《鋼制球形儲罐定期檢驗規(guī)范》的研究

楊寧祥（廣東省特種設(shè)備檢測研究院珠海檢測院） 叢成龍（珠海市安粵科技有限公司）劉莎（廣東省特種設(shè)備檢測研究院珠海檢測院） 鞠天慧（珠海市安粵科技有限公司）

近年來，隨著石油、化工等行業(yè)的迅速發(fā)展，原料及產(chǎn)品的儲存需求使球形儲罐得到了廣泛應(yīng)用。同時，球形儲罐的現(xiàn)場制造技術(shù)日益成熟，球形儲罐的容積也越來越大。據(jù)調(diào)查，容積達(dá)到10000m3的球形儲罐已在多個城市制造并投入使用[1]。球形儲罐有眾多優(yōu)點：在相同容量下所需鋼材最少；球殼板承載能力比圓筒形容器大一倍；占地面積??；基礎(chǔ)簡單；外觀漂亮等。但是，球形儲罐使用的安全性也不容忽視，由于球形儲罐儲存的介質(zhì)一般較特殊，且儲存量大，一旦發(fā)生事故，后果將不堪設(shè)想。球形儲罐是壓力容器的一種，但因結(jié)構(gòu)特殊，且性能會受到現(xiàn)場制造時諸多因素的影響，使其定期檢驗尤其重要。因此，需要在安全技術(shù)規(guī)范的下一層級制定檢驗的標(biāo)準(zhǔn)給予檢驗指導(dǎo)。

2012年，廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)DB 44/T 1096—2012《鋼制球形儲罐定期檢驗規(guī)范》頒布實施，為廣東省鋼制球形儲罐的定期檢驗提供了技術(shù)支撐，對廣東省鋼制球形儲罐定期檢驗的規(guī)范、優(yōu)化發(fā)揮了重要作用。近年來，TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》、NB/T 47013—2015《承壓設(shè)備無損檢測》等規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)的頒布實施，給球形儲罐的定期檢驗提出了新要求，提供了新方法。2016年9月28日，廣東省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局批準(zhǔn)立項了廣東省地方標(biāo)準(zhǔn)《鋼制球形儲罐定期檢驗規(guī)范》的修訂項目，并向起草組下達(dá)了標(biāo)準(zhǔn)的修訂任務(wù)，標(biāo)準(zhǔn)起草組對此開展了一系列的研究。

1 球形儲罐使用單位職責(zé)

球形儲罐的定期檢驗需要使用單位的密切配合。因此，標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定球形儲罐使用單位的職責(zé)。使用單位應(yīng)提供球形儲罐設(shè)備檔案，包括設(shè)備設(shè)計、制造、安裝、驗收、改造、運行維護、檢查、檢驗及安全附件等資料，應(yīng)做好檢驗前的輔助工程，檢驗發(fā)現(xiàn)缺陷的處理，并配合現(xiàn)場檢驗工作，應(yīng)組織對球形儲罐進(jìn)行管道連接、密封、附件（含安全附件及儀表）、內(nèi)件安裝、防腐、保溫等恢復(fù)工作并且對其安全性負(fù)責(zé)。

2 檢驗機構(gòu)職責(zé)

球形儲罐定期檢驗的工作質(zhì)量與檢驗機構(gòu)的履職程度有密切關(guān)系。因此，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了檢驗機構(gòu)應(yīng)取得TSG Z7001—2004《特種設(shè)備檢驗檢測機構(gòu)核準(zhǔn)規(guī)則》中球形儲罐定期檢驗的核準(zhǔn)資質(zhì)（RD2）；宜通過中國合格評定國家認(rèn)可委員會（CNAS）對球形儲罐檢驗檢測項目的檢驗機構(gòu)認(rèn)可和實驗室認(rèn)可，應(yīng)建立滿足TSG Z7003—2004《特種設(shè)備檢驗檢測機構(gòu)質(zhì)量管理體系要求》條款要求的質(zhì)量管理體系，并保證質(zhì)量管理體系正常運行；應(yīng)建立安全管理制度，配備齊全勞動防護用品，保障檢驗檢測人員的安全；應(yīng)配備具有壓力容器檢驗、無損檢測、理化分析資質(zhì)證書的人員。開展球形儲罐檢驗檢測的人員應(yīng)具有相應(yīng)的特種設(shè)備檢驗檢測人員證書；應(yīng)配備球形儲罐檢驗檢測所需的儀器、設(shè)備和測量工具，并保證在有效的檢定或校準(zhǔn)期內(nèi)；無損檢測儀器還應(yīng)符合NB/T 47013—2015的相關(guān)規(guī)定；應(yīng)保證出具的球形儲罐定期檢驗報告真實、準(zhǔn)確、有效。

