淺析強度校核有關條款修訂變化

蘭中祥 ，殷 鷹 ，馮作明，邱元蒞

1.四川省特種設備檢驗研究院 （四川 成都 610061）

2.成都市特種設備檢驗院 （四川 成都 610036）

1 修訂變化

在用壓力容器定期檢驗中，除了必要的專業技術檢驗外，強度校核也是常用的手段之一。舊版TSG-R7001-2004《壓力容器定期檢驗規則》（以下簡稱舊《定檢規》）第二十五條第（十）款第1條和新版TSG-R7001-2013《壓力容器定期檢驗規則》（以下簡稱新《定檢規》）第三十一條都規定，凡有以下情況之一的，應進行強度校核：①腐蝕（及磨損）深度超過腐蝕裕量；②名義厚度不明；③結構不合理（并且已經發現嚴重缺陷）；④檢驗人員對強度有懷疑。

舊《定檢規》還要求“設計參數與實際情況不符”的也應進行強度校核，新版中刪除該項。

在強度校核有關原則方面，新《定檢規》作了一定修訂：

1）“材質不明者”修訂為“材料牌號不明者”；強度校核時采用同類材料的最低強度值校核，修改了舊《定檢規》中統一采用Q235鋼進行強度校核的要求。

2）強度校核壓力，修改為容器允許使用壓力，不再考慮安全閥的開啟壓力。

3）校核時的溫度，修改為設計溫度或者操作溫度[1-2]。

這些修訂一定程度上影響強度校核的結果，下面以某容器筒體強度校核為例著重就“材質不明”問題的修訂做淺析。

2 被檢容器概況

該空氣儲罐于2005年投入使用，由于使用單位的設備管理員更換頻繁，出廠資料丟失，從破損的銘牌上僅得參數如下：設計壓力4.2MPa，設計溫度70℃，制造單位為上海某石化設備廠。

2013年定期檢驗情況：宏觀檢測合格，實測內徑1 202mm，實測最小壁厚δmin=21.5mm，雙面焊對接焊縫，外表面對接焊縫30%磁粉、超聲檢測合格，安全附件合格。經查實際使用參數為：最高工作壓力3.8MPa，使用溫度40℃，介質為空氣。

3 按照舊《定檢規》校核

由于出廠資料的丟失，導致該設備的材質、名義厚度不明，符合舊《定檢規》關于需要進行強度校核的條件。

另外，舊《定檢規》第二十五條第（七）款第1條規定：材質不明者，對于無特殊要求的容器，按Q235鋼進行強度校核，該設備為空氣儲罐，無特殊要求，故符合該規定，按Q235鋼進行強度校核。

校核參數：Pc=3.8MPa，實測內徑Di=1 202mm，[б]t=113MPa（Q235 在 40℃的許用應力為 113MPa）[3],焊接接頭系數φ=0.85，腐蝕裕量C2′未知（由于名義厚度不明，故其腐蝕裕量未知，但根據腐蝕裕量定義，可得 C2′≥0）。

強度校核：

C2′≥0，故校核厚度：δ2≥24.3＞δmin。

所以，強度校核不合格。

然而，舊《定檢規》中的Q235實質是Q235-B鋼，GB 150-98《鋼制壓力容器》材料部分對該鋼做了明確的適用范圍規定：①容器設計壓力≤1.6MPa；②鋼板使用溫度為0～350℃；③用于殼體時，鋼板厚度不大于20mm；④不得用于毒性程度為高?；驑O度危害介質的壓力容器。

本文中的空氣儲罐設計壓力為4.2MPa，遠高于Q235適用的最高值 1.6MPa；另外，檢驗實測得δ實測min為21.5mm，也超過上述適用范圍的不大于20mm的規定。郭云寶[4]等人也從設計環節、制造和監督檢驗環節、安裝監督檢驗環節等方面論述了只要是經過產品質量監督檢驗合格出廠 （有銘牌、CS鋼?。┑膲毫θ萜?，就不可能將Q235-B鋼用做設計壓力大于1.6 MPa的壓力容器殼體。

顯然，該儲氣罐在明知不可能是由Q235鋼制造，仍然要求按照Q235-B鋼來校核，其結果就是壁厚不滿足使用要求，強度校核不合格。本文認為舊《定檢規》中的這一條有欠妥之處。

4 按照新《定檢規》校核

舊《定檢規》頒布以來，在實際實施中驗證了一些不合理條款，新《定檢規》對其作了相應的調整，關于強度校核的條款也對上述的欠合理條款作了相應的修訂。新《定檢規》第三十一條第（四）款規定：材料牌號不明并且無特殊要求的壓力容器，按照同類材料的最低強度值進行強度校核。

