GB150耐壓試驗(yàn)、泄漏試驗(yàn)的選擇及試驗(yàn)值的確定

董洋，程萍

（錦西化工機(jī)械（集團(tuán)）有限公司， 遼寧 葫蘆島 125001）

壓力試驗(yàn)是檢驗(yàn)壓力容器整體質(zhì)量的傳統(tǒng)方法，按檢驗(yàn)?zāi)康姆譃槟蛪涸囼?yàn)和泄漏試驗(yàn)。耐壓試驗(yàn)是在容器竣工后出廠前采用短時(shí)超壓方法，全面綜合考核其整體強(qiáng)度及密封性能。是對(duì)容器選材、設(shè)計(jì)計(jì)算、結(jié)構(gòu)以及制造質(zhì)量的綜合性檢查。若有隱患，在耐壓試驗(yàn)過程中可充分暴露以便返修甚至判廢。泄漏試驗(yàn)是檢查容器是否存在不允許的泄漏，檢查的重點(diǎn)是可拆的連接部位以及焊接接頭部位。泄漏試驗(yàn)屬于非必須試驗(yàn)項(xiàng)目，因?yàn)槎鄶?shù)容器無嚴(yán)格的致密性要求，且耐壓試驗(yàn)有一定的檢漏功能，因此，GB150規(guī)定制造完工的容器應(yīng)按圖樣規(guī)定進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，對(duì)于盛裝介質(zhì)毒性程度為極度、高度危害或者不允許有微量泄漏的容器，應(yīng)在耐壓試驗(yàn)合格后進(jìn)行泄漏試驗(yàn)。

1 耐壓試驗(yàn)及泄漏試驗(yàn)的選擇

1.1 耐壓試驗(yàn)及泄漏試驗(yàn)分類

根據(jù)試驗(yàn)介質(zhì)的不同，耐壓試驗(yàn)分為液壓試驗(yàn)、氣壓試驗(yàn)和氣液組合試驗(yàn)，三者的目的與作用是相同的，只進(jìn)行其中一種試驗(yàn)即可。由于液壓試驗(yàn)比其他兩種試驗(yàn)的安全性高很多，所以應(yīng)優(yōu)先選擇液壓試驗(yàn)，只有在無法進(jìn)行液壓試驗(yàn)時(shí)才考慮其他兩種方法。

泄漏試驗(yàn)根據(jù)試驗(yàn)介質(zhì)的不同，分為氣密性試驗(yàn)、氨檢漏試驗(yàn)、鹵素檢漏試驗(yàn)和氦檢漏試驗(yàn)等。

1.2 耐壓試驗(yàn)的目的

壓力容器是對(duì)安全性要求較高的特種設(shè)備，雖然在選材、設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)及驗(yàn)收各工序中均經(jīng)嚴(yán)格檢驗(yàn)并達(dá)到合格要求，但在使用過程中安全事故仍有發(fā)生，其主要原因是在建造過程中雖經(jīng)檢驗(yàn)合格，只能是不再存在超標(biāo)缺陷或因結(jié)構(gòu)等原因形成的高應(yīng)力區(qū)，但內(nèi)在缺陷或制造中產(chǎn)生的應(yīng)力在容器使用時(shí)有可能因意外的因素引發(fā)事故。因此，完工容器在投入運(yùn)行前對(duì)其施以短時(shí)超壓試驗(yàn)，不僅可能減緩某些局部區(qū)域的峰值應(yīng)力，在一定程度上起到消除或降低殘余應(yīng)力，使應(yīng)力分布均勻的作用，還能使裂紋產(chǎn)生閉合效應(yīng)，鈍化裂紋尖端，以保證通過壓力試驗(yàn)的容器在正常運(yùn)行中絕對(duì)安全。所以，壓力試驗(yàn)是考驗(yàn)容器的宏觀強(qiáng)度、焊縫致密性和密封件密封性必不可少的手段。

1.2.1 內(nèi)壓容器耐壓試驗(yàn)的目的

考察容器的整體強(qiáng)度，剛度和穩(wěn)定性；檢查焊接接頭的致密性；驗(yàn)證密封結(jié)構(gòu)的密封性能；消除或降低焊接殘余應(yīng)力、局部不連續(xù)區(qū)的峰值應(yīng)力；對(duì)微裂紋產(chǎn)生閉合效應(yīng)，鈍化微裂紋尖端。