3 檢驗前的準(zhǔn)備

球形儲罐結(jié)構(gòu)特殊，多數(shù)屬于第三類壓力容器。因此，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了每臺球形儲罐必須制定檢驗方案，且由責(zé)任工程師審核、技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)。

實際定期檢驗中，球形儲罐排版圖（或球殼板展開圖）可能因定位點不同而位置不同。因此，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定檢驗前應(yīng)依據(jù)球形儲罐設(shè)計圖紙、制造安裝資料、上次定期檢驗報告等資料繪制球形儲罐排版圖，現(xiàn)場檢驗時，依據(jù)球形儲罐排版圖對檢驗數(shù)據(jù)和檢驗問題進(jìn)行記錄。

球形儲罐高度較高，且內(nèi)部光線不好。因此，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了腳手架應(yīng)采用鋼管和鋼制腳踏板，每層檢驗平臺應(yīng)搭設(shè)安全護欄和護腳板，防止人員和物品從平臺墜落，各檢驗平臺層上下樓梯應(yīng)在不同位置設(shè)置，不得直上直下；檢驗安全除滿足TSG 21—2016外，檢驗前，檢驗機構(gòu)和使用單位還應(yīng)簽訂安全協(xié)議，明確雙方安全職責(zé)。

4 檢驗實施

4.1 宏觀檢驗

針對球形儲罐的結(jié)構(gòu)特點，增加了支柱角焊縫的布置及型式，支柱固定型式，拉桿的結(jié)構(gòu)形式，拉桿與支柱的連接，球形儲罐兩極間內(nèi)直徑、赤道截面最大內(nèi)直徑和最小內(nèi)直徑之差，球形儲罐兩極間內(nèi)直徑、赤道截面最大內(nèi)直徑和最小內(nèi)直徑與設(shè)計內(nèi)直徑之差，每根支柱徑向和周向兩個方向的垂直度，每根支柱的位移，基礎(chǔ)沉降與上一檢驗周期的差值等檢驗項目。

4.2 壁厚測定

強調(diào)了對球形儲罐接管的壁厚測定以及測定后按照球形儲罐排版圖記錄，對異常測厚點做詳細(xì)標(biāo)記。

4.3 表面無損檢測

考慮到表面無損檢測方法的適用范圍和優(yōu)缺點，規(guī)定了應(yīng)采用NB/T 47013—2015的磁粉檢測、滲透檢測等方法，鐵磁性材料制球形儲罐應(yīng)優(yōu)先選擇磁粉檢測方法。

因NB/T 47013.4—2015對表面無損檢測提出了新的要求，因此，規(guī)定了球形儲罐內(nèi)表面宜采用熒光磁粉檢測。制造時采用高強度鋼以及對裂紋（包括冷裂紋、熱裂紋、再熱裂紋）敏感的材料，或長期工作在腐蝕介質(zhì)環(huán)境下有可能發(fā)生應(yīng)力腐蝕裂紋的球形儲罐，內(nèi)表面應(yīng)采用熒光磁粉檢測方法。

參照GB 12337—2014《鋼制球形儲罐》的要求，考慮毒性介質(zhì)的風(fēng)險，規(guī)定了應(yīng)對盛裝毒性程度為極度和高度危害介質(zhì)的球形儲罐開孔和接管部位焊接接頭進(jìn)行100%表面無損檢測。

球形儲罐檢驗過程中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)裂紋等缺陷，因此，規(guī)定檢測中發(fā)現(xiàn)裂紋的部位，應(yīng)擴大檢測的比例或者區(qū)域，以便發(fā)現(xiàn)可能存在的其他缺陷。檢測焊接接頭發(fā)現(xiàn)裂紋時，應(yīng)在缺陷兩端的延伸部位增加檢測長度，增加的長度不小于該焊接接頭長度的10%，且兩側(cè)均不小于250mm，如仍有裂紋，則對該焊接接頭做全部（100%）檢測。檢測母材發(fā)現(xiàn)裂紋時，應(yīng)以缺陷為中心，擴大檢測區(qū)域，擴檢區(qū)域至少為半徑250mm的圓周范圍，如仍發(fā)現(xiàn)裂紋，則對該母材所在的球殼板做全部（100%）檢測。

