浅析强度校核有关条款修订变化

2014-05-02兰中祥冯作明邱元莅

石油工业技术监督 2014年6期

兰中祥，殷鹰，冯作明，邱元莅

1.四川省特种设备检验研究院（四川成都 610061）

2.成都市特种设备检验院（四川成都 610036）

1 修订变化

在用压力容器定期检验中，除了必要的专业技术检验外，强度校核也是常用的手段之一。旧版TSG-R7001-2004《压力容器定期检验规则》（以下简称旧《定检规》）第二十五条第（十）款第1条和新版TSG-R7001-2013《压力容器定期检验规则》（以下简称新《定检规》）第三十一条都规定，凡有以下情况之一的，应进行强度校核：①腐蚀（及磨损）深度超过腐蚀裕量；②名义厚度不明；③结构不合理（并且已经发现严重缺陷）；④检验人员对强度有怀疑。

旧《定检规》还要求“设计参数与实际情况不符”的也应进行强度校核，新版中删除该项。

在强度校核有关原则方面，新《定检规》作了一定修订：

1）“材质不明者”修订为“材料牌号不明者”；强度校核时采用同类材料的最低强度值校核，修改了旧《定检规》中统一采用Q235钢进行强度校核的要求。

2）强度校核压力，修改为容器允许使用压力，不再考虑安全阀的开启压力。

3）校核时的温度，修改为设计温度或者操作温度[1-2]。

这些修订一定程度上影响强度校核的结果，下面以某容器筒体强度校核为例着重就“材质不明”问题的修订做浅析。

2 被检容器概况

该空气储罐于2005年投入使用，由于使用单位的设备管理员更换频繁，出厂资料丢失，从破损的铭牌上仅得参数如下：设计压力4.2MPa，设计温度70℃，制造单位为上海某石化设备厂。

2013年定期检验情况：宏观检测合格，实测内径1 202mm，实测最小壁厚δmin=21.5mm，双面焊对接焊缝，外表面对接焊缝30%磁粉、超声检测合格，安全附件合格。经查实际使用参数为：最高工作压力3.8MPa，使用温度40℃，介质为空气。

3 按照旧《定检规》校核

由于出厂资料的丢失，导致该设备的材质、名义厚度不明，符合旧《定检规》关于需要进行强度校核的条件。

另外，旧《定检规》第二十五条第（七）款第1条规定：材质不明者，对于无特殊要求的容器，按Q235钢进行强度校核，该设备为空气储罐，无特殊要求，故符合该规定，按Q235钢进行强度校核。

校核参数：Pc=3.8MPa，实测内径Di=1 202mm，[б]t=113MPa（Q235 在 40℃的许用应力为 113MPa）[3],焊接接头系数φ=0.85，腐蚀裕量C2′未知（由于名义厚度不明，故其腐蚀裕量未知，但根据腐蚀裕量定义，可得 C2′≥0）。

强度校核：

C2′≥0，故校核厚度：δ2≥24.3＞δmin。

所以，强度校核不合格。

然而，旧《定检规》中的Q235实质是Q235-B钢，GB 150-98《钢制压力容器》材料部分对该钢做了明确的适用范围规定：①容器设计压力≤1.6MPa；②钢板使用温度为0～350℃；③用于壳体时，钢板厚度不大于20mm；④不得用于毒性程度为高危或极度危害介质的压力容器。

本文中的空气储罐设计压力为4.2MPa，远高于Q235适用的最高值 1.6MPa；另外，检验实测得δ实测min为21.5mm，也超过上述适用范围的不大于20mm的规定。郭云宝[4]等人也从设计环节、制造和监督检验环节、安装监督检验环节等方面论述了只要是经过产品质量监督检验合格出厂（有铭牌、CS钢印）的压力容器，就不可能将Q235-B钢用做设计压力大于1.6 MPa的压力容器壳体。

显然，该储气罐在明知不可能是由Q235钢制造，仍然要求按照Q235-B钢来校核，其结果就是壁厚不满足使用要求，强度校核不合格。本文认为旧《定检规》中的这一条有欠妥之处。

