壓力容器定期檢驗(yàn)中容器接管測厚問題的探討

楊育偉 黎 明 朱 穩(wěn)

（西安特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測院 西安 710065）

壓力容器定期檢驗(yàn)中容器接管測厚問題的探討

楊育偉 黎 明 朱 穩(wěn)

（西安特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測院 西安 710065）

壓力容器定期檢驗(yàn)中接管測厚是一個(gè)容易被忽略的問題，本文從接管承受內(nèi)壓載荷和開孔補(bǔ)強(qiáng)兩方面對此進(jìn)行了討論，明確了“無須測厚”和“應(yīng)當(dāng)測厚”的適用范圍，有利于壓力容器定期檢驗(yàn)的過程規(guī)范和結(jié)果正確。

壓力容器 定期檢驗(yàn) 接管承壓能力 接管開孔補(bǔ)強(qiáng) 筒體測厚 接管測厚

壓力容器定期檢驗(yàn)中容器接管是否需要測厚，這是一個(gè)容易被忽略的問題，不同的檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)對此有不同的理解和做法。容器定期檢驗(yàn)對測厚點(diǎn)的位置作了規(guī)定，其中包括接管部位[1]（《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》2004版中也有同樣的要求）?！顿|(zhì)檢總局特種設(shè)備局關(guān)于2013年度特種設(shè)備行政許可監(jiān)督抽查及行政處罰情況的通報(bào)》(質(zhì)檢特函〔2013〕68號)附件2中對某檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)“部分記錄的液化石油氣儲罐厚度測定中缺少接管測厚”的問題進(jìn)行了通報(bào)。在實(shí)際檢驗(yàn)中對此問題應(yīng)如何掌握呢，下面筆者對這個(gè)問題作一些討論研究。

1 壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)有關(guān)接管壁厚的問題

接管壁厚除了影響接管的承壓能力外，還涉及到容器殼體的開孔補(bǔ)強(qiáng)。適用于容器本體開孔及補(bǔ)強(qiáng)的計(jì)算方法，包括等面積法和分析法。分析法適用于彈性薄殼圓筒徑向接管的大開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算（dop≥0.5Di且d≤0.9D，dop為開孔直徑；Di為圓筒內(nèi)徑；d為接管中面直徑；D為圓筒中面直徑，下同）。等面積法適用于非大開孔的圓筒（dop≤1/2Di且≤520mm，Di≤1500mm或dop≤1/3Di且 ≤1000mm，Di＞1500mm）、凸型封頭或球殼（dop≤1/2Di）及錐形封頭（dop≤1/3Di）上的圓形、橢圓形和長圓形開孔的補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算[2]。

本文討論的容器接管測厚所涉及到的容器殼體開孔補(bǔ)強(qiáng)，屬于單個(gè)開孔等面積補(bǔ)強(qiáng)。單個(gè)開孔等面積補(bǔ)強(qiáng)包括補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)、增加殼體厚度和采用厚壁接管的整體補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)和增加殼體厚度整體補(bǔ)強(qiáng)，其接管壁厚不參與開孔補(bǔ)強(qiáng)，僅用于承受內(nèi)壓載荷；厚壁管整體補(bǔ)強(qiáng)，接管壁厚不僅用于承受內(nèi)壓載荷還參與開孔補(bǔ)強(qiáng)。這幾種情況對接管壁厚有不同的要求，下面分別討論。

1.1 補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)和加厚殼體厚度整體補(bǔ)強(qiáng)對接管壁厚的要求

采用這兩種補(bǔ)強(qiáng)方式，接管壁厚僅承受內(nèi)壓載荷而不參與開孔補(bǔ)強(qiáng)。接管承受內(nèi)壓載荷時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)和筒體相同，其計(jì)算厚度均采用內(nèi)壓圓筒計(jì)算公式[3]。筒體和接管的計(jì)算厚度分別如下：

式中，pc筒=pc管；接管為無縫鋼管，則φ管=1；為討論方便，取筒體焊接接頭系數(shù)φ筒=1；并取接管與筒體材質(zhì)相同且[σ]t管=[σ]t筒。

整理并簡化上述兩式則得到如下結(jié)果：

下面以20#鋼無縫鋼管為例，對不同管徑的接管承受不同內(nèi)壓載荷所需的計(jì)算厚度(按外徑計(jì)算)及相對于常用規(guī)格壁厚的厚度余量（厚度余量=常用規(guī)格壁厚-計(jì)算厚度）進(jìn)行計(jì)算分析，見表1。

