空分裝置中鋁制壓力容器制造監(jiān)督檢驗(yàn)要求

【摘要】針對(duì)空分裝置中壓力容器由鋁和鋁合金制造、工作溫度是在-153℃以下的低溫，鋁和鋁合金焊接較困難的特點(diǎn)，依據(jù)《鍋爐壓力容器產(chǎn)品安全性能監(jiān)督檢驗(yàn)規(guī)則》的規(guī)定，提出監(jiān)督檢驗(yàn)的具體要求。

【關(guān)鍵詞】鋁制；壓力容器；監(jiān)督檢驗(yàn)；要求

一、引言

氧氣作為鋼鐵工業(yè)、化肥工業(yè)及煤化工的重要工業(yè)原料，其制取的方法主要是低溫法空氣分離，低溫制氧生產(chǎn)量大，產(chǎn)品多樣化且純度高，節(jié)能電耗低。此法主要是現(xiàn)將空氣壓縮冷卻，并使空氣液化，利用氧、氮組分的沸點(diǎn)（在大氣壓下氧沸點(diǎn)為-183℃，氮沸點(diǎn)為-196℃）不同，在精餾塔中使氣、液接觸，進(jìn)行質(zhì)、熱交換，從而使氧、氮分離。無(wú)論是空氣液化或者精餾，都是在-153℃以下的溫度條件下進(jìn)行的。空分裝置冷箱中的壓力容器通常為鋁制壓力容器，這是因?yàn)殇X及鋁合金為面心立方晶體結(jié)構(gòu)，當(dāng)溫度降低時(shí)，它們不會(huì)發(fā)生脆性轉(zhuǎn)變，其強(qiáng)度延性韌度不僅不降低，反而同步提升在低溫下具有良好的力學(xué)和沖擊性能?，F(xiàn)在鋁合金的工作溫度可達(dá)-253℃，同時(shí)，鋁的熱導(dǎo)率比鋼大幾倍，對(duì)于一定的熱負(fù)荷來(lái)說(shuō)，可以減少所需的傳熱面積，特別適用低溫及超低溫容器。但鋁極易氧化產(chǎn)生難熔的三氧化二鋁薄膜，在焊縫中容易產(chǎn)生夾雜物，形成氣孔或裂紋，因此，鋁制壓力容器的制造和焊接與鋼制壓力容器相比，具有特殊性和難控制性。針對(duì)以上特點(diǎn)對(duì)空分裝置冷箱中的鋁制壓力容器監(jiān)督檢驗(yàn)提出相應(yīng)的具體要求。

空分裝置中的鋁制壓力容器主要有下塔、冷凝蒸發(fā)器、液體量筒、主換熱器、膨脹機(jī)過(guò)濾器、氬塔等，均布置于冷箱內(nèi)，工作溫度在-153℃～-196℃、工作壓力0.6MPa以下。主要材質(zhì)為鋁鎂合金，其牌號(hào)5083-H112和5052-H112

二、監(jiān)督檢驗(yàn)

依據(jù)《鍋爐壓力容器產(chǎn)品安全性能監(jiān)督檢驗(yàn)規(guī)則》及《鍋爐壓力容器產(chǎn)品安全性能監(jiān)督檢驗(yàn)大綱》對(duì)下列項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)督檢驗(yàn)

1.圖樣審查

應(yīng)提供加蓋有壓力容器設(shè)計(jì)單位許可印章的總圖和強(qiáng)度計(jì)算書(shū)等，壓力容器的設(shè)計(jì)總圖上的內(nèi)容應(yīng)符合TSG R0004-2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》（簡(jiǎn)稱(chēng)《固容規(guī)》）的3.4.2.2要求。

按照《固容規(guī)》有關(guān)規(guī)定空分裝置中冷箱內(nèi)的壓力容器類(lèi)別均劃為第一類(lèi)壓力容器，

空分裝置鋁制壓力容器的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)與驗(yàn)收的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)為JB/T4734-2002《鋁制焊接容器》及JB/T2549-94《鋁制空氣分離設(shè)備制造技術(shù)規(guī)范》。

