球罐監督檢驗品質的安全控制

林明強

（福建省特種設備檢驗研究院，福建 福州 350008）

球罐作為液化石油氣﹑液化天然氣﹑液氨﹑液氮﹑液氫﹑液氧等介質的重要存儲設備，其產品品質既關系企業生產，又關系人身安全，一旦發生事故，將會給企業和國家帶來巨大的經濟損失。因此，開展球罐監督檢驗質量安全控制研究，具有重要意義。

球罐與其他同容量的存儲容器相比，具有自身凈質量小、表面積小、占地面積少和制造周期短等優點，在石油、化工、冶金﹑輕工等生產中，得到越來越廣泛的應用[1]。球罐一般用儲存易燃易爆危險介質，且常常暴露在高溫、高壓、腐蝕和循環疲勞載荷等惡劣環境中，故球罐開裂、腐蝕泄漏及結構損壞等事故屢見不鮮[2～3]。球罐一旦發生事故，不但嚴重影響經濟生產建設，且可能釀成災難性事故。因此球罐的建造與使用不僅引起工業界的高度重視，還受到各國政府的廣泛關注，很多國家將其列為政府行為，并建立相應的檢驗機構進行監督檢驗管理。

球罐監督檢驗質量安全控制包括技術資料審查、結構外觀質量及幾何尺寸檢查、球罐板厚測量、磁粉檢測、滲透檢測、超聲波檢測、射線檢測、安全附件檢查、耐壓氣密性試驗和球罐安全評定等[4]。本文全面論述球罐監督檢驗質量安全控制流程的5個環節和體系文件、標準規范、人員控制、系統平臺與支撐技術5個層次的內容，并對開展球罐安全運行保護措施提出建議。

1 球罐監督檢驗質量安全控制流程

球罐監督檢驗品質安全控制，包括技術資料審查、內外宏觀檢查、對接焊縫無損檢測、安全附件檢查及耐壓氣密性試驗和球罐安全評定5個環節，需要體系文件、標準規范、人員控制、系統平臺與支撐技術這5個層次的支持與應用[5～6]。球罐監督檢驗品質安全控制流程，如圖1所示。

圖1 球罐監督檢驗質量安全控制流程

1.1 技術資料審查

對球罐的設計文件、施工方案、焊接工藝評定等施工文件進行審查；對現場所用板材、焊材的材質證明書及復驗報告進行審查；對安裝單位和檢測單位的資質證書及焊工、無損檢測人員資質證書進行核實。

1.2 宏觀抽查

（1）對球罐結構進行檢查、焊接過程控制。搭接寬度、對接焊縫、對接對口間隙、坡口角度以及現場焊接工藝實施情況，應符合相關規范要求；

（2）焊接接頭表面質量檢查。角焊縫的焊腳尺寸、對接焊縫的寬度及余高、焊縫錯邊量、咬邊等，應符合設計要求；

（3）檢查球罐本體及焊縫的裂紋、過熱、變形和泄漏情況；

（4）檢查螺栓、支座、排放裝置是否脫落、破損、失效，檢查其他相關施工記錄；

（5）底板及層板用鋼板測厚抽查，對球罐重點部位進行壁厚測量。

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1.3 無損檢測檢查

將球罐內表面焊縫及兩側、內表面工卡具焊跡打磨干凈，并清理銹污等雜物，采用熒光磁粉懸浮液進行磁粉檢測，根據球罐的設計、制造、使用參數、球殼板的材質和內表面檢驗的結果，確定對接焊縫外表面的檢測比例，若發現缺陷，則適當擴大比例進行檢測；檢查柱腿與球殼板角焊縫及人孔、接管角焊縫的內外表面，難以磁粉探傷的對接焊縫、工卡具焊跡處采用滲透檢測；并采用數字式超聲儀，對對接焊縫進行超聲波檢測。

根據球罐設計、制造、安裝的品質、缺陷情況、腐蝕情況和使用狀況，確定是否開展球罐射線檢測、聲發射檢測、TOFD 檢測、渦流檢測等。

1.4 安全附件檢查及耐壓氣密性試驗

檢查球罐的壓力表、緊急切斷閥、安全閥、液面計和測溫儀表等附件的出廠品質證明、合格證、規格、型號、精度、數量、計量標識等，是否符合有關規定的要求，審查其校驗報告是否在有效期內。

利用清潔水或其他安全性的介質，以水壓1.25（氣壓1.15）倍的最高工作壓力，進行耐壓試驗；利用壓縮空氣或氮氣開展氣密性試驗。

1.5 球罐安全評定

球罐安全評定，是建立在球罐檢測的基礎上，研究球罐材料性能退化規律和各種缺陷的動力學發展規律，通過模型試驗和理論力學計算，確定球罐的斷裂韌度、最大許用壓力、剩余壽命、剩余強度等，為球罐的安全運行與維護，提供科學依據[7]。

2 品質安全控制5個層次的內容

2.1 體系文件

體系文件是開展球罐檢驗的指導性文件，主要用于約束和指導球罐檢驗管理的有效實施。體系文件通常包含管理手冊、程序文件和作業規程這3 部分。管理手冊，總體概述球罐檢驗管理流程，闡述總體工作目標和活動安排；程序文件，具體描述球罐檢驗管理的工作內容和職責；作業規程，是指導完成某項具體工作的方法和操作規程。

