淺析低溫絕熱壓力容器用原材料智能檢驗(yàn)檢測(cè)的必要性

張 霞，薛紅香

(泰安市特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院, 山東 泰安 271000)

1 前 言

隨著氣體應(yīng)用領(lǐng)域、行業(yè)的日趨廣泛，社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域(醫(yī)院、工業(yè)等)對(duì)低溫氣體儲(chǔ)運(yùn)、儲(chǔ)存設(shè)備的需求逐漸增加。低溫真空絕熱壓力容器憑借其卓越的絕熱性能和保溫性能，在低溫氣體儲(chǔ)運(yùn)、儲(chǔ)存領(lǐng)域中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。GB 150—2011《壓力容器》中對(duì)低溫容器的定義為：設(shè)計(jì)溫度低于-20℃的碳鋼、低合金鋼、雙相不銹鋼和鐵素體不銹鋼制容器，以及設(shè)計(jì)溫度低于-196℃的奧氏體不銹鋼制容器。液化乙烯、液化天然氣、液氧、液氮和液氫等低溫氣體的儲(chǔ)存和運(yùn)輸用壓力容器均屬于低溫絕熱壓力容器。低溫真空絕熱固定式壓力容器和低溫真空絕熱移動(dòng)式壓力容器的整體結(jié)構(gòu)與普通的壓力容器有所不同，低溫真空絕熱固定式壓力容器和低溫真空絕熱移動(dòng)式壓力容器采用獨(dú)特的真空絕熱夾套式雙層結(jié)構(gòu)，它們根據(jù)不同的設(shè)計(jì)參數(shù)、運(yùn)行要求在密閉的金屬容器與金屬外殼間采用不同的絕熱材料及方式使內(nèi)膽與外殼之間的夾層達(dá)到所要求的真空度[1]。因此，低溫真空絕熱固定式壓力容器和低溫真空絕熱移動(dòng)式壓力容器的特殊性就在于它們的整體結(jié)構(gòu)不同于一般壓力容器的結(jié)構(gòu)(一般壓力容器均為單層容器)，其特點(diǎn)主要體現(xiàn)在它們內(nèi)筒的不可見(jiàn)性及真空夾層的絕熱性能和保溫性能，低溫真空絕熱固定式壓力容器和低溫真空絕熱移動(dòng)式壓力容器的原理是：利用了粉末的低熱導(dǎo)率或者纖維、泡沫材料來(lái)填充內(nèi)筒與外殼之間的夾層，減少熱量傳入夾層[2-3]，從而達(dá)到絕熱、保溫的目的。

因此，為了避免低溫絕熱壓力容器存在失效的天生缺陷，低溫真空絕熱固定式壓力容器和低溫真空絕熱移動(dòng)式壓力容器在制造過(guò)程中，首先應(yīng)當(dāng)選用符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和設(shè)計(jì)文件規(guī)定的原材料，而這些原材料要求在設(shè)計(jì)參數(shù)下必須具有良好的強(qiáng)度、韌性和抗腐蝕性。原材料(包括板材、管材、焊材、閥門(mén)、法蘭、螺栓、儀器儀表等)的質(zhì)量控制對(duì)低溫絕熱壓力容器的制造至關(guān)重要，目前壓力容器制造企業(yè)無(wú)法實(shí)現(xiàn)按照單臺(tái)低溫壓力容器對(duì)原材料的消耗數(shù)量進(jìn)行采購(gòu)，一臺(tái)低溫壓力容器用到的原材料能達(dá)到十幾種甚至幾十種之多。如何確保低溫壓力容器制造使用到的諸多規(guī)格原材料是已經(jīng)經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)合格的，目前只能依靠人工查閱紙質(zhì)記錄，效率低，容易出錯(cuò)，不便于智能化管理。因此將智能檢測(cè)應(yīng)用到低溫絕熱壓力容器制造中的材料監(jiān)督檢驗(yàn)之中，以便于質(zhì)量控制，提高工作效率。