有設(shè)計(jì)變更制造單位應(yīng)取得原設(shè)計(jì)單位同意修改的書(shū)面證明文件

2.材料

制造單位應(yīng)該提供主要受壓元件和焊接材料的材質(zhì)證明書(shū)或加蓋材料供應(yīng)單位檢驗(yàn)公章和經(jīng)辦人章的復(fù)印件。材料代用應(yīng)取得原設(shè)計(jì)單位的書(shū)面同意。

空分裝置鋁制壓力容器主要受壓元件材料，鋁合金板材5083-H112或5052-H112應(yīng)符合GB/T3880.2-2006《一般工業(yè)用鋁及鋁合金板、帶材 第2部分：力學(xué)性能》和GB/T3190-2008《變形鋁及鋁合金化學(xué)成分》的規(guī)定、鋁合金型材5083-H112應(yīng)符合GB/T6892-2006《一般工業(yè)用鋁及鋁合金擠壓型材》的規(guī)定。焊接材料應(yīng)符合GB/T10858《鋁及鋁合金焊絲》的規(guī)定，并滿(mǎn)足NB/T47018.6-2011《承壓設(shè)備用焊接材料訂貨技術(shù)條件 第6部分：鋁及鋁合金焊絲和填充絲》的要求。

3.焊接

鋁在空氣中及焊接時(shí)極易氧化，生成的氧化鋁（AL2O3）熔點(diǎn)高、性質(zhì)穩(wěn)定且不易鏟除。在焊接過(guò)程中會(huì)阻礙母材的熔化和熔合，不易浮出熔池，導(dǎo)致焊縫中出現(xiàn)夾渣、未熔合、未焊透等缺陷。焊絲及母材表面的氧化鋁薄膜易吸附水分，水分在焊接過(guò)程高溫和電離中分解出來(lái)氫，鋁在液體中能溶解大量的氫，固態(tài)幾乎不溶解氫，在焊接熔池凝固和快速冷去中，氫來(lái)不及逸出，極易形成焊接接頭中的氣孔。因此，應(yīng)采取機(jī)械或化學(xué)的方法清除其表面的氧化膜。焊接坡口面應(yīng)采用機(jī)械方法加工，表面應(yīng)光潔平整。焊前，坡口及其兩側(cè)必須嚴(yán)格清洗。鋁的熱導(dǎo)率和比熱容為碳素鋼和低合金鋼的兩倍多，熱導(dǎo)率約為奧氏體不銹鋼的十幾倍。這樣在焊接過(guò)程中，大量的能量會(huì)被迅速的傳導(dǎo)至母材的其他部位，使焊接熔化金屬的熔池迅速冷卻，一些氣孔和夾雜物無(wú)法及時(shí)逸出，同時(shí)也可能產(chǎn)生未熔合等缺陷。這些都造成焊接接頭性能大大下降。鋁的線膨脹系數(shù)約為碳素鋼和低合金鋼的兩倍，鋁凝固時(shí)的體積收縮率較大，造成焊接的變形量大、焊接應(yīng)力較大，易產(chǎn)生縮孔、縮松、熱裂紋等缺陷。鋁在高溫時(shí)的強(qiáng)度和塑性低，焊接時(shí)會(huì)因?yàn)椴荒苤巫∫后w金屬而使焊縫成形不良，甚至形成塌陷或燒穿。綜上所述，鋁和鋁合金的焊接較為困難。在空分裝置中鋁的焊接方法主要是鎢極氬弧焊和熔化極氬弧焊。其中較為特殊的是雙人雙面焊接方法，在一條焊縫的內(nèi)外兩面同時(shí)由兩位焊工進(jìn)行氬弧焊，此種焊接方法能夠保證焊接線能量的輸入較大、維持熔池的溫度，利于氣體及焊渣的浮出；另外焊縫兩面同時(shí)供氬都可以起到氣體保護(hù)作用。與常規(guī)的單面氬弧焊工藝相比，具有減少焊接變形、提高焊接質(zhì)量、簡(jiǎn)化坡口加工與組對(duì)等優(yōu)點(diǎn)。