同類材料，GB 150-98《鋼制壓力容器》表4-1將壓力容器用鋼板分為碳素鋼鋼板、低合金鋼鋼板、高合金鋼鋼板，根據空氣儲罐的設計壓力和其他已知參數可確定：一般的碳素鋼板材料難以滿足其要求，高合金鋼鋼板又顯浪費，實際中也很少使用，故選用低合金鋼板材料較為合適（必要時，可借助合金光譜或其他檢測方法，盡管不能精確其材料具體牌號，至少可得出該材料的種類）。按前款要求，強度校核時 “按照同類材料的最低強度值進行強度校核”。根據該儲罐已測厚度、實際使用溫度等參數查GB 150-98《鋼制壓力容器》表4-1鋼板許用應力，可得出低合金鋼板許用應力表（表1）。

表1 低合金鋼板在40～50℃下的許用應力

由表1可看出，該類材料壓力許用應力最低值為16MnR合金鋼在該條件下的許用應力163MPa。

故按照新《定檢規》[б]t=163MPa，其他取值不變。強度校核：

盡管C2′≥0，但該儲氣罐介質為空氣，基本無腐蝕作用，腐蝕減薄值極小，C2′值在一個檢驗周期中不會大于 2mm，故 δ2＜δmin。

所以，強度校核合格。

5 討論與建議

上述例子說明，由于采用新、舊不同版本的校核規則（采用新、舊《定檢規》進行強度校核僅為了本文的需要，起對比、參照作用，容器的具體強度校核應根據校核當時施行的《定檢規》版本為準），對同一容器可得出不同或者完全相反的校核結果。按舊規則，該設備只能報廢或者必須降壓使用；按新規則，該設備則可正常使用。

舊《定檢規》于2004年頒布，該規則可理解為：在強度校核時，如果級別較低的Q235-B碳素鋼強度校核都合格，那么級別較高的合金鋼如16MnR、15MnVR等材質制造的壓力容器更能滿足使用要求。在特種設備，安全第一的大環境下，結合當時諸如鋼材質量、壓力容器制造、使用、管理、檢驗的水平等因素，規則采用較保守的校核條件，盡管在當前看來稍有欠妥之處，但在當時合情合理。

新《定檢規》于2013年頒布、實施，經歷了近10年的經驗積累和技術進步，再加之當前提倡節能降耗，更多的考慮壓力容器的安全性和經濟性的和諧統一。新規則中取消了強度校核中強制采用Q235進行校核，代之為“按照同類材料的最低強度值進行強度校核”，較之前有所放開，適應了當前的需要。

對該條款的修訂，筆者認為：一方面，盡管新規則中取消了強制采用Q235進行強度校核，但檢驗人員在實際檢驗中由于自身水平的限制不能分清設備所使用材料的種類或者說為了責任的劃分及保險起見，完全可以把“材質不明者”和“材料牌號不明者”理解為同一意思，仍然采用保守的校核參數，籠統地采用Q235進行強度校核。

另一方面，新規則提出了“材料牌號不明者，強度校核時采用同類材料最低強度值校核”，要求檢驗人員在強度校核前，要根據設備的制造、使用等參數或者其他檢測分析手段確定材料的種類，再根據該類材料的最低強度值進行校核。這就極大提高了對檢驗人員的要求，要求檢驗人員要有壓力容器設計、制造、使用等多方面的知識綜合能力，這也是壓力容器乃至整個特種設備領域檢驗工作發展的趨勢。

新《定檢規》將“材質不明”代之為“材料牌號不明”，較之前有所放開，但這種選取往往還是會大大低于該材料的實際許用應力值。筆者認為在當前容器的強度校核中，尤其是在強度不足情況下，可借助先進的儀器設備 （諸如合金光譜設備或在條件允許下進行材料化驗等）盡可能精確其材質，以免造成不必要的浪費。另外，設備制造廠家可能在同一時間生產多臺同類產品，本臺設備資料遺失，盡管不能完全參照其他容器材質進行校核，但至少能起很好的參考作用[5]。

6 結束語

在用壓力容器的強度校核是定期檢驗中常用的一項手段，更是檢驗人員的一項基本功，特別是新《定檢規》要求檢驗人員有綜合壓力容器各方面知識的能力，并能在實踐中運用總結，以確保在用壓力容器既不被錯誤地降壓運行甚至判廢，又不放過強度校核已不合格的危險設備，只有這樣才能從根本上做好檢驗檢測工作。

[1]TSG-R7001-2004壓力容器定期檢驗規則[S].

[2]TSG-R7001-2013壓力容器定期檢驗規則[S].

[3]GB 150-1998鋼制壓力容器[S].

[4]郭云寶.由一臺空氣儲罐強度校核說起[J].化工裝備技術，2011,32（5）：26-27.

[5]王文凱，袁立忠.淺談在用壓力容器強度校核中的問題[J].吉林勞動保護，1998（1）:34-35.