压力容器监督检验中的问题分析

2021-08-21曹彬彬

化工装备技术 2021年4期

曹彬彬* 张霞

（泰安市特种设备检验研究院）

0 引言

压力容器是具备爆炸危险性的承压设备，其承载着高压、高温、低温、易燃、易爆、剧毒或腐蚀介质，一旦其爆炸或泄漏会发生火灾、中毒等灾难性事故。压力容器承受各种静、动载荷或交变载荷，其运行过程中温度和压力变化范围比较广，这些因素使压力容器的设计、制造、使用与维修过程比其他工业设备要求更加严格。压力容器的生产、经营、使用、检验、检测过程应符合《中华人民共和国特种设备安全法》的要求。压力容器的制造过程，应当经特种设备检验机构按照安全技术规范的要求进行监督检验，未经监督检验或监督检验不合格的，不得出厂或者交付使用[1]。在监督检验的过程中发现，制造单位各环节均存在各种各样的问题。

1 监督检验问题分析

1.1 设计

压力容器的设计环节是压力容器制造的第一环节，设计人员应牢固掌握法规标准，对压力容器的使用参数进行反复验证和充分计算。目前压力容器的设计主要为两种形式，一种为采用GB/T 150—2011《钢制压力容器》， GB/T 151—2014《热交换器》规范设计的压力容器，另一种为采用《钢制压力容器——分析设计标准》设计的压力容器。

目前设计过程中存在的问题主要为设计图纸随意修改，不够严谨，甚至不符合法律法规的要求。制造单位需要对原设计文件进行变更的，应当取得原设计单位同意变更的书面批准文件，并且对改动部位进行详细记录。制造过程中如发生材料代用、无损检测方法改变、加工尺寸变更等情况，制造单位应按照设计单位书面批准文件的要求在竣工图样上作出清晰的标注，标注处应有修改人的签字及修改日期。监检人员应对设计变更书面批准文件、竣工图样的修改标注进行审查、确认[2]。设计文件中关于无损检测部分的规定遗漏，部分有检测要求的焊缝并未规定无损检测的方法和比例。部分设计人员未与相关专业工艺人员交流，探伤方法制定不当，例如小管的磁粉检测比较困难，设计人员在设计过程中却统一要求进行磁粉探伤，而实际执行过程中难以实现，需要改用渗透探伤。设计人员设计用语不规范，在应当用“或”的地方使用“和”，例如无损中要求进行磁粉检测或渗透检测，表明只需进行一种检测即可，但当要求进行磁粉检测和渗透检测时，即表明需要同时进行两种检测，用语不规范会影响监督检验的正常进行。上述问题反映出设计人员应提高执业责任心，应严谨、细心地完成图纸设计环节。

1.2 材料

材料是保证各类特种设备使用安全的重要因素，压力容器的选材应满足安全性和经济性，所选材料应具备足够的强度；具备良好的韧性，承受外加载荷时不会发生脆性破坏；具有良好的加工工艺性能，包括冷热加工成型性能和焊接性能；用于制造高温受压元件的材料应具有良好的高温性能，与腐蚀介质接触的材料应具有优良的抗腐蚀性能。按用途不同，材料主要分为压力容器用钢材和焊接材料。

材料问题主要表现在材料进场复验方面。焊接材料的复验问题在于低温制压力容器的焊材复验，低温容器应按批进行药皮含水量或熔敷金属扩散氢含量的复验工作[3]。该类问题主要存在于封头等部件的制造单位中，客户来料加工，未给出焊材的复验报告，作为单独的法定监督检验项目，这不符合法规的要求。钢板复验问题在于设计图纸标明钢板需进行复验，并提出了复验应满足的标准，制造单位提供的复验满足的标准却不符合设计要求。设计图纸规定的板材标准与材料质量证明书不一致，例如不锈钢板材设计要求采用GB 24511—2017《承压设备用不锈钢和耐热钢钢板和钢带》标准，而制造单位使用以GB 24511—2009标准制造生产的不锈钢板时，应出具材料复验报告。

1.3 焊接工艺及焊工资格

压力容器的成型方式主要为焊接，整个压力容器制造工作量的30%以上都是焊接工作，焊接质量对压力容器产品质量和使用安全性有直接影响，许多压力容器事故都源于焊接缺陷，压力容器主要分为板焊式压力容器和锻焊式压力容器。压力容器焊接质量控制是一种系统的、全面的、全过程的质量控制，焊接质量控制体系由若干个环节构成：从焊接材料的控制开始，到焊工资格和技能的考核、焊接性能试验、焊接工艺评定、焊接工艺规程的制定与执行、焊接过程质量控制、产品试板的力学性能试验、焊缝外观检查和无损检测，任何环节失控都可能导致严重后果。

