球罐监督检验品质的安全控制

2012-12-21林明强

装备制造技术 2012年5期

林明强

（福建省特种设备检验研究院，福建福州 350008）

球罐作为液化石油气﹑液化天然气﹑液氨﹑液氮﹑液氢﹑液氧等介质的重要存储设备，其产品品质既关系企业生产，又关系人身安全，一旦发生事故，将会给企业和国家带来巨大的经济损失。因此，开展球罐监督检验质量安全控制研究，具有重要意义。

球罐与其他同容量的存储容器相比，具有自身净质量小、表面积小、占地面积少和制造周期短等优点，在石油、化工、冶金﹑轻工等生产中，得到越来越广泛的应用[1]。球罐一般用储存易燃易爆危险介质，且常常暴露在高温、高压、腐蚀和循环疲劳载荷等恶劣环境中，故球罐开裂、腐蚀泄漏及结构损坏等事故屡见不鲜[2～3]。球罐一旦发生事故，不但严重影响经济生产建设，且可能酿成灾难性事故。因此球罐的建造与使用不仅引起工业界的高度重视，还受到各国政府的广泛关注，很多国家将其列为政府行为，并建立相应的检验机构进行监督检验管理。

球罐监督检验质量安全控制包括技术资料审查、结构外观质量及几何尺寸检查、球罐板厚测量、磁粉检测、渗透检测、超声波检测、射线检测、安全附件检查、耐压气密性试验和球罐安全评定等[4]。本文全面论述球罐监督检验质量安全控制流程的5个环节和体系文件、标准规范、人员控制、系统平台与支撑技术5个层次的内容，并对开展球罐安全运行保护措施提出建议。

1 球罐监督检验质量安全控制流程

球罐监督检验品质安全控制，包括技术资料审查、内外宏观检查、对接焊缝无损检测、安全附件检查及耐压气密性试验和球罐安全评定5个环节，需要体系文件、标准规范、人员控制、系统平台与支撑技术这5个层次的支持与应用[5～6]。球罐监督检验品质安全控制流程，如图1所示。

图1 球罐监督检验质量安全控制流程

1.1 技术资料审查

对球罐的设计文件、施工方案、焊接工艺评定等施工文件进行审查；对现场所用板材、焊材的材质证明书及复验报告进行审查；对安装单位和检测单位的资质证书及焊工、无损检测人员资质证书进行核实。

1.2 宏观抽查

（1）对球罐结构进行检查、焊接过程控制。搭接宽度、对接焊缝、对接对口间隙、坡口角度以及现场焊接工艺实施情况，应符合相关规范要求；

（2）焊接接头表面质量检查。角焊缝的焊脚尺寸、对接焊缝的宽度及余高、焊缝错边量、咬边等，应符合设计要求；

（3）检查球罐本体及焊缝的裂纹、过热、变形和泄漏情况；

（4）检查螺栓、支座、排放装置是否脱落、破损、失效，检查其他相关施工记录；

（5）底板及层板用钢板测厚抽查，对球罐重点部位进行壁厚测量。

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1.3 无损检测检查

将球罐内表面焊缝及两侧、内表面工卡具焊迹打磨干净，并清理锈污等杂物，采用荧光磁粉悬浮液进行磁粉检测，根据球罐的设计、制造、使用参数、球壳板的材质和内表面检验的结果，确定对接焊缝外表面的检测比例，若发现缺陷，则适当扩大比例进行检测；检查柱腿与球壳板角焊缝及人孔、接管角焊缝的内外表面，难以磁粉探伤的对接焊缝、工卡具焊迹处采用渗透检测；并采用数字式超声仪，对对接焊缝进行超声波检测。

根据球罐设计、制造、安装的品质、缺陷情况、腐蚀情况和使用状况，确定是否开展球罐射线检测、声发射检测、TOFD 检测、涡流检测等。

1.4 安全附件检查及耐压气密性试验

检查球罐的压力表、紧急切断阀、安全阀、液面计和测温仪表等附件的出厂品质证明、合格证、规格、型号、精度、数量、计量标识等，是否符合有关规定的要求，审查其校验报告是否在有效期内。

利用清洁水或其他安全性的介质，以水压1.25（气压1.15）倍的最高工作压力，进行耐压试验；利用压缩空气或氮气开展气密性试验。

1.5 球罐安全评定

球罐安全评定，是建立在球罐检测的基础上，研究球罐材料性能退化规律和各种缺陷的动力学发展规律，通过模型试验和理论力学计算，确定球罐的断裂韧度、最大许用压力、剩余寿命、剩余强度等，为球罐的安全运行与维护，提供科学依据[7]。

