淺談銹蝕鋼瓶容積殘余變形率合格標準的評定

梁卓嘉

摘 要：在現實生產中，鋼瓶銹蝕是鋼瓶使用過程中發生的普遍現象。該文主要對鋼質無縫氣瓶使用過程中出現銹蝕，從而影響檢驗結果評定進行論述，通過對銹蝕鋼瓶和壁厚均勻鋼瓶的水壓試驗結果和鋼瓶實測壁厚作出比較，總結出銹蝕鋼瓶容積殘余變形率合格標準應更加嚴格。

關鍵詞：定期檢驗 氣瓶銹蝕 內測法水壓試驗 氣瓶壁厚 容積殘余變形率

中圖分類號：TE972 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（c）-0-02

鋼質無縫氣瓶定期檢驗是國家強制規定定期對氣瓶安全性進行的綜合評定，其中包括外觀檢查、音響檢查、內部檢查、瓶口螺紋檢查、重量與容積測定、水壓試驗、瓶閥檢驗和氣密性試驗等檢驗項目，本人在從事氣瓶定期檢驗工作期間，在對多個氣瓶進行了跟蹤觀察，為了能將氣瓶定期檢驗工作做好做細，以《氣瓶水壓試驗方法》、《鋼質無縫氣瓶》、《鋼質無縫氣瓶定期檢驗與評定》等國家相關標準為本，結合自身工作經驗，對鋼質無縫氣瓶定期檢驗中發現氣瓶生銹腐蝕及水壓試驗結果判定遇到的相關問題進行了認真思考，在這里發表以下個人的觀點，供各位同行參考。

1 氣瓶銹蝕

在實際情況中，鋼瓶生銹大多由于使用及保養的不規范，造成外表面油漆剝落，使瓶體表面暴露在空氣中，若長時間處于潮濕狀態會容易出現生銹，而氣瓶內部由于種種原因造成瓶內出現積水，不能及時發現及時處理，也會造成氣瓶內壁大面積生銹。瓶體生銹后，如果鐵銹不除去，這海綿狀的鐵銹特別容易吸收水分，很容易脫落，造成嚴重腐蝕。

根據《鋼質無縫氣瓶定期檢驗與評定》中有關氣瓶腐蝕情況判斷的相關規定，氣瓶外觀及內部檢查中，瓶體上弧立點腐蝕，剩余壁厚應大于等于設計壁厚的2/3，而存在線腐蝕或面腐蝕處的，剩余壁厚應大于等設計壁厚的90%。氣瓶瓶體生銹剝落，會直接導致氣瓶瓶體壁厚減少，鐵銹殘留在氣瓶內部，會使瓶重增加，而內腐蝕更會使氣瓶實測容積變大。根據相關規定，氣瓶現重量與制造標志重量的差值大于5%，應測定瓶壁最小壁厚。除點腐蝕外，最小壁厚小于設計壁厚90%的氣瓶應報廢，現容積值大于制造標志容積值10%的氣瓶應報廢。由此可見，只有控制減少鋼質無縫氣瓶的生銹腐蝕，氣瓶才能安全地使用下去。

2 氣瓶水壓試驗

氣瓶水壓試驗可以說是氣瓶定期檢驗的最重要環節，影響水壓試驗結果的因素有多方面，有試壓氣瓶因素，有試壓用水的因素，也有試壓裝置，方式方法等因素。氣瓶水壓試驗主要有外測法和內測法兩種，這里主要針對內測法水壓試驗進行論述。

氣瓶進行水壓試驗應符合GB/T 9251-2011《氣瓶水壓試驗方法》的要求，并以容積殘余變形率作為合格或判廢的標準，容積殘余變形率超過6%時，應測定瓶體的最小壁厚，其最小壁厚不得小于設計壁厚的90%。容積殘余變形率超過10%的氣瓶應報廢。氣瓶容積殘余變形率與氣瓶瓶體的環向殘余應變之間存在一定的對應關系。如把氣瓶當做壁厚均勻的受內壓作用的圓筒，不計二端變形約束的影響，并忽略在小量塑性變形下的軸向殘余應變，對于氣瓶（直徑和壁厚的變化范圍不大，水壓試驗壓力相對固定），當容積殘余變形率為10%時，所對應的環向殘余應變約在0.02%（隨氣瓶K值及材料強度級別而定）。在工程上尚屬彈性變形（殘余變形率小于0.005%～0.05%），這就是氣瓶容積殘余變形率10%作為合格標準的依據。

容積殘余變形計算公式如下：

△V =（A-B）-[（A-B）+V] Phβt

η=（△V′/△V）×100%

式中：△V—受試瓶在水壓試驗壓力下的容積全變形值，ml；

A—注滿水的受試瓶和承壓系統在水壓試驗壓力下所壓入得水量（不含原注入水量），ml；

B—承壓系統在受試瓶水壓試驗壓力下所注入的水量（不含原注入水量），ml；V—受試瓶試壓前的實際容積，ml；

Ph—受試瓶的實際試驗壓力，MPa；

βt—在試驗水溫和實際試驗壓力下水的平均壓縮系數，1/ MPa；

（A-B）—注滿水的受試瓶在實際試驗壓力下壓入的水容積，ml；

[（A-B）+V]—在實際試驗壓力下受試瓶瓶內所裝水的總容積，ml；

[（A-B）+V]Phβt—在試驗水溫和實際試驗壓力下受試瓶內的水被壓縮的容積，ml。

η—受試瓶容積的殘余變形率，%；

△V′—受試瓶容積的殘余變形值，ml；

3 鋼瓶銹蝕對容積殘余變形率合格標準的影響

氣瓶容積殘余變形率與氣瓶筒體環向殘余應變之間的對應關系，是按均勻壁厚推導出來的，但實際氣瓶均存在程度不同的壁厚偏差，當氣瓶存在銹蝕時情況時尤為突出。《鋼質無縫氣瓶》GB 5099-1994中規定，鋼瓶筒體內、外表面應光滑圓整，筒體的圓度，在同一截面上測量其最大與最小外徑之差，不應超過該截面平均外徑的2%，鋼質無縫氣瓶筒體設計最小壁厚公式如下：