2 智能檢驗(yàn)檢測(cè)的介紹

在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的今天，檢驗(yàn)檢測(cè)工作是各行各業(yè)質(zhì)量基礎(chǔ)的重要工作，檢驗(yàn)檢測(cè)工作不僅保障產(chǎn)品的質(zhì)量安全，而且可以提高產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。所以，社會(huì)上各行各業(yè)都開(kāi)始重視和發(fā)展檢驗(yàn)檢測(cè)工作。現(xiàn)如今大數(shù)據(jù)和人工智能信息技術(shù)高速發(fā)展，在智能快速發(fā)展的時(shí)代背景下，智能化將引領(lǐng)各行各業(yè)的檢驗(yàn)檢測(cè)發(fā)展方向，智能化檢驗(yàn)檢測(cè)能夠幫助檢驗(yàn)檢測(cè)工作人員提升自身檢驗(yàn)檢測(cè)能力以及檢驗(yàn)檢測(cè)水平。

2.1 智能檢驗(yàn)的定義

檢驗(yàn)是對(duì)所檢驗(yàn)產(chǎn)品的功能和產(chǎn)品的性能進(jìn)行評(píng)定的一種產(chǎn)品質(zhì)量控制的方法，是在實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)以及設(shè)計(jì)規(guī)定的工作壓力和工作溫度等參數(shù)下，對(duì)所檢驗(yàn)產(chǎn)品的使用功能、產(chǎn)品安全性能和產(chǎn)品使用壽命進(jìn)行的測(cè)定、試驗(yàn)以及評(píng)價(jià)質(zhì)量控制的工作活動(dòng)。產(chǎn)品的檢驗(yàn)工作活動(dòng)是產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)改進(jìn)和制造過(guò)程中改良、改進(jìn)的重要依據(jù)。為了確定產(chǎn)品、部件、原材料和組件或零件是否滿足原設(shè)計(jì)以及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求所進(jìn)行的測(cè)試和測(cè)量等質(zhì)量檢測(cè)工作稱(chēng)為檢測(cè)，檢驗(yàn)和檢測(cè)是產(chǎn)品制造過(guò)程中最基礎(chǔ)的工作之一。傳統(tǒng)的檢驗(yàn)和檢測(cè)主要依靠工作人員，并且主要依靠工作人員用手工的方式來(lái)完成。而且，傳統(tǒng)原始的檢驗(yàn)和檢測(cè)工作是在產(chǎn)品加工和制造完成之后才進(jìn)行的，如果一旦檢出不合格產(chǎn)品，損失已經(jīng)發(fā)生，錯(cuò)過(guò)了最佳的補(bǔ)救時(shí)機(jī)。

智能檢驗(yàn)檢測(cè)是指能自動(dòng)完成測(cè)量和數(shù)據(jù)處理以及顯示或輸出測(cè)試結(jié)果的檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)。智能檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)主要有兩個(gè)信息模塊，一個(gè)模塊是所測(cè)信息的內(nèi)容和數(shù)據(jù)，另一個(gè)模塊是控制信息內(nèi)容和數(shù)據(jù)，所測(cè)的信息內(nèi)容和數(shù)據(jù)在智能檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)工作中的傳輸是最真實(shí)最原始的數(shù)據(jù)。智能檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)是一種盡可能少用工作人員的檢驗(yàn)和檢測(cè)技術(shù)，是借助儀器儀表等設(shè)備，并且是用到多種學(xué)科的綜合性的智能化檢驗(yàn)和檢測(cè)技術(shù)。智能檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)能夠降低人為對(duì)檢驗(yàn)和檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)有意或無(wú)意的干擾程度，并且降低了相關(guān)工作人員的原有勞動(dòng)量，有利于提高工作效率。

