壓力容器制造檢驗(yàn)時(shí)宏觀檢驗(yàn)技術(shù)應(yīng)用述評(píng)

劉亞庭杜輝趙二虎

(咸陽(yáng)市特種設(shè)備檢驗(yàn)所，陜西咸陽(yáng)712000)

0 引言

GB 150—2011《壓力容器》和TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》對(duì)壓力容器制造過(guò)程中的出廠(chǎng)驗(yàn)收檢驗(yàn)、定期檢驗(yàn)做出了相關(guān)規(guī)定，制造監(jiān)督檢驗(yàn)?zāi)軌虬l(fā)現(xiàn)壓力容器的制造缺陷，防止問(wèn)題產(chǎn)品流入使用環(huán)節(jié)，是一個(gè)重要的產(chǎn)品質(zhì)量控制環(huán)節(jié)；而定期檢驗(yàn)是保障在役設(shè)備安全可靠運(yùn)行的重要方法。無(wú)論是產(chǎn)品的出廠(chǎng)監(jiān)督檢驗(yàn)還是在役設(shè)備的定期檢驗(yàn)，都不可避免的運(yùn)用到宏觀檢驗(yàn)技術(shù)。宏觀檢驗(yàn)作為壓力容器檢驗(yàn)時(shí)的一個(gè)重要方法，它執(zhí)行容易，能夠用肉眼或者簡(jiǎn)單的設(shè)備發(fā)現(xiàn)壓力容器內(nèi)外表面的明顯缺陷，從而對(duì)整臺(tái)壓力容器的狀況有大致的了解。宏觀檢查的結(jié)果可以為下一步的檢驗(yàn)內(nèi)容如無(wú)損檢測(cè)項(xiàng)目、方法、比例、部位的選擇和實(shí)施提供一定的參考。為探究宏觀檢驗(yàn)技術(shù)，掌握其容易忽視的細(xì)節(jié)，對(duì)于提高檢驗(yàn)質(zhì)量具有重要意義，本文對(duì)壓力容器宏觀檢驗(yàn)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行述評(píng)。

1 目視檢查

目視檢查是主要采用肉眼觀察的方法(必要時(shí)使用內(nèi)窺鏡、放大鏡或其他輔助儀器設(shè)備)對(duì)壓力容器的內(nèi)外表面進(jìn)行檢查。目視檢查簡(jiǎn)單直接，對(duì)于監(jiān)督檢驗(yàn)來(lái)說(shuō)，它可以快速對(duì)容器的結(jié)構(gòu)、焊縫的布置和有無(wú)組裝缺陷進(jìn)行判斷；對(duì)于在役容器，能檢查出有無(wú)鼓包、變形、裂紋以及外壁的防腐層是否完好等信息。

為保證最佳的檢查效果，目視檢查應(yīng)遵循一定的秩序：先從整體要局部，先看結(jié)構(gòu)后看表面，先宏觀再到微觀。當(dāng)目視檢查過(guò)程中對(duì)某部位有懷疑時(shí)，可以借助放大鏡進(jìn)一步觀察，如果放大鏡發(fā)現(xiàn)有微裂紋等缺陷，則在后期應(yīng)采用無(wú)損檢測(cè)、金相檢驗(yàn)等方法金相確認(rèn)，直到缺陷被檢出和消除。在容器內(nèi)部檢查時(shí)，因光線(xiàn)不好，此時(shí)可以借助手電筒緊貼容器內(nèi)壁表面進(jìn)行平行照射，如果容器內(nèi)部有腐蝕凹坑、鼓泡等異常情況，則很容易被掃視到。檢驗(yàn)中也常遇到無(wú)法進(jìn)入內(nèi)部的容器，此時(shí)應(yīng)借助內(nèi)窺鏡進(jìn)行檢查。

2 筒體幾何尺寸測(cè)量

2.1 錯(cuò)邊量與棱角度的測(cè)量

容器出廠(chǎng)檢驗(yàn)和首次定期檢驗(yàn)時(shí)，要對(duì)錯(cuò)邊量和棱角度進(jìn)行測(cè)量，通常使用的測(cè)量?jī)x器有焊規(guī)、焊縫檢驗(yàn)尺、樣板尺等。焊規(guī)由基準(zhǔn)面和滑尺組成，使用時(shí)應(yīng)把握操作規(guī)則，否則可能造成較大的誤差，如果對(duì)環(huán)縫進(jìn)行測(cè)量，則焊規(guī)的方位應(yīng)始終保持與容器的軸向平行且垂直于焊縫中心線(xiàn)，如圖1(a)所示；如果對(duì)縱縫進(jìn)行測(cè)量，則焊規(guī)的方位應(yīng)始終保持與容器的周向切線(xiàn)相互平行，且垂直于容器的軸向中心線(xiàn)，如圖1(b)所示。因?yàn)楹敢?guī)的一邊為平面，容器外壁為曲面，有時(shí)難以靠平，因此其缺點(diǎn)是測(cè)量誤差較大，特別是對(duì)于直徑較小的容器。

