劉亞庭杜輝趙二虎

(咸陽市特種設(shè)備檢驗所，陜西咸陽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》對壓力容器制造過程中的出廠驗收檢驗、定期檢驗做出了相關(guān)規(guī)定，制造監(jiān)督檢驗?zāi)軌虬l(fā)現(xiàn)壓力容器的制造缺陷，防止問題產(chǎn)品流入使用環(huán)節(jié)，是一個重要的產(chǎn)品質(zhì)量控制環(huán)節(jié)；而定期檢驗是保障在役設(shè)備安全可靠運行的重要方法。無論是產(chǎn)品的出廠監(jiān)督檢驗還是在役設(shè)備的定期檢驗，都不可避免的運用到宏觀檢驗技術(shù)。宏觀檢驗作為壓力容器檢驗時的一個重要方法，它執(zhí)行容易，能夠用肉眼或者簡單的設(shè)備發(fā)現(xiàn)壓力容器內(nèi)外表面的明顯缺陷，從而對整臺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內(nèi)容如無損檢測項目、方法、比例、部位的選擇和實施提供一定的參考。為探究宏觀檢驗技術(shù)，掌握其容易忽視的細節(jié)，對于提高檢驗質(zhì)量具有重要意義，本文對壓力容器宏觀檢驗技術(shù)的應(yīng)用進行述評。

1 目視檢查

目視檢查是主要采用肉眼觀察的方法(必要時使用內(nèi)窺鏡、放大鏡或其他輔助儀器設(shè)備)對壓力容器的內(nèi)外表面進行檢查。目視檢查簡單直接，對于監(jiān)督檢驗來說，它可以快速對容器的結(jié)構(gòu)、焊縫的布置和有無組裝缺陷進行判斷；對于在役容器，能檢查出有無鼓包、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)目視檢查過程中對某部位有懷疑時，可以借助放大鏡進一步觀察，如果放大鏡發(fā)現(xiàn)有微裂紋等缺陷，則在后期應(yīng)采用無損檢測、金相檢驗等方法金相確認，直到缺陷被檢出和消除。在容器內(nèi)部檢查時，因光線不好，此時可以借助手電筒緊貼容器內(nèi)壁表面進行平行照射，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。檢驗中也常遇到無法進入內(nèi)部的容器，此時應(yīng)借助內(nèi)窺鏡進行檢查。

2 筒體幾何尺寸測量

2.1 錯邊量與棱角度的測量

容器出廠檢驗和首次定期檢驗時，要對錯邊量和棱角度進行測量，通常使用的測量儀器有焊規(guī)、焊縫檢驗尺、樣板尺等。焊規(guī)由基準面和滑尺組成，使用時應(yīng)把握操作規(guī)則，否則可能造成較大的誤差，如果對環(huán)縫進行測量，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，如圖1(a)所示；如果對縱縫進行測量，則焊規(guī)的方位應(yīng)始終保持與容器的周向切線相互平行，且垂直于容器的軸向中心線，如圖1(b)所示。因為焊規(guī)的一邊為平面，容器外壁為曲面，有時難以靠平，因此其缺點是測量誤差較大，特別是對于直徑較小的容器。

為了消除曲面對測量結(jié)果的影響，現(xiàn)在絕大多數(shù)檢驗人員都使用焊縫檢驗尺對錯邊量和棱角度進行測量。焊縫檢驗尺集成度比較高，可以測量錯邊量、棱角度、咬邊深度、角焊縫的高度、厚度等參數(shù)。當(dāng)采用焊縫檢驗尺測量錯邊量與棱角度時，先將其兩個基準點調(diào)整到容器直徑刻度上，整個尺子平行于環(huán)縫的中心線而垂直于軸向中心新，滑動檢測尺，在焊縫的左右兩邊各測一點，則其數(shù)據(jù)之差就是對于焊縫的錯邊量值，見圖1(c)。

圖1 錯邊量與棱角度的測量

2.2 直線度的測量

控制直線度對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)定了對其直線度的驗收指標。制造時，需要對直線度進行兩次檢測，第一次是在組對后焊接錢；第二次是整體焊接完畢后。

通常的檢測方法如下：在筒體上確定4個對稱檢測基準點，一般選在是0°、90°、180°、270°需要注意的是測量數(shù)據(jù)的準確性與基準點的選位有關(guān)，設(shè)備筒節(jié)組對后時，直線度不規(guī)則，母線不容易找準，因此對組對之后的筒體通常需要使用校核模板來確定基準點，找出母線。圖2 為壓力容器的直線度測量示意。

圖2壓力容器的直線度測量

對長度超過20米以上的壓力容器，采用鋼絲繩測量直線度時，因撓度太大而導(dǎo)致測量結(jié)果誤差較大，此時需要使用經(jīng)緯儀和水準儀，再進行換算。

