淺談低溫壓力容器制造監(jiān)督檢驗(yàn)問題

王 健，田洪根，展西國

(山東省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院 泰安分院，山東 泰安 271000)

0 引 言

低溫技術(shù)是19世紀(jì)末液態(tài)空氣工業(yè)上發(fā)展起來的，近年來，得到了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。低溫壓力容器是制冷等低溫行業(yè)過程中關(guān)鍵性設(shè)備，因此，低溫壓力容器應(yīng)該從其設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)等各個(gè)環(huán)節(jié)中加強(qiáng)管理監(jiān)控，才能使其在服役環(huán)境中更好的工作。近年來，隨著國家標(biāo)準(zhǔn)對低溫容器概念的明確，低溫容器各個(gè)環(huán)節(jié)中的質(zhì)量控制措施顯得愈來愈重要，本文主要是針對低溫壓力容器制造監(jiān)督檢驗(yàn)過程中的一些問題進(jìn)行分析和探討。

1 設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

GB/T150附錄E中，關(guān)于低溫壓力容器的基本設(shè)計(jì)要求中對于低溫低應(yīng)力工況有明確要求：指殼體或其受壓元件的設(shè)計(jì)溫度雖然低于-20℃，但設(shè)計(jì)應(yīng)力(在該設(shè)計(jì)條件下，容器元件實(shí)際承受的最大一次總體薄膜應(yīng)力和彎曲應(yīng)力)小于或等于鋼材標(biāo)準(zhǔn)常溫屈服強(qiáng)度的1/6，且不大于50 MPa時(shí)的工況[1]。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的低溫低應(yīng)力工況判定，除了對殼體元件進(jìn)行一次總體薄膜應(yīng)力的核定外，還應(yīng)對承受一次彎曲應(yīng)力的容器元件進(jìn)行核定，如平封頭、管板、法蘭等，低溫使用下的材料易發(fā)生脆性斷裂，因此低溫壓力容器設(shè)計(jì)要考慮選材、結(jié)構(gòu)、組裝加工、制造、焊接、焊后熱處理、無損檢測等各個(gè)環(huán)節(jié)，以保證消除制造過程中潛在隱患，使其以后在服役過程中事故概率降到最低。

1.1 選材環(huán)節(jié)

低溫容器要選擇合適的材料，該類材料整個(gè)服役的環(huán)境下要具有良好的韌性，可以有效避免沒有出現(xiàn)明顯塑性變形的情況下發(fā)生低溫脆性斷裂而造成災(zāi)難性事故。國家標(biāo)準(zhǔn)中對于低溫容器用鋼板、鋼管和鍛件的要求見表1～3。

表1 低溫用鋼板性能指標(biāo)

表2 低溫用碳素鋼和低合金鋼鋼管的性能要求[1]

表3 低溫用低合金鋼鍛件性能指標(biāo)[3]

1.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

低溫壓力容器對于結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)一般要求避免各種局部應(yīng)力集中情況，要有足夠的柔性，盡可能的限制峰值應(yīng)力，因此一般要求如下：

1．結(jié)構(gòu)上盡量避免不連續(xù)的情況，減少焊接件的約束，減少應(yīng)力集中；

2．避免產(chǎn)生過高的溫度梯度，減小溫度應(yīng)力；

3．容器的支座宜設(shè)置墊板或連接板，盡量避免直接與容器殼體相焊。墊板或連接板按低溫用材考慮；

4．容器焊有接管及載荷復(fù)雜的附件，需焊后消除應(yīng)力而不能進(jìn)行整體熱處理時(shí)，應(yīng)考慮部件單獨(dú)熱處理的可能性；

5．接管補(bǔ)強(qiáng)應(yīng)盡可能采用整體補(bǔ)強(qiáng)或厚壁管補(bǔ)強(qiáng)，若采用補(bǔ)強(qiáng)板，應(yīng)為全焊透結(jié)構(gòu)，且焊縫圓滑過渡；

6．焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)按照GB/T 150和HG/T 20583的規(guī)定。

2 制造環(huán)節(jié)

按照TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》上所要求的制造環(huán)節(jié)，制造廠要取得特種設(shè)備制造許可證。依據(jù)有關(guān)的法規(guī)、安全技術(shù)規(guī)范建立壓力容器質(zhì)量保證體系并且有效運(yùn)行，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)文件的技術(shù)要求制造低溫壓力容器，特別注意的一點(diǎn)是，對于首次制造真空絕熱深冷容器前，制造單位應(yīng)當(dāng)試制樣品容器并且經(jīng)過國家質(zhì)檢總局核準(zhǔn)的型式試驗(yàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行的試驗(yàn)，試驗(yàn)的項(xiàng)目、要求及結(jié)果應(yīng)當(dāng)滿足相應(yīng)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求。

