張蒲根* 林金峰 王勝輝

（上海市特種設(shè)備監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院）

0 前言

鉭具有熔點(diǎn)高、延展性好、熱導(dǎo)率大、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)異性能，且鉭對切口不敏感，因而其主要腐蝕方式為均勻腐蝕，不易發(fā)生腐蝕疲勞和腐蝕破裂等局部腐蝕。正因?yàn)殂g具有以上優(yōu)點(diǎn)，近年來越來越多被應(yīng)用于特種化工領(lǐng)域，且以鉭襯里壓力容器為主。

1 鉭制容器的應(yīng)用背景

金屬鉭是一種稀有金屬，其熔點(diǎn)高達(dá)2 996 ℃，一般只能通過電子束或真空電弧熔煉而成。金屬鉭的硬度較高，但具有較好的韌性和延展性，因此其高溫強(qiáng)度和加工性能良好；鉭在自然界的含量低，其熔煉能耗較高，因此成本昂貴，所以鉭一般使用在其他金屬難以替代的情況下，其主要用于強(qiáng)酸(鹽酸、硫酸及硝酸)、雙氧水、溴、氯及石油工業(yè)等生產(chǎn)過程，主要應(yīng)用形式包括反應(yīng)器、換熱器等壓力容器。鉭直接用于制造壓力容器耗資巨大且浪費(fèi)資源,因而主要采用復(fù)合板襯里結(jié)構(gòu)。為降低造價(jià)，在制造時(shí)，國外廠家使用鉭板或鉭，管厚度一般為0.4～1 mm。由于鉭材厚度較小，因此在實(shí)際使用中容易損壞。

目前我國壓力容器用鉭/鋼復(fù)合板暫無國家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，TSG 21—2016《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》僅從安全角度考慮，規(guī)定了其使用狀態(tài)和最高設(shè)計(jì)溫度。

（1）規(guī)范2.2.5.6 條對材料進(jìn)行了規(guī)定：鉭金屬用于壓力容器受壓元件時(shí)，應(yīng)當(dāng)在退火狀態(tài)下使用，鉭和鉭合金設(shè)計(jì)溫度不高于250℃。

（2）規(guī)范8.3.3 條對壓力容器定期檢驗(yàn)進(jìn)行了規(guī)定：襯里層的破損、腐蝕、裂紋、脫落，查看信號孔是否有介質(zhì)流出痕跡；發(fā)現(xiàn)襯里層穿透性缺陷或者有可能引起壓力容器本體腐蝕的缺陷時(shí)，應(yīng)當(dāng)局部或者全面拆除襯里，查明本體的腐蝕狀況和其他缺陷。

在質(zhì)量檢驗(yàn)或驗(yàn)收方面，邵峰[1]在制造6 臺(tái)鉭襯里反應(yīng)釜的監(jiān)督檢驗(yàn)過程中，按照ASTM B898《活性及難熔金屬復(fù)合板規(guī)范》進(jìn)行驗(yàn)收，驗(yàn)收內(nèi)容主要包括以下幾方面：

（1）鉭金屬化學(xué)成分驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 3629—2017 《鉭及鉭合金板材、帶材和箔材》；

（2）基層金屬化學(xué)成分和力學(xué)性能驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)為GB 6654—1996 《壓力容器用鋼板》；

（3）覆層金屬與基層金屬界面剪切強(qiáng)度驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)ASTM B898 規(guī)定執(zhí)行；

（4）界面結(jié)合率測定。根據(jù)ASTM A578《特殊用途的復(fù)合鋼板直束探傷法》的規(guī)定，按圖樣要求為B 級，單塊未結(jié)合區(qū)的最大尺寸不得超過75mm，整體界面結(jié)合率需大于97%。

目前國內(nèi)壓力容器用鉭/鋼復(fù)合板暫無相關(guān)國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，建議生產(chǎn)企業(yè)自行編制企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來保證產(chǎn)品質(zhì)量。

2 鉭制容器的工藝要點(diǎn)