通過(guò)智能檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)，提供所檢驗(yàn)和檢測(cè)產(chǎn)品制造過(guò)程的全程質(zhì)量信息及數(shù)據(jù)，并根據(jù)檢驗(yàn)和檢測(cè)的質(zhì)量信息數(shù)據(jù)對(duì)產(chǎn)品的制造過(guò)程進(jìn)行更正和改善，使制作產(chǎn)品的不合格率下降到最低，保證所檢驗(yàn)和檢測(cè)的產(chǎn)品高質(zhì)量以及制造的高效性。

2.2 人工智能在壓力容器焊縫棱角度檢測(cè)中的應(yīng)用[4]

人工使用焊接檢測(cè)尺、焊縫棱角度檢測(cè)尺，按照GB 150—2011《壓力容器》的要求，準(zhǔn)備好的三塊線切割標(biāo)準(zhǔn)焊接件的余高、寬度、咬邊、錯(cuò)邊量、棱角度5個(gè)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，并與基于人工智能的焊縫檢測(cè)儀的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果表明，基于人工智能的焊縫檢測(cè)儀測(cè)量焊縫余高、寬度、咬邊、邊量、棱角度5個(gè)參數(shù)耗時(shí)僅為人工檢測(cè)時(shí)間的 20%；兩項(xiàng)結(jié)果比較的示值誤差小于0.3 mm?；谌斯ぶ悄艿暮缚p檢測(cè)儀用于焊接件表面形貌的檢測(cè)時(shí)，相較于人工檢測(cè)具有較高的精度，并能縮短檢測(cè)時(shí)間，提高工作效率。

采用人工智能檢測(cè)有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.一般能同時(shí)檢測(cè)焊縫形貌的多個(gè)參數(shù)，包括余高、焊縫寬度、錯(cuò)邊量、咬邊、棱角度、角焊縫的焊腳高度和寬度等，且可以直接輸出檢測(cè)結(jié)果。

2.檢測(cè)精度遠(yuǎn)超采用人工樣板的檢測(cè)方法。

3.不用針對(duì)不同的筒體直徑制作多個(gè)樣板，減少檢測(cè)工具成本。

4.減少焊縫參數(shù)測(cè)量時(shí)間，提高測(cè)量效率，大大降低人工測(cè)量工作量。

從國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀來(lái)看，智能檢驗(yàn)技術(shù)在油田、繼電保護(hù)裝置等環(huán)節(jié)應(yīng)用比較廣泛，但低溫絕熱壓力容器制造材料檢驗(yàn)環(huán)節(jié)沒(méi)有涉及到。因此，開(kāi)展低溫絕熱壓力容器制造用原材料智能檢驗(yàn)的研究迫在眉睫。

3 低溫容器原材料智能檢驗(yàn)

3.1 低溫絕熱壓力容器用原材料的要求

一般壓力容器常用的鐵素體鋼在溫度降低到某一溫度時(shí)，鋼的韌性將急劇下降，鐵素體鋼顯得很脆,因此，稱(chēng)這一溫度為“脆性轉(zhuǎn)變溫度”。壓力容器在低于轉(zhuǎn)變溫度的條件下使用時(shí)，容器中如存在因缺陷、殘余應(yīng)力、應(yīng)力集中等因素引起的較高局部應(yīng)力，容器就可能在沒(méi)有出現(xiàn)明顯塑性變形的情況下發(fā)生脆性破裂造成災(zāi)難性事故。對(duì)于低溫壓力容器首先要選用合適的材料，這些材料在使用溫度下應(yīng)具有良好的韌性。

3.1.1低溫絕熱壓力容器用鋼

GB 150.2—2011《壓力容器》對(duì)低溫絕熱壓力容器用鋼規(guī)定如下：

1.用于使用溫度低于-20℃的低溫鋼板和鍛件，還應(yīng)當(dāng)采用爐外精煉工藝；

2.奧氏體型鋼材的使用溫度高于或等于-196℃時(shí)，可免做沖擊試驗(yàn)。低于-196℃～-253℃，由設(shè)計(jì)文件規(guī)定沖擊試驗(yàn)要求；

