壓力容器制造的質(zhì)量控制策略研究

劉小川 王輝

摘 要 目前，我國社會經(jīng)濟水平和科學(xué)技術(shù)水平都有著顯著提升，在這樣的背景下，各個行業(yè)中的生產(chǎn)工藝也取得了突飛猛進的發(fā)展，壓力容器這種工業(yè)生產(chǎn)中的重要裝置也得到了更加廣泛的應(yīng)用，在工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用。但壓力容器的生產(chǎn)質(zhì)量也受到多方面的影響，一些壓力容器的生產(chǎn)缺乏質(zhì)量的保障，在工業(yè)生產(chǎn)中出現(xiàn)了各種問題，給生產(chǎn)安全帶來了重大的風(fēng)險。針對壓力容器的質(zhì)量問題，本文對壓力容器生產(chǎn)過程中的各個方向進行了深入研究，并根據(jù)壓力容器的生產(chǎn)特點給出了提高壓力容器生產(chǎn)質(zhì)量的有效方法。

關(guān)鍵詞 質(zhì)量控制 壓力容器 安全系數(shù) 聲發(fā)射檢測技術(shù)

中圖分類號：F407 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）02-0115-03

壓力容器普遍應(yīng)用于化工行業(yè)，尤其是石油化工和其他能源行業(yè)。這就是當(dāng)下對壓力容器的生產(chǎn)要求很高的原因，而材料和方法的選擇對此類容器的最終制造結(jié)果有很大的影響，因此必須嚴(yán)格控制每種化合物的制造工藝，避免和減少問題的發(fā)生，以達(dá)到預(yù)期的目的。壓力容器在生產(chǎn)的過程中存在的問題，對壓力容器的生產(chǎn)質(zhì)量也有一定的影響。因此，在該容器的生產(chǎn)過程中，有必要根據(jù)其特點進行適當(dāng)?shù)闹谱鳎嵘龎毫θ萜鞯纳a(chǎn)質(zhì)量，提高壓力容器的安全性。現(xiàn)階段，我國壓力容器的發(fā)展取得了很大的成就，但是在生產(chǎn)過程中，在材料選擇和應(yīng)力控制方面還存在許多問題。因此，我們必須充分考慮和分析這些問題，并將它們結(jié)合起來。在這樣的前提下，研究壓力容器制造理論具有重要意義[1]。

1 壓力容器

壓力容器是一種在工業(yè)民用和軍事領(lǐng)域都非常廣泛的工程器械，壓力容器的整體可靠性和安全性直接影響到的是整體化工生產(chǎn)的安全性和運行的穩(wěn)定性。壓力容器的設(shè)計壓力和溫度是最基本的也是最重要的，材料的選擇也是重中之重，采用不同的設(shè)計準(zhǔn)則，材料的許用應(yīng)力和計算厚度也是不同的，如按照常規(guī)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，在設(shè)置壓力容器的抗壓強度時，需要注意其安全系數(shù)，保障安全系數(shù)設(shè)置合理，一般為2.7，但如果采用其他方法如應(yīng)力分析設(shè)計，整體材料的抗壓強度安全系數(shù)可提高，可設(shè)置到3，材料的許用應(yīng)力相應(yīng)增加，計算厚度相應(yīng)減少。根據(jù)壓力容器的危險程度，壓力容器分為一級、二級、三級，相當(dāng)于特種設(shè)備中的一級、二級、三級壓力容器。而根據(jù)內(nèi)部介質(zhì)不同，可以分為第一組和第二組。第一組介質(zhì)：極度危險介質(zhì)最大允許濃度小于0.1mg/cm3，高度危險介質(zhì)最大允許濃度為0.1mg/cm3～1.0mg/cm3。第二組介質(zhì)：中度危險介質(zhì)最大允許濃度為1.0mg/cm3～10.0mg/cm3。根據(jù)設(shè)計壓力（P），壓力容器分為低壓、中壓、高壓、超高壓四個等級[2]。

