壁厚の半分未満の場合）、欠陥を処理せずにそのまま使用してもよい。 (3)均一腐食および局部腐食については、残存厚さが計算厚さ以上であることを原則として、そのまま使用するか、検査間隔の短縮、低圧での使用、または廃棄を判断する。
2.き裂 き裂は圧力容器において最も危険な欠陥であり、容器がぜい性的に破壊される原因となるだけでなく、疲労破壊や腐食破壊の発生を促進する。圧力容器のき裂は、その発生過程によって大きく2つのカテゴリーに分けられる。すなわち、原材料や容器の製造過程で生じるき裂、および容器の使用過程で生じるき裂または拡大するき裂である。前者には、鋼板の圧延割れ、容器の引き抜き割れ、溶接割れ、および応力除去熱処理割れが含まれる；後者には疲労き裂と応力腐食き裂が含まれる。 原材料の圧延き裂とは、金属材料自体に存在する疎松、縮孔、非金属介在物などの欠陥が集まり、圧延によって生じる線状の欠陥です。この欠陥は材料の内部にも表面にも存在し、一定の方向性や固定された位置はありません。一部の引き抜き製法の小型高圧容器においても、同様の亀裂がよく見られる。 溶接割れは主に容器の製造過程で発生し、これは容器製造業者の品質検査が不十分であったり、元々の微小な欠陥が見逃されて使用過程で悪化したためです。 応力除去熱処理によるクラックとは、分岐状の粒界クラックであり、溶接後の応力除去熱処理時に発生し、使用中にも拡大することがある。 疲労亀裂とは、容器の構造不良や材料の欠陥により局所的に応力が過大となり、容器が何度も加圧・減圧を繰り返した後に生じる亀裂のことで、起動・停止が頻繁に行われる圧力容器のいくつかでこの種の亀裂が見られる。 腐食き裂とは、一定の作業条件の下で腐食性媒体が材料を腐食させることによって徐々に形成されるもので、この種のき裂はしばしば応力と関連している。応力と腐食は互いに促進し合うため、後者は材料表面にきずを生じて応力集中を引き起こしたり、金属の結晶間結合力を弱めたりする。一方、前者は腐食の進行を加速させ、表面のきずをより深くまで広げていく。 圧力容器の亀裂は、その内外面のあらゆる箇所に発生する可能性があるが、一般的に最も亀裂が生じやすいのは溶接部、溶接熱影響部、および局所的に応力が過大な箇所である。 ひび割れの検査には、目視検査と非破壊検査が用いられる。通常は、目視検査によって亀裂の兆候が発見または初期に見つかり、その後、非破壊検査によってさらに確認されます。非破壊検査において、液体を用いる浸透探傷、蛍光探傷、磁気探傷はいずれも表面のき裂を検出するのに非常に有効であり、状況に応じて適切に選択することができる。 圧力容器に亀裂欠陥が見つかった場合、まずは亀裂の位置、数、大きさ、分布状況、および容器の使用条件などをもとに、亀裂が生じた原因を分析する必要があります。必要に応じて金属組織検査を行い、その亀裂が原材料に存在していた欠陥によるものか、容器の製造時に残ったものか、あるいは使用過程で発生したものかを判断します。その後、欠陥の深刻度と容器の具体的な状況に基づいて、欠陥や欠陥のある容器の処理方法を決定する。材料の圧延や引き抜きによって容器に生じる微細な亀裂は、一般的に浅いため、手でこするかサンドペーパーなどを使って削り取ることができる。溶接亀裂は、検査で発見された際に除去する必要がある。構造的な欠陥や局部的な応力が過大になって亀裂が生じた部品は、一般的には引き続き使用するのが難しい。 腐食クラックがある容器も、クラックを除去したり溶接して補修した後に引き続き使用してはならない。特別な状況下において、容器の製造や原材料に起因するき裂は実際には除去が困難な場合があります。そのような場合、資格を有する圧力容器欠陥評価機関による検査・評価を経て、破壊力学に基づく分析・計算により、そのき裂が拡大しないこと、かつ十分な安全余裕があることが確認されれば、信頼性の高い監視措置を講じた上で引き続き使用することが可能です。ただし、検査間隔を短縮し、き裂の進行状況を厳密に監視する必要があります。
3.変形 変形とは、容器が使用された後に全体または部分的に幾何学的な形状が変化することを指し、このような欠陥は一般的に圧力容器ではあまり見られない。 容器の変形は、一般的に局部のくぼみ、膨らみ、全体がへこんだ状態、全体が膨張した状態など、いくつかの形で現れます。局部のくぼみとは、容器の外殻やフランジの特定の部分が外部からの衝撃や圧力を受けて表面に凹みが生じることです。このような変形は、通常、壁厚が薄い小さな容器でのみ起こります。これによって容器の壁厚自体は変わらず、単にある特定の部分の表面が元の幾何学的形状を失うだけです。 膨らみとは、容器のある部分の受圧面が重度の腐食により壁厚が著しく薄くなり、内部圧力の作用で外側に凸状に変形することです。場合によっては、容器の局部的な温度が過度に高くなることで材料の機械的性質が低下し、膨らみが生じることもある。このような変形により、容器のその部分の壁厚はさらに薄くなる。 全体的にへこんでしまうのは、外部からの圧力によって容器の壁の厚さが薄くなりすぎ、その結果圧力に耐えられず安定性を失い、元の形状を保てなくなるためです。このような変形は、ジャケット付き容器の内筒のように、外部から圧力を受ける部分でのみ起こります。 全体的な膨張変形は、容器の壁厚が薄すぎるか過圧で使用されたことにより、容器全体または一部の断面で降伏変形が生じることで起こる。このような変形は一般的にゆっくりと進行し、特別な監視を行わない限り発見することはできない。 変形の検査は一般的に目視検査で行え、それほど深刻でない変形は計測器具を用いた検査で発見することができる。 変形欠陥が生じた容器は、それほど深刻でない局部的なへこみを除き、他の場合は一般的に使用を続けるべきではない。塑性変形を受けた容器では、壁厚が常にある程度薄くなり、また変形した材料はひずみ硬化によって*靭性が低下し、耐食性も劣るからである。軽度の膨らみ変形で、変形面積がそれほど大きくなく、かつ容器の他の部分に影響がない場合は、容器材料の溶接性が良好であれば、掘り補修処理を検討することができる。膨らんでいる部分を削り取り、同じ形状・材質の板材で補修溶接を行った後、容器の元の技術要件に従って溶接部の品質検査を行う。