監(jiān)檢人員應(yīng)當(dāng)審查鋁制壓力容器焊接工藝評(píng)定及記錄，并對(duì)評(píng)定過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督。焊接工藝評(píng)定報(bào)告應(yīng)經(jīng)監(jiān)檢人員簽字確認(rèn)。鋁制壓力容器現(xiàn)行的焊接工藝評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)有JB/T4734-2202《鋁制焊接容器》中附錄B《鋁容器焊接工藝評(píng)定》和NB/T47014-2011《承壓設(shè)備焊接工藝評(píng)定》，兩者對(duì)鋁材的類(lèi)別劃分及評(píng)定合格標(biāo)準(zhǔn)略有不同，預(yù)計(jì)JB/T4734修訂或新版頒布會(huì)統(tǒng)一規(guī)定。

空分裝置中鋁制壓力容器設(shè)計(jì)壓力一般為0.6MPa，主要介質(zhì)為氧 氮，按照J(rèn)B/T4734規(guī)定可以免做產(chǎn)品焊接試板。

焊工應(yīng)按照TSG Z6002《特種設(shè)備焊接操作人員考核細(xì)則》的規(guī)定考核合格后，方能在有效期間內(nèi)擔(dān)任合格項(xiàng)目范圍內(nèi)的焊接工作。鋁合金進(jìn)行雙人雙面焊接時(shí)，兩名焊工均需有相應(yīng)的合格項(xiàng)目。

對(duì)于鋁制容器焊縫返修及工藝要特別注意，極易造成因返修而形成缺陷的增多或擴(kuò)大，焊接接頭性能的降低，甚至因多次焊接返修，造成焊接接頭性能不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)制造要求，使容器不得不報(bào)廢。

4.外觀和幾何尺寸

監(jiān)檢的主要內(nèi)容檢查焊接接頭的表面質(zhì)量。焊縫表面不得有裂紋、氣孔、未熔合、弧坑、夾鎢等缺陷；焊縫外不得有打弧點(diǎn)；焊縫上的熔渣和兩側(cè)的飛濺物必須清除；對(duì)接接頭的焊縫余高及焊縫寬度差應(yīng)符合JB/T4734表10-4的規(guī)定，角焊縫的焊腳尺寸應(yīng)符合設(shè)計(jì)圖樣和JB/T4734的規(guī)定；焊縫與母材應(yīng)圓滑過(guò)渡。

鋁制壓力容器的制造必須有專(zhuān)用場(chǎng)地，不得與黑色金屬產(chǎn)品混雜生產(chǎn)。工作場(chǎng)所要保持清潔、干燥，必須控制灰塵、飛濺物。一般地面上鋪有膠皮，防止鋁制容器的表面機(jī)械損傷，對(duì)于尖銳傷痕應(yīng)予修磨，修磨范圍的斜度至少為1：3.修磨的深度不大于該部位鋁材厚度的5%且不大于2mm，否則應(yīng)予焊補(bǔ)。

由于鋁的剛度較碳鋼低，以及下塔塔板的裝配要求，鋁制壓力容器在制造時(shí)需在筒體外面裝有抱箍，控制塔器在臥式放置、裝配及水平轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)塔體變形量過(guò)大。按照J(rèn)B/T2549 的規(guī)定空分裝置鋁制壓力容器筒體同一斷面的最大內(nèi)徑與最小內(nèi)徑之差不得超過(guò)其名義內(nèi)徑的4/1000，塔體的直線度公差，最大不得超過(guò)塔體高度的 1/1000，且應(yīng)控制在±10mm范圍內(nèi)

焊縫的布置應(yīng)符合JB/T4734中10.2.5.5的要求，即筒節(jié)長(zhǎng)度應(yīng)不小于300mm，相鄰?fù)补?jié)縱縫中心線間距應(yīng)大于鋁材厚度的3倍，且不小于100mm。鋁制封頭的制造、檢驗(yàn)與驗(yàn)收除符合GB/T25198《壓力容器封頭》的要求外，還應(yīng)符合JB/T4734中10.2.4的規(guī)定。

5.無(wú)損檢測(cè)