4.4 埋藏缺陷檢測

引進(jìn)新的埋藏缺陷檢測方法，規(guī)定了應(yīng)采用NB/T 47013—2015的射線檢測（RT）、超聲檢測（UT）、衍射時差法超聲檢測（TOFD）、X射線數(shù)字成像檢測（DR）等方法。淘汰不適合時代潮流的檢測方法，規(guī)定了不宜采用γ射線全景曝光射線檢測。

結(jié)合檢驗實際情況以及幾種埋藏缺陷檢測方法的優(yōu)缺點，規(guī)定了發(fā)現(xiàn)埋藏缺陷的處理原則如下：抽查發(fā)現(xiàn)缺陷時，應(yīng)采用同樣的方法增加抽查比例。檢測焊接接頭發(fā)現(xiàn)缺陷時，應(yīng)在缺陷兩端的延伸部位增加檢查長度，增加的長度不小于該焊接接頭長度的10%，且兩側(cè)均不小于250mm，如仍有缺陷，則對該焊接接頭做全部（100%）檢測。發(fā)現(xiàn)缺陷時，應(yīng)對缺陷進(jìn)行定性、 定量和定位，宜選用射線檢測（RT）、衍射時差法超聲檢測（TOFD）和X射線數(shù)字成像檢測（DR）進(jìn)行定性。缺陷高度和深度宜選用衍射時差法超聲檢測（TOFD）確定。

4.5 缺陷活動性判定

活動性缺陷比非活動性的缺陷的危險性大很多，發(fā)現(xiàn)和消除活動性缺陷是檢驗的重點之一。因此，規(guī)定了檢驗機構(gòu)在其他無損檢測方法實施前，宜采用聲發(fā)射檢測提高常規(guī)無損檢測的針對性和有效性。宜采用聲發(fā)射檢測方法對球形儲罐進(jìn)行在線監(jiān)測，利用在線檢測的數(shù)據(jù)為定期檢驗提供檢驗依據(jù)。埋藏缺陷檢測時，發(fā)現(xiàn)缺陷且需要判斷缺陷活動性時，應(yīng)采用NB/T 47013—2015的聲發(fā)射檢測方法確定。

4.6 材質(zhì)檢查

球形儲罐是重要的存儲設(shè)備，設(shè)備本身的價值很高，因此，企業(yè)對其管理一般比較嚴(yán)格，主要受壓元件的材質(zhì)對設(shè)備安全性的影響很大。因此，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：主要受壓元件材質(zhì)的種類和牌號應(yīng)查明，材質(zhì)不明者，應(yīng)進(jìn)行材質(zhì)分析，以確定球形儲罐的材質(zhì)。檢查主要受壓元件材質(zhì)是否劣化，應(yīng)根據(jù)具體情況，采用硬度測定、金相檢驗等方法予以確定。

4.7 緊固件檢查

緊固件失效，將會造成介質(zhì)泄漏，特別是當(dāng)螺栓存在環(huán)向裂紋時，螺栓容易斷裂，泄漏風(fēng)險很大。因此，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對上下人孔螺栓、接管螺栓應(yīng)逐個清洗，檢查其損傷和裂紋情況，重點檢查螺紋及過渡部位有無環(huán)向裂紋，必要時進(jìn)行無損檢測。

4.8 強度校核

球形儲罐的強度校核要求與普通的壓力容器的強度校核沒有本質(zhì)區(qū)別，因此規(guī)定，球形儲罐強度校核按照TSG 21—2016中8.3.11的要求執(zhí)行。

4.9 安全附件、儀表及附屬設(shè)施檢驗

球形儲罐的安全附件包括：安全泄放裝置、緊急切斷裝置。安全泄放裝置是防止超壓的最后一道關(guān)口。球形儲罐的PV值很大，介質(zhì)一般為氣態(tài)或液化氣，其爆炸沖擊影響力也很大；球形儲罐存儲煤氣、天然氣及液化石油氣等可燃?xì)怏w或毒性介質(zhì)時，會設(shè)置緊急切斷裝置，在遇到突發(fā)情況的時候，閥門會迅速地關(guān)閉或者打開，避免造成事故的發(fā)生。因此，安全泄放裝置、緊急切斷裝置的檢驗非常重要。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：應(yīng)檢查安全泄放裝置是否完好、是否在校驗有效期內(nèi)，安全閥數(shù)量是否滿足要求、整定壓力是否與球形儲罐使用壓力匹配；液態(tài)烴或毒性程度為極度、高度或中度危害介質(zhì)的球形儲罐，安全閥排出口導(dǎo)管設(shè)置是否合理；緊急切斷裝置的耐壓、密封性能試驗記錄是否符合要求；盛裝毒性為極度、高度危害或液態(tài)烴球形儲罐的進(jìn)出口是否安裝了緊急切斷裝置。