1.2.2 外壓容器耐壓試驗(yàn)的目的

外壓容器的失效方式主要是失穩(wěn)，對(duì)于完全依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)建造的外壓容器，在設(shè)計(jì)外壓作用下不會(huì)產(chǎn)生穩(wěn)定失效，而且外壓穩(wěn)定性的試驗(yàn)難以進(jìn)行，因此無必要進(jìn)行外壓試驗(yàn)以考慮其穩(wěn)定性。只需通過內(nèi)壓進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，檢查密封結(jié)構(gòu)的密封性能和發(fā)現(xiàn)容易擴(kuò)展為穿透性缺陷的隱患。

1.3 泄漏試驗(yàn)的目的

考察焊接接頭的致密性和密封結(jié)構(gòu)的密封性能，確定容器是否存在不允許的泄漏。泄漏試驗(yàn)不是壓力容器的必做項(xiàng)目，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定僅對(duì)與介質(zhì)毒性程度為極度、高度危害或者不允許有微量泄漏的容器，應(yīng)在耐壓試驗(yàn)后進(jìn)行泄漏試驗(yàn)。檢查重點(diǎn)是可拆的連接部位以及焊接接頭部位。

1.4 耐壓試驗(yàn)的安全性

耐壓試驗(yàn)進(jìn)行中存在一定的危險(xiǎn)，如耐壓試驗(yàn)介質(zhì)的噴出、產(chǎn)品的破裂甚至產(chǎn)生的金屬碎片等。其危險(xiǎn)因素一般取決于以下因素：

(1)壓力與容積的乘積，乘積值越大，耐壓試驗(yàn)過程中容器內(nèi)積聚的勢(shì)能就越大，一旦發(fā)生事故其破壞力越大。

(2)材料特性，試驗(yàn)時(shí)是否發(fā)生會(huì)脆斷、金屬碎片飛出。

(3)試驗(yàn)介質(zhì)狀態(tài)，即壓力試驗(yàn)時(shí)采用液態(tài)介質(zhì)還是氣態(tài)介質(zhì)。液壓試驗(yàn)時(shí)最常用的試驗(yàn)介質(zhì)是水，故稱水壓試驗(yàn)。由于液體的可壓縮性極小，壓力試驗(yàn)時(shí)一旦液體泄漏，能很快釋放出積聚的能量，及時(shí)導(dǎo)致容器內(nèi)壓力大幅度急速下降，因而事故危害性較小。

氣體具有可壓縮性，因此氣壓試驗(yàn)比液壓試驗(yàn)危險(xiǎn)，一旦發(fā)生破壞事故，不但要釋放積聚的能量，還會(huì)以最快的速度釋放在升壓過程中被壓縮的體積，其破壞力極大，相當(dāng)于爆炸時(shí)的沖擊波。因此，GB150要求氣壓試驗(yàn)應(yīng)有安全措施[1][2][3]，該安全措施需經(jīng)試驗(yàn)單位技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)[1]，并經(jīng)本單位安全部門檢查監(jiān)督[1][2][3]。

1.5 選用氣壓或氣液組合試驗(yàn)情況[1][2]

1.5.1 對(duì)于直徑大、壓力低且充裝氣態(tài)介質(zhì)的容器，充滿液體介質(zhì)后，會(huì)因自重和液體重量導(dǎo)致容器本身或基礎(chǔ)破壞；

1.5.2 因結(jié)構(gòu)原因，液壓試驗(yàn)后難以將殘存液體吹干排盡，而使用時(shí)容器內(nèi)不允許殘存任何液體時(shí)（氯氣冷卻器殼程介質(zhì)為氯氣，如進(jìn)行水壓試驗(yàn)時(shí)，殼程水很難排凈，而氯氣溶于水生成鹽酸，對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重），可采用氣壓試驗(yàn)進(jìn)行壓力試驗(yàn)。

1.5.3 為了保證試驗(yàn)的安全，氣壓或氣液組合試驗(yàn)前壓力容器在焊接及無損檢測(cè)方面的要求應(yīng)符合GB150《壓力容器》的要求，即A、B類焊接接頭應(yīng)進(jìn)行100%射線或超聲檢測(cè)。

1.6 選用泄漏試驗(yàn)情況[1][2][3][4]