由于空分裝置中鋁制壓力容器因結(jié)構(gòu)及運(yùn)行條件不允許殘留試驗(yàn)液體，一般采取氣壓試驗(yàn)。按照J(rèn)B/T4734和《固容規(guī)》的要求，應(yīng)對(duì)A、B類(lèi)對(duì)接接頭進(jìn)行100%射線檢測(cè)，檢測(cè)技術(shù)等級(jí)不低于AB級(jí)，射線檢測(cè)的合格級(jí)別按JB/T4730.2規(guī)定中的II級(jí)為合格。由于鋁制容器的焊縫返修較易產(chǎn)生更多缺陷，對(duì)于圓形缺陷的點(diǎn)數(shù)控制較鋼的寬松。

對(duì)設(shè)計(jì)圖樣有要求進(jìn)行表面檢測(cè)的焊縫，應(yīng)按JB/T4730.5進(jìn)行滲透檢測(cè)，合格級(jí)別不低于I級(jí)。特別注意的是，檢測(cè)完后，應(yīng)對(duì)滲透劑、顯像劑等進(jìn)行徹底的清洗去除。

6.熱處理

鋁制壓力容器一般不要求進(jìn)行熱處理。

7.耐壓試驗(yàn)及氣密性試驗(yàn)

耐壓試驗(yàn)為監(jiān)檢的A類(lèi)項(xiàng)目，監(jiān)檢員必須到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行監(jiān)檢?？辗盅b置中鋁制容器一般進(jìn)行氣壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)壓力的1.10倍。氣壓試驗(yàn)的安全防護(hù)設(shè)施、試驗(yàn)介質(zhì)、試驗(yàn)溫度、試驗(yàn)時(shí)壓力升降及檢查應(yīng)符合《固容規(guī)》4.7.7.1的要求。氣壓試驗(yàn)過(guò)程中壓力容器無(wú)異常聲響、無(wú)漏氣、無(wú)可見(jiàn)變形即為合格。如設(shè)計(jì)圖樣要求進(jìn)行氣密性試驗(yàn)時(shí)，須在氣壓試驗(yàn)合格后進(jìn)行，試驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)壓力，試驗(yàn)溫度為室溫。

8.安全附件

空分裝置中的鋁制壓力容器一般本體無(wú)安全泄放裝置，其安全保障由管道工藝系統(tǒng)保證。

9.出廠技術(shù)資料的審查

竣工圖樣上應(yīng)當(dāng)有設(shè)計(jì)單位許可印章，并且加蓋制造單位的竣工圖章。產(chǎn)品質(zhì)量證明文件應(yīng)符合《固容規(guī)》4.1.4.1的要求。檢查銘牌內(nèi)容，應(yīng)符合《固容規(guī)》4.1.5的要求。監(jiān)檢合格的產(chǎn)品，在銘牌上的右上角處打監(jiān)檢鋼印。經(jīng)監(jiān)檢合格的產(chǎn)品監(jiān)檢單位出具《特種設(shè)備制造監(jiān)督檢驗(yàn)證書(shū)》。

三、結(jié)論

由于空分裝置中的鋁制壓力容器符合《固容規(guī)》中的1.4.1的規(guī)定，只需滿(mǎn)足《固容規(guī)》總則、設(shè)計(jì)和制造要求，不進(jìn)行壓力容器的定期檢驗(yàn)，并且由于冷箱中填滿(mǎn)保溫材料珠光砂，如維修將需要扒砂工期長(zhǎng)、工作量大，十分困難。因此，在制造中認(rèn)真進(jìn)行監(jiān)督檢驗(yàn)，嚴(yán)格把關(guān)，控制質(zhì)量，保證壓力容器的產(chǎn)品安全性能，對(duì)這類(lèi)壓力容器的安全使用具有重大的意義。針對(duì)空分裝置中的鋁制壓力容器的監(jiān)督檢驗(yàn)，我們提出了一些具體特殊要求，是十分必要的。

參考文獻(xiàn)

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[3]《鍋爐壓力容器產(chǎn)品安全性能監(jiān)督檢驗(yàn)規(guī)則》及《鍋爐壓力容器產(chǎn)品安全性能監(jiān)督檢驗(yàn)大綱》

[4]JB/T4734-2002《鋁制焊接容器》

[5]JB/T2549-94《鋁制空氣分離設(shè)備制造技術(shù)規(guī)范》