周榮興

摘 要：本文主要介紹了水壓試驗(yàn)在承壓類特種設(shè)備檢驗(yàn)中的作用、目的，以及水壓試驗(yàn)注意事項(xiàng)。水壓試驗(yàn)與內(nèi)部檢驗(yàn)、外部檢驗(yàn)互補(bǔ)運(yùn)用，才能真正形成對(duì)承壓設(shè)備的全方位檢驗(yàn)；并指出在當(dāng)前承壓類特種設(shè)備定期檢驗(yàn)中水壓試驗(yàn)檢驗(yàn)應(yīng)得到檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)和監(jiān)察部門的足夠重視。

關(guān)鍵詞：水壓試驗(yàn)；特種設(shè)備檢驗(yàn)；應(yīng)力分布；應(yīng)力腐蝕

承壓專用設(shè)備的耐壓試驗(yàn)是采用靜載試驗(yàn)方法對(duì)承壓件綜合強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)證，綜合評(píng)價(jià)承壓件質(zhì)量的試驗(yàn)，可用于壓力測(cè)試的介質(zhì)類型包括液體和氣體。由于水常溫性能穩(wěn)定、壓縮性小、易于取用，因此用水作為制造檢查、安裝檢查和特殊壓力設(shè)備的定期檢查，中等耐壓測(cè)試是最常見(jiàn)的。靜水壓試驗(yàn)是指以水為介質(zhì)的受壓元件，受壓部件或整個(gè)設(shè)備以規(guī)定的試驗(yàn)壓力和保壓時(shí)間進(jìn)行的壓力試驗(yàn)。水壓試驗(yàn)的目的主要有兩個(gè)方面，即壓力部件的抗壓強(qiáng)度和密封性的檢查；對(duì)于制造過(guò)程中的水壓試驗(yàn)，它還具有改變壓力部分的應(yīng)力分布和改善缺陷處的應(yīng)力條件以發(fā)現(xiàn)缺陷的效果影響。

1、水壓試驗(yàn)作用、目的

1.1檢驗(yàn)受壓部件的耐壓強(qiáng)度

在壓力部件的制造過(guò)程中，靜水壓試驗(yàn)具有評(píng)估承壓部件是否結(jié)構(gòu)合理，強(qiáng)度計(jì)算準(zhǔn)確，加工制造質(zhì)量合格的效果。例如，幾年前在鍋爐工廠開發(fā)相變鍋爐的過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中大膽使用新結(jié)構(gòu)和新技術(shù)。但是，在進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，結(jié)構(gòu)計(jì)算沒(méi)有得到標(biāo)準(zhǔn)加強(qiáng)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不夠好，導(dǎo)致在第一次水壓試驗(yàn)期間發(fā)生嚴(yán)重殘余變形；設(shè)計(jì)者優(yōu)化和改進(jìn)了用于水壓試驗(yàn)的肋條，因而第二道水壓試驗(yàn)順利通過(guò)。在使用中的鍋爐，壓力容器和壓力管道已運(yùn)行多年后，承壓部件將經(jīng)受一定的腐蝕和磨損，其中一些會(huì)顯示腐蝕、疲勞、裂縫，有些會(huì)過(guò)熱或過(guò)燒。在制造過(guò)程中留下的缺陷已經(jīng)惡化，并且一些承壓部件局部出現(xiàn)缺陷又無(wú)法被檢查到。此時(shí)靜水壓測(cè)試可以檢查強(qiáng)度是否能夠繼續(xù)滿足需要，液壓測(cè)試可以有效避免因受壓部件損壞和運(yùn)行中不可發(fā)現(xiàn)的缺陷造成的事故。

