淺析強(qiáng)度校核有關(guān)條款修訂變化

蘭中祥 ，殷 鷹 ，馮作明，邱元蒞

1.四川省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院 （四川 成都 610061）

2.成都市特種設(shè)備檢驗(yàn)院 （四川 成都 610036）

1 修訂變化

在用壓力容器定期檢驗(yàn)中，除了必要的專(zhuān)業(yè)技術(shù)檢驗(yàn)外，強(qiáng)度校核也是常用的手段之一。舊版TSG-R7001-2004《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)舊《定檢規(guī)》）第二十五條第（十）款第1條和新版TSG-R7001-2013《壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)新《定檢規(guī)》）第三十一條都規(guī)定，凡有以下情況之一的，應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度校核：①腐蝕（及磨損）深度超過(guò)腐蝕裕量；②名義厚度不明；③結(jié)構(gòu)不合理（并且已經(jīng)發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重缺陷）；④檢驗(yàn)人員對(duì)強(qiáng)度有懷疑。

舊《定檢規(guī)》還要求“設(shè)計(jì)參數(shù)與實(shí)際情況不符”的也應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度校核，新版中刪除該項(xiàng)。

在強(qiáng)度校核有關(guān)原則方面，新《定檢規(guī)》作了一定修訂：

1）“材質(zhì)不明者”修訂為“材料牌號(hào)不明者”；強(qiáng)度校核時(shí)采用同類(lèi)材料的最低強(qiáng)度值校核，修改了舊《定檢規(guī)》中統(tǒng)一采用Q235鋼進(jìn)行強(qiáng)度校核的要求。

2）強(qiáng)度校核壓力，修改為容器允許使用壓力，不再考慮安全閥的開(kāi)啟壓力。

3）校核時(shí)的溫度，修改為設(shè)計(jì)溫度或者操作溫度[1-2]。

這些修訂一定程度上影響強(qiáng)度校核的結(jié)果，下面以某容器筒體強(qiáng)度校核為例著重就“材質(zhì)不明”問(wèn)題的修訂做淺析。

2 被檢容器概況

該空氣儲(chǔ)罐于2005年投入使用，由于使用單位的設(shè)備管理員更換頻繁，出廠資料丟失，從破損的銘牌上僅得參數(shù)如下：設(shè)計(jì)壓力4.2MPa，設(shè)計(jì)溫度70℃，制造單位為上海某石化設(shè)備廠。

2013年定期檢驗(yàn)情況：宏觀檢測(cè)合格，實(shí)測(cè)內(nèi)徑1 202mm，實(shí)測(cè)最小壁厚δmin=21.5mm，雙面焊對(duì)接焊縫，外表面對(duì)接焊縫30%磁粉、超聲檢測(cè)合格，安全附件合格。經(jīng)查實(shí)際使用參數(shù)為：最高工作壓力3.8MPa，使用溫度40℃，介質(zhì)為空氣。

3 按照舊《定檢規(guī)》校核

由于出廠資料的丟失，導(dǎo)致該設(shè)備的材質(zhì)、名義厚度不明，符合舊《定檢規(guī)》關(guān)于需要進(jìn)行強(qiáng)度校核的條件。

另外，舊《定檢規(guī)》第二十五條第（七）款第1條規(guī)定：材質(zhì)不明者，對(duì)于無(wú)特殊要求的容器，按Q235鋼進(jìn)行強(qiáng)度校核，該設(shè)備為空氣儲(chǔ)罐，無(wú)特殊要求，故符合該規(guī)定，按Q235鋼進(jìn)行強(qiáng)度校核。

校核參數(shù)：Pc=3.8MPa，實(shí)測(cè)內(nèi)徑Di=1 202mm，[б]t=113MPa（Q235 在 40℃的許用應(yīng)力為 113MPa）[3],焊接接頭系數(shù)φ=0.85，腐蝕裕量C2′未知（由于名義厚度不明，故其腐蝕裕量未知，但根據(jù)腐蝕裕量定義，可得 C2′≥0）。

強(qiáng)度校核：

C2′≥0，故校核厚度：δ2≥24.3＞δmin。

所以，強(qiáng)度校核不合格。

然而，舊《定檢規(guī)》中的Q235實(shí)質(zhì)是Q235-B鋼，GB 150-98《鋼制壓力容器》材料部分對(duì)該鋼做了明確的適用范圍規(guī)定：①容器設(shè)計(jì)壓力≤1.6MPa；②鋼板使用溫度為0～350℃；③用于殼體時(shí)，鋼板厚度不大于20mm；④不得用于毒性程度為高?；驑O度危害介質(zhì)的壓力容器。