4 按照新《定检规》校核

旧《定检规》颁布以来，在实际实施中验证了一些不合理条款，新《定检规》对其作了相应的调整，关于强度校核的条款也对上述的欠合理条款作了相应的修订。新《定检规》第三十一条第（四）款规定：材料牌号不明并且无特殊要求的压力容器，按照同类材料的最低强度值进行强度校核。

同类材料，GB 150-98《钢制压力容器》表4-1将压力容器用钢板分为碳素钢钢板、低合金钢钢板、高合金钢钢板，根据空气储罐的设计压力和其他已知参数可确定：一般的碳素钢板材料难以满足其要求，高合金钢钢板又显浪费，实际中也很少使用，故选用低合金钢板材料较为合适（必要时，可借助合金光谱或其他检测方法，尽管不能精确其材料具体牌号，至少可得出该材料的种类）。按前款要求，强度校核时 “按照同类材料的最低强度值进行强度校核”。根据该储罐已测厚度、实际使用温度等参数查GB 150-98《钢制压力容器》表4-1钢板许用应力，可得出低合金钢板许用应力表（表1）。

表1 低合金钢板在40～50℃下的许用应力

由表1可看出，该类材料压力许用应力最低值为16MnR合金钢在该条件下的许用应力163MPa。

故按照新《定检规》[б]t=163MPa，其他取值不变。强度校核：

尽管C2′≥0，但该储气罐介质为空气，基本无腐蚀作用，腐蚀减薄值极小，C2′值在一个检验周期中不会大于 2mm，故 δ2＜δmin。

所以，强度校核合格。

5 讨论与建议

上述例子说明，由于采用新、旧不同版本的校核规则（采用新、旧《定检规》进行强度校核仅为了本文的需要，起对比、参照作用，容器的具体强度校核应根据校核当时施行的《定检规》版本为准），对同一容器可得出不同或者完全相反的校核结果。按旧规则，该设备只能报废或者必须降压使用；按新规则，该设备则可正常使用。

旧《定检规》于2004年颁布，该规则可理解为：在强度校核时，如果级别较低的Q235-B碳素钢强度校核都合格，那么级别较高的合金钢如16MnR、15MnVR等材质制造的压力容器更能满足使用要求。在特种设备，安全第一的大环境下，结合当时诸如钢材质量、压力容器制造、使用、管理、检验的水平等因素，规则采用较保守的校核条件，尽管在当前看来稍有欠妥之处，但在当时合情合理。

新《定检规》于2013年颁布、实施，经历了近10年的经验积累和技术进步，再加之当前提倡节能降耗，更多的考虑压力容器的安全性和经济性的和谐统一。新规则中取消了强度校核中强制采用Q235进行校核，代之为“按照同类材料的最低强度值进行强度校核”，较之前有所放开，适应了当前的需要。

对该条款的修订，笔者认为：一方面，尽管新规则中取消了强制采用Q235进行强度校核，但检验人员在实际检验中由于自身水平的限制不能分清设备所使用材料的种类或者说为了责任的划分及保险起见，完全可以把“材质不明者”和“材料牌号不明者”理解为同一意思，仍然采用保守的校核参数，笼统地采用Q235进行强度校核。

另一方面，新规则提出了“材料牌号不明者，强度校核时采用同类材料最低强度值校核”，要求检验人员在强度校核前，要根据设备的制造、使用等参数或者其他检测分析手段确定材料的种类，再根据该类材料的最低强度值进行校核。这就极大提高了对检验人员的要求，要求检验人员要有压力容器设计、制造、使用等多方面的知识综合能力，这也是压力容器乃至整个特种设备领域检验工作发展的趋势。

新《定检规》将“材质不明”代之为“材料牌号不明”，较之前有所放开，但这种选取往往还是会大大低于该材料的实际许用应力值。笔者认为在当前容器的强度校核中，尤其是在强度不足情况下，可借助先进的仪器设备（诸如合金光谱设备或在条件允许下进行材料化验等）尽可能精确其材质，以免造成不必要的浪费。另外，设备制造厂家可能在同一时间生产多台同类产品，本台设备资料遗失，尽管不能完全参照其他容器材质进行校核，但至少能起很好的参考作用[5]。