GB150 對測量點的位置做出了相關(guān)規(guī)定：測量點距離A、B類焊縫至少要100mm 以上，這樣規(guī)定的目的在于不能將錯邊量和棱角度的值計入直線度的測量數(shù)據(jù)之中。此外，還規(guī)定了直線度的驗收值，即不超過殼體長度的1‰；如果直立容器的長度超過了30m，則其筒體的直線度允差應(yīng)符合JB4710《鋼制塔式容器》的規(guī)定[1]。

2.3 最大最小直徑差測量

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

采用千分尺對組對后和開孔組焊接管后的筒體進行直徑差測量，內(nèi)徑千分尺使用時要注意手法，手法不對容易使數(shù)據(jù)失真。操作手法如下：先在容器內(nèi)找到一個基準點進行定位(此定位點測量時不可移動)，測量端抵住筒體的另一面，此時將定位器置于開啟狀態(tài)，沿著筒體的圓弧方向滑動，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，讀出其最小值，如圖3(b)所示；此時測得的值就是此處容器的內(nèi)徑值，用此方法重復(fù)測量，算出同一截面的最大和最小值[2]。

圖3 筒體直徑的測量

標準對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，它對于內(nèi)徑之差的限值的各種情況進行了詳細闡述。

和直線度的測量一樣，最大直徑和最小直徑的測量，也要遠離焊縫中心現(xiàn)至少100mm。壓力容器上的焊縫由于其筒節(jié)組對誤差，難免會產(chǎn)生棱角度，而標準要求測量棱角度時要遠離焊縫中心線100mm 的規(guī)定，就是為了規(guī)避棱角度對測量結(jié)果的影響。

2.4 壓力容器的組對裝配檢驗

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

2.4.1 塔器的組對裝配

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

對于塔式容器的筒體，較難一次性組對裝配，所以一般是將筒體均分為2～4段分段組對，具體段數(shù)和制造廠的工廠廠房和起吊設(shè)備的硬件條件有關(guān)。對于每段之間的組對，一般采用立式組對(也可以采用臥式組對，但直線度更難保證)，因為立式組對時，壓力容器的直線度、錯邊量、最對間隙調(diào)整較為方便，工人操作條件也較好，安全性更有保障。各段組對完成后，再完成段段之間的最對。

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，因此筒體組對時，相鄰?fù)补?jié)之間的縱縫(按GB150的分類應(yīng)稱做A 類焊縫)，相互之間距離至少保持在3倍筒體厚度以上，且不小于100mm。組對時，先畫出筒體筒節(jié)的四個軸線，再進行組對。受結(jié)構(gòu)因素的影響，筒節(jié)之間的組對一般需要采用臥式組對，常用做法是，先控制上下兩個基準線的直線度，將其先固定，再調(diào)整左右兩邊的直線度。

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，這對本身直線度就難以控制的塔式容器而言，增加了其直線度的不確定性。因此，在組對之前將基準線畫好，一般距端面100mm 左右，后續(xù)需要用到基準線的，都以此為準。

2.4.2 臥式壓力容器的組對裝配檢驗

臥式容器的組裝檢驗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板所支撐，對于環(huán)縫的設(shè)置，應(yīng)避免被支座及其附件所覆蓋，而對于縱向焊縫，則應(yīng)避免設(shè)計在容器的下部140°范圍內(nèi)。如果被覆蓋，則會增加無損檢測的比例，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)計成使用鞍座作為支座時，要注意固定支座和滑動支座的關(guān)系，制造監(jiān)督檢驗時，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)兩者搞反或者幾何尺寸標的情況。

2.4.3 換熱器的組對裝配檢驗

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

在換熱器筒體的組對方面，與前述兩項相同，但是對于換熱器來說，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的辦法將一端的管板固定，并設(shè)好中垂線，從固定好的那端開始依次組裝隔板，隔板的孔應(yīng)是將隔板重疊后統(tǒng)一鉆孔，然后組裝的時候按照開孔的方向依次組裝，順序不能搞錯，否則換熱管可能無法插入或者即使插入也會損傷管子的外壁。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)管板的中垂線應(yīng)保持一致[3]。

2.5 壓力容器焊縫外形尺寸測量

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，不得進入下一個檢驗環(huán)節(jié)如無損檢測，水耐壓試驗等。對于監(jiān)督檢驗人員而言，需要測量的焊接參數(shù)有如下幾種，焊縫的咬邊測量、余高測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尺來測量，對于焊縫檢驗尺，承壓類的檢驗人員應(yīng)非常熟悉其使用方法，咬邊和余高測量起來都比較方便；對于表面弧坑和飛濺物，一般采用目視檢查的方法，對于要求較高的壓力容器，則可以采用手觸摸的方法。

檢驗時，要重點關(guān)注咬邊，因為咬邊缺陷如果檢查不嚴格，可能會對后續(xù)無損檢測的檢測結(jié)果造成印象，特別是內(nèi)壁焊縫的咬邊。再則，咬邊會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，對于高強鋼制造的壓力容器，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，對于咬邊的驗收標準都有所提高，如對于低合金鋼制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)長度不得大于100mm 等。

3 結(jié)語

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