球形儲罐的儀表包括壓力表、液位計、溫度計。儀表的主要作用是顯示作用，用來提醒管理人員發(fā)生異常的值要進(jìn)行處理。由于規(guī)程里對定期檢驗時儀表的檢驗沒有強制要求，標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合實際情況，規(guī)定當(dāng)年度檢驗和月度檢查發(fā)現(xiàn)儀表存在較大問題時，對定期檢驗中儀表的檢驗內(nèi)容包括：

（1）壓力表是否完好，是否在檢定有效期內(nèi)，型號規(guī)格是否符合要求；安裝位置是否便于觀察和清洗，是否受到輻射熱、凍結(jié)或震動的不利影響；壓力表和球形儲罐之間是否裝設(shè)三通旋塞或針形閥，腐蝕介質(zhì)用壓力表與球形儲罐間是否裝設(shè)隔離介質(zhì)的緩沖裝置。

（2）液位計是否破損，型號規(guī)格是否符合要求；最高最低安全液位是否做標(biāo)識；用于易爆、毒性程度為極度、高度危害介質(zhì)的液化氣體球形儲罐的液位計是否有防漏保護裝置，是否同時設(shè)置就地和遠(yuǎn)傳液位計，是否設(shè)置高液位報警和高高液位連鎖。

（3）溫度計是否破損，型號規(guī)格是否符合要求。

球形儲罐的附屬設(shè)施包括梯子平臺，耐火隔熱設(shè)施及消防設(shè)施，接地裝置，阻火器，泄放管，閥門。這些附屬設(shè)施在球罐本體之外，其完整性與檢驗人員自身安全、球形儲罐運行安全存在間接的關(guān)系，雖然規(guī)程沒有強制定期檢驗的要求，但考慮到實際情況，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了當(dāng)球形儲罐附屬設(shè)施更換，且影響球形儲罐運行安全或檢驗安全時，檢驗以下內(nèi)容：

（1）梯子平臺是否牢固安全；梯子平臺踏步的寬度、傾斜角度、間距是否符合要求，梯子平臺護欄高度是否符合要求。

（2）耐火隔熱設(shè)施及消防設(shè)施是否能滿足消防安全要求。

（3）接地裝置數(shù)量和接地電阻是否滿足要求。

（4）阻火器、泄放管設(shè)置，閥門脫脂等是否滿足要求。

4.10 耐壓試驗

球形儲罐進(jìn)行耐壓試驗時一般采用水作為介質(zhì)。目前球形儲罐儲存介質(zhì)的密度絕大多數(shù)小于水，因此在以水為介質(zhì)進(jìn)行耐壓試驗時，球罐承重超過運行重量，液壓試驗實施單位應(yīng)對球形儲罐基礎(chǔ)沉降及支柱傾斜進(jìn)行監(jiān)測，防止球形儲罐發(fā)生傾倒。

4.11 泄漏試驗

球形儲罐泄漏試驗與一般壓力容器類似，但是由于球形儲罐容積較大，輕微的泄漏對壓力表的讀數(shù)的影響不大，因此檢查時不僅需要認(rèn)真觀察壓力表讀數(shù)的變化，更重要的是認(rèn)真觀察檢漏點的狀況。

5 檢驗結(jié)果評價

球形儲罐定期檢驗工作完成后，判斷安全狀況等級，給定檢驗周期，出具檢驗報告的格式和時限要求，檢驗信息管理，檢驗案例填報，檢驗標(biāo)志印制等都應(yīng)滿足規(guī)程的要求，但是支柱傾斜和基礎(chǔ)沉降在規(guī)程中沒有安全狀況等級的要求，結(jié)合實際情況，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了：支柱傾斜超過GB 12337—2014要求的球形儲罐，應(yīng)對支柱予以調(diào)整，否則安全狀況等級不得高于4級。基礎(chǔ)沉降超過GB 12337—2014要求的球形儲罐，應(yīng)采取措施予以處理，否則安全狀況等級不得高于4級。

[1]姚志燕，房務(wù)農(nóng)，李永泰，等. 10000m3球罐整體熱處理強度及剛度計算[J]. 壓力容器，2013（12）：24-30.