1.2檢驗(yàn)受壓部件的嚴(yán)密性

水壓試驗(yàn)的另一個(gè)目的是驗(yàn)證壓力部件的密封性，主要檢查壓力部位，密封面的接頭是否緊固，焊縫有沒(méi)有泄漏。在鍋爐制造和安裝過(guò)程中，有時(shí)會(huì)由于漏水和焊縫及密封表面的滲水而導(dǎo)致液壓測(cè)試失敗。筆者曾在鍋爐制造的水壓試驗(yàn)中遇到過(guò)：焊工在焊接煙管和回燃室前面板時(shí)，因中途停頓而導(dǎo)致忘記完成一處焊接，結(jié)果水壓試驗(yàn)時(shí)，導(dǎo)致回燃室進(jìn)水。質(zhì)量保證體系人員一起分析原因：焊工和現(xiàn)場(chǎng)檢查人員缺乏責(zé)任感，質(zhì)量意識(shí)不夠，在對(duì)中途停頓未完成的工作未做標(biāo)識(shí)且又沒(méi)有目視檢查每個(gè)焊縫。在鍋爐、壓力容器、壓力管道制造、安裝監(jiān)督檢驗(yàn)過(guò)程中，靜水壓試驗(yàn)作為A級(jí)監(jiān)督檢驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行。制造商或安裝公司必須有監(jiān)督和檢查人員在整個(gè)靜水壓測(cè)試過(guò)程中現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)證和確認(rèn)。

1.3改善應(yīng)力分布和應(yīng)力狀況及早發(fā)現(xiàn)缺陷

水壓試驗(yàn)的另一個(gè)作用是改變應(yīng)力部分的應(yīng)力分布并改善缺陷處的應(yīng)力。由于結(jié)構(gòu)或技術(shù)原因，鍋爐、壓力容器和壓力管道局部區(qū)域可能存在較大的殘余拉應(yīng)力。測(cè)試時(shí)，它們與測(cè)試負(fù)載應(yīng)力相互作用，這可能導(dǎo)致材料局部屈服并產(chǎn)生應(yīng)力分布，從而消除或減少原始的殘余拉應(yīng)力。在較高的試驗(yàn)壓力下，裂紋尖端發(fā)生塑性變形，裂紋尖端的曲率半徑增大，裂紋尖端材料的應(yīng)力集中系數(shù)降低，尖端附近的局部應(yīng)力將會(huì)減少。在釋壓之后，裂紋尖端的塑性變形區(qū)域受到周圍彈性材料的收縮的影響，導(dǎo)致該區(qū)域的殘余壓應(yīng)力，這可以部分抵消鍋爐經(jīng)受的拉應(yīng)力。因此，在壓力部分中的裂紋受到過(guò)載應(yīng)力之后，在恒定的低載荷下裂紋傳播速度可能顯著延遲。如果試驗(yàn)載荷應(yīng)力與內(nèi)部應(yīng)力疊加，將導(dǎo)致局部應(yīng)力值超過(guò)材料的許用應(yīng)力并產(chǎn)生裂紋。這表明內(nèi)部應(yīng)力值過(guò)大，需要進(jìn)行熱處理等措施來(lái)消除制造過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力，通過(guò)水壓試驗(yàn)，可以及早發(fā)現(xiàn)類似的缺陷，采取適當(dāng)?shù)拇胧苊忸愃剖鹿实陌l(fā)生。

2、水壓試驗(yàn)的注意事項(xiàng)

2.1控制測(cè)試水溫和環(huán)境溫度

隨著溫度的降低，金屬材料的韌性下降，脆性增加。當(dāng)結(jié)構(gòu)具有裂紋缺陷時(shí)，在一定的應(yīng)力條件和溫度下會(huì)發(fā)生低應(yīng)力脆性破壞。為了防止測(cè)試過(guò)程中水的溫度過(guò)低，測(cè)試過(guò)程中測(cè)試水的溫度由受壓設(shè)備的減壓脆性故障控制。碳鋼、16Mn鋼、15MnNb鋼和15MnV鋼壓力設(shè)備的水溫不應(yīng)低于5℃；對(duì)于其他低合金鋼壓力設(shè)備，如果材料不是由于板厚等因素造成的，水溫不得低于15℃。如果延性轉(zhuǎn)變溫度升高，水溫必須相應(yīng)提高或根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙；在正常情況下，水溫不應(yīng)低于大氣露點(diǎn)溫度，否則水壓試驗(yàn)會(huì)結(jié)露在設(shè)備上，從而影響判斷。水壓試驗(yàn)周圍的環(huán)境溫度不應(yīng)低于5℃，否則，應(yīng)采取有效的防凍措施，如設(shè)置篝火并在壓力設(shè)備周圍加熱。

