關(guān)于石墨制壓力容器制造的若干探討

包貴林

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院南通分院，江蘇 南通226011）

?

專(zhuān)論與綜述

關(guān)于石墨制壓力容器制造的若干探討

包貴林

（江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院南通分院，江蘇 南通226011）

摘要：針對(duì)石墨制壓力容器制造過(guò)程中，法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)之間存在的矛盾、不完善，談?wù)勛约簩?duì)石墨制壓力容器的理解，只有法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)統(tǒng)一，才能促進(jìn)行業(yè)的發(fā)展，提高行業(yè)的產(chǎn)品制造水平，保障產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：石墨；壓力容器；粘接

由于石墨材料具有極好的耐腐蝕性和高傳熱系數(shù)，石墨制壓力容器已經(jīng)廣泛應(yīng)用于氯堿、磷酸鹽、磷酸肥以及氫氟酸等化工行業(yè)。南通是全國(guó)最大的石墨設(shè)備制造生產(chǎn)基地，主要產(chǎn)品型式有：石墨換熱器、石墨冷凝器，鋼襯石墨反應(yīng)釜、反應(yīng)塔、填料塔和磷酸萃取槽等[1]。本人在石墨制壓力容器制造監(jiān)檢過(guò)程中，針對(duì)法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)之間的矛盾不完善來(lái)談?wù)勛约旱目捶ā?/p>

1　粘接劑性能指標(biāo)低于母材性能指標(biāo)

由酚醛樹(shù)脂、固化劑、石墨粉配置而成的粘膠劑，按照GB/T 21432表4要求進(jìn)行抗拉強(qiáng)度、剪切強(qiáng)度試驗(yàn)，合格指標(biāo)見(jiàn)表1.

表1　石墨酚醛粘接劑物理力學(xué)性能（GB/T 21432-2008）

其中浸漬石墨間粘接抗拉強(qiáng)度≥11.0 MPa，低于母材要求力學(xué)性能指標(biāo)下限值（母材物理力學(xué)性能合格指標(biāo)見(jiàn)下表2，其中浸漬石墨抗拉強(qiáng)度≥14.0 Mpa）。石墨制壓力容器設(shè)計(jì)時(shí)，強(qiáng)度校核是按照母材力學(xué)性能指標(biāo)作為計(jì)算參數(shù)，那么按照常理，粘接劑的力學(xué)性能應(yīng)不低于母材規(guī)定的限值，否則強(qiáng)度校核按照母材力學(xué)性能指標(biāo)就毫無(wú)意義。粘接縫那物理力學(xué)性能差，母材性能再好，也無(wú)法保障設(shè)備的安全運(yùn)行。咨詢(xún)石墨壓力容器廠家一些技術(shù)人員，他們維修存在粘接縫的石墨設(shè)備，在強(qiáng)度方面失效的往往是粘接縫強(qiáng)度失效，非母材強(qiáng)度失效。GB/T 21432-2008《石墨制壓力容器》在粘接劑與母材（不透性石墨）物理力學(xué)性能指標(biāo)中，存在矛盾。

表2　不透性石墨材料物理力學(xué)性能（GB/T 21432-2008）

2　粘接工藝評(píng)定

粘接工藝評(píng)定過(guò)程中要求進(jìn)行制被試樣進(jìn)行剪切試驗(yàn)和拉伸試驗(yàn)。

（1）剪切強(qiáng)度。TSG R0001-2004《非金屬壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》規(guī)定其合格指標(biāo)：每個(gè)試樣的剪切強(qiáng)度應(yīng)不低于被粘接件材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最低值[2]。其中被粘接件材料（不透性石墨）剪切強(qiáng)度在GB/T 21432表2“不透性石墨材料物理力學(xué)性能”中未提及被粘接件材料的剪切強(qiáng)度，無(wú)法判斷被粘接件的剪切強(qiáng)度具體數(shù)值。而在標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21432《石墨制壓力容器》附錄A規(guī)定粘接工藝評(píng)定的剪切試驗(yàn)合格指標(biāo)為：每個(gè)試樣的剪切強(qiáng)度的評(píng)定按GB/T13465.1評(píng)定[3]。而GB/T13465.1《不透性石墨材料力學(xué)性能試驗(yàn)方法總則》，只是介紹了試驗(yàn)方法，并沒(méi)提到剪切強(qiáng)度具體合格指標(biāo)。

石墨制壓力容器的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)制定不健全，剪切強(qiáng)度也未能按照要求找到相應(yīng)的具體指標(biāo)，給粘接工藝評(píng)定帶來(lái)困擾。目前在實(shí)際粘接工藝評(píng)定過(guò)程中，也只能參照GB/T 21432-2008表1“石墨酚醛粘接劑物理力學(xué)性能”中的抗剪強(qiáng)度≥12.0 MPa.