焊接質(zhì)量是影響壓力容器制造質(zhì)量中一個(gè)重要因素，低溫鋼的焊接除了防止焊接裂紋外，關(guān)鍵是要保證焊縫及熱影響區(qū)的低溫韌性，這是低溫鋼焊接工藝質(zhì)量控制的一個(gè)主要環(huán)節(jié)。低溫鋼焊接過程易產(chǎn)生冷裂紋，主要是由于應(yīng)力、淬硬組織和焊縫金屬擴(kuò)散氫共同作用的結(jié)果，另外，一些工藝缺陷如咬邊、未焊透等也促成冷裂紋的產(chǎn)生。而熱裂紋則與應(yīng)力、雜質(zhì)和化學(xué)成分有關(guān)，焊縫中的有害元素S、P及其他易形成低熔點(diǎn)共晶物的元素共同作用，產(chǎn)生嚴(yán)重偏析而導(dǎo)致的結(jié)果。因此，低溫壓力容器制造過程中要控制好焊接過程的質(zhì)量，就要避免焊接冷裂紋和熱裂紋的產(chǎn)生。

3 監(jiān)督檢驗(yàn)

低溫壓力容器的制造要按照TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》第六章來實(shí)施監(jiān)督檢驗(yàn)，但因?yàn)槠渌貌牧?、焊接、無損檢測、焊后熱處理等制造過程存在特殊性，實(shí)施監(jiān)督檢驗(yàn)的過程中要尤其注意。

1．低溫壓力容器用鋼材在加工制造前須對低溫沖擊值進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，對于低溫第三類壓力容器和球罐用鋼材還要進(jìn)行全項(xiàng)目復(fù)驗(yàn)，即復(fù)驗(yàn)材料的化學(xué)成分、常溫機(jī)械性能、低溫沖擊值以及鋼材超聲波檢測復(fù)驗(yàn)；低溫壓力容器所用焊條應(yīng)選用化學(xué)成分和力學(xué)性能與母材相近的低氫堿性焊條，埋弧焊劑應(yīng)選用堿性或中性焊劑，并且低溫沖擊值不小于標(biāo)準(zhǔn)和母材的規(guī)定，所有用于低溫鋼的焊條應(yīng)按批復(fù)驗(yàn)藥皮含水量或熔敷金屬擴(kuò)散氫含量。

2．低溫鋼材在下料、切割前，要及時(shí)進(jìn)行材料的標(biāo)記移植，低溫容器受壓元件不允許采用硬印標(biāo)記。

3．低溫壓力容器在施焊之前，受壓元件焊縫、與受壓元件相焊的焊縫、熔入永久焊縫內(nèi)的定位焊縫、受壓元件母材表面堆焊與補(bǔ)焊，以及上述焊縫的返修焊縫都應(yīng)按照NB/T 47014進(jìn)行焊接工藝評定或者具有經(jīng)過評定合格的焊接工藝支持。

4．低溫容器的焊接應(yīng)嚴(yán)格控制線能量。在焊接工藝評定所確認(rèn)的范圍內(nèi)，選用較小的焊接線能量，以多道焊為宜。

5．低溫容器的焊縫表面不允許存在咬邊。

6．低溫壓力容器在焊后熱處理后如進(jìn)行任何焊接返修，應(yīng)對返修部位重新進(jìn)行熱處理。

7．有A類縱向焊接接頭的低溫壓力容器，應(yīng)逐臺制備產(chǎn)品焊接試件，其試樣的沖擊試驗(yàn)應(yīng)包括焊縫金屬和熱影響區(qū)，并按照NB/T 47016和設(shè)計(jì)文件規(guī)定的試驗(yàn)溫度和合格指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)和評定。

8．設(shè)計(jì)溫度低于-40℃的或者焊接接頭厚度大于25 mm的低溫容器，按照采用設(shè)計(jì)文件規(guī)定的方法，對其A、B類焊接接頭，進(jìn)行全部射線或超聲檢測，且符合該條件的低溫壓力容器上的A、B、C、D、E類焊接接頭，缺陷或補(bǔ)焊處的表面，卡具和拉筋等拆除的割痕表面，需按照圖樣規(guī)定的方法，對其表面進(jìn)行磁粉或滲透檢測。

4 總 結(jié)

低溫壓力容器的設(shè)計(jì)、制造要根據(jù)實(shí)際的服役環(huán)境和用戶需求來選擇材料，既能滿足使用的要求，又能節(jié)能降耗。本文從設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、制造環(huán)節(jié)和作為第三方的監(jiān)督檢驗(yàn)環(huán)節(jié)提出了一些低溫壓力容器制造過程中應(yīng)該注意的一些問題，也提出了一些措施和建議。低溫壓力容器的制造要求要比普通的壓力容器更高，不論是材料、組裝、焊接、熱處理和無損檢測，避免產(chǎn)生過高的應(yīng)力集中是防止低溫脆斷、保證容器質(zhì)量的關(guān)鍵因素，同時(shí)制造過程中的檢查和第三方的檢驗(yàn)也是保證過程質(zhì)量的重要手段。