焊接工艺中存在的问题主要为以下几点：焊接工艺卡中无损检测比例错误，设计图纸中要求的探伤比例和方法在焊接工艺卡中未体现或未能完全体现。焊工作业项次不能满足现场的焊接要求这主要表现在两个方面，一为焊接小管时管径焊接项次无法满足要求，例如仪表管的对接焊缝，仪表管的直径较小，一般为 12～18 mm，此类型的管道不能使用GTAWFeII-6G-3.5/51-02/10/11，该仪表管管径小于25 mm，51 mm的管道无法覆盖到 12～18 mm，管材试件外径与适用管材外径对应情况如表1所示）[4]。另一方面为焊接焊工项次类型错误，管板角接头焊缝选用管-管对接的项次。

表1 对接焊缝试件适用于对接焊缝焊件外径范围 mm

焊接工艺评定中采用进口材料时，需按要求进行材料归类，并出具母材的归类报告[5]；部分企业的归类报告内容不全，或未对材料进行归类，造成工艺评定内容缺失。

对于复合钢板，基层为FeII复层为FeIV的复合钢板应用比较广泛，对复合层之间的焊缝及过渡层焊缝应当由持有耐蚀堆焊的焊工进行焊接[4]。例如企业具有SMAW(N10)-FeII-1G-4-Fef4J焊工项次时能满足此类复合钢板的焊接要求，但由于部分企业生产设备的材料为S11306+Q345R的复合钢板，而S11306为FeIII类材料，此类复合材料为FeIII与FeIV的复合钢板，根据相关标准要求，此类复合钢板的复合层及过渡层常用焊接材料推荐表选用A302，A307[6]，其为奥氏体不锈钢焊条，因复合层坡口处材料为S11306，为FeIII材料，在此情况下坡口处相当于在FeIII材料表面上堆FeIV材料，单纯的SMAW（N10）-FeII-1G-4-Fef4J材料已经不能满足该复合板材焊接要求，需要另外的FeIV类材料堆焊在FeIII类材料上的焊工项目。

另外企业提供的部分焊接工艺文件中无法正确区分管板角接头和管板角焊缝的区别，所选用的焊接焊工项次无法正确覆盖产品要求。由上述问题可以看出产品焊接过程中存在诸多问题，其原因主要是焊接工艺人员欠缺专业知识，对焊接规程与作业人员考核细则掌握不足，使产品焊接过程存在较大风险。从业人员应树立责任意识，掌握各类焊接法律法规，保证焊接的质量。

1.4 无损检测

无损检测技术具有不破坏产品、检测灵敏度高等优点，广泛应用于压力容器制造检验。首先应当根据无损检测的目的，正确选择无损检测实施的时机；其次应当根据产品的特性，例如依据产品的材质、结构、形状、尺寸，预计产生的缺陷性质和位置来选择合适的检测方法或组合多种无损检测方法进行检测。现阶段用于压力容器生产的无损检测方法有射线检测（RT）、超声检测（UT）、磁粉检测（MT）和渗透检测（PT）。

压力容器无损检测问题之一是无损检测漏项，例如封头为成品采购且封头具有焊缝，按照规程要求封头为法定检验，其为先拼板后成型的凸形封头，成型后应进行表面无损检测，封头制造企业在其成型后未进行表面无损检测，压力容器制造厂也未仔细审查封头资料，误认为封头进行了表面无损检测，亦未进行表面无损检测，造成该部位检验遗漏。超声波检测标准选择错误，例如奥氏体不锈钢晶粒粗大，其晶界会反射声波造成“草状回波”，因此不锈钢需要采用特殊的探头，其使用试块及检测灵敏度亦与碳钢不同；或是制造单位人员业务水平欠缺，错误地按照碳钢的标准进行检测，未配备不锈钢检测用的双晶纵波斜探头或聚焦纵波斜探头、窄脉冲纵波单斜探头，造成检测偏差。压力容器接管与筒体的管板角接头进行超声检测时也出现标准选用错误，管板角接接头应该执行NB/T 47013—2015《承压设备无损检测》中附录L，N的要求，而无损检测人员全盘执行标准正文6，不符合要求。无损检测是整个承压类设备生产中的关键环节，制造企业无损检测人员应当定期进行业务学习、继续教育来提高专业能力，避免因标准掌握不到位而产生各种问题。