本文中的空氣儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)壓力為4.2MPa，遠(yuǎn)高于Q235適用的最高值 1.6MPa；另外，檢驗(yàn)實(shí)測(cè)得δ實(shí)測(cè)min為21.5mm，也超過(guò)上述適用范圍的不大于20mm的規(guī)定。郭云寶[4]等人也從設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、制造和監(jiān)督檢驗(yàn)環(huán)節(jié)、安裝監(jiān)督檢驗(yàn)環(huán)節(jié)等方面論述了只要是經(jīng)過(guò)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)合格出廠 （有銘牌、CS鋼?。┑膲毫θ萜?，就不可能將Q235-B鋼用做設(shè)計(jì)壓力大于1.6 MPa的壓力容器殼體。

顯然，該儲(chǔ)氣罐在明知不可能是由Q235鋼制造，仍然要求按照Q235-B鋼來(lái)校核，其結(jié)果就是壁厚不滿足使用要求，強(qiáng)度校核不合格。本文認(rèn)為舊《定檢規(guī)》中的這一條有欠妥之處。

4 按照新《定檢規(guī)》校核

舊《定檢規(guī)》頒布以來(lái)，在實(shí)際實(shí)施中驗(yàn)證了一些不合理?xiàng)l款，新《定檢規(guī)》對(duì)其作了相應(yīng)的調(diào)整，關(guān)于強(qiáng)度校核的條款也對(duì)上述的欠合理?xiàng)l款作了相應(yīng)的修訂。新《定檢規(guī)》第三十一條第（四）款規(guī)定：材料牌號(hào)不明并且無(wú)特殊要求的壓力容器，按照同類(lèi)材料的最低強(qiáng)度值進(jìn)行強(qiáng)度校核。

同類(lèi)材料，GB 150-98《鋼制壓力容器》表4-1將壓力容器用鋼板分為碳素鋼鋼板、低合金鋼鋼板、高合金鋼鋼板，根據(jù)空氣儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)壓力和其他已知參數(shù)可確定：一般的碳素鋼板材料難以滿足其要求，高合金鋼鋼板又顯浪費(fèi)，實(shí)際中也很少使用，故選用低合金鋼板材料較為合適（必要時(shí)，可借助合金光譜或其他檢測(cè)方法，盡管不能精確其材料具體牌號(hào)，至少可得出該材料的種類(lèi)）。按前款要求，強(qiáng)度校核時(shí) “按照同類(lèi)材料的最低強(qiáng)度值進(jìn)行強(qiáng)度校核”。根據(jù)該儲(chǔ)罐已測(cè)厚度、實(shí)際使用溫度等參數(shù)查GB 150-98《鋼制壓力容器》表4-1鋼板許用應(yīng)力，可得出低合金鋼板許用應(yīng)力表（表1）。

表1 低合金鋼板在40～50℃下的許用應(yīng)力

由表1可看出，該類(lèi)材料壓力許用應(yīng)力最低值為16MnR合金鋼在該條件下的許用應(yīng)力163MPa。

故按照新《定檢規(guī)》[б]t=163MPa，其他取值不變。強(qiáng)度校核：

盡管C2′≥0，但該儲(chǔ)氣罐介質(zhì)為空氣，基本無(wú)腐蝕作用，腐蝕減薄值極小，C2′值在一個(gè)檢驗(yàn)周期中不會(huì)大于 2mm，故 δ2＜δmin。

所以，強(qiáng)度校核合格。

5 討論與建議

上述例子說(shuō)明，由于采用新、舊不同版本的校核規(guī)則（采用新、舊《定檢規(guī)》進(jìn)行強(qiáng)度校核僅為了本文的需要，起對(duì)比、參照作用，容器的具體強(qiáng)度校核應(yīng)根據(jù)校核當(dāng)時(shí)施行的《定檢規(guī)》版本為準(zhǔn)），對(duì)同一容器可得出不同或者完全相反的校核結(jié)果。按舊規(guī)則，該設(shè)備只能報(bào)廢或者必須降壓使用；按新規(guī)則，該設(shè)備則可正常使用。

舊《定檢規(guī)》于2004年頒布，該規(guī)則可理解為：在強(qiáng)度校核時(shí)，如果級(jí)別較低的Q235-B碳素鋼強(qiáng)度校核都合格，那么級(jí)別較高的合金鋼如16MnR、15MnVR等材質(zhì)制造的壓力容器更能滿足使用要求。在特種設(shè)備，安全第一的大環(huán)境下，結(jié)合當(dāng)時(shí)諸如鋼材質(zhì)量、壓力容器制造、使用、管理、檢驗(yàn)的水平等因素，規(guī)則采用較保守的校核條件，盡管在當(dāng)前看來(lái)稍有欠妥之處，但在當(dāng)時(shí)合情合理。