2 壓力容器產(chǎn)品制造特點

壓力容器制造過程由六個相互關(guān)聯(lián)的部分組成：結(jié)構(gòu)、鉚接、材料焊接、無損檢測、理化測量和檢驗。設(shè)備廣泛應(yīng)用于許多行業(yè)，在不同行業(yè)發(fā)揮著不同的作用。因此，壓力容器的性能是多種多樣的。長期要求不同的功能和制造結(jié)構(gòu)，不同的制造工藝和較高的安全性要求致使壓力容器的生產(chǎn)必須符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和制度，因為大多數(shù)壓力容器都是在惡劣的環(huán)境中工作的，例如帶有高壓容器的壓力容器，具有溫度、高壓、真空、腐蝕等特性。而大多數(shù)壓力容器都充滿了破壞性的物質(zhì)，首先要考慮爆炸、劇毒、有害物質(zhì)對壓力容器質(zhì)量的影響，做好施工工作。隨著社會科學(xué)的不斷發(fā)展，技術(shù)、工藝、材料、理念不斷更新，規(guī)范了壓力容器的生產(chǎn)，也要求技術(shù)人員必須具備專業(yè)的壓力容器設(shè)計知識，必須考慮壓力容器設(shè)計的總體思路。由于壓力容器涉及多個行業(yè)，所以要了解壓力容器的種類，遵循多專業(yè)、多品種的原則，制造過程中加強對焊接過程的注意和對制造功能和受控機械結(jié)構(gòu)的重視。隨著工業(yè)生產(chǎn)管理的不斷進步，壓力容器管理也被單獨劃分出來，并按照特種設(shè)備的要求進行生產(chǎn)，這樣就不僅提高了壓力容器管理的專業(yè)性，還提高了壓力容器的制造難度。需要將壓力容器管理與經(jīng)營設(shè)備管理有機結(jié)合，提高管理標(biāo)準(zhǔn)，才能在壓力容器的生產(chǎn)過程中實現(xiàn)有效控制，按照國家標(biāo)準(zhǔn)控制壓力容器生產(chǎn)的各種指標(biāo)，提高壓力容器生產(chǎn)的質(zhì)量控制水平。

3 常見問題

壓力容器產(chǎn)品在制造過程中，可能會遇到實際尺寸誤差超過設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的情況，尺寸的誤差是由多種原因造成的，變形是其中一種，例如壓力容器的封頭變形就是導(dǎo)致尺寸誤差的主要原因之一。封頭變形的產(chǎn)生大概有幾種可能：一是氧乙炔切割過程造成的變形，二是機加工過程中造成的變形，三是焊接過程中控制不良導(dǎo)致的變形，四是熱處理導(dǎo)致的變形。封頭的變形矯正難度很大，程序復(fù)雜，超出一定程度的變形將會導(dǎo)致廢品出現(xiàn)，使生產(chǎn)成本增加，因此需要嚴(yán)格控制。此外，還要注意在材料使用方面的慣性思維，比如為了增加強度，使用厚尺寸板材代替薄板材，但通過對壓力容器殼體工作后受力情況的力學(xué)分析，會發(fā)現(xiàn)這種做法對壓力容器并不好，應(yīng)該將合適的材料用到合適的結(jié)構(gòu)上，在材料選擇上摒棄慣性思維，嚴(yán)格遵照設(shè)計要求，才能防止類似問題的發(fā)生。

4 壓力容器制造質(zhì)量處理策略

4.1 科學(xué)規(guī)范技術(shù)流程

壓力容器制造過程很容易出現(xiàn)變形問題。解決這類問題可從規(guī)范技術(shù)流程入手，如保證相關(guān)人員的具體操作嚴(yán)格遵循程序要求，同時實時監(jiān)督壓力容器制造過程中的各種情況。設(shè)計時考慮壓力容器生產(chǎn)中可能出現(xiàn)的各類誤差，如考慮冷模具的熱脹和熱模具的冷縮，從而規(guī)避變形引發(fā)的計算誤差。熱加工程序在壓力容器制造中較為常見，其中巨大強制力會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，從而增加壓力容器裂縫和變形幾率。具體的壓力容器制造需要設(shè)法消除內(nèi)應(yīng)力，同時需嚴(yán)格控制處理階段的溫度。為隔絕火焰溫度，優(yōu)化熱處理，可在爐壁火焰噴嘴位置設(shè)置擋火墻。外殼厚度不足的壓力容器，其內(nèi)部厚度需適當(dāng)強化，以保證內(nèi)部環(huán)境的穩(wěn)定。