為了消除曲面對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，現(xiàn)在絕大多數(shù)檢驗(yàn)人員都使用焊縫檢驗(yàn)尺對(duì)錯(cuò)邊量和棱角度進(jìn)行測(cè)量。焊縫檢驗(yàn)尺集成度比較高，可以測(cè)量錯(cuò)邊量、棱角度、咬邊深度、角焊縫的高度、厚度等參數(shù)。當(dāng)采用焊縫檢驗(yàn)尺測(cè)量錯(cuò)邊量與棱角度時(shí)，先將其兩個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)調(diào)整到容器直徑刻度上，整個(gè)尺子平行于環(huán)縫的中心線(xiàn)而垂直于軸向中心新，滑動(dòng)檢測(cè)尺，在焊縫的左右兩邊各測(cè)一點(diǎn)，則其數(shù)據(jù)之差就是對(duì)于焊縫的錯(cuò)邊量值，見(jiàn)圖1(c)。

圖1 錯(cuò)邊量與棱角度的測(cè)量

2.2 直線(xiàn)度的測(cè)量

控制直線(xiàn)度對(duì)于立式塔式容器的穩(wěn)定性具有重要意義，因此GB 150—2011規(guī)定了對(duì)其直線(xiàn)度的驗(yàn)收指標(biāo)。制造時(shí)，需要對(duì)直線(xiàn)度進(jìn)行兩次檢測(cè)，第一次是在組對(duì)后焊接錢(qián)；第二次是整體焊接完畢后。

通常的檢測(cè)方法如下：在筒體上確定4個(gè)對(duì)稱(chēng)檢測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)，一般選在是0°、90°、180°、270°需要注意的是測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與基準(zhǔn)點(diǎn)的選位有關(guān)，設(shè)備筒節(jié)組對(duì)后時(shí)，直線(xiàn)度不規(guī)則，母線(xiàn)不容易找準(zhǔn)，因此對(duì)組對(duì)之后的筒體通常需要使用校核模板來(lái)確定基準(zhǔn)點(diǎn)，找出母線(xiàn)。圖2 為壓力容器的直線(xiàn)度測(cè)量示意。

圖2壓力容器的直線(xiàn)度測(cè)量

對(duì)長(zhǎng)度超過(guò)20米以上的壓力容器，采用鋼絲繩測(cè)量直線(xiàn)度時(shí)，因撓度太大而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果誤差較大，此時(shí)需要使用經(jīng)緯儀和水準(zhǔn)儀，再進(jìn)行換算。

GB150 對(duì)測(cè)量點(diǎn)的位置做出了相關(guān)規(guī)定：測(cè)量點(diǎn)距離A、B類(lèi)焊縫至少要100mm 以上，這樣規(guī)定的目的在于不能將錯(cuò)邊量和棱角度的值計(jì)入直線(xiàn)度的測(cè)量數(shù)據(jù)之中。此外，還規(guī)定了直線(xiàn)度的驗(yàn)收值，即不超過(guò)殼體長(zhǎng)度的1‰；如果直立容器的長(zhǎng)度超過(guò)了30m，則其筒體的直線(xiàn)度允差應(yīng)符合JB4710《鋼制塔式容器》的規(guī)定[1]。

2.3 最大最小直徑差測(cè)量

出廠(chǎng)驗(yàn)收檢驗(yàn)和壓力容器的首次定期檢驗(yàn)均要求測(cè)量容器的最大內(nèi)徑和最小內(nèi)徑之差，在壓力容器組對(duì)之前，對(duì)單節(jié)筒體的直徑測(cè)量，可用卷尺的端點(diǎn)抵住筒節(jié)的一側(cè)，另一側(cè)在圓弧方向左右滑動(dòng)，知道讀取到最大值。為了保證測(cè)量的可靠性，一般測(cè)量三次取其平均值。