2.1 脹接和焊接

金屬鉭對雜質(zhì)浸入敏感，因此對焊接環(huán)境要求較高。加熱到300 ℃以上時(shí)，空氣中的氫、氧、氮等氣體會(huì)與鉭發(fā)生劇烈反應(yīng)，生成脆性化合物；此同時(shí)，鉭也會(huì)與硅、碳、硼反應(yīng)，生成脆性化合物，使其塑性、韌性降低。因此，控制焊接環(huán)境是必須要考慮的因素。另外，由于溫度升高后鉭換熱管和管板的熱膨脹系數(shù)存在差異，容易引起脹接拉脫力降低，焊接時(shí)必須考慮保護(hù)焊接接頭背面的惰性氣體通道[2]。鉭材焊接場所應(yīng)保持空氣潔凈，且無塵、無煙；焊工應(yīng)保持衣著鞋帽清潔；鉭材焊接場所應(yīng)劃分獨(dú)立區(qū)域，避免與鋼材作業(yè)的車間交叉作業(yè)。

2.2 內(nèi)襯貼條及檢漏結(jié)構(gòu)

鉭襯里制壓力容器應(yīng)該考慮設(shè)置檢漏結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)既可以檢驗(yàn)焊接接頭的焊接質(zhì)量，也可以用于檢驗(yàn)容器運(yùn)行期間襯里是否損傷。為了在檢漏過程中快速找到襯里損傷部位，建議將縱環(huán)縫上的檢漏通道隔開，在各通道上設(shè)置單獨(dú)的檢漏結(jié)構(gòu)，較長的通道則應(yīng)設(shè)置2 個(gè)以上的檢漏結(jié)構(gòu)，并且將位置盡量朝重力下方設(shè)置，以便提高檢漏效率。在檢漏結(jié)構(gòu)中，鋯與鉭具有相似的檢漏需求，可以參考NB/T 47011—2010《鋯制壓力容器》標(biāo)準(zhǔn)中的檢漏結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。

圖1 常見檢漏結(jié)構(gòu)

由于鉭的熔點(diǎn)與鋼相差較大，因此鉭不能直接與鋼基層焊接。在施焊前，應(yīng)將坡口兩側(cè)的鉭層打磨去除，待鋼基層焊接完成并打磨平齊后，采用合適的墊條材料來填充空缺部分。墊條主要用于機(jī)械支撐，其厚度應(yīng)與鉭襯里層一致。邵峰[1]結(jié)合現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)指出：在鉭復(fù)合板釜體縱環(huán)縫處可采用鋯墊條（兩種金屬性能相近），其余采用鈦墊條。制造完成后，往檢漏結(jié)構(gòu)內(nèi)通入10%（體積分?jǐn)?shù)）氨氣進(jìn)行檢查，保壓時(shí)間為0.5 h，壓力為0.15 MPa。

2.3 壓制封頭

復(fù)合板封頭成型方法需要根據(jù)鉭材和基材來確定。當(dāng)加熱到300 ℃以上時(shí)，空氣中的氫、氧、氮等氣體會(huì)與鉭發(fā)生劇烈反應(yīng)，生成脆性化合物，因此長時(shí)間高溫加熱會(huì)對鉭襯里的強(qiáng)度造成極為不利的影響。如果壁厚較大，壓制溫度太低則會(huì)導(dǎo)致成型困難，因此選擇合適的加熱溫度和保溫時(shí)間非常重要[3]。

在沖壓前，應(yīng)先清理磨具，避免其對鉭材表面造成機(jī)械損傷和污染。在封頭壓制過程中，可以采用涂覆專用高溫防氧化涂層的方法來隔絕空氣，有效避免鉭材和基材發(fā)生高溫氧化。

3 結(jié)論

隨著鉭制壓力容器使用數(shù)量逐年增加，該類設(shè)備的制造技術(shù)及檢驗(yàn)需求也逐步提升?；阢g的特殊物理化學(xué)性能，介紹了鉭襯里壓力容器目前的應(yīng)用情況、相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)以及工藝要點(diǎn)。襯里壓力容器主要工藝包括管板脹接及焊縫連接、內(nèi)襯貼條及檢漏結(jié)構(gòu)和壓制封頭，建議將縱環(huán)縫上的檢漏通道隔開，各通道應(yīng)設(shè)置單獨(dú)的檢漏結(jié)構(gòu)，較長的通道應(yīng)設(shè)置2個(gè)以上檢漏結(jié)構(gòu)，并且其位置應(yīng)盡量沿重力方向往下，以便提高檢漏效率。目前國內(nèi)壓力容器用鉭/鋼復(fù)合板暫無相關(guān)國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，建議生產(chǎn)企業(yè)自行編制企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來保證產(chǎn)品質(zhì)量。