3.規(guī)定用于設(shè)計(jì)溫度<-40℃的鋼板，可附加進(jìn)行落錘試驗(yàn)，試驗(yàn)按GB/T 6803進(jìn)行，采用P-2型試樣，無(wú)塑性轉(zhuǎn)變(NDT)溫度的合格指標(biāo)在涉及文件中規(guī)定；

4.低溫鋼板(>20 mm)的超聲檢測(cè)(逐張)質(zhì)量等級(jí)為Ⅱ級(jí)；

5.使用溫度低于-20℃的碳素鋼和低合金鋼管其正火交貨的狀態(tài)不允許用終軋溫度符合正火溫度的熱軋來(lái)代替；

6.設(shè)計(jì)溫度低于-40℃的鋼管用鋼應(yīng)當(dāng)采用爐外精煉工藝；

7.使用溫度低于-20℃的低溫鋼鍛件應(yīng)當(dāng)由經(jīng)爐外精煉的鋼鍛制而成；

8.使用溫度低于-20℃且公稱(chēng)厚度大于200 mm的低溫鋼鍛件應(yīng)選用Ⅲ級(jí)或Ⅳ級(jí)；

9.使用溫度低于-20℃的低合金螺柱的使用限制。

HG/T 20583—2011《鋼制化工容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)定》對(duì)低溫絕熱壓力容器用鋼規(guī)定如下：

1.規(guī)定低溫容器的接管法蘭宜采用帶頸對(duì)焊型管法蘭；

2.對(duì)于低溫工況下工作的壓力容器，不推薦使用補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)。

3.1.2低溫壓力容器用鋼的焊接材料

低溫真空絕熱固定式壓力容器和低溫真空絕熱移動(dòng)式壓力容器的受壓元件之間或者受壓元件與非受壓元件之間焊接用焊材應(yīng)與母材的性能相當(dāng)，尤其是材料韌性方面要相當(dāng)。并符合NB/T 47018.1—47018.7《承壓設(shè)備用焊接材料訂貨技術(shù)條件》的規(guī)定，焊條應(yīng)按批進(jìn)行藥皮含水量或熔敷金屬擴(kuò)散氫含量的復(fù)驗(yàn)。

3.2 低溫容器原材料智能檢驗(yàn)的必要性

在現(xiàn)如今社會(huì)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域中，低溫絕熱壓力容器得到廣泛的應(yīng)用。低溫真空絕熱固定式壓力容器和低溫真空絕熱移動(dòng)式壓力容器均屬于危險(xiǎn)性較大的特種設(shè)備，如果發(fā)生安全事故，將會(huì)造成不可逆轉(zhuǎn)的后果。要想保證低溫絕熱壓力容器產(chǎn)品質(zhì)量符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程的要求，在其制造生產(chǎn)過(guò)程中，需要嚴(yán)格控制其關(guān)鍵工序，避免不合格產(chǎn)品進(jìn)入到下一步工序當(dāng)中，就需要對(duì)低溫絕熱壓力容器的制造質(zhì)量給予保證。