2.2控制氯離子濃度

在奧氏體不銹鋼壓力設(shè)備中，無(wú)論是高濃度的氯離子，還是高溫高壓水中的微量氯離子，都會(huì)對(duì)奧氏體不銹鋼造成應(yīng)力腐蝕，經(jīng)常會(huì)靠近焊縫發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂，不然會(huì)導(dǎo)致壓力設(shè)備爆裂。這種應(yīng)力腐蝕是由溶液中的氯離子引起的，氯離子會(huì)損壞不銹鋼表面上的鈍化膜，在拉應(yīng)力的作用下，鈍化膜的受損區(qū)域受到腐蝕和裂紋，成為腐蝕電池的陽(yáng)極區(qū)，會(huì)發(fā)生持續(xù)的電化學(xué)腐蝕，最終導(dǎo)致金屬斷裂。為了防止應(yīng)力腐蝕，在奧氏體不銹鋼壓力設(shè)備的水壓試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)水的氯離子濃度不應(yīng)超過(guò)25mg/L，水壓試驗(yàn)后立即用壓縮空氣干燥殘留水分。

3、目前水壓試驗(yàn)在承壓類特種設(shè)備檢驗(yàn)中應(yīng)用的不足

液壓試驗(yàn)是壓力專用設(shè)備制造和安裝中檢驗(yàn)壓力設(shè)備質(zhì)量的重要手段之一。仔細(xì)進(jìn)行水壓試驗(yàn)，檢查壓力設(shè)備是否合格。設(shè)備使用前的制造和安裝質(zhì)量有一定的保證，設(shè)備可靠。經(jīng)過(guò)多年的壓力設(shè)備操作，壓力部件遭受腐蝕、磨損、變形、材料變質(zhì)、疲勞、裂紋、過(guò)熱或燒毀，以及制造過(guò)程中留下的一些缺陷已經(jīng)形成，所有這些都將導(dǎo)致使用狀態(tài)偏離設(shè)計(jì)狀態(tài)，導(dǎo)致受壓部件的強(qiáng)度降低。此時(shí)，通過(guò)水壓試驗(yàn)，可以檢查強(qiáng)度是否能夠繼續(xù)滿足使用要求。有些受壓設(shè)備不能進(jìn)行內(nèi)部和外部綜合檢查，使用內(nèi)窺鏡、管道探測(cè)器和其他測(cè)試設(shè)備的測(cè)試成本很高，使用水壓測(cè)試進(jìn)行驗(yàn)證測(cè)試應(yīng)該是一種經(jīng)濟(jì)可行的方法。水壓試驗(yàn)可以有效避免運(yùn)行過(guò)程中受壓部件損壞造成的事故以及不易發(fā)現(xiàn)的缺陷。2008年，引發(fā)青島堿業(yè)有限公司“6.29”鍋爐聯(lián)絡(luò)管爆炸的重大安全事故，造成了不正常的重大安全事故?！罢羝仩t安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程”和“鍋爐定期檢查規(guī)則”明確規(guī)定：鍋爐定期檢查包括內(nèi)部檢查，外部檢查和液壓試驗(yàn)。目前，在役特種設(shè)備檢查工作基本上是通過(guò)內(nèi)部檢查和外部檢查進(jìn)行的。但由于實(shí)際情況的限制，水壓試驗(yàn)的檢測(cè)尚未得到特種設(shè)備檢驗(yàn)監(jiān)督部門的充分重視和應(yīng)用，尚未納入法定檢驗(yàn)評(píng)估范圍（定期檢驗(yàn)率評(píng)估完成）。靜水壓試驗(yàn)可補(bǔ)充內(nèi)部和外部檢查，以真正形成對(duì)壓力設(shè)備的全面檢查。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，水壓試驗(yàn)?zāi)苡行У臋z測(cè)承壓類特種設(shè)備的耐壓強(qiáng)度、部件的嚴(yán)密性以及設(shè)備應(yīng)力分布和應(yīng)力狀況，從而采取有效的措施進(jìn)行預(yù)防，避免設(shè)備由于壓力過(guò)大而發(fā)生故障，影響設(shè)備的正常運(yùn)行。目前，水壓試驗(yàn)在承壓類特種設(shè)備檢驗(yàn)中應(yīng)用還存在一些不足，所以還需要加強(qiáng)水壓試驗(yàn)的研究和應(yīng)用，充分發(fā)揮水壓試驗(yàn)的作用。

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（作者單位：揚(yáng)州華大鍋爐有限公司）