2 品质安全控制5个层次的内容

2.1 体系文件

体系文件是开展球罐检验的指导性文件，主要用于约束和指导球罐检验管理的有效实施。体系文件通常包含管理手册、程序文件和作业规程这3 部分。管理手册，总体概述球罐检验管理流程，阐述总体工作目标和活动安排；程序文件，具体描述球罐检验管理的工作内容和职责；作业规程，是指导完成某项具体工作的方法和操作规程。

2.2 标准规范

球罐监督检验品质安全控制标准，是实施球罐监督检验管理5个环节的技术指南，包括《TSG R0004-2009 固定式压力容器安全技术监察规程》、《TSG R7001-2004 压力容器定期检验规则》、《GB 12337-1998 钢制球形储罐》、《GB 150-98 钢制压力容器》、《JB/T 4730-2005 承压设备无损检测》、《GB 50094-98 球形储罐施工及验收规范》和《GB/T 19624-2004 在用含缺陷压力容器安全评定》等。

2.3 人员控制

2.4 系统平台

系统平台是计算机技术在球罐检验品质管理中的应用。运用数据库技术，建立球罐检验信息数据库，实现球罐数据的有效管理，保证球罐信息的及时更新，并基于球罐检验信息数据库开发各种球罐评价软件与分析决策系统，构建以检验管理为核心的球罐安全保障体系应用平台。球罐监督检验质量管理系统平台如图2所示。

图2 球罐监督检验质量管理系统平台

球罐监督检验品质管理系统平台，利用检测、监测等手段，获得球罐相关信息，将其整理加工后，存储到球罐检验信息数据库，利用开发平台对可能导致球罐失效的主要危险因素进行识别，开展球罐安全评定，从而达到不断改进、减少和预防球罐事故发生、经济合理地保障球罐安全运行。

2.5 支撑技术

球罐监督检验品质管理的5个环节，涉及到许多配套的支持技术，如检测技术、失效风险评价技术、适用性评价技术等，这些技术的发展水平，直接影响到球罐监督检验品质管理的顺利实施。

2.5.1 球罐检测技术

球罐检测，是开展安全评价的前提和基础。检测技术水平的高低，决定球罐安全评价的精准程度。球罐检测技术主要包括：表面检测、声发射检测AE、衍射时差法超声检测TOFD、射线检测和磁记忆检测技术等。

（1）表面检测。表面检测主要包括角焊缝、对接焊缝、焊疤部位等检测。球罐外部一般采用湿式黑磁粉进行检测，球罐体内部由于光线不好，通常采用荧光磁粉法进行检测。

（2）声发射检测AE。声发射检测是利用仪器探测、收集记录、分析声发射信号，根据发射信号推出声发射源的检测技术。利用声发射检测球罐，能够整体探测和评价整个球罐缺陷的活动状态，预防由未知缺陷引起的灾难性失效。

（3）衍射时差法超声检测TOFD。TOFD 检测技术是研究超声波与缺陷端部的相互作用，根据两者相互作用结果，会在较大角度范围发射衍射波原理，利用检出的衍射波确定缺陷的存在。TOFD 检测通过测量缺陷端点的衍射波传播时间差值，精确测定缺陷的高度，是一种非基于波幅的超声检测技术。

（4）射线检测。射线检测方法，在现场主要用于板厚较小的球罐对接焊缝内部埋藏缺陷和人不能进入的球罐的检测，同时也用于球罐超声波检测所发现缺陷的复验，进而进一步确定缺陷的性质，为缺陷返修提供依据。

（5）磁记忆检测技术。磁记忆检测是利用铁磁性材料的磁弹性和磁机械效应，通过对地磁场和载荷共同作用下产生的磁记忆现象，来确定构件表面或近表面的应力集中部位。对球罐进行检测时，一般采用磁记忆检测仪器，对球罐焊缝进行快速扫查，以发现球罐焊缝上存应力峰值部位，然后对这些应力峰值部位，进行局部表面磁粉检测和内部超声检测，以发现可能存表面裂纹或内部缺陷。

2.5.2 球罐安全评定技术

球罐安全评定，是运用数学、经济、统计等方法，利用采集到的信息，对球罐运行的风险开展评估，从而决定球罐能否继续使用、使用期限时间、是否需要维修、如何维修等。球罐安全评定主要是失效风险评价、适用性评价和可靠性评价等技术的有机结合，一整套球罐安全评价技术与方法如图3所示。