介質(zhì)毒性程度為極度、高度危害或者不允許有微量泄漏（一旦發(fā)生微量泄漏，將嚴(yán)重危及人的生命安全，造成環(huán)境污染，或因生產(chǎn)工藝條件、介質(zhì)價(jià)格昂貴等原因，設(shè)計(jì)要求不允許有微量泄漏）的容器，應(yīng)在耐壓試驗(yàn)合格后進(jìn)行泄漏試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)壓力值的確定[1][2][3]

2.1 內(nèi)壓容器耐壓試驗(yàn)壓力值規(guī)定

液壓試驗(yàn)：PT=1.25P[σ]/[σ]t

氣壓或氣液組合試驗(yàn)：PT=1.1P[σ]/[σ]t

注1：容器銘牌上規(guī)定有最高允許工作壓力時(shí)，公式中應(yīng)以最高允許工作壓力代替設(shè)計(jì)壓力P；

注2：容器各主要受壓元件，如圓筒、封頭、接管、設(shè)備法蘭及其緊固件等所用材料不同時(shí)，應(yīng)取各元件材料的[σ]/[σ]t比值中最小者；

注3：t[σ]t不應(yīng)低于材料受抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度控制的許用應(yīng)力最小值。

為調(diào)整在高溫下設(shè)計(jì)的容器在常溫下試驗(yàn)時(shí)也能達(dá)到1.2 5 P，所以考慮到溫度補(bǔ)償PT=1.25P[σ]/[σ]t，以提高其試驗(yàn)壓力值，即設(shè)計(jì)該元件厚度時(shí)所采用的許用應(yīng)力。

2.2 外壓容器耐壓試驗(yàn)壓力值規(guī)定

液壓試驗(yàn)：PT=1.25P

氣壓或氣液組合試驗(yàn)：PT=1.1P

注：P-設(shè)計(jì)壓力；[σ]-容器元件材料在耐壓試驗(yàn)溫度下的許用應(yīng)力；[σ]t-容器元件材料在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力。

2.3 泄漏試驗(yàn)壓力值規(guī)定

由于氨氣有毒，現(xiàn)已很少使用。鹵素檢漏試驗(yàn)在實(shí)踐中也使用較少，下面僅介紹氣密性試驗(yàn)及氦檢漏試驗(yàn)壓力值的規(guī)定。

2.3.1 氣密性試驗(yàn)壓力值規(guī)定：PT=1.0P

2.3.2 氦檢漏試驗(yàn)壓力值規(guī)定

氦檢漏試驗(yàn)時(shí)，容器內(nèi)的真空度要求、氦氣的濃度、試驗(yàn)壓力及試驗(yàn)操作程序要求按GB/T 15823-2009《無損檢測(cè) 氦泄漏檢測(cè)方法》的有關(guān)規(guī)定。

2.4 試驗(yàn)壓力最小值的確定

2.4.1 對(duì)于立式容器采用臥置進(jìn)行液壓試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)壓力應(yīng)計(jì)入立置試驗(yàn)時(shí)的液柱靜壓力。

2.4.2 工作條件下內(nèi)裝介質(zhì)的液柱靜壓力大于液壓試驗(yàn)液柱靜壓力時(shí)，應(yīng)適當(dāng)考慮相應(yīng)增加試驗(yàn)壓力。

3 耐壓試驗(yàn)的免除

有的容器無法按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，如現(xiàn)場(chǎng)組裝的特大型低壓儲(chǔ)罐，由于剛性及承重原因無法進(jìn)行液壓試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)也不具備進(jìn)行氣壓試驗(yàn)的條件，GB150對(duì)這類容器規(guī)定，設(shè)計(jì)單位應(yīng)提出確保容器安全運(yùn)行的措施，并在圖樣上注明。這一要求包含兩方面含義：

（1）只有設(shè)計(jì)單位才有權(quán)決定是否無法進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。

（2）設(shè)計(jì)單位應(yīng)提出安全措施并對(duì)措施的正確、完善及有效性負(fù)責(zé)。

4 結(jié)束語

根據(jù)實(shí)際情況合理選擇壓力試驗(yàn)方法，在試驗(yàn)壓力計(jì)算時(shí)注意P值及[σ]/[σ]t的比值計(jì)算，充分考慮試驗(yàn)壓力溫度補(bǔ)償?shù)膯栴}，使壓力試驗(yàn)時(shí)各受壓元件均達(dá)到超應(yīng)力水平的考驗(yàn)，充分考慮液柱靜壓力對(duì)與耐壓試驗(yàn)的影響，以保證壓力容器在操作時(shí)安全運(yùn)行的目的。