（2）抗拉強(qiáng)度。TSG R0001-2004《非金屬壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》和GB/T 21432《石墨制壓力容器》附錄A規(guī)定其合格指標(biāo)：每個(gè)試樣的抗拉強(qiáng)度應(yīng)不低于被粘接件材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最低值[3-4]。

石墨壓力容器的粘接劑類(lèi)似于鋼制壓力容器的焊材，只不過(guò)區(qū)別在于：鋼制壓力容器焊材把母材融化與填充金屬凝結(jié)在一起，石墨制壓力容器母材并沒(méi)融化，而是用粘接劑把兩邊的母材粘接起來(lái)。因此，石墨制壓力容器粘接接頭最薄弱的地方是在被粘接件和粘接劑的接觸面上。

另外，粘接劑的物理力學(xué)性能“浸漬石墨間粘接抗拉強(qiáng)度”GB/T 21432給定的最低指標(biāo)為11 MPa，大于等于11 MPa就表示粘接劑在抗拉強(qiáng)度方面質(zhì)量符合要求。粘接后通過(guò)熱固化，還是無(wú)法完全保證達(dá)到“抗拉強(qiáng)度不低于被粘接件材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最低值”的合格指標(biāo)，因?yàn)檎辰觿┛估瓘?qiáng)度的指標(biāo)下限本來(lái)就低于被粘接母材的指標(biāo)下限，熱固化處理對(duì)于粘接面來(lái)說(shuō)也只能接近母材性能，不能保證達(dá)到母材性能指標(biāo)下限。通過(guò)對(duì)本地某些規(guī)模較大、質(zhì)量較好的石墨容器制造企業(yè)的數(shù)據(jù)采集，發(fā)現(xiàn)在這些公司定期制作的粘接產(chǎn)品試樣試驗(yàn)中，抗拉強(qiáng)度很少能達(dá)到14 MPa（標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的浸漬石墨的抗拉強(qiáng)度下限值），大部分?jǐn)?shù)據(jù)集中在12~13 MPa.所以從實(shí)際生產(chǎn)制造情況來(lái)看，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的某些數(shù)據(jù)可能偏高。

3　粘接產(chǎn)品試樣

TSG R0001-2004《非金屬壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》第四十二條規(guī)定：受壓石墨原件存在粘接接頭時(shí)，應(yīng)當(dāng)同時(shí)制作粘接接頭試件[4]。而GB/T 21432-2008《石墨制壓力容器》中規(guī)定：屬于6.5.1條六種情況之一的，必須逐臺(tái)制作試樣；其他情況的，在滿(mǎn)足規(guī)定的要求后，可實(shí)行以批代臺(tái)制作試樣[3]。這又是法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)矛盾的一處。關(guān)于石墨制壓力容器粘接產(chǎn)品試樣，按照TSG R0001-2004《非金屬壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》未提及“以批代臺(tái)”，且按照該法規(guī)條文可理解為只要存在粘接接頭，就都要做粘接接頭試件。

另外，鋼制壓力容器已經(jīng)取消了很多產(chǎn)品試板的制作，只有符合《固容規(guī)》4.3.1要求的，才需要制備產(chǎn)品焊接試件。石墨制壓力容器不需要制備這么多粘接產(chǎn)品試板（試樣），每種粘接接頭型式也不需要制備粘接產(chǎn)品試板（試樣），石墨制壓力容器常見(jiàn)的粘接接頭型式主要有幾種，見(jiàn)圖1、圖2、圖3[1]。粘結(jié)接頭主要以拉應(yīng)力存在時(shí)，需制備產(chǎn)品粘接試板（試樣），比如換熱塊、筒體及封頭的粘接（類(lèi)似于鋼制壓力容器的主焊縫）應(yīng)當(dāng)制備產(chǎn)品粘接試板（試樣），而接管與主體之間的粘接及接管與平蓋之間的粘接無(wú)需制備產(chǎn)品粘接試板（試樣），且制作的產(chǎn)品粘接試板數(shù)量無(wú)必要逐臺(tái)制造，可參照GB/T 21432-2008《石墨制壓力容器》中的規(guī)定。

圖1　換熱塊、筒體及封頭的粘接型式

圖2　接管與主體之間的粘接型式

圖3　接管與平蓋之間的粘接型式

4　結(jié)束語(yǔ)

法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)建立在鏈接方面存在矛盾和不足，會(huì)給設(shè)備制造帶來(lái)很多困惑，只有法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)統(tǒng)一，才能促進(jìn)行業(yè)的發(fā)展，提高行業(yè)的產(chǎn)品制造水平，保障產(chǎn)品質(zhì)量，尤其是具有重大危險(xiǎn)性的“壓力容器”。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐慎忠，劉曉東，張進(jìn)堯.石墨壓力容器的制造及監(jiān)督檢驗(yàn)[J].中國(guó)特種設(shè)備安全，2012，（6）：10-11.

[2]TSGR0001-2004，非金屬壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].

[3]GB/T 21432-2008，石墨制壓力容器[S].

[4]GB/T13465.1～13465.4-2002，不透性石墨材料試驗(yàn)方法[S].

中圖分類(lèi)號(hào)：TH49

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-545X（2016）04-0143-03

收稿日期：2016-01-10

作者簡(jiǎn)介：包貴林（1982-），男，江蘇通州人，工程師，本科，研究方向：特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)。

Some Discussion on the Manufacture of Pressure Vessels Made of Graphite

BAO Gui-lin
（Nantong Branch，Jiangsu Province Special Equipment Safety Supervision Inspection Institute，Nantong Jiangsu 226011，China）

Abstract:In the process of manufacturing graphite pressure vessel，it is found that there are some contradictions between laws and standards，and talk about my own understanding about it.Only when coordination between laws and standards can promote the development of the industry，improve the product manufacturing level and guarantee the quality of the products.

Key words:graphite；pressure vessel；bonding