采用千分尺對(duì)組對(duì)后和開(kāi)孔組焊接管后的筒體進(jìn)行直徑差測(cè)量，內(nèi)徑千分尺使用時(shí)要注意手法，手法不對(duì)容易使數(shù)據(jù)失真。操作手法如下：先在容器內(nèi)找到一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行定位(此定位點(diǎn)測(cè)量時(shí)不可移動(dòng))，測(cè)量端抵住筒體的另一面，此時(shí)將定位器置于開(kāi)啟狀態(tài)，沿著筒體的圓弧方向滑動(dòng)，讀出最大數(shù)值，如圖3(a)所示；再將千分尺沿著軸向左右滑動(dòng)，讀出其最小值，如圖3(b)所示；此時(shí)測(cè)得的值就是此處容器的內(nèi)徑值，用此方法重復(fù)測(cè)量，算出同一截面的最大和最小值[2]。

圖3 筒體直徑的測(cè)量

標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于組焊后容器的最大內(nèi)徑和最小內(nèi)徑之差的規(guī)定體現(xiàn)在第6.5.10條，它對(duì)于內(nèi)徑之差的限值的各種情況進(jìn)行了詳細(xì)闡述。

和直線(xiàn)度的測(cè)量一樣，最大直徑和最小直徑的測(cè)量，也要遠(yuǎn)離焊縫中心現(xiàn)至少100mm。壓力容器上的焊縫由于其筒節(jié)組對(duì)誤差，難免會(huì)產(chǎn)生棱角度，而標(biāo)準(zhǔn)要求測(cè)量棱角度時(shí)要遠(yuǎn)離焊縫中心線(xiàn)100mm 的規(guī)定，就是為了規(guī)避棱角度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

2.4 壓力容器的組對(duì)裝配檢驗(yàn)

組對(duì)和裝配是壓力容器制造過(guò)程中的收尾環(huán)節(jié)，它是將壓力容器的所有組成件通過(guò)焊接、螺栓連接、機(jī)加工等方法，組合成一個(gè)符合設(shè)計(jì)圖紙要求的壓力容器的全過(guò)程。

2.4.1 塔器的組對(duì)裝配

塔式容器一般比較長(zhǎng)，因此它的組對(duì)最為特殊，技術(shù)要求也更高。它的組對(duì)順序一般如下：容器筒節(jié)成型、組對(duì)—接管方位的劃線(xiàn)、開(kāi)孔—組對(duì)、組裝接管、人孔等—裙座的組對(duì)、端蓋的裝配—塔盤(pán)及內(nèi)件組裝。

對(duì)于塔式容器的筒體，較難一次性組對(duì)裝配，所以一般是將筒體均分為2～4段分段組對(duì)，具體段數(shù)和制造廠(chǎng)的工廠(chǎng)廠(chǎng)房和起吊設(shè)備的硬件條件有關(guān)。對(duì)于每段之間的組對(duì)，一般采用立式組對(duì)(也可以采用臥式組對(duì)，但直線(xiàn)度更難保證)，因?yàn)榱⑹浇M對(duì)時(shí)，壓力容器的直線(xiàn)度、錯(cuò)邊量、最對(duì)間隙調(diào)整較為方便，工人操作條件也較好，安全性更有保障。各段組對(duì)完成后，再完成段段之間的最對(duì)。

承壓設(shè)備中，都不宜出現(xiàn)十字焊縫，塔式容器工作環(huán)境、容器結(jié)構(gòu)則更為特殊，因此筒體組對(duì)時(shí)，相鄰?fù)补?jié)之間的縱縫(按GB150的分類(lèi)應(yīng)稱(chēng)做A 類(lèi)焊縫)，相互之間距離至少保持在3倍筒體厚度以上，且不小于100mm。組對(duì)時(shí)，先畫(huà)出筒體筒節(jié)的四個(gè)軸線(xiàn)，再進(jìn)行組對(duì)。受結(jié)構(gòu)因素的影響，筒節(jié)之間的組對(duì)一般需要采用臥式組對(duì)，常用做法是，先控制上下兩個(gè)基準(zhǔn)線(xiàn)的直線(xiàn)度，將其先固定，再調(diào)整左右兩邊的直線(xiàn)度。

塔式容器的最后合攏的焊縫，其間隙往往是大小難以保證均勻，間隙大小不一焊接收縮也不一，這對(duì)本身直線(xiàn)度就難以控制的塔式容器而言，增加了其直線(xiàn)度的不確定性。因此，在組對(duì)之前將基準(zhǔn)線(xiàn)畫(huà)好，一般距端面100mm 左右，后續(xù)需要用到基準(zhǔn)線(xiàn)的，都以此為準(zhǔn)。