新《定檢規(guī)》于2013年頒布、實(shí)施，經(jīng)歷了近10年的經(jīng)驗(yàn)積累和技術(shù)進(jìn)步，再加之當(dāng)前提倡節(jié)能降耗，更多的考慮壓力容器的安全性和經(jīng)濟(jì)性的和諧統(tǒng)一。新規(guī)則中取消了強(qiáng)度校核中強(qiáng)制采用Q235進(jìn)行校核，代之為“按照同類(lèi)材料的最低強(qiáng)度值進(jìn)行強(qiáng)度校核”，較之前有所放開(kāi)，適應(yīng)了當(dāng)前的需要。

對(duì)該條款的修訂，筆者認(rèn)為：一方面，盡管新規(guī)則中取消了強(qiáng)制采用Q235進(jìn)行強(qiáng)度校核，但檢驗(yàn)人員在實(shí)際檢驗(yàn)中由于自身水平的限制不能分清設(shè)備所使用材料的種類(lèi)或者說(shuō)為了責(zé)任的劃分及保險(xiǎn)起見(jiàn)，完全可以把“材質(zhì)不明者”和“材料牌號(hào)不明者”理解為同一意思，仍然采用保守的校核參數(shù)，籠統(tǒng)地采用Q235進(jìn)行強(qiáng)度校核。

另一方面，新規(guī)則提出了“材料牌號(hào)不明者，強(qiáng)度校核時(shí)采用同類(lèi)材料最低強(qiáng)度值校核”，要求檢驗(yàn)人員在強(qiáng)度校核前，要根據(jù)設(shè)備的制造、使用等參數(shù)或者其他檢測(cè)分析手段確定材料的種類(lèi)，再根據(jù)該類(lèi)材料的最低強(qiáng)度值進(jìn)行校核。這就極大提高了對(duì)檢驗(yàn)人員的要求，要求檢驗(yàn)人員要有壓力容器設(shè)計(jì)、制造、使用等多方面的知識(shí)綜合能力，這也是壓力容器乃至整個(gè)特種設(shè)備領(lǐng)域檢驗(yàn)工作發(fā)展的趨勢(shì)。

新《定檢規(guī)》將“材質(zhì)不明”代之為“材料牌號(hào)不明”，較之前有所放開(kāi)，但這種選取往往還是會(huì)大大低于該材料的實(shí)際許用應(yīng)力值。筆者認(rèn)為在當(dāng)前容器的強(qiáng)度校核中，尤其是在強(qiáng)度不足情況下，可借助先進(jìn)的儀器設(shè)備 （諸如合金光譜設(shè)備或在條件允許下進(jìn)行材料化驗(yàn)等）盡可能精確其材質(zhì)，以免造成不必要的浪費(fèi)。另外，設(shè)備制造廠家可能在同一時(shí)間生產(chǎn)多臺(tái)同類(lèi)產(chǎn)品，本臺(tái)設(shè)備資料遺失，盡管不能完全參照其他容器材質(zhì)進(jìn)行校核，但至少能起很好的參考作用[5]。

6 結(jié)束語(yǔ)

在用壓力容器的強(qiáng)度校核是定期檢驗(yàn)中常用的一項(xiàng)手段，更是檢驗(yàn)人員的一項(xiàng)基本功，特別是新《定檢規(guī)》要求檢驗(yàn)人員有綜合壓力容器各方面知識(shí)的能力，并能在實(shí)踐中運(yùn)用總結(jié)，以確保在用壓力容器既不被錯(cuò)誤地降壓運(yùn)行甚至判廢，又不放過(guò)強(qiáng)度校核已不合格的危險(xiǎn)設(shè)備，只有這樣才能從根本上做好檢驗(yàn)檢測(cè)工作。

[1]TSG-R7001-2004壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則[S].

[2]TSG-R7001-2013壓力容器定期檢驗(yàn)規(guī)則[S].

[3]GB 150-1998鋼制壓力容器[S].

[4]郭云寶.由一臺(tái)空氣儲(chǔ)罐強(qiáng)度校核說(shuō)起[J].化工裝備技術(shù)，2011,32（5）：26-27.

[5]王文凱，袁立忠.淺談在用壓力容器強(qiáng)度校核中的問(wèn)題[J].吉林勞動(dòng)保護(hù)，1998（1）:34-35.