2.2 標準規范

球罐監督檢驗品質安全控制標準，是實施球罐監督檢驗管理5個環節的技術指南，包括《TSG R0004-2009 固定式壓力容器安全技術監察規程》、《TSG R7001-2004 壓力容器定期檢驗規則》、《GB 12337-1998 鋼制球形儲罐》、《GB 150-98 鋼制壓力容器》、《JB/T 4730-2005 承壓設備無損檢測》、《GB 50094-98 球形儲罐施工及驗收規范》 和《GB/T 19624-2004 在用含缺陷壓力容器安全評定》等。

2.3 人員控制

2.4 系統平臺

系統平臺是計算機技術在球罐檢驗品質管理中的應用。運用數據庫技術，建立球罐檢驗信息數據庫，實現球罐數據的有效管理，保證球罐信息的及時更新，并基于球罐檢驗信息數據庫開發各種球罐評價軟件與分析決策系統，構建以檢驗管理為核心的球罐安全保障體系應用平臺。球罐監督檢驗質量管理系統平臺如圖2所示。

圖2 球罐監督檢驗質量管理系統平臺

球罐監督檢驗品質管理系統平臺，利用檢測、監測等手段，獲得球罐相關信息，將其整理加工后，存儲到球罐檢驗信息數據庫，利用開發平臺對可能導致球罐失效的主要危險因素進行識別，開展球罐安全評定，從而達到不斷改進、減少和預防球罐事故發生、經濟合理地保障球罐安全運行。

2.5 支撐技術

球罐監督檢驗品質管理的5個環節，涉及到許多配套的支持技術，如檢測技術、失效風險評價技術、適用性評價技術等，這些技術的發展水平，直接影響到球罐監督檢驗品質管理的順利實施。

2.5.1 球罐檢測技術

球罐檢測，是開展安全評價的前提和基礎。檢測技術水平的高低，決定球罐安全評價的精準程度。球罐檢測技術主要包括：表面檢測、聲發射檢測AE、衍射時差法超聲檢測TOFD、射線檢測和磁記憶檢測技術等。

（1）表面檢測。表面檢測主要包括角焊縫、對接焊縫、焊疤部位等檢測。球罐外部一般采用濕式黑磁粉進行檢測，球罐體內部由于光線不好，通常采用熒光磁粉法進行檢測。

（2）聲發射檢測AE。聲發射檢測是利用儀器探測、收集記錄、分析聲發射信號，根據發射信號推出聲發射源的檢測技術。利用聲發射檢測球罐，能夠整體探測和評價整個球罐缺陷的活動狀態，預防由未知缺陷引起的災難性失效。

（3）衍射時差法超聲檢測TOFD。TOFD 檢測技術是研究超聲波與缺陷端部的相互作用，根據兩者相互作用結果，會在較大角度范圍發射衍射波原理，利用檢出的衍射波確定缺陷的存在。TOFD 檢測通過測量缺陷端點的衍射波傳播時間差值，精確測定缺陷的高度，是一種非基于波幅的超聲檢測技術。

（4）射線檢測。射線檢測方法，在現場主要用于板厚較小的球罐對接焊縫內部埋藏缺陷和人不能進入的球罐的檢測，同時也用于球罐超聲波檢測所發現缺陷的復驗，進而進一步確定缺陷的性質，為缺陷返修提供依據。

（5）磁記憶檢測技術。磁記憶檢測是利用鐵磁性材料的磁彈性和磁機械效應，通過對地磁場和載荷共同作用下產生的磁記憶現象，來確定構件表面或近表面的應力集中部位。對球罐進行檢測時，一般采用磁記憶檢測儀器，對球罐焊縫進行快速掃查，以發現球罐焊縫上存應力峰值部位，然后對這些應力峰值部位，進行局部表面磁粉檢測和內部超聲檢測，以發現可能存表面裂紋或內部缺陷。

2.5.2 球罐安全評定技術

球罐安全評定，是運用數學、經濟、統計等方法，利用采集到的信息，對球罐運行的風險開展評估，從而決定球罐能否繼續使用、使用期限時間、是否需要維修、如何維修等。球罐安全評定主要是失效風險評價、適用性評價和可靠性評價等技術的有機結合，一整套球罐安全評價技術與方法如圖3所示。

圖3 球罐安全評價技術

3 結束語

球罐監督檢驗質量安全控制，包括技術資料審查、內外宏觀檢查、對接焊縫無損檢測、安全附件檢查及耐壓氣密性試驗和球罐安全評定5個重要環節。

根據球罐監督檢驗質量安全控制的5個環節，從體系文件、標準規范、人員控制、系統平臺與支撐技術這5個層次，具體論述了球罐檢驗實施與應用。

[1]李喜健.液化石油氣儲罐的全面檢驗和缺陷處理[J].企業科技與發展，2009，(22)：83-84.

[2]Y P Xiong,J T Xing,W G Price.The Interactive Dynamic Behaviour of an Air-Liquid-Elastic Spherical Tank[J].ASME，2006，9(6):711-718.

[3]翁東山.15MnNbR 球形儲罐裂紋缺陷分析及檢驗要點[J].質量技術監督研究，2011，(1)：19-22.

[4]TSGR 7001－2004，壓力容器定期檢驗規則[S].

[5]H Tsuge.Automation of In-service Inspection of Spherical Tanks[J].Welding International,1988,2(7):649-652.

[6]GB50094-98，球形儲罐施工及驗收規范[S].

[7]GB/T 19624-2004，在用含缺陷壓力容器安全評定[S].