4.2 對壓力容器產(chǎn)品生產(chǎn)材料的質(zhì)量控制

在材料的選用上，要根據(jù)壓力容器產(chǎn)品的使用環(huán)境選擇壓力容器的材質(zhì)，材質(zhì)的選擇要滿足壓力容器使用場所的溫度、壓力等方面的要求，滿足不同工況下的強度和塑性韌性以及耐腐蝕性。材質(zhì)的選擇還要符合企業(yè)生產(chǎn)工藝的要求，具備良好的冷熱加工和焊接性能，否則會給施工帶來困難。壓力容器產(chǎn)品的設(shè)計材料上要明確材料的技術(shù)要求，牌號、標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量等級要明確標(biāo)出。對于有特殊檢驗和進場前處理要求的也要在圖紙材料上注明。[3]對于材料的采購環(huán)節(jié)，采購員要根據(jù)技術(shù)要求選擇牌號、標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量等級等方面符合生產(chǎn)要求的材料，還要有材料的試驗單據(jù)和檢測證明。采購過程中如果出現(xiàn)因特殊原因不能采購原來牌號的材料，選用代用材料的時候，除了要取得設(shè)計單位的許可，代用材料也必須在性能、質(zhì)量、尺寸等方面與原材料盡量相同或者接近。代用材料的選擇要防止慣性思維，不是材料尺寸厚實加量或者性能提升就能夠滿足原有材料的效果，比如增加厚度的效果在力學(xué)分析上不一定能夠?qū)崿F(xiàn)整體強度的增加，低合金鋼代替碳素鋼就不能實現(xiàn)良好的冷加工性能。[4]材料的檢驗方面，材料的檢驗要嚴(yán)格按照設(shè)計人員給定的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等技術(shù)要求仔細(xì)試驗和檢查。如材料抗拉強度、沖擊試驗等因標(biāo)準(zhǔn)不同所用試樣尺寸或試驗方法均有很大差別，經(jīng)驗豐富的檢驗人員可根據(jù)相關(guān)試樣與試驗要求總結(jié)出在壓力容器材料制造過程中存在的優(yōu)勢、不足甚至潛在缺陷等問題。材料的檢驗對壓力容器的制造質(zhì)量控制起到非常重要的作用。還有些管材進場要提供必要的質(zhì)量證明，材料檢驗人員要進行真?zhèn)魏藢痛鏅n，還要檢驗材料的交貨狀態(tài)、牌號等是否與訂單相符，有疑問的要留樣分析。

4.3 焊接質(zhì)量管控

焊接時，焊接機需要依據(jù)適當(dāng)?shù)某绦蚝蜆?biāo)準(zhǔn)操作，并且完整的焊接過程通常滿足相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)要求的質(zhì)量，包括所有焊接參數(shù)值，如焊接方法、鋼數(shù)、厚度范圍、關(guān)節(jié)形式、焊接位置等。當(dāng)焊接參數(shù)值變化時，焊接接頭的性能參數(shù)也將受到直接影響。對于淬火鋼，不適合使用小型能量焊接，因為小型能量焊接鋼的表面溫度冷卻快，將導(dǎo)致淬火鋼表面上出現(xiàn)裂縫，這將直接影響焊接單位質(zhì)量。因此，在焊接時，可以首先預(yù)熱焊接鋼并且可以控制中間層的表面溫度，但僅控制溫度是不夠的，在焊接過程當(dāng)中，還應(yīng)適當(dāng)控制焊接電流和焊接電壓進行焊接，要靈活掌握相應(yīng)的焊接方法和手段。

4.4 重視設(shè)計質(zhì)量

設(shè)計的質(zhì)量是決定容器質(zhì)量好壞的重要環(huán)節(jié)。因此，設(shè)計階段的質(zhì)量控制是壓力容器質(zhì)量管理的重點。在設(shè)計前，必須保證設(shè)計人員具有較高的專業(yè)水平，充分了解制造工藝，保證壓力容器的質(zhì)量。同時，了解壓力容器的使用情況，掌握材料和零件的選擇，以確保壓力容器的設(shè)計符合要求。有效提高設(shè)計質(zhì)量，確保壓力容器設(shè)計滿足制造要求。

4.5 提高壓力容器檢測標(biāo)準(zhǔn)

在壓力容器的檢測過程中，結(jié)合壓力容器在生產(chǎn)過程中的具體要求，對壓力容器進行有針對性的檢驗工作，在檢測之前一定要先論證檢測方案的合理性，可以通過以下方法加強壓力容器設(shè)備的檢測工作。

1.無損檢測工作要全面到位。在傳統(tǒng)的壓力容器檢測過程中，受到了檢測設(shè)備和檢測技術(shù)的限制，檢測的結(jié)果和實際存在著較大的偏差，這樣的檢測結(jié)果很難對設(shè)備的真實質(zhì)量做出全面的判斷。解決這個問題，可以通過壓力容器的滲透檢測、紅外線綜合檢測等先進的無損檢測技術(shù)得出較為精準(zhǔn)的結(jié)果，例如紅外線檢測過程中可以清楚地檢測到壓力容器的各個焊口是否存在質(zhì)量隱患。