把好低溫絕熱壓力容器產(chǎn)品的制造質(zhì)量關(guān)，首先就要把好低溫絕熱壓力容器制造原材料關(guān)，原材料的質(zhì)量控制對(duì)低溫絕熱壓力容器制造產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要，以設(shè)計(jì)要求和標(biāo)準(zhǔn)要求為基礎(chǔ)，合理選擇低溫絕熱壓力容器原材料，保證低溫絕熱壓力容器在使用環(huán)節(jié)能夠安全節(jié)能的運(yùn)行，是低溫絕熱固定式壓力容器和低溫絕熱移動(dòng)式壓力容器制造檢驗(yàn)環(huán)節(jié)中非常重要的內(nèi)容，但是現(xiàn)實(shí)中，原材料檢驗(yàn)檢測(cè)遺留問(wèn)題較多，當(dāng)原材料(板材、管材、焊材、法蘭、螺栓等)買(mǎi)回來(lái)之后，擺放混亂，不同的材料沒(méi)有區(qū)別，新進(jìn)的板材、管材和法蘭以及螺栓有時(shí)候還會(huì)在不合格品區(qū)停放。一些原材料包括板材、管材和法蘭、螺栓及焊材等材料標(biāo)記移植不及時(shí)，甚至沒(méi)有做出原材料標(biāo)識(shí)，外協(xié)外購(gòu)件不合格。在低溫真空絕熱固定式壓力容器或低溫真空絕熱移動(dòng)式壓力容器制造過(guò)程中，到達(dá)耐壓試驗(yàn)環(huán)節(jié)時(shí)，監(jiān)督檢測(cè)人員在資料審查時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)資料當(dāng)中材料入場(chǎng)編號(hào)與監(jiān)督檢驗(yàn)人員的現(xiàn)場(chǎng)記錄材料標(biāo)識(shí)編號(hào)不一致，是材料入庫(kù)粗心寫(xiě)錯(cuò)了，還是用錯(cuò)了材料，很難追溯事情的真相。但是如果是用錯(cuò)了原材料，會(huì)造成嚴(yán)重的產(chǎn)品質(zhì)量事故。所以，這就需要嚴(yán)格按照廠里制定的材料入庫(kù)管理程序，實(shí)施原材料的入場(chǎng)檢驗(yàn)檢測(cè)，做好原材料標(biāo)識(shí)、做好材料的可追溯性，所以低溫絕熱壓力容器原材料智能化檢驗(yàn)迫在眉睫，應(yīng)嚴(yán)格做好原材料進(jìn)廠入庫(kù)前檢驗(yàn)，遵守保存、發(fā)放、領(lǐng)用、回收流程，外購(gòu)?fù)鈪f(xié)部件嚴(yán)格檢測(cè)，以保證質(zhì)量。

低溫絕熱固定式壓力容器和低溫絕熱移動(dòng)式壓力容器的制造過(guò)程比較繁瑣和復(fù)雜，需要嚴(yán)格工序，加強(qiáng)管理，做好監(jiān)督，全面符合相關(guān)的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的要求，才能有效避免殘次品問(wèn)世，防止其危害人類(lèi)生命和財(cái)產(chǎn)安全。

4 結(jié)束語(yǔ)

運(yùn)用智能化檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)，合理高效地控制低溫絕熱壓力容器原材料的入廠、檢驗(yàn)檢測(cè)、入庫(kù)、領(lǐng)用及回收等環(huán)節(jié)，以設(shè)計(jì)要求和標(biāo)準(zhǔn)要求為基礎(chǔ)，合理選擇低溫絕熱壓力容器原材料，保證受壓元件的金屬材料和焊接材料在原設(shè)計(jì)使用參數(shù)下，具有足夠的塑性、強(qiáng)度和韌性以及良好的抗腐蝕性能及抗疲勞性能。原材料智能化檢驗(yàn)針對(duì)材料實(shí)施入場(chǎng)檢驗(yàn)，如果是不合格的產(chǎn)品就堅(jiān)決不能入場(chǎng)進(jìn)行檢驗(yàn)。當(dāng)材料入庫(kù)之后，需要分區(qū)放置，嚴(yán)格實(shí)施標(biāo)記移植工作，針對(duì)原材料(板材、管材、法蘭、螺栓和焊材等)實(shí)施有效的追溯。嚴(yán)格管理控制焊材庫(kù)，做好溫度和濕度的控制，相關(guān)責(zé)任人員應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格執(zhí)行焊材的保存、發(fā)放和回收等企業(yè)管理制度，逐件檢驗(yàn)檢測(cè)及檢查外購(gòu)件，不符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程的產(chǎn)品和半成品堅(jiān)決不用，確保材料不誤用。

低溫真空絕熱固定式壓力容器和低溫真空絕熱移動(dòng)式壓力容器原材料智能化檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)對(duì)提高低溫絕熱壓力容器的產(chǎn)品性能、成品和半成品的生產(chǎn)合格率、進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本及縮短制造生產(chǎn)周期起到關(guān)鍵性的作用。