2.4.2 臥式壓力容器的組對(duì)裝配檢驗(yàn)

臥式容器的組裝檢驗(yàn)與前述的塔式容器基本一致，但是更要注意的是，臥式容器一般由鞍式支座及支座護(hù)板所支撐，對(duì)于環(huán)縫的設(shè)置，應(yīng)避免被支座及其附件所覆蓋，而對(duì)于縱向焊縫，則應(yīng)避免設(shè)計(jì)在容器的下部140°范圍內(nèi)。如果被覆蓋，則會(huì)增加無(wú)損檢測(cè)的比例，不但造成制造成本上升，且質(zhì)量也更難保證。臥式容器設(shè)計(jì)成使用鞍座作為支座時(shí)，要注意固定支座和滑動(dòng)支座的關(guān)系，制造監(jiān)督檢驗(yàn)時(shí)，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)兩者搞反或者幾何尺寸標(biāo)的情況。

2.4.3 換熱器的組對(duì)裝配檢驗(yàn)

換熱器組對(duì)裝配的順序大致如下：筒體組對(duì)—筒體與容器法蘭對(duì)或筒體與管板組對(duì)—管束組裝—管束與筒體組裝等工序。

在換熱器筒體的組對(duì)方面，與前述兩項(xiàng)相同，但是對(duì)于換熱器來(lái)說(shuō)，最為關(guān)鍵的是管束的裝配。一種行之有效的方法是先采用吊垂線(xiàn)的辦法將一端的管板固定，并設(shè)好中垂線(xiàn)，從固定好的那端開(kāi)始依次組裝隔板，隔板的孔應(yīng)是將隔板重疊后統(tǒng)一鉆孔，然后組裝的時(shí)候按照開(kāi)孔的方向依次組裝，順序不能搞錯(cuò)，否則換熱管可能無(wú)法插入或者即使插入也會(huì)損傷管子的外壁。當(dāng)所有的換熱管穿插好之后，再組裝另一端的管板，兩側(cè)管板的中垂線(xiàn)應(yīng)保持一致[3]。

2.5 壓力容器焊縫外形尺寸測(cè)量

焊縫的外觀質(zhì)量檢查是焊接接頭質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，外觀檢查不合格的焊接接頭，不得進(jìn)入下一個(gè)檢驗(yàn)環(huán)節(jié)如無(wú)損檢測(cè)，水耐壓試驗(yàn)等。對(duì)于監(jiān)督檢驗(yàn)人員而言，需要測(cè)量的焊接參數(shù)有如下幾種，焊縫的咬邊測(cè)量、余高測(cè)量表面弧坑和飛濺物檢查。焊縫的咬邊、余高一般采用焊縫檢驗(yàn)尺來(lái)測(cè)量，對(duì)于焊縫檢驗(yàn)尺，承壓類(lèi)的檢驗(yàn)人員應(yīng)非常熟悉其使用方法，咬邊和余高測(cè)量起來(lái)都比較方便；對(duì)于表面弧坑和飛濺物，一般采用目視檢查的方法，對(duì)于要求較高的壓力容器，則可以采用手觸摸的方法。

檢驗(yàn)時(shí)，要重點(diǎn)關(guān)注咬邊，因?yàn)橐н吶毕萑绻麢z查不嚴(yán)格，可能會(huì)對(duì)后續(xù)無(wú)損檢測(cè)的檢測(cè)結(jié)果造成印象，特別是內(nèi)壁焊縫的咬邊。再則，咬邊會(huì)削弱焊接接頭的承載面積，造成應(yīng)力集中。因此GB 150—2011和TSG 21—2016都規(guī)定，對(duì)于高強(qiáng)鋼制造的壓力容器，承受交變載荷的壓力容器、厚度較大的壓力容器和低溫容器，對(duì)于咬邊的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)都有所提高，如對(duì)于低合金鋼制Rm≥540MPa 的容器、不銹鋼制容器、焊接接頭系數(shù)φ為1.0的容器等均不允許有咬邊，其他普通容器咬邊深度不得大于0.5mm，咬邊連續(xù)長(zhǎng)度不得大于100mm 等。

3 結(jié)語(yǔ)

壓力容器產(chǎn)品產(chǎn)品的監(jiān)督檢驗(yàn)，是防止問(wèn)題產(chǎn)品流入使用環(huán)節(jié)的一道關(guān)卡，制造單位和監(jiān)督檢驗(yàn)人員要嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)程及規(guī)則的規(guī)定進(jìn)行檢查驗(yàn)收，才能保證產(chǎn)品質(zhì)量。