2.壓力容器耐壓試驗。在對壓力容器進行耐壓檢測的過程中，工作人員可以根據(jù)相應(yīng)的檢測條款，檢測壓力容器在承受一定壓力的過程中，是否能夠良好的工作。這個過程中可以把壓力提升到正常工作壓力的1.2倍左右，如果出現(xiàn)異常情況，及時進行分析，給出正確的整改意見。

3.生產(chǎn)過程中的常規(guī)檢測。在壓力容器的整個生產(chǎn)過程中，要對每一步進行嚴(yán)格的檢測，按照壓力容器的生產(chǎn)規(guī)程，填寫好檢測記錄，并根據(jù)檢測的數(shù)據(jù)與相應(yīng)的規(guī)范進行對比，必須所有數(shù)值都滿足規(guī)范要求后才可以進行下一步工序[5]。

4.6 發(fā)揮技術(shù)人員自身的技術(shù)水平和作用

在壓力容器生產(chǎn)中應(yīng)用焊接技術(shù)，焊接工作人員發(fā)揮著核心作用，企業(yè)不僅要提高他們的專業(yè)水平和技能，同時還需要提高他們的工作效果，從而保證焊接質(zhì)量。考慮到目前在焊接過程中仍然有較多工作人員沒有形成較強的責(zé)任意識，不同部門的工作人員無法高效交接工作，為了能夠解決這些問題，企業(yè)需要采取措施來提高工作人員的積極性，可以制定一定的獎懲制度，激發(fā)員工的工作積極性和熱情，從而發(fā)揮焊接人員的技術(shù)作用。同時可以制定一定的管理制度協(xié)調(diào)不同部門的工作開展，尤其是在生產(chǎn)壓力容器的過程中，會涉及到多種工序和流程的工作，相關(guān)部門應(yīng)該協(xié)調(diào)工作，加強員工形成較強的集體和團結(jié)意識，從而提升焊接工作的質(zhì)量。

4.7 檢測方法使用

1.任何壓力容器都存在缺陷，無損檢測的目的是檢出會影響被檢測對象使用安全的表面或內(nèi)部缺陷，并進行缺陷的定性定量分析，判斷缺陷的危害性，合理應(yīng)對?；钚匀毕輰毫θ萜鞫晕：κ亲畲蟮?，必須盡早發(fā)現(xiàn)并妥善處理。

2.壓力容器定期檢驗通常需要將設(shè)備停止運行，導(dǎo)出介質(zhì)，將容器內(nèi)部進行清理，以保證檢驗人員安全地進入容器內(nèi)部檢驗，存在停產(chǎn)時間長、人力物力費用高的問題。聲發(fā)射檢測技術(shù)可在壓力容器特定的運行狀態(tài)下進行，可確定壓力容器內(nèi)部或表面存在的活性缺陷的強度和大體位置，并且可在一次加壓試驗過程中，對壓力容器整體進行檢測，能夠縮短檢測停產(chǎn)時間。

3.聲發(fā)射是一種動態(tài)檢測方法，對于壓力容器的線性缺陷較為敏感，能夠探測壓力容器結(jié)構(gòu)在應(yīng)力條件下的缺陷狀態(tài)，并提供缺陷隨載荷、時間、溫度變化的實時信息。利用接收聲發(fā)射信號，進行壓力容器的動態(tài)安全檢測、監(jiān)測、完整性評價和失效預(yù)防。但難以對缺陷進行定量和定性，必須對聲發(fā)射檢測盲區(qū)及問題區(qū)域進行再檢測，利用射線、衍射時差超聲等檢測方法，結(jié)合圖像化、計算機化的新技術(shù)，提高檢測結(jié)果的直觀性和可靠性，對缺陷的大小和性質(zhì)做出準(zhǔn)確的判斷，聲發(fā)射檢測難以檢測出非活性缺陷，故對壓力容器不宜兩次連續(xù)使用。

5 結(jié)語

為了保證壓力容器的生產(chǎn)安全和生產(chǎn)效率，必須加強壓力容器制造過程中的質(zhì)量控制。相關(guān)企業(yè)需要學(xué)習(xí)先進的技術(shù)和經(jīng)驗，認(rèn)真執(zhí)行壓力容器制造工藝，同時在壓力容器制造中充分發(fā)揮監(jiān)督管理的作用。還要分析消除主要風(fēng)險，保證壓力容器的性能符合工業(yè)生產(chǎn)要求，為我國工業(yè)行業(yè)注入新的發(fā)展活力。

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