（1）

同時應滿足式（2）的要求，且不得小于1.5 mm。

（2）

式中：S 鋼瓶筒體設計壁厚，mm；

Ph 水壓試驗壓力，MPa；

D0 鋼瓶筒體外徑，mm；

F設計應力系數；

σe瓶體材料熱處理后的屈服應力保證值，N/mm2；

這表明，鋼瓶出廠時壁厚有嚴格控制，應該是比較均勻的。但鋼瓶在使用過程中出現銹蝕，情況就會有所變化，壁厚會隨著銹蝕物的剝落變得不均勻。

以一臥式集裝籠架為例，集裝籠架裝有20只鋼質無縫氣瓶，充裝公稱壓力為15.0 mPa，水壓試驗壓力為22.5 MPa，充裝介質為氮氣。

由于安裝氣瓶時沒進行相關防銹措施，氣瓶長期固定位置并相互擠壓，使用時沒注意防潮防雨，在拆卸籠架氣瓶進行定期檢驗時，發現筒瓶一側發生大面積銹蝕。氣瓶筒體設計壁厚為5.7 mm，對其中一只氣瓶進行壁厚測定，發現銹蝕一側筒體實測最小壁厚為5.0 mm，最大為5.8 mm，其余未發生腐蝕的筒體實測壁厚最小為6.0 mm，最大為6.2 mm，就是說筒體最大壁厚與最小壁厚相差了1.2 mm。隨后對該氣瓶進行內測法水壓試驗，實測容積為40.2L，試壓水溫為22 ℃，實測“B值”為18 ml，總壓入水量為A為535 ml，容積殘余變形值（△V′）為6.8 ml。

計算如下：

△V =（A-B）-[（A-B）+V] Phβt

=（535-18）-[（535-18）+40200]×0.01008

=517-40717×0.01008

=517-410.4

=106.6 ml

△V代入下式

η=（△V′∕△V）×100%

=（6.6/106.6）×100% =6.2%

由于氣瓶容積的殘余變形率為6.2%，按照規定，容積殘余變形率超過6%時，應測定瓶體的最小壁厚，其最小壁厚不得小于設計壁厚的90%，按筒體實測最小壁厚5.0 mm與設計壁厚5.7 mm的90%作比較，氣瓶屬于不合格范圍，判定為報廢氣瓶。其余集裝籠架氣瓶均出現類似情況，其中測得腐蝕最嚴重的氣瓶最小壁厚僅4.6 mm，遠低于設計壁厚5.7 mm的90%，但容積殘余變形率仍小于10%。最終按照規定，這個集裝籠架的氣瓶只能判廢，損失相當大。

在對另外一只充裝公稱壓力為15.0 MPa，水壓試驗壓力為22.5 MPa，充裝介質為氮氣的鋼質無縫氣瓶進行內測法水壓試驗中，鋼瓶實測容積為40.6 L，試壓水溫為22 ℃，實測“B值”為18 ml，總壓入水量為A為540 ml，容積殘余變形值（△V′）為6.8 ml。

計算如下：

△V =（A-B）-[（A-B）+V] Phβt

=（540-18）-[（540-18）+40600]×0.01008

=522-41122×0.01008

=522-414.5

=107.5 ml

△V代入下式

η=（△V′∕△V）×100%

=（6.8/107.5）×100% =6.3%

其設計壁厚為5.8 mm，筒體實測最大壁厚為6.2 mm，最小壁厚為6.0 mm，筒體壁厚比較均勻，由于實測最小壁厚比設計壁厚要大，按照容積的殘余變形率不超過10%的標準判為合格氣瓶，能繼續使用。

兩個鋼瓶容積殘余變形率雖然接近，但這時我們應考慮的是如果銹蝕氣瓶薄邊側瓶體環向殘余應變，達到和均勻壁厚氣瓶同樣數值時，兩只氣瓶的容積殘余變形率是不一樣的，這是由于腐蝕氣瓶受厚邊側的彈性約束所致，瓶體只是局部屈服，其容積殘余變形率不一定會大，反之，如果兩只氣瓶的容積殘余變形率相同，則銹蝕氣瓶薄邊側瓶體環向殘余應變一定要比均勻壁厚的氣瓶為大。也就是說，對于壁厚均勻沒有發生銹蝕的鋼瓶，其容積殘余變形率如果定為10%是適合的話，對于銹蝕氣瓶就不適合了。所以當實測最小壁厚小于設計壁厚90%時，銹蝕一側的應力很可能已超過允許值，但總體的容積殘余變形率可能還不大。綜合上述所說，出現銹蝕的氣瓶在容積殘余變形率判定上應定得更嚴格一些。

4 結語

氣瓶定期檢驗只是一個發現氣瓶問題的重要環節，要氣瓶能夠安全使用，充裝、使用、運輸、儲存等各個環節都應嚴格按照國家相關規定做好，特別是鋼瓶防銹工作不容忽視，一些發生銹蝕的氣瓶甚至會嚴重影響到鋼瓶使用安全。未來對于鋼瓶的安全使用要求也會越來越嚴格，我們要對鋼瓶問題及時發現及時處理，對鋼瓶漆色保護及鋼瓶內部干燥都應嚴格按照要求做好，這樣鋼瓶的使用安全才能得到更好的

保障。

參考文獻

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