表1 接管計(jì)算厚度（按外徑計(jì)算）/厚度余量 mm

從表1的數(shù)據(jù)可以看出，對于p設(shè)≤2.5MPa，外徑do=25～89mmm的接管而言，承受內(nèi)壓載荷所需的計(jì)算厚度極?。?.04～0.8mm），相對于常用規(guī)格壁厚有足夠的厚度余量（2.9～3.8mm）。所以，對于采用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)和加厚殼體厚度整體補(bǔ)強(qiáng)的這類容器上述范圍內(nèi)的接管而言，其接管壁厚不存在承壓能力不夠的問題，設(shè)計(jì)時(shí)不須計(jì)算接管厚度選用常用規(guī)格的無縫鋼管即可。定期檢驗(yàn)時(shí)也不須對接管測厚，因?yàn)楫?dāng)接管壁厚減薄到0.04～0.8mm時(shí)，雖然仍能滿足強(qiáng)度要求，但已出現(xiàn)機(jī)械接觸損傷失效和穩(wěn)定失效的問題了。

隨著設(shè)計(jì)壓力的提高和接管管徑的增大，承受內(nèi)壓載荷所需的計(jì)算厚度增大，相對于常用規(guī)格壁厚的的接管，其厚度余量逐漸減小甚至厚度不夠，這時(shí)，須通過強(qiáng)度計(jì)算確定接管壁厚。所以，定期檢驗(yàn)時(shí)，對于計(jì)算確定壁厚的接管，當(dāng)筒體的腐蝕減薄量小于等于接管的設(shè)計(jì)腐蝕裕量時(shí)，接管無須測厚。否則，接管應(yīng)當(dāng)測厚。

需要強(qiáng)調(diào)的是，按強(qiáng)度計(jì)算確定壁厚的接管，當(dāng)接管壁厚腐蝕減薄量超過接管的設(shè)計(jì)腐蝕裕量時(shí)，應(yīng)對接管壁厚和筒體壁厚分別進(jìn)行校核，而不能依靠筒體壁厚校核的結(jié)果判斷接管的承壓能力，原因如下：

當(dāng)然，接管所需的最小厚度為接管和筒體腐蝕減薄后的有效厚度比為：

可見，就承壓能力而言，當(dāng)腐蝕減薄超過腐蝕裕量時(shí)，相同的減薄量，對接管的影響遠(yuǎn)大于對筒體的影響。

1.2 厚壁管整體補(bǔ)強(qiáng)對接管壁厚的要求

厚壁管整體補(bǔ)強(qiáng)包括不另行補(bǔ)強(qiáng)的開孔接管和計(jì)算確定補(bǔ)強(qiáng)厚度的開孔接管。

不另行補(bǔ)強(qiáng)的情況即屬于厚壁管整體補(bǔ)強(qiáng)。有關(guān)規(guī)定如下：

1)殼體開孔滿足下述全部要求時(shí)，可不另行補(bǔ)強(qiáng)[4]：

(1) 設(shè)計(jì)壓力≤2.5MPa；

(2) 兩相鄰開孔中心的間距（對曲面間距以弧長計(jì)算）應(yīng)不小于兩孔直徑之和；對于3個(gè)或以上相鄰開孔，任意相鄰開孔中心間距（對曲面間距以弧長計(jì)算）應(yīng)不小于該兩孔直徑之和的2.5倍；

(3) 接管外徑小于或等于89mm；

(4) 接管壁厚滿足GB150-2011《壓力容器》表6-1的要求，表中接管壁厚腐蝕裕量為1mm，需要加大腐蝕裕量時(shí)，應(yīng)相應(yīng)增加壁厚；

(5) 開孔不得開在A、B類接頭上；

(6) 鋼材的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值Rm≥540MPa時(shí)，接管與殼體的連接宜采用全焊透的接管形式。

表2 接管壁厚要求 mm

從上述規(guī)定可以看出，設(shè)計(jì)不另行補(bǔ)強(qiáng)的開孔接管時(shí)，接管壁厚也不須計(jì)算，按表2的規(guī)定選取即可。表2規(guī)定的接管壁厚，其腐蝕裕量為1mm（需要加大腐蝕裕量時(shí)，應(yīng)相應(yīng)增加壁厚）。所以定期檢驗(yàn)時(shí)，當(dāng)筒體的腐蝕減薄量≤1mm（或≤加大的腐蝕裕量）時(shí)，則不須對接管進(jìn)行測厚。否則，應(yīng)對接管測厚。

從表1中的數(shù)據(jù)可以看出，不另行補(bǔ)強(qiáng)的開孔接管承壓所需的計(jì)算厚度極?。?.04～0.9mm），腐蝕減薄量超過1mm后，對接管測厚所考慮的不是接管承壓問題而是開孔補(bǔ)強(qiáng)問題。所以，當(dāng)筒體壁厚腐蝕減薄量超過1mm時(shí)，不僅應(yīng)對接管測厚，還應(yīng)進(jìn)行接管開孔補(bǔ)強(qiáng)校核計(jì)算。

2)除不另行補(bǔ)強(qiáng)的開孔接管外，其他采用厚壁管整體補(bǔ)強(qiáng)的接管均為高參數(shù)大管徑（設(shè)計(jì)壓力＞2.5MPa、接管外徑＞89mm）接管。計(jì)算所確定的接管壁厚除須滿足承壓要求外，還須滿足開孔補(bǔ)強(qiáng)的要求。所以，容器定期檢驗(yàn)時(shí)，當(dāng)筒體的腐蝕減薄量小于接管的設(shè)計(jì)腐蝕余量時(shí)，可不進(jìn)行接管測厚。但當(dāng)筒體的腐蝕減薄量超過接管的設(shè)計(jì)腐蝕余量時(shí)，除應(yīng)對接管進(jìn)行測厚外，還須對接管壁厚進(jìn)行強(qiáng)度校核和開孔補(bǔ)強(qiáng)校核。

2 不同腐蝕減薄所涉及的定接管測厚問題

腐蝕減薄是壓力容器主要損傷模式，即將頒布的《承壓設(shè)備損傷模式識別》標(biāo)準(zhǔn)將腐蝕減薄分為73種。但無論何種性質(zhì)的腐蝕，定期檢驗(yàn)時(shí)所面對的無外乎以下三種狀態(tài)，即均勻腐蝕、局部腐蝕和分散的點(diǎn)腐蝕，接管和筒體均如此。

2.1 均勻腐蝕全面減薄

均勻腐蝕全面減薄對于筒體和接管所產(chǎn)生的減薄效果是相同的。前面的討論均是按此種情況進(jìn)行的?？偨Y(jié)歸納以上的討論可知，容器定期檢驗(yàn)時(shí)，是否需要對接管進(jìn)行測厚，應(yīng)根據(jù)不同的接管開孔補(bǔ)強(qiáng)形式和對筒體測厚所確定的腐蝕減薄量來判斷確定，見表3。

表3 筒體腐蝕減薄程度與接管測厚情況

如前面所強(qiáng)調(diào)的，當(dāng)出現(xiàn)接管“應(yīng)測厚”的情況時(shí)，除測定接管厚度外，應(yīng)對接管壁厚和筒體壁厚分別進(jìn)行校核，而不能依靠筒體壁厚校核的結(jié)果判斷接管的承壓能力。對于壁厚參與補(bǔ)強(qiáng)的接管還須進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)校核。

接管的補(bǔ)強(qiáng)形式和設(shè)計(jì)時(shí)確定壁厚的方法都須查閱容器的設(shè)計(jì)文件才能確定，由此可見，壓力容器定期檢驗(yàn)時(shí)資料審查的重要性，否則將無法對接管測厚問題進(jìn)行判斷確定。

2.2 局部腐蝕形成凹坑

產(chǎn)生局部腐蝕時(shí)，腐蝕程度各處不同，腐蝕所形成的凹坑深度也各處不同，所以，如果接管產(chǎn)生了腐蝕凹坑，則應(yīng)測厚，并按上述討論的結(jié)果處理。

2.3 分散的點(diǎn)腐蝕

分散的點(diǎn)腐蝕，不影響定級[5]，當(dāng)然對接管也不須要測厚。

3 總結(jié)

從以上的討論可知，壓力容器定期檢驗(yàn)時(shí)，接管是否需要測厚應(yīng)根據(jù)接管開孔補(bǔ)強(qiáng)形式、接管壁厚確定方法、容器和接管的腐蝕形式和腐蝕程度綜合考慮判斷確定。同時(shí)可以看出，容器定期檢驗(yàn)前資料審查的重要性和應(yīng)審查的內(nèi)容。如此，才可以確保容器定期檢驗(yàn)過程規(guī)范和結(jié)果正確。

1.楊育偉.超聲波連續(xù)測厚法檢測壁厚“增值”和“減薄”的應(yīng)用[J].中國特種設(shè)備安全,2010,26(1): 46～47.

2.張濤,等.加氫反應(yīng)器不銹鋼堆焊層中超聲波的測厚方法[J].中國特種設(shè)備安全,2009,25(1): 57～58.

3. 程宇群.進(jìn)口壓力容器采用拼接補(bǔ)強(qiáng)圈的啟示[J].中國特種設(shè)備安全,2011,27(2): 38～39.

Discussion on Pressure Vessel Connecting Pipe Thickness Measuring in Periodic Inspection

Yang Yuwei Li Ming Zhu Wen
(Xi ′an Special Equipment Inspection Institution Xi′an 710065)

In pressure vessel periodic inspection, thickness measurement of the connecting pipe is easily to be ignored. It is discussed whether it’s necessary to measure the thickness or not from two aspects which are internal pressure load and opening reinforcement in this paper. And the applicable scope of “no need” and “need” of thickness measurement are specifed, which is benefcial to standardize the inspection process and ensure the correct results in pressure vessel periodic inspection.

Pressure vessel Periodic inspection Pressure capacity of connecting pipe Reinforcement for connecting pipe Barrel thickness measuring Connecting pipe thickness measuring

X924.2

B

1673－257X(2014)11－29－04

10.3969/j.issn.1673-257X.2014.11.009

楊育偉（1961～),男，高級工程師，從其從事承壓特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測工作，具有鍋爐、壓力容器、壓力管道檢驗(